NANOTRIO
화학과
김성지
NANOTRIO 연구실은 나노과학과 화학의 융합을 바탕으로, 양자점(Quantum Dots), 금속 나노입자, 나노클러스터 등 다양한 나노소재의 합성, 표면공학, 광특성 제어 및 응용에 대한 선도적인 연구를 수행하고 있습니다. 본 연구실은 나노포토닉스, 나노바이오기술, 나노플라즈모닉스 등 첨단 분야에서 세계적인 경쟁력을 갖추고 있으며, 다양한 국가 연구과제와 산업 협력 프로젝트를 통해 실질적인 사회적·산업적 가치를 창출하고 있습니다.
연구실의 핵심 연구 분야 중 하나는 나노포토닉스와 양자점 기반 광소자 개발입니다. 양자점의 크기, 조성, 표면 리간드 등을 정밀하게 제어하여, 발광 파장 및 세기를 조절하고, 이를 기반으로 차세대 광변조기, 광센서, 고효율 태양전지, 바이오 이미징 소자 등 다양한 광전자 소자를 개발하고 있습니다. 특히, 자외선 여기, 전자전달 경로 설계, 무기 리간드 적용 등 혁신적인 광특성 제어 기술을 통해, 기존 한계를 뛰어넘는 성능을 구현하고 있습니다.
또 다른 주요 연구 분야는 나노바이오기술 및 바이오이미징 응용입니다. 연구실은 양자점, 금 나노입자 등 나노소재를 활용한 생체 내 실시간 이미징, 암 진단, 유전자 전달, 광열치료 등 정밀의료 기술을 개발하고 있습니다. 근적외선(NIR-II) 발광 양자점 프로브, 표적형 나노프로브, 광열·광역학 치료용 나노입자 등 다양한 바이오의료 응용 연구를 통해, 실제 임상 진단 및 치료에 적용 가능한 혁신적 플랫폼을 구축하고 있습니다.
이와 함께, 나노클러스터(MSCs) 및 표면공학을 통한 기능성 나노소재 개발도 활발히 이루어지고 있습니다. MSCs의 성장 메커니즘 규명, 표면 리간드 설계, 이온쌍 리간드 도입 등 첨단 표면공학 기술을 바탕으로, 고효율 태양전지, 고감도 바이오센서, 표적형 약물전달체 등 다양한 혁신적 소자를 개발하고 있습니다. 금속 나노입자와의 복합화, 다공성 구조체 설계 등도 연구의 중요한 축을 이루고 있습니다.
NANOTRIO 연구실은 이러한 첨단 연구를 바탕으로, 차세대 광소자, 에너지 변환 소자, 정밀의료 진단 및 치료 플랫폼 등 다양한 분야에서 혁신을 선도하고 있습니다. 앞으로도 나노과학과 화학의 융합을 통해, 학문적 성과뿐만 아니라 실질적인 사회적·산업적 기여를 지속적으로 확대해 나갈 것입니다.
Nanobiotechnology
Surface Plasmon Resonance (SPR)
Nanoplasmonics
나노포토닉스와 양자점 기반 광소자
나노포토닉스는 빛의 성질을 나노미터 크기의 구조에서 제어하고 응용하는 첨단 연구 분야로, 본 연구실에서는 양자점(Quantum Dots, QDs)을 중심으로 다양한 나노구조체를 합성하고 이들의 광학적 특성을 심층적으로 탐구하고 있습니다. 양자점은 크기와 조성에 따라 발광 파장과 세기를 정밀하게 조절할 수 있어, 차세대 광소자, 광센서, 광변조기, 발광 다이오드 등 다양한 광전자 소자에 응용되고 있습니다. 연구실에서는 코어/셸 구조의 양자점, 나노로드, 나노테트라포드, 나노포러스 소재 등 다양한 형태의 나노입자를 합성하고, 이들의 광특성 및 전자전달 특성을 분석하여 새로운 광소자 개발에 기여하고 있습니다.
특히, 자외선 여기(Excitation)나 표면 리간드 제어를 통한 광발광(PL) 조절, 전자전달 경로 설계 등 양자점의 광특성 제어 기술을 개발하고 있습니다. 이를 통해 양자점 기반의 스위치 프로브, 광변조기, 고효율 태양전지 등 혁신적인 광전자 소자 구현이 가능해졌으며, 실제로 태양전지의 감응재, 광센서, 바이오 이미징 등 다양한 응용 분야로 연구가 확장되고 있습니다. 또한, 무기 리간드 양자점을 활용한 태양전지 감응재 개발 등 에너지 변환 효율 향상에도 중요한 성과를 내고 있습니다.
이러한 연구는 나노미터 스케일에서의 빛과 물질의 상호작용을 이해하고, 이를 기반으로 새로운 광기능성 소재와 소자를 설계하는 데 중점을 두고 있습니다. 앞으로도 양자점 및 나노구조체의 합성, 표면공학, 광특성 제어 기술을 바탕으로 차세대 광소자 및 에너지 변환 소자 개발에 선도적인 역할을 할 것으로 기대됩니다.
