금 나노 입자 : 색 변화 이유 합성 방법 및 금 나노 입자 크기 활용

요즘 과학기술분야에서 가장 주목받고 있는 기술 중 하나가 나노 기술 아닐까 합니다.  그 중 금나노입자는 비싸지만 몸에 좋고 효능 다양한 효능 때문에 화장품 등 산업에까지 활용되고 있다고 하는데요, 오늘은 산업 및 과학 분야에서 주목하고 있는 금나노 입자와 나노기술에 대해 알아보겠습니다.

 

 

금 나노 입자가 색이 변화하는 이유 

 

우선 금나노 입자가 얼마나 작은지부터 알아볼까요? 나노(nano)란 10억분의 1을 나타나는 단위입니다. DNA의 폭이 2㎚이고 원자의 크기가 약 0.1㎚ 이라고 하니 얼마나 작은지 감이 오시나요? 물질의 크기가 이렇게 나노의 크기가 되면  커다란 벌크상태일 때와 특성이 달라진다고 해요. 그 특성은 보통 벌크상태일 때보다 우수한데 크기 및 형태에 따라 다른 물리적, 화학적인 성질을 나타낸다고 합니다. 특히 금이나 은은 크기가 나노 상태인 나노 입자가 되면 표면 플라스몬 공명효과에 의해 독특한 색을 나타내게 됩니다. 그 이유는 금나노입자나 은나노입자 같은 금속 나노 입자는 구성물과 크기에 따라 특정 파장 영역에서 빛을 강하게 흡수하거나 산란시키는 특성을 가지고있기 때문입니다. 고대인들은 이러한 금나노입자의 광학적 특성을 잘 이용해서 건축물의 벽면이나 창문 장식으로 활용하기도 했다고 합니다.

 

 

금나노입자 뜻

금 나노 입자는 크기가 1~100나노미터인 작은 금 입자입니다. 이러한 금나노입자는 영어로 gold nonoparticles 라고 부르며 크기와 모양으로 인해 벌크 상태일때와는 다른 고유한 광학적 및 전자적 특성을 띄게 됩니다. 앞에서 설명한 것과 같이 노란색이 특징인 벌크 금과는 달리 금 나노입자는 크기, 모양, 환경에 따라 빨강, 파랑, 초록 등 다양한 색상을 가질 수 있습니다. 또한 금 나노 입자는 매우 안정적이고 표면적 대 부피 비율이 높아 광범위한 응용 분야에 활용될 수 있는 아주 이상적인 물질로 각광받고 있습니다.

금 나노 입자 특성 - 빛 흡수와 산란 / 생체 적합성

금 나노 입자는 매우 유용한 고유한 특성 덕분에 다양한 응용 분야에서 활용이 될 수 있는데요 금나노 입자의 가장 두드러진 특징 중 하나는 강한 빛 흡수와 산란을 들 수 있습니다. LSPR(localized surface plasmon resonance)로 알려진 이 특성은 입자의 크기, 모양 및 표면에 따라 달라지게 되는 점이 가장 두드러진 특징입니다. 즉 크기나 모양같은 요소를 제어함으로써 과학자들은 특정 응용 분야에 맞게 금 나노 입자의 광학 특성을 정밀하게 조정할 수 있다는 것이지요. 금 나노 입자의 또 다른 주목할만한 특징은 생체 적합성과 비활성으로, 이러한 특징으로 인해 생체 의학 응용 분야에 이상적으로 활용될 수 있다는 장점이 있습니다.

 

금 나노 입자 합성 방법

이러한 금나노 입자는 어떻게 제조할까요? 화학적 환원, 전기화학적 합성 및 레이저 제거를 포함하여 금 나노 입자를 생산하기 위한 몇 가지 방법이 존재한다고 합니다. 화학적 환원 방법은 환원제를 사용하여 용액에서 금 이온을 환원시켜 금 나노 입자를 형성하는 것입니다. 전기화학적 합성은 전극 표면의 금 이온 환원을 포함하는 반면, 레이저 절제는 레이저 빔을 사용하여 용액에서 금 표적을 절제하게 됩니다. 이러한 방법에는 각각 장단점이 있으며 어떤 방법을 선택해 금나노입자를 제작할지는 금 나노 입자의 특정 용도 및 요구되는 특성에 따라 달라지게 된다고 하네요. 금나노입자가 그렇게 비싸고 몸에 좋다던데.. 금나노입자 제조 기술이 있으면 정말 좋을 것 같아요.

 

금 나노 입자 활용

금 나노 입자는 고유한 특성으로 인해 광범위한 응용 분야를 가지고 있습니다. 생의학 응용 분야에서 금 나노 입자는 진단 및 치료제, 약물 전달 수단 및 이미징 제제로 사용되었습니다. 촉매 작용에서 금 나노 입자는 산화 및 수소화를 포함한 여러 반응의 촉매로 사용되었습니다. 전자 분야에서 금 나노 입자는 인쇄 전자 장치의 전도성 잉크 및 전자 장치의 활성 구성 요소로 사용되었습니다.

 

나노 기술과 금 나노 입자 - 혁신적인 조합

나노 기술 및 나노기술의 핵심 중 하나인 금 나노 입자 기술은 여러 산업 분야에서 새로운 지평을 열었다고 해도 과언이 아닙니다. 생의학 응용 분야에서 금 나노 입자의 사용은 암 진단 및 치료에 혁명을 일으키고 있으며  금 나노 입자는 암세포에 결합하는 특정 분자로 기능화되어 표적 이미징 및 치료까지 가능한 수준에 이르렀다고 해요. 또한 촉매 작용에서 금 나노 입자의 사용은 다양한 반응을 위한 새롭고 효율적인 촉매 시스템의 개발로 이어졌습니다. 전자 분야에서 금 나노 입자의 사용은 유연하고 투명한 전자 장치를 포함한 새로운 전자 장치의 개발을 가능하게 했습니다.

 

 

금 나노 입자 활용

 

 

의약 용도 외에도 금 및 은 나노입자는 화장품을 만드는 데 사용되기도 한다고 합니다. 또한 나노입자 상태의 금이나 은은 기존 화장품에 사용되던 색소와는 달리 독성이 없고 강력한 살균력을 지녔을 뿐만 아니라, 매우 안정성이 높은 장점이 있어 식품과 화장품 등에서 고급 원료로 사용되는 원료라고 합니다. 그 뿐만 아니라 로션, 크림 및 기타 제품에 첨가하여 반짝이거나 금속 효과를 줄 수 있고 자외선 차단제에도 사용할 수 있습니다. 그러나 화장품에 나노입자를 사용하는 경우 피부에 침투하여 혈류에 들어가 잠재적으로 해를 끼칠 수 있다는 안전성에 대한 우려로 인하여 현재 전 세계 규제 기관에서 소비자의 안전을 보장하기 위해 화장품에 나노 입자를 사용하기 위한 지침을 마련하기 위해 노력하고 있다고 합니다.

 

마무리

결론적으로 나노 기술과 금 나노 입자는 여러 분야에서 엄청난 잠재력을 가진 혁신적인 기술인 것 같습니다. 금 나노 입자는 다양한 응용 분야에서 매우 유용하게 사용할 수 있는 고유한 특성을 가지고 있으며, 나노 기술과의 결합은 생물 의학 응용, 촉매 및 전자 공학 분야에서 새로운 지평을 열었습니다. 나노기술 및 생명과학과 결합된 나노바이오 및 나노의약분야 쪽으로 집중 투자해 대한민국이 나노 바이오 강국이 되는 그날을 기대를 해봅니다.