게 껍데기로 만든 회절 격자 소재

(The researchers ground dried crab shells into a powder (left) and then used a chemical process to create a solution suitable for making a diffraction grating (right). Credit: Raphael A. Guerrero, Ateneo de Manila University)

(Researchers developed a process to turn crab shells into a bioplastic that can be used to make optical components known as diffraction gratings (in the tweezers). Credit: Raphael A. Guerrero, Ateneo de Manila University)

게 같은 갑각류의 단단한 껍데기를 이루는 주요 물질인 키토산은 가볍고 단단할 뿐 아니라 여러 가지 형태로 만들 수 있고 생분해성 물질로 환경 오염 우려가 적기 때문에 바이오 플라스틱 소재로 과학자들의 주목을 받고 있습니다.

필리핀 아테네오 마닐라 대학의 라파엘 구에레로 (Raphael A. Guerrero, from Ateneo de Manila University in the Philippines)가 이끄는 연구팀은 필리핀에서 즐겨 먹는 식재료인 게 껍데기를 이용한 생분해성 회절 격자 (diffraction gratings)를 개발했습니다.

회절 격자는 빛을 여러 방향으로 회절시키는 물질로 분광기의 기본 부품이라고 할 수 있습니다. 하지만 회절 격자에 사용되는 유리 소재는 비쌀 뿐 아니라 쉽게 분해되지 않는 폐기물로 사용 후 재활용이 쉽지 않습니다.

연구팀은 키토산이 본래는 투명한 물질이라는 점에 착안해 이를 이용한 회절 격자를 만들었습니다. 우선 먹고 버리는 쓰레기인 게 껍데기를 세척한 후 부숴서 가루로 만들고 화학 물질로 처리해 키토산만 분리했습니다. 그리고 키토산 용액을 실리콘 틀에 넣은 후 소프트 리소그래피 (soft lithography) 공정을 이용해 회절 격자로 만들었습니다.

이렇게 만든 회절 격자는 산업 및 연구 분야에서 널리 사용되는 분광기의 핵심 부품으로 사용될 수 있습니다. 연구팀은 키토산 회절 격자가 매우 저렴할 뿐 아니라 가볍고 생분해성이기 때문에 휴대용 분광기에 적당하다고 보고 있습니다. 단 상용화를 위해서는 충분한 성능과 내구성을 검증해야 할 것입니다.

키토산은 과거부터 유망한 바이오 플라스틱 소재로 거론되곤 했는데 광학 기기로도 유용하게 쓰일 수 있을지 궁금합니다.

참고

https://phys.org/news/2023-03-biodegradable-optical-components-crab-shells.html

Efren G. Gumayan et al, Chitosan from crab shell waste for soft lithography of bioplastic diffraction gratings, Applied Optics (2023). DOI: 10.1364/AO.483336

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