저렴하고 해상도 높은 3D 나노프린팅 기술

(The researchers used their new system to make a variety of detailed 3D structures, including a 3D woodpile structure (a & b), a 20-micron-diameter buckyball (c) and two cubical box frames (d). The images were acquired with an electron microscope. Credit: Cuifang Kuang, Zhejiang University)

3D 프린팅 기술은 최근 크게 발전하고 있습니다. 특히 마이크로미터 이하 크기의 해상도를 지닌 나노 3D 프린팅 기술 역시 많은 발전을 거듭해 과거 같으면 상상하기 어려운 초미세 구조물을 3차원적으로 출력할 수 있습니다. 하지만 여전히 비싼 가격이 보급의 걸림돌입니다.

저장 대학의 쿠이팡 쿠앙 (Cuifang Kuang from the Zhejiang Lab and Zhejiang University)이 이끄는 연구팀은 저렴하지만 고해상도의 초미세 구조를 만들 수 있는 3D 나노프린팅 기술을 개발했습니다.

현재 3D 나노프린팅에 주로 사용되는 기술은 2광자 흡수 (two-photon absorption)법으로 매우 고가의 펨토초 레이저를 수지에 발사해 내부에서 100nm 이하 해상도의 3차원 구조물을 만드는 방식입니다. 연구팀은 그 대안으로 405nm 파장의 레이저를 이용한 2단계 흡수 시스템 개발했습니다.

싱글 모드 편광 유지 광섬유 (single-mode polarization-maintaining fiber)를 이용해 레이저를 발사할 경우 펨토초 레이저처럼 복잡한 장비가 필요 없어 비용을 크게 절감할 수 있다는 것이 연구팀의 주장입니다.

물론 비용을 절감할 수 있어도 출력물의 해상도가 낮다면 큰 의미가 없는 이야기입니다. 하지만 연구팀은 상당히 고품질의 3D 프린팅 구조물을 만들 수 있다는 것을 보여줬습니다. 또 2D 프린팅 역시 초당 1000 미크론의 속도로 200nn 이하 해상도를 구현할 수 있다고 설명했습니다.

3D 나노프린팅 기술은 세포 하나를 담는 격자나 스마트 나노 알약 개발 등 여러 가지 용도로 활용될 수 있습니다. 앞으로 저렴하면서도 해상도가 높은 3D 나노프린팅 기기가 개발되면 활용 범위도 크게 넓어질 것으로 기대합니다.

참고

https://phys.org/news/2023-08-technology-advance-3d-nanoprinting.html

X. Liu et al, High-resolution 3D nanoprinting based on two-step absorption via an integrated fiber-coupled laser diode, Optics Letters(2023). DOI: 10.1364/495286 opg.optica.org/ol/abstract.cfm?uri=ol-48-16-4300

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