KAIST(한국과학기술원)는 생명화학공학과 김신현 교수 연구팀이 하버드대와 공동으로 삼투압 원리를 이용해 ‘광결정’을 자유자재로 제작할 수 있는 기술을 개발했다고 15일 밝혔다.

이번 연구 결과는 네이처의 자매지인 ‘네이처 커뮤니케이션즈’(Nature Communications) 지난 7일자 온라인 판에 실렸다.

광결정은 서로 다른 투명재료가 빛의 파장 정도의 공간적 주기성을 가지고 격자 형태의 구조를 이루고 있는 물질이다.

특정 파장의 빛만 반사하고 나머지는 통과하도록 제어할 수 있는 특성 때문에 ‘빛의 반도체’라고도 불린다.

하지만 광결정의 반사색을 바꾸는 것이 불가능하고 제조 공정이 까다로워 상용화하기 어려웠다.

연구팀은 액체 상태의 광결정을 덩어리 형태가 아닌 100나노미터(㎚·10억분의 1ｍ) 정도의 얇은 캡슐 형태로 만들어 공정성을 높였다. 고무로 만든 캡슐막을 씌워 모양도 자유자재로 바꿀 수 있도록 제작했다.

이를 위해 ‘삼투압 현상’의 원리, 즉 배추를 소금물에 넣으면 높은 삼투압을 갖는 소금물이 배춧잎의 물 분자를 반투막 밖으로 꺼내 배춧잎의 부피가 줄어드는 원리를 적용했다.

나노입자를 담은 미세 물방울이 삼투압 현상에 의해 부피가 줄어들면 나노입자가 스스로 규칙적으로 배열돼 캡슐막 내부에 광결정을 만드는 원리이다.

김신현 교수는 “구부리거나 접을 수 있는 차세대 반사형 디스플레이 소자나 인체 내에 주입할 수 있는 바이오센서 등을 구성하는 광학소재로 사용될 수 있을 것”이라고 말했다.

이번 연구는 지난해 9월 별세한 양승만 전 KAIST 생명화학공학과 교수에 헌정됐다.