[과학]‘얼음 문신’ 기술로 물곰충에 초정밀 패턴 구현

연구원 양치용이 산에서 이끼를 파내여 물곰층을 채집하고 있다. 사진에서 표현된 물곰층은 아이스 리소그래피 기술에 기반한 표면 탄소질 미세 나노 구조 표징이다. /과학기술일보

일전, 서호대학의 구민교수팀이 최초로 얼음 조각 기술을 활용해 살아있는 생물체 표면에 정밀한 미세·나노 가공을 구현했다. 이 미세한 ‘문신’은 초고정밀 나노 가공 기술과 우수한 생체 적합성을 보여주며 나노급 의료 장비 및 생체 마이크로 로보트 개발에 새로운 가능성을 제시했다. 관련 연구 성과는 최근 《나노 레터스(纳米快报)》 학술지에 게재되였다.

5년전 구민연구실은 전자빔(电子束 )을 조각칼로 활용하고 수증기가 승화해 형성된 얼음층으로 기존 포토레지스트(光刻胶)를 대체해 정밀한 ‘아이스 리소그래피(冰刻)’를 완성한 바가 있다. 연구팀은 이 기술이 미세·나노 단위의 생체 가공에 활용될 수 있을 것이라 예측했다.

“아이스 리소그래피 기술은 전통적인 리소그래피 가공(光刻加工)의 포토레지스트를 얼음으로 대체하는 것이다. 전자빔을 얼음층에 조사(照射)해 직접 얼음 템플릿(模板)을 조각하면 레지스트 세정 과정에서 발생하는 오염을 피할 수 있을 뿐만 아니라 생체 가공 적용 가능성도 제공해준다.” 론문 제1저자인 양치용 연구원은, 아이스 리소그래피 과정에서 사용되는 ‘얼음’은 일반 얼음일 수도 있고 유기 분자가 저온에서 응결된 고체일 수도 있다고 덧붙였다.

예측을 현실로 만들기 위해 연구팀은 미세한 크기에도 강한 환경 적응력을 가진 생체 실험체를 물색했다. ‘지구 최강 생물’로 불리는 물곰충(水熊虫)이 그들의 시야에 들어왔다. 체장 1밀리메터 미만이지만 극한의 온도, 극심한 탈수, 강한 방사선, 고압 및 유독 환경에 대한 내성이 매우 뛰여난 생물체이다.

실험 과정은 도전으로 가득했다. 장기간 동안 양치용 연구원의 일상은 현미경으로 이끼(苔藓)에서 물곰충을 찾는 것이였다. 실험에서는 먼저 물곰충을 신진대사가 거의 멈춘 휴면 상태로 유도한 뒤 특수 제작된 나노 유기 얼음막을 그 우에 덮었다. 이후 전자빔 로출 공정을 거쳐 지정 령역의 얼음막이 상온에서 안정적인 고체 패턴(图案)으로 변환되면서 물곰충 ‘문신’이 성공적으로 완성되였다.

후속 실험에서 물곰충에 맞춤 제작된 ‘문신’은 신축, 용제 침지, 건조 처리 후에도 견고하게 유지되는 것이 확인되였다.

이번 성과는 미생물 감지, 생체 모방 장치, 생체 마이크로 로보트 분야에 새로운 경로를 개척했다. 양치용 연구원은 향후 과학자들이 아이스 리소그래피 기술을 세균·바이러스 등 미생물에 적용함으로써 생명 시스템과 기계전자 시스템의 심층 융합을 통해 비생물학적 구성요소를 훨씬 뛰여넘는 성능 우세를 확보할 수 있을 것이며 이 기술이 생물 미세 세계(微观世界)의 새로운 문을 열고 있으며 나노 기술의 다분야 혁신 발전을 촉진할 것으로 기대된다고 덧붙였다.

/과학기술일보

编辑：최화