[테크월드뉴스=조명의 기자] 이차이온 질량분석기의 성능을 획기적으로 향상시킬 수 있는 신개념 클러스터 이온빔 생성기술 개발에 따라, 국내 기술로 세계최고 성능의 질량분석장비 개발이 가능할 것으로 보인다.
한국기초과학지원연구원(이하 KBSI)은 연구장비개발부 최명철 박사 연구팀이 혼합된 기체를 활용한 기체 클러스터 이온빔 장치를 개발하고, 이차이온 질량분석기에 결합해 성능을 개선하는데 성공했다고 11월 10일 밝혔다.
이번에 개발한 혼합기체 클러스터 이온빔은 혼합기체를 섞는 비율에 따라 분석하고자 하는 시료의 특성에 맞게, 사용자가 원하는 분해능으로 최적화된 질량이미징 분석을 가능하게 한 것으로, 연구장비 시장에서 새로운 경쟁력을 갖춘 핵심기술로 평가될 수 있다.
클러스터 이온빔은 기존의 전통적인 이온빔을 사용했을 때 분석할 수 없었던 분자구조를 갖는 성분 구조 그대로 이온화해 질량분석이 가능하다. 유기물을 사용하는 OLED 디스플레이나 생체조직 분석 등에 꼭 필요한 기술로, 최근 이온빔 기술의 성능향상 연구가 선진국을 중심으로 활발히 진행 중이지만, 아직 완성된 이온빔 기술은 전무한 실정이다.
이번에 개발한 기술은 혼합기체를 사용해 이온빔을 생성하는 방식으로, 기존에 아르곤 기체만 써왔던 순수기체 클러스터 방식과 차이가 있다. 혼합하는 기체의 종류와 섞는 비율에 따라 생성되는 이온빔의 출력, 크기가 달라지게 됨으로써, 이온빔 장치의 분석특성, 성능에 직접적인 영향을 미친다는 사실을 알 수 있었다.
연구결과, 아르곤 대비 15%의 이산화탄소를 혼합했을 때, 공간분해능, 감도, 표면가공정밀도 등 분석특성 전반에 걸쳐 이온빔의 성능이 크게 향상되는 것으로 나타났다.
아르곤 대비 이산화탄소의 비율이 높을수록 이온빔의 공간분해능이 기존 단일기체를 사용한 이온빔 보다 30% 이상 개선됐으며, 표면가공정밀도는 5배 이상 향상된 성능을 확보할 수 있었다. 특히 질량분석장비의 가장 중요한 성능지표인 질량분석 감도는 아르곤 대비 15%의 이산화탄소 혼합비율에서 250% 이상 증가하는 것으로 나타났다.
고성능의 이차이온 질량분석기에 혼합기체 클러스터 이온빔 기술을 적용하면, 그동안 기술적 한계로 분석할 수 없었던 유기재료, OLED 디스플레이, 생체조직 시료를 고분해능으로 질량분석이 가능하게 된다. 현재 OLED 분야의 당면과제인 내구성 개선, 동작에 의한 부분적 화학변성 확인은 물론, 기존에 분석하기 어려웠던 높은 공간분해능으로 생체조직의 질량이미징 분석을 가능하게 할 수 있는 기술로의 발전 가능성이 높아 암을 비롯한 생체조직 구조분석, 진단, 신약개발 등 다양한 연구·산업분야에 활용될 수 있다.
본 연구결과는 KBSI 분석과학 연구장비개발사업의 지원으로 진행됐으며, 표면분석분야 저명한 학술지인 ‘Appl. Sur. Sci.’지 온라인판에 최근 온라인 게재됐다.
KBSI 최명철 박사는 “이번에 개발한 혼합기체 클러스터 이온빔 장치는 기존의 전통적인 방식을 한 단계 끌어올린 신기술로, 유기물, 생체 등 초정밀 시료의 질량이미징 분석을 가능하게 한 점에서 의미가 크다”며 “2021년 국내특허 등록을 완료했고, 현재 전문기업에 기술이전 추진 등 앞으로 사업화 성과가 기대된다”고 말했다.
KBSI 신형식 원장은 “KBSI는 연구현장에서 꼭 필요하지만 수입에만 의존해야했던 기초과학연구에 있어서 중요한 기반인 연구장비의 핵심기술 개발과 국산화를 위한 연구를 수행 중이다”며 “이번 연구결과도 향후 이차이온질량분석장비, 새로운 표면처리장비 개발에 핵심적인 연구장비로 활용될 것으로 기대한다”고 밝혔다.
연구팀은 이미 2019년 비행시간형 이차이온 질량분석기(ToF-SIMS)를 개발한 바 있다. 이번에 개발된 혼합기체 클러스터 이온빔 기술을 적용해, 유기물·생체시료 분석에 가장 효과적인 세계 최고 성능의 비행시간형 이차이온 질량분석기를 개발 중이다.
그래도 삭제하시겠습니까?