빛을 활용해 접촉 여부 판별…3D프린팅 등 산업서 관심 예상
한국전기연구원(KERI)은 표재연 스마트3D프린팅연구 박사팀이 빛을 이용해 나노미터급 미세유리관 접촉 여부를 판별할 수 있는 기술을 개발했다고 30일 밝혔다.
‘미세유리관’은 유리관의 끝단을 아주 작게(직경 0.1mm ~ 0.000010mm) 가공한 정밀기구다. 세포를 다루는 생명공학에서부터, 미세 전기도금, 나노 3D프린팅에 이르기까지 다양한 분야의 핵심 도구로 활용되고 있다.
미세유리관을 활용하는 데 있어서 가장 중요한 사안은 섬세하고 정교하게 끝단 접촉을 구현해 유리관이 깨지지 않게 하거나, 대상 물체가 손상되지 않도록 하는 것이다.
기존에는 광학현미경으로 관찰하면서 접촉 여부를 확인했다.
하지만 나노미터급 초미세유리관에 대해서는 해상도의 제약으로 인해 접촉을 구분할 수 없었다. 전류나 진동을 이용해서 접촉을 판별하는 방식도 있으나, 활용할 수 있는 재료(전도체)의 한계, 결과의 간섭 및 변동성 발생 등 문제가 있었다.
이에 표재연 박사팀은 빛을 활용했다. 미세유리관에 빛을 비추면 빛은 관을 타고 아래쪽 끝단까지 전달된다. 이때 끝단이 물체와 닿지 않았을 때는 선명한 빛이 나고 접촉하는 순간 사라지게 된다.
연구진은 다양한 실험과 시뮬레이션을 통해 소멸파 형태로 전달되던 빛이 접촉에 의해 끝단에서 산란(scattering)되지 않고, 접촉한 물체로 전달되는 것임을 물리적으로 규명했다.
또 기술의 활용성을 검증하기 위해 ▲나노 3D프린팅 공정 ▲미세 구리 전기도금 공정 및 관로 막힘(Clogging) 해결 ▲구강상피세포의 세포벽 침습 등 다양한 분야에서 미세유리관의 섬세한 접촉판별을 시현해 판별 성능을 확인했다.
KERI는 이번 성과가 나노미터급 초정밀 공정이 필요한 3D프린팅, 디스플레이, 생명공학, 전기도금, 반도체 등 여러 산업 분야에서 관심을 받을 것으로 예상하고 있다.
표재연 박사팀은 다양한 분야에서 활용성을 시현하고 검증할 예정이다. 수요기업을 발굴하고, 기술이전을 추진할 계획이다.
표재연 박사는 “현미경 관찰에 기반한 기존 나노 3D프린팅 공정이 물리적인 한계에 직면해 인쇄의 해상도, 안정성, 수율 향상을 위해서는 완전히 새로운 접근 방법이 필요했다”며 “광물리 현상에 대한 이해를 바탕으로, 3D프린팅에 사용하는 노즐인 미세유리관을 접촉판별을 위한 도구로 활용하는 파격적인 아이디어를 고안해 좋은 결과를 얻었다”고 설명했다.
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