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Research Highlight
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[Jan 5, 2014] 성우경 교수 연구실 - Hollow nanotubular toroidal polymer

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저널명 Hollow nanotubular toroidal polymer
담당교수성우경
조회2,056
작성자최고관리자
발표일2014-01-05

본문

[Jan 5, 2014] 성우경 교수 연구실 - Hollow nanotubular toroidal polymer microrings


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스스로 조립(Self-assembly)하는 새로운 나노 및 마이크로 물질이 개발되었고 또한 이에 대한 이론적 규명이 이루어 졌다. 
포스텍에 소재한 기초과학연구원(IBS) 연구단(단장 김기문 포스텍 화학과교수)는 포스텍 물리학과 성우경 교수그룹과  공동으로 기존에는 불가능해보였던 비가역적 공유결합을 통한 자기조립으로 속이 빈 마이크로 도넛을 스스로 만들 수 있는 방법과 원리을 찾았다고 5일 밝혔다. 마이크로 도넛은 지름이 0.7~2.7㎛에 단면 너비가 40~80㎚다. 내부가 빈 초소형 도넛 모양의 고분자 물질이다. 연구진은 직사각형 모양의  분자를 연결분자와 함께 용매에 녹인 후 자외선을 쪼여주는 방법으로 속빈 마이크로 도넛을 제조했다.직사각형 분자들은 스스로 연결돼 얇은 타원형의 고분자 조각을 형성하고 이것들이 한쪽 방향으로 말려서 나노튜브가 만들어진 뒤, 나노튜브가 길게 자라나다가 마침내 끝과 끝이 만나 속이 빈 마이크로 도넛을 이루게 된다. 이에 대한 기본적 기작은 본 BK 물리 연구단의 성우경교수그룹이통계역학의 원리를 사용하여 이론적으로 규명하였다. 즉 엔트로피와 에너지가 경합하여  자유에너지를 최소화하는 방향으로 도넛의 크기분포가 결정된다. 이렇게 자기조직된 마이크로 도넛 내부에 다른 분자를 담아놓거나 배출할 수 있어 약물 전달체나 촉매 등으로의 응용이 가능하다.
한편 이 연구결과는 국제 학술지 `Nature Chemistry에  1월 3일 On-Line으로 출간되었고 2월호 표지 논문으로 게재될 예정이다.
 
Despite the remarkable progress made in the self-assembly of nano- and microscale architectures with well-defined sizes and shapes, a self-organization-based synthesis of hollow toroids has, so far, proved to be elusive. Here, we report the synthesis of polymer microrings made from rectangular, flat and rigid-core monomers with anisotropically predisposed alkene groups, which are crosslinked with each other by dithiol linkers using thiol-ene photopolymerization. The resulting hollow toroidal structures are shape-persistent and mechanically robust in solution. In addition, their size can be tuned by controlling the initial monomer concentrations, an observation that is supported by a theoretical analysis. These hollow microrings can encapsulate guest molecules in the intratoroidal nanospace, and their peripheries can act as templates for circular arrays of metal nanoparticles.
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