한국전기연구원(KERI) 스마트3D프린팅연구팀의 표재연 박사팀이 빛을 이용해 나노미터급 미세유리관의 접촉 여부를 판별할 수 있는 혁신적인 기술을 개발했다. 이 기술은 제조기술과 생명공학 등 다양한 분야에서의 활용이 기대된다.

미세유리관은 유리관의 끝단을 직경 0.1mm~0.000010mm로 가공한 정밀기구로, 주로 생명공학, 미세 전기도금, 나노 3D프린팅 등에서 핵심 도구로 사용된다. 생명공학에서는 세포의 연구나 시험관 아기 시술 과정에서 난자에 정자를 주입할 때 사용되며, 전기도금 분야에서는 정밀 전자회로 및 미세 구조물 제작에 활용된다. 또한, 미세유리관을 3D프린팅 노즐로 활용하면 초미세 구조물을 3차원으로 인쇄할 수 있다.

미세유리관을 활용하는 데 있어 중요한 점은 유리관 끝단의 접촉을 정밀하게 구현해 유리관의 손상이나 대상 물체의 파손을 방지하는 것이다. 기존에는 광학현미경으로 접촉 여부를 확인했으나, 나노미터급의 초미세유리관은 해상도 한계로 인해 정확한 접촉 여부를 확인하기 어려웠다. 전류나 진동을 이용한 방식도 있으나, 재료의 제한이나 결과의 변동성 등의 문제가 있었다.

표재연 박사팀은 이 문제를 해결하기 위해 빛을 이용한 접촉 판별 방식을 도입했다. 빛을 미세유리관에 비추면 빛은 유리관을 타고 끝단까지 전달되는데, 유리관 끝단이 물체와 접촉하지 않은 상태에서는 선명한 빛이 유지되고, 접촉하는 순간 빛이 사라지게 된다. 이 방식은 전등 하나만으로 광학현미경 해상도의 한계를 극복할 수 있어, 매우 간단하면서도 나노미터급 영역에서의 접촉을 정확하게 판별할 수 있는 기술이다.

연구진은 다양한 실험과 시뮬레이션을 통해 접촉 시 빛이 끝단에서 산란되지 않고 접촉한 물체로 전달되는 현상을 물리적으로 규명했다. 또한, 나노 3D프린팅 공정, 미세 구리 전기도금 공정, 구강상피세포의 세포벽 침습 등 다양한 분야에서 미세유리관의 접촉 여부를 정확하게 판별하며 기술의 활용성을 검증했다.


이번 연구 결과는 미국 화학회(American Chemical Society)에서 발행하는 나노과학 분야의 최상위급 SCI 학술지인 ‘ACS Nano’에 표지 논문으로 게재됐다. 이 학술지는 JCR Impact Factor 15.8로, 해당 분야에서 상위 5.9%에 속하는 권위 있는 저널이다.

표재연 박사는 “기존의 나노 3D프린팅 공정이 물리적 한계에 직면해 인쇄 해상도와 안정성 향상을 위해 새로운 접근 방식이 필요했다”며 “광물리 현상에 대한 이해를 바탕으로 미세유리관을 접촉 판별 도구로 활용하는 아이디어를 고안해 좋은 결과를 얻었다”고 밝혔다.


이번 기술의 원천 특허도 이미 출원한 KERI는 이번 성과가 3D프린팅, 디스플레이, 생명공학, 전기도금, 반도체 등 초정밀 공정이 필요한 다양한 산업 분야에서 주목받을 것으로 기대하고 있다. 재료나 환경의 제약 없이 전등 하나만으로도 구현할 수 있는 간편한 기술인 만큼, 적용 범위가 매우 넓을 것이라는 전망이다.

표 박사팀은 향후 더 많은 산업 분야에서 기술의 활용성을 직접 시현하고, 수요기업을 발굴해 기술이전을 추진할 계획이다.