한국전기연구원(KERI) 스마트3D프린팅연구팀 표재연 박사팀이 빛을 이용해 나노미터급 미세유리관 접촉 여부를 판별할 수 있는 획기적인 기술을 개발했다.
미세유리관은 유리관 끝단을 아주 작게 가공한 정밀기구로 세포를 다루는 생명공학에서부터 미세 전기도금, 나노 3D프린팅에 이르기까지 다양한 분야의 핵심 도구로 활용된다. 생명공학에서는 시험관 아기 시술 과정에서 난자에 정자를 주입할 때나 세포벽 침습 도구로 필수적이다. 전기도금 분야에서는 정밀 전자회로나 미세 구조물 제작에 활용하며 3D프린팅에서는 미세유리관을 노즐로 활용해 초미세 구조물을 3차원으로 인쇄할 수 있다.
관건은 미세유리관 끝단 접촉 여부를 얼마나 섬세하고 정교하게 판별할 수 있는지다. 기존에는 광학현미경으로 직접 관찰하면서 미세유리관 끝단 접촉을 확인했지만 나노미터(10억분의 1m)급 초미세유리관에 대해서는 해상도의 제약으로 접촉 여부를 구분하기 어렵다.
표 박사팀이 활용한 접촉판별 방식은 '빛'이다. 미세유리관에 빛을 비추면 빛은 관을 타고 아래쪽 끝단까지 전달된다. 이때 끝단이 물체와 닿지 않았을 때는 선명한 빛이 나고 접촉하는 순간 사라지게 된다. 개념은 간단하지만 나노미터급 영역에서 빛과 물질의 상호작용에 대한 총체적인 이해가 없다면 끌어낼 수 없는 성과다.
연구진은 다양한 실험과 시뮬레이션을 통해 소멸파 형태로 전달되던 빛이 접촉에 의해 끝단에서 산란하지 않고 접촉한 물체로 전달됨을 물리적으로 규명했다. 기술 활용성을 검증하기 위해 △나노 3D프린팅 공정 △미세 구리 전기도금 공정 및 관로 막힘 해결 △구강상피세포 세포벽 침습 등 다양한 분야에서 미세유리관 접촉판별을 나타내 보여 정확하고 즉각적인 판별 성능을 확인했다.
관련 연구 결과는 우수성을 인정받아 미국 화학회(ACS)가 발행하는 나노과학 분야 최상위급 SCI 학술지인 'ACS 나노'에 에 표지논문으로 게재됐다. 원천기술 특허 출원까지 완료한 KERI는 더 많은 분야에서의 활용성을 직접 시현하고 검증해 수요기업을 적극 발굴하고 기술이전을 추진할 계획이다.
표 박사는 “현미경 관찰에 기반한 기존 나노 3D프린팅 공정이 물리적인 한계에 직면해 인쇄 해상도, 안정성, 수율 향상을 위해서는 완전히 새로운 접근 방법이 필요했다”면서 “광물리 현상에 대한 이해를 바탕으로 3D프린팅에 사용하는 노즐인 미세유리관을 접촉판별을 위한 도구로 활용하는 파격적인 아이디어를 고안해 좋은 결과를 얻었다”고 말했다.
창원=노동균 기자 defrost@etnews.com
