한국기초과학지원연구원(KBSI) 최창민 박사 연구팀이 표면에 붙어 있는 분자의 미세한 구조 차이까지 정밀하게 구분할 수 있는 차세대 표면분석 장비(QIT-ToF-SIMS)를 자체 개발했습니다.

기존 비행시간형 이차이온질량분석기(ToF-SIMS)는 시료 표면에서 방출된 이차이온의 질량 정보를 측정해 조성과 분포 분석에는 우수하지만 질량이 같은 이성질체의 구조적 차이 구별에는 한계가 있었습니다.

이 때문에 생체분자, 기능성 유기소재, 표면개질 고분자 등 다양한 소재의 정밀 구조 분석이 어려웠습니다.

연구팀은 이를 극복하기 위해 ToF-SIMS 시스템에 사중극자 이온트랩(QIT)을 결합하고, 선택적 모분자 이온 격리 기술(SWIFT)과 탄뎀 질량분석(MS/MS), 레이저 분광 기능을 한 시스템 안에 통합 구축했습니다.

이를 통해 시료 표면에서 나온 분자의 질량 정보뿐 아니라, 결합 구조와 광학적 특성을 동시에 분석할 수 있도록 했습니다.

연구팀은 대표적인 유기염료인 로다민 B와 로다민 6G를 모델로 적용해, 두 분자가 질량은 같지만 구조가 다른 표면 결합 이성질체임을 명확히 식별하는 데 성공했습니다.

이는 세계 최초로 표면 결합 이성질체를 질량분석과 레이저 분광을 결합해 직접 구분한 사례로, 차세대 표면분석 기술의 새로운 기준을 제시했다는 평가입니다.

이번에 개발한 기술은 생체분자·유기소재·반도체 소자 등 극미량·나노 수준 시료의 표면 반응성과 구조 차이를 정밀하게 파악할 수 있습니다.

특히 대기·습도에 민감한 시료에서도 높은 안정성과 재현성을 확보해 나노소재 연구·반도체 공정 평가·생체조직 표면 분석 등 첨단 분야에서 폭넓게 활용될 전망입니다.

최창민 박사는 "이번 연구는 질량분석과 분광분석을 융합해 분자의 구조와 광학 특성을 동시에 규명할 수 있는 새로운 분석 패러다임을 제시한 것"이라며 "복잡한 생체시료와 나노소재 등 다양한 분야의 정밀 표면분석에 폭넓게 활용될 것"이라고 말했습니다.

이번 성과는 미국화학회(ACS)가 발행하는 분석화학 분야 국제 학술지, Analytical Chemistry 온라인판에 11월 6일 자로 실렸습니다.

TJB 대전방송