인류는머지않아나노와함께생활할것이다
파인먼의예측이현실이된지금,모든시민에게필요한나노가이드북
“바닥세계에는빈자리가많다(There’splentyofroomatthebottom).”물리학자리처드파인먼은1959년미국물리학회연차총회에서이같은제목의강연을통해나노세계의가능성을이야기했다.그로부터60여년이지난지금,우리는나노과학기술이혁명적으로변화시키는세상을생생하게목도하고있다.유수의글로벌반도체기업들이나노미터단위에서제조공정을더욱미세화한다는뉴스가매일같이보도되는가하면,나노물질로만든신소재가상용화된다는소식도종종들린다.머지않은미래에부작용없는나노로봇항암제,마음대로접고펴는비닐디스플레이등이개발되리라는장밋빛전망도낯설지않다.
이처럼나노과학기술은인류의사회와경제를뒤바꾸고있고,그중심에는나노물질을만들어내는나노화학이있다.이책은나노의역사,나노입자관찰,나노물질합성과특성등나노화학기초이론부터의료,전자산업,환경,에너지등다양한분야의활용사례까지현대인이꼭알아야할나노화학의핵심을담았다.시민의교양으로서,더이상전문가만의영역일수없는나노화학을친절하게소개하는가장정확한가이드북이다.
뉴스를비롯한대중매체에서는나노과학과나노기술,나노화학의업적을연일이야기한다.폐비닐로만드는연료나휘어지는디스플레이,세균과바이러스를제거하는우수한필터,난치병의해결과백신에모두나노라는개념이사용되고있다.영화속에서도나노로봇과나노슈트등상상속에서만존재하던발명품들이웬만큼재현할수있을듯한현실적인모습으로등장한다.가장작은화학세계속의경이로움이나노에숨어있다.
공상을풀어내는것이아니라실제우리가살아가는시점에서나노화학과과학기술의위치가어디인지가늠하기는무척어렵다.하지만화학분야의첨단기술을소개하는책은이제껏없었으니,이제한명의화학자이자나노화학연구자로서가장최신의화학세계로가는첫걸음을조심스레안내하려한다.
-〈들어가며〉중에서(7쪽)
능동표적에서는나노로봇의겉을단순히보호하려고두껍고활성이없는분자로감싸는것을넘어서,정해진암세포만찾아달라붙고들어갈수있는추적자를함께붙인다.우리몸의간,신장,폐,근육,뼈,신경모두세포로이루어져있으며그기능과형태는완전히다르다.마찬가지로각장기와조직에생겨나는암도기능과형태가다른데,심지어빠르게증식하며몸의수리작업을회피하기위해더많은다양함과독특함이생겨야만한다.표적과추적자라해서굉장히복잡하고신기한,인간의몸속에넣어도괜찮을까걱정되는새로운분자가아니다.예를들어건강을유지하기위해섭취하는,임신부라면더욱권장되는엽산은유방암,신장암,자궁경부암,직장암등을추적하는데쓸모가있다.나노로봇에약분자와함께간단히엽산몇개를붙여준다면,또는엽산을화학적으로붙여둔약물을싣고흘려보낸다면자동으로관련종양을찾아치료를시작한다.
-〈5장나노로봇,우리몸을치료하다〉중에서(178쪽)
전기는발전의목적이지만,목적을떠나서전기를찾아볼수있는간단한현상이몇가지있다.고무풍선을털옷이나머리카락에잔뜩문지르면어느새풍선표면에전기가모여머리카락을공중으로들어올린다.흐르지않고머물러있는전기라는뜻의‘정전기(staticelectricity)’,또는접촉이나마찰로표면에정전기가만들어지는대전의한종류인‘마찰전기(frictionalelectricity)’다.(중략)마찰전기를이용해전기를발생하는장치는굳이거대할필요가없다.오히려기존의발전소처럼거대한장비를이용해접촉과마찰을일으키려면매우정밀하고정교한장치가필요하며,원하는방식대로정전기를만들기어려울수도있다.아주작고간단한마찰전기발생소자가수없이많이병렬로늘어선형태가유리하다.작은크기와물질의배열은나노크기의물질이배열되고쌓인형태에서극대화된다.가장작은발전소이자전자의현상을사용하는기술을‘나노제너레이터(nanogenerator)’라부른다.현상자체는간단하다.마찰이정전기를만들고우리는정전기를흘려보내전기를만든다.무엇으로얼마나유용하게사용할수있을지발전기술의현위치와가능성,전망을알아보는것이나노세계가무엇을바꾸고있는지느끼는데도움이된다.
