나노기술 및 정책 정보

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독일 드레스덴 공과대학의 연구원들은 자기 조립 진주층의 구조적 결함이 어떻게 서로를 끌어 당기고 상쇄시켜 결국 완벽한 주기적 구조로 이어지는지를 설명함.

연체 동물은 포식자로부터 연조직을 보호하기 위해 껍질을 만들며, 그 껍질은 매우 정교하고 규칙적인 구조를 가지고 있어 믿을 수 없을 정도로 강한 소재임. 종에 따라 진주층의 길이는 수십 센티미터에 이르고, 크기에 관계없이 각 진주층은 동시에 여러 다른 위치에 여러 개의 단일 세포에 의해 증착된 재료로 만들어짐. 이렇게 주기적이고 균일한 구조가 정확히 어떻게 나타나는지는 지금까지 알려지지 않았음.

초기의 진주층 구조는 규칙적이지 않고, 층이 있는 무기물-유기 조직이 나선과 같은 여러 층을 통해 전파되는 구조적 결함으로 가득 차 있다고 함. 즐 로트 니 코프 그룹의 연구원들은 그르노블에있는 유럽 싱크로트론 방사선 시설(ESRF)과 협력하여 초기 및 성숙한 진주층의 내부 구조를 자세히 연구함. 싱크로트론 기반의 홀로 그래픽 X선 나노 단층 촬영을 통해 시간이 지남에 따라 진주층의 성장을 포착할 수 있었음.

연구진은 신경망을 사용하여 분할 알고리즘을 개발하고 여러 층의 진주층을 분리하는 식으로 진주층이 자라면서 구조적 결함에서 일어나는 일을 파악할 수 있었음.

자라나는 진주층의 구조적 결함의 행동은 놀라웠음. 오른 손잡이와 왼손잡이 결함이 구조를 통해 만나서 서로를 상쇄할 때까지 이동하면서 조직 전체의 동기화로 이어졌고, 시간이 지남에 따라 구조가 완벽하게 규칙적이고 결함이 없는 구조로 발전할 수 있었음.

진주층과 유사한 주기적 구조는 다양한 동물 종에 의해 생성되며, 연구원들은 새로 발견된 메커니즘이 진주층의 형성뿐만 아니라 다른 생체 구조에도 적용 가능할 것이라고 함.