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독일의 드레스덴 공과대학교(Dresden University of Technology) 연구팀이 합성 마이크로 스위머의 인상적인 동작을 연구하여 광촉매 입자가 조명 영역을 벗어나자마자 독립적으로 뒤집어 빛으로 다시 수영하는 것을 발견함. 연구팀의 목표는 액체 속의 합성 마이크로 스위머의 움직임을 조사하여 이러한 무생물 미세 입자가 자신의 특정 방향으로 움직일 수 있도록 함으로써 향후 센서 기술 또는 생물학적 세척에 사용될 수 있도록 하는 것이었음. 연구팀은 소위 "Janus 입자"로 작업하고 있음. 이들은 두 개의 다른 코팅된 면을 가진 이산화 티타늄 몸체로 구성됨. 한 면은 니켈과 금의 촉매 활성층이 있고 다른 면은 처리되지 않은 상태로 유지됨. 이산화 티타늄은 벽 페인트와 같이 미백제로 사용되지만 빛과도 반응함. 결과적으로 야누스 입자는 광촉매성이므로 빛이 닿자마자 화학 반응이 일어나 움직임을 시작함. 연구팀은 이제 야누스 입자의 운동에서 극도로 특이한 현상을 관찰하고 분석했음. 입자가 현미경의 조명 영역을 벗어나자마자 스스로 돌아 서서 뒤로 헤엄치는 현상(실제로는 미생물에서만 알려진 행동)임. 그러나 합성 마이크로 수영에서 그러한 복잡한 행동이 어떻게 촉발 될 수 있을지 밝힐 필요가 있음. 연구팀은 입자가 빛에서 활동하는 한, 그들의 수영 방향은 물리 화학적 효과의 조합에 의해 안정화된다는 것을 보여줄 수 있었음. 입자가 더 이상 빛에 노출되지 않으면 에너지 변환이 없으며 이동 방향이 더 이상 안정적이지 않음. 이 경우 자연적인 브라우니안 운동 (Brownian Motion)이 시작됨. 이로 인해 입자가 뒤집힌 다음 노출된 영역으로 다시 수영함. 브라우니안 모션 (Brownian Motion)과 같은 단순한 효과가 이러한 복잡한 동작을 유발할 수 있다는 사실은 특히 기능의 발전과 진보 측면에서 매우 놀랍고 인상적임. 이 속성을 마이크로 로봇의 표적 제어에 사용할 수 있음. 입자가 액체에서 오염 물질을 걸러내 제거하거나 신체를 통해 약물을 운반하고 정보를 운반하는 것에 응용될 수 있을 것으로 기대됨.

본 연구 성과는 ‘Soft Matter’ (“Apparent phototaxis enabled by Brownian motion”) 지에 게재됨