나노기술 및 정책 정보

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일리노이 대학교(University of Illinois at Urbana-Champaign) 연구팀이 곤충 날개의 물리적 및 화학적 특성을 연구하는 다학제 그룹은 매미 날개가 물을 튕겨 내고 박테리아가 표면에 정착하는 것을 방지하는 나노 구조를 재현하는 능력을 입증했음. 새로운 기술은 경제적이고 간단하며 미래의 첨단 방수 재료를 제작하는 데 도움이 될 것이라고 함. 연구팀은 미국 중부 지역에서 매년 발견되는 매미인 Neotibicen pruinosus의 날개를 모방한 복잡한 기둥 모양의 나노구조의 템플릿을 만들기 위해 나노임프린팅 리소그래피라고 하는 단순화된 버전의 제조 공정을 사용했음. 템플릿은 완전히 용해될 수 있으며 평균 기둥 높이의 94.4 %, 원래 날개 또는 마스터 구조물의 기둥 직경의 106 % 복제본을 생성하였음.

과거의 연구에서 날개의 복잡한 나노구조가 어떻게 물을 튕겨내는 뛰어난 능력을 제공하는지 보여주었기 때문에 이 매미 종의 날개로 작업하기로 결정했음. 이는 항공기에서부터 의료 기기에 이르기까지 많은 재료 공학 응용 분야에서 유용한 매우 바람직한 속성임.

나노임프린팅 리소그래피는 새로운 것은 아니지만 노동 집약적이고 비용이 많이들 수 있음. 일부 접근 방식은 섬세한 매미 날개처럼 원래 복사된 물체를 손상시킬 수 있는 독성 물질을 사용함. 다른 것들은 식물이나 곤충과 같은 생물학적 샘플과 호환되지 않는 고온을 필요로 하기도 함. 연구팀은 개발한 프로세스를 통해 실온과 대기압의 개방형 실험실에서 이를 수행 할 수 있음. 섬세한 날개 나노구조물에 손상을 주지 않는 매니큐어와 소독용 알코올을 사용함. 실험실에서 연구팀은 속건성 매니큐어를 매미 날개에 직접 바르고 실온에서 경화되도록 둠. 연구팀은 제거하는 동안 템플릿이 휘거나 늘어나는 것을 피하기 위해 올바른 매니큐어 제조법을 찾는 것이 쉽지 않았음. 완료되면 템플릿을 폴리머 또는 금속으로 코팅한 다음 용해시켜 복제 금속 또는 폴리머만 남길 수 있음. 새로운 방법의 다양성을 보여주기 위해 연구팀은 두 가지 매우 다른 복제 재료인 구리 금속과 PDMS라고 하는 유연한 실리콘 기반 유기 폴리머로 실험했음. 연구팀은 이 기술이 금속, 산화물 또는 세라믹의 물리적 기상 증착 및 전기 화학적 증착뿐만 아니라 폴리머와 같은 부드러운 재료의 화학 증착 및 스핀 코팅과도 호환된다는 것을 보여주었음.

구리는 고유한 항균 특성 때문에 특히 흥미로움. 과거 연구에 따르면 일부 매미 종은 날개에 항균 특성을 나타냄. 날개 표면의 화학 물질인지 물리적 나노구조인지, 또는 화학과 지형의 조합이 살균 활성을 생성하는지 알지 못함. 그러나 다른 화학과 구조를 가진 물질을 생산할 수 있다는 것은 답하는 데 도움이 될 것임. 이 새로운 비교적 간단한 제조 방법은 궁극적으로 다기능 엔지니어링 재료를 설계하는 데 도움이 될 것임.

본 연구 성과는 ‘Nano Letters’ (“Dissolvable Template Nanoimprint Lithography: A Facile and Versatile Nanoscale Replication Technique”) 지에 게재됨