-〈7장환경을지키고에너지를만드는나노기술〉중에서(258~261쪽)
더없이작은세계에서만발휘되는나노입자의초능력
무지갯빛금입자,강력한자력의산화철입자...놀랍고특별한나노물질의성질
나노화학은여러측면에서특별하다.오늘날나노화학이최첨단과학으로주목받는이유는나노미터단위의물질이단지작기때문만은아니다.나노세계를관찰하고연구한과학자들은나노물질이마이크로미터혹은밀리미터단위의물질과는다른독특한성질을갖는다는사실을발견했다.예컨대일반적인금은우리눈에황색으로보이지만금나노입자는크기에따라빨간색,초록색,파란색,보라색등다양한색으로나타난다.산화철나노입자는일반적인상자성(자기장과같은방향으로자력을띠는성질)보다훨씬강한특성,즉초상자성을갖는다.마치앨리스가거울을넘어이상한세계로넘어가듯,나노경계를넘은물질에놀라운세계가펼쳐지는것이다.이같은나노입자의특성은바로나노화학이첨단소재를만들고기술을혁신할수있는근본적힘이된다.
나노화학은화학의마지막경계에놓여있다는점에서도특별하다.화학은물질의변화를이해하고조절하는학문이다.과학은물질의기본적요소인원소조차전자,양성자,중성자등의입자들로더작게자를수있음을밝혔지만,이는화학의연구대상이아니다.즉,나노화학은화학이화학으로남을수있는최후의영역을연구한다.물리학과화학의경계에서,화학이도달할수있는가장작은물질을관찰하고합성하는나노화학은화학이라는학문의본질까지탐구한다는점에서더욱흥미롭다.
마이크로세계에대해서는왜마이크로화학이라는단어를사용하는것을들어본적이없을까?관찰과분석,활용에모두유리한마이크로지만나노와는달리특별함이없었기때문이다.나노세계는그자체로특별하다.황색의반짝이는금속인금은나노세계에들어서면선명한빨강,파랑,보라등다양한색상으로변화한다.자석근처에만다가가도달라붙던철가루도나노크기에서는조금은다른초상자성(superparamagnetic)이라는성질을보이기시작한다.따끔하고섬뜩한주삿바늘도나노니들(nanoneedle)이라는기술이되면통증없이피부에붙여두는것만으로주사할수있다.장신구로사용되던은은이제세균을죽이는약이되고,중독을일으키던카드뮴은선명한형광을내는광원이된다.주디갈런드가주연한영화〈오즈의마법사〉에서문을열며흑백에서유채색으로들어서는장면이나노세계로들어서는화학의순간을설명한다해도과언이아니다.
-〈1장나노세계의문을열다〉중에서(34~35쪽)
나노화학은화학이화학으로서다다를수있는마지막영역일지도모른다.단하나의원자를이해하고활용하는것도충분한의미가있지만,물질과관계,변화를다룬다는측면에서화학이아닌양자역학이나입자물리학의가장거대한영역과맞닿은경계라구분될수도있다.물질에대해사색한다해도집이나빌딩이화학의산물이라기보다는재료과학과건축학등다른학문분야의결정체로연상되는것과마찬가지로,분자를넘어선개별원자의세계는화학과다른분야의경계인셈이다.나노세계에서일어나는화학은우리가실험실에서형형색색의액체를뒤섞고가끔은부글부글끓어오르거나펑하고터지는,또는연기가솟구치거나끓어넘치는고전적인화학의이미지와는다를것이다.약간은낯설고조금은어려운이야기들이튀어나올지도모르지만,화학의가장마지막경계선에서지금일어나고있는일들을알아가며느끼는것은그자체로도매력적인일이아닐수없다.
-〈1장나노세계의문을열다〉중에서(36~37쪽)
지금까지우리는이런화학책을기다려왔다!
최고의화학커뮤니케이터와함께떠나는슬기로운화학여행
이책을집필한광운대학교화학과장홍제교수는《ACSNano》,《AngewandteChemie》등내로라하는국제학술지에나노화학논문70여편을게재한성실한연구자이자화학대중화에앞장서고있는최고의화학커뮤니케이터이다.그는많은사람이어렵고복잡하다고생각하는화학의매력을알리기위해교양서집필,대중강연,과학콘텐츠출연등다양한활동을펼쳐왔다.최근에는유튜브채널‘화학하악’을운영하며콘텐츠기획,제작,편집등을모두담당하는1인크리에이터로서과학에관심있는이들과긴밀하게소통하고있다.위트있고명쾌한콘텐츠로입소문이난그의채널에는‘화학이이렇게재미있는줄몰랐다’,‘유튜브에서접할수있는최고의화학콘텐츠’등과같은구독자들의소감이가득하다.그런그가이번에는자신의전공분야인나노화학을통해화학의재미와가치를나누고자한다.흥미진진하고유쾌한안내에따라화학탑의꼭대기에서나노화학의전경을구경하다보면어느새난해하게만느껴졌던화학의세계를여행하고싶은마음이샘솟을것이다.
추천사
의료,환경,에너지등미래를바꿀과학의최첨단에나노화학이있다.현재와미래의세계를,경제를,사회를이해하려는시민들에게나노화학이더이상전문가만의영역일수없는이유다.하지만일반인이알기엔너무난해하지않냐고?최고의화학커뮤니케이터장홍제교수가나노세계를친숙하게소개하는그어려운일을해냈다.깊이있고매혹적인《나노화학》이야말로‘여러분의시간을낭비해드릴’책이되리라감히단언한다.
-항성(‘안될과학’과학커뮤니케이터)
