KAIST, 초소형 인조곤충눈 원리 규명

[이데일리 박지환기자] 초정밀 극미량 물질 인식센서로 활용할 수 있는 기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다.

KAIST는 6일 양승만 생명화학공학과 교수팀이 실제 곤충 눈의 수백분의 일 크기의 초소형 인조겹눈 구조를 실용적으로 제조할 수 있는 방법을 개발했다고 밝혔다.

연구팀은 다양한 기능을 갖는 나노입자를 제조하고 이들 입자들이 스스로 조립되는 자기조립 원리를 규명했다.

인조곤충눈 구조는 세계적인 연구그룹들이 활발히 개발중이며 최근에 수 밀리미터 크기의 실제 곤충눈 크기의 인조곤충눈은 보고된 적이 있다. 하지만 이번 연구 결과는 초소형 인공곤충눈 구조를 자기조립법으로 만든 최초의 사례다.

연구결과는 해외 저명학술지인 어드밴스드 머티리얼스지 10월호 표지논문으로 게재 됐다. 인조곤충눈 구조의 실용성을 구현하는데 크게 기여한다고 인정받아 특별히 주목해야할 논문(Advances in Advance)으로 선정됐다.

지난 20여 년 동안 곤충눈, 오팔, 나비날개 등 빛 정보를 처리할 수 있는 자연계에 존재하는 구조를 인공적으로 제조하기 위한 연구가 많은 과학자들에 의하여 시도됐다. 하지만 실용적인 구조를 얻는 데에는 한계가 있었다.

양 교수팀은 2006년부터 교육과학기술부의 ‘창의적연구진흥사업’으로부터 지원을 받아 초소형 인조곤충눈 구조를 실용적으로 제조할 수 있는 기술 확보를 위한 연구를 수행해 왔다.

양 교수팀은 크기가 수십 마이크로미터인 균일한 기름방울을 이용해 실제 곤충눈 크기의 수백분의 일 정도로 초소형이며 균일한 크기와 모양을 갖는 인조곤충눈 구조를 성공적으로 제조했다.

특히 연구팀은 나노구슬의 자기조립 원리를 이용해 기존 수십 시간이 소요되는 인조곤충눈 조립 공정을 불과 수분 만에 끝냈다.

연구팀은 크기가 수백 나노미터인 균일한 유리구슬(낱눈렌즈)을 물속에 분산시켰다. 여기에 크기가 수십 마이크로미터인 균일한 기름방울을 주입했다. 이후 물-기름-유리구슬 사이의 표면화학적 힘의 균형을 유지시키면서 유리구슬을 물과 기름방울 사이의 경계면으로 이동시켰다.

또 물-유리-기름방울의 혼합물을 기판 위에 뿌려 기름방울을 반구의 돔 모양으로 변형시킨 뒤 유리구슬렌즈를 기름방울 표면 위에 촘촘한 육방밀집구조로 배열했다. 마지막으로 기름방울에 자외선을 쪼여서 고형화시켰다.

연구진은 수 천개의 미세렌즈가 장착된 돔 구조의 초소형 인조곤충눈이 인간의 눈에 비해 시야각이 넓고 빛을 모으는 능력도 매우 높다고 설명했다. 인조곤충눈은 환경의 미세한 변화를 감지할 수 있어 신약개발을 비롯해 극미량의 물질을 인식할 수 있는 초고감도 감지소자를 요구하는 다양한 분야에 응용할 수 있다.

특히 신약개발 등 바이오 산업의 실용화에 사용되는 극미량의 시료를 처리할 수 있는 반도체칩 규모의 실험실인 랩언어칩(Lab on a Chip)에 초소형 인조곤충눈을 도입할 경우 높은 정밀도를 갖는 물질 감지소자로 활용이 가능하다.