높은 대칭성과 잠재적인 다기능성때문에 과학적으로 흥미로운 정이십면체를 에멀전 조립 기술을 사용하여 연성 구체의 일반적인 구조적 한계를 넘어 제작되었다.

5중 대칭은 꽃잎에서부터 바다의 불가사리에 이르기까지 자연계에서 관찰되는 흥미로운 패턴이다. 이러한 독특한 구조는 시각적인 경이로움을 제공할 뿐만 아니라 나노기술의 미시 세계에서도 중요한 구조적 현상으로 작용한다. 금속, 합금, 그리고 반도체는 종종 정이십면체 구조를 형성하는데, 해당 구조는 축구공과 유사하지만 더욱 복잡한 기하학적 모양이다. 이러한 결정 형태는 높은 대칭성과 이방성으로 인해 향상된 열 및 광 흡수 특성과 독특한 전자 특성을 나타낼 수 있다. 그러나 유연하고 부드러운 고분자 사슬로 덮인 나노입자인 연성 구체로 이러한 이십면체 형태를 만드는 것은 어렵다. 연성 구체는 연화 효과로 인해 일반적으로 단순한 구형으로 정착하는 경향이 있어, 형태를 조절하기 힘들다는 한계점이 있다.

이러한 한계를 극복하기 위해 카이스트 생명화학공학과 김범준 교수 연구팀은 증발 에멀전 기술을 도입했다. 에멀전은 기름과 물 같이 일반적으로 섞이지 않는 두 액체의 혼합물로, 한 액체가 다른 액체 속에 물방울 형태로 분산되어 있다. 이 기술을 사용하여 연구팀은 연성 구체를 미세한 물방울 안에 가둬 더 복잡한 형태인 정이십면체로 형태를 변형시키는 데 성공했다. 더 나아가 이러한 구조가 다른 혼합 불가능한 나노입자와 결합될 때, 정이십면체의 이방성을 이용하여 추가된 나노입자를 정확하게 정점에 위치시켜 복잡한 하이브리드 패치 구조를 형성할 수 있다. 이 구조들은 다양한 표면 특성을 가지며 나노기술에서 혁신적인 용도로 적합하다.

이러한 전략은 맞춤형 특성을 갖춘 복잡한 나노 단위 구조체를 조립하는 새로운  방법을 제시한다. 본 연구는 2024년 6월 14일 Science Advances에 게재된 "Icosahedral Supracrystal Assembly from Polymer-Grafted Nanoparticles via Interplay of Interfacial Energy and Confinement Effect"라는 논문에서 자세히 소개되었다.