나노바이오기술 및 바이오이미징 응용
본 연구실은 나노바이오기술(Nanobiotechnology) 분야에서 양자점과 금속 나노입자 등 다양한 나노소재를 활용하여 첨단 바이오이미징 및 진단, 치료 기술을 개발하고 있습니다. 양자점은 밝은 발광, 광표백 저항성, 발광 파장 조절 가능성 등 기존 형광체 대비 우수한 특성을 지니고 있어, 생체 내 실시간 이미징, 암 진단, 세포 표지, 유전자 전달, 산소 농도 측정 등 다양한 바이오의료 응용에 활용되고 있습니다. 연구실에서는 근적외선(NIR-II) 영역에서 발광하는 양자점 프로브를 개발하여, 암 진단 및 치료, 조직 깊은 곳의 이미징 등 기존 기술의 한계를 극복하는 혁신적인 바이오 이미징 플랫폼을 구축하였습니다.
특히, 양자점-항체 복합체, 양친매성 고분자 기반 양자점, 표적형 나노프로브 등 다양한 형태의 나노바이오 복합체를 설계하여, 암세포 표적화, 유전자 전달, 산소 센싱 등 정밀의료에 필요한 핵심 기술을 개발하고 있습니다. 또한, 광열치료(Photothermal Therapy), 광역학치료(Photodynamic Therapy) 등 치료 목적의 나노입자 응용 연구도 활발히 진행 중입니다. 금 나노입자, 은 나노입자 등 금속 나노소재의 표면 플라즈몬 공명(SPR) 특성을 활용한 고효율 광열치료 및 약물 전달 시스템도 연구의 중요한 축을 이루고 있습니다.
이러한 연구는 바이오이미징, 진단, 치료가 융합된 차세대 정밀의료 실현을 목표로 하며, 실제로 대장암 진단, 신경계 질환 진단, 종양 미세환경 분석 등 다양한 임상 응용 가능성을 보여주고 있습니다. 앞으로도 나노소재 기반의 바이오이미징 및 치료 기술을 고도화하여, 의료 현장에서의 실질적인 혁신을 이끌어갈 것으로 기대됩니다.
나노클러스터 및 표면공학을 통한 기능성 나노소재 개발
본 연구실은 나노클러스터(Magic-Sized Clusters, MSCs) 및 표면공학(Surface Engineering) 기술을 바탕으로 기능성 나노소재의 합성과 응용에 중점을 두고 있습니다. MSCs는 양자점 합성 과정에서 나타나는 중요한 중간체로, 양자점 성장 메커니즘을 이해하고 제어하는 데 핵심적인 역할을 합니다. 연구실에서는 MSCs의 분리, 구조 분석, 성장 경로 규명 등 기초 연구와 함께, 이를 활용한 새로운 양자점 및 나노입자 합성법을 개발하고 있습니다.
또한, 나노입자의 표면 리간드 설계 및 교환, 이온쌍 리간드 도입, 무기 리간드 적용 등 다양한 표면공학 기술을 통해 나노입자의 분산성, 안정성, 전기적/광학적 특성 등을 정밀하게 제어하고 있습니다. 이러한 표면공학 기술은 양자점 기반 태양전지, 광센서, 바이오이미징, 약물전달 등 다양한 응용 분야에서 핵심적인 역할을 하며, 실제로 고효율 태양전지, 고감도 바이오센서, 표적형 나노약물 전달체 등 다양한 혁신적 소자 개발로 이어지고 있습니다.
이와 더불어, 금속 나노입자(금, 은 등)와의 복합화, 다공성 구조체 설계, 이종 나노입자 하이브리드화 등 첨단 나노소재 개발에도 적극적으로 참여하고 있습니다. 앞으로도 나노클러스터 및 표면공학 기술을 기반으로 한 기능성 나노소재 연구를 통해, 에너지, 바이오, 환경 등 다양한 분야에서 새로운 해결책을 제시할 것으로 기대됩니다.
1
Implementing Discrete Multistate Electrochemical Response to Colloidal Quantum Dots via Regulated Charge Transfer Pathways��
Yunmo Sung, Taeyong Ha, Sukyung Choi, Ho Jin*, Sungjee Kim*
Nano Letters, 2025
2
Silver Sulfide Nanocrystals and Their Photodetector Applications��
Jisu Kwon, Yoonbin Shin, Yunmo Sung, Hyunmi Doh, Sungjee Kim*
Accounts of Materials Research, 2024
3
Multiple Roles of Magic-Sized Clusters in Quantum Dot Synthesis��
Eunjae Lee, Yongju Kwon, Anastasia Agnes, Youngjae Ryu, Sungjee Kim*
J. Phys. Chem. C, 2024
