자연을 그대로 복제하다… 전주대·성균관대 연구팀, 3차원 생체 나노구조체 정밀 복제 기술 개발
전기장을 이용해 고정밀 생체표면 복제 구현… ACS Nano 게재
전주대학교 과학교육과 박현제 교수와 성균관대학교 강대준·박성수 교수 연구팀이 자연계의 복잡한 3차원 생체 나노구조체를 정밀하게 복제하는 기술을 개발했다. 연구팀은 매미 날개의 나노구조를 모델로 삼아 원래 구조를 높은 정밀도로 재현했으며, 복제된 표면에서 자연 매미 날개가 갖는 항균 특성까지 구현했다. 이번 연구 결과는 나노과학 분야 국제학술지 ACS Nano에 게재됐다.
매미 날개 표면에는 수백 나노미터 크기의 뾰족한 기둥 형태 구조가 촘촘하게 배열돼 있다. 이러한 3차원 나노구조는 높은 투명성, 초발수성, 항균 특성과 밀접하게 관련돼 있지만, 끝으로 갈수록 가늘어지는 형상과 높은 종횡비 때문에 기존 주조·성형 및 나노임프린팅 기술로 원래의 형태를 그대로 재현하기 어려웠다.
연구팀은 이러한 한계를 극복하기 위해 전기수력 불안정성(Electrohydrodynamic instability)을 활용한 복제 기술을 적용했다. 전기장에 의해 고분자 박막이 움직이는 현상을 이용해 나노구조의 수평·수직 방향 성장을 동시에 제어함으로써, 기존 기술에서 구현하기 어려웠던 복잡한 3차원 나노구조를 센티미터급 면적에서 균일하게 복제하는 데 성공했다.
복제된 나노구조는 자연 매미 날개와 높은 구조적 유사성을 보였으며, 주요 구조적 특성의 차이가 2.5% 이하로 나타났다. 연구팀은 구조를 모사하는 데 그치지 않고, 복제 표면이 대장균과 황색포도상구균에 대해 자연 매미 날개와 유사한 항균 반응을 나타내는 것도 확인했다.
이번 연구는 자연계의 복잡한 3차원 나노구조뿐 아니라 그 구조에서 비롯되는 기능까지 함께 재현할 수 있다는 점에서 의미가 있다. 향후 항균·발수·저반사 등 다양한 기능을 갖는 생체모사 표면과 기능성 나노소재 개발에 활용될 것으로 기대된다.
박현제 교수는 “자연계에는 인공적으로 구현하기 어려운 정교한 나노구조와 그로부터 나타나는 다양한 기능이 존재한다”며 “이번 연구는 이러한 자연의 구조를 높은 정밀도로 복제하고, 구조가 만들어내는 기능까지 재현할 수 있음을 보여준 것”이라고 밝혔다. 이어 “다양한 자연계 표면을 인공적으로 구현하는 생체모사 나노기술로 확장해 나갈 수 있을 것으로 기대한다”고 덧붙였다.
한편 이번 연구는 전주대학교 박현제 교수와 성균관대학교 강대준·박성수 교수 연구팀이 공동으로 수행했으며, 한국연구재단의 지원을 받아 진행됐다.
