홀로그램이 ‘매의 눈’ 으로 빛 감시한다

<그림> 빛의 편광과 파장에 모두 무관하게 작동하는 홀로그램의 개발과 빛 노출 여부를 가려낼 수 있는 센싱 기술로의 응용 / POSTECH 제공

작년 코로나19 팬데믹 상황에서 접종 전 상온에 노출됐던 백신이 폐기되는 사고가 일어났다.

백신을 비롯한 의약품은 적절하게 보관되지 않으면 변질될 위험이 있어 생산·보관 과정에서 엄격한 관리가 필요하다.

특히, 빛에 노출되면 백신의 효능이 떨어질 수 있어, 햇빛 노출에 의한 백신의 손상 여부를 확인하는 것이 중요하다고 할 수 있다.

POSTECH(포항공과대학교 · 총장 김무환) 기계공학과·화학공학과 노준석 교수·기계공학과 통합과정 김주훈 씨 연구팀은 뉴질랜드 국립식물·식품연구소 지능형 패키징 팀의 최종현 박사와의 공동연구를 통해 물질의 빛 노출 여부를 가려낼 수 있는 센싱 기술을 개발했다.

어떤 빛에서든 작동할 뿐만 아니라 여러 색을 표현할 수 있는 ‘만능 메타 홀로그램’ 을 이용해서다.

메타물질로 만든 메타 홀로그램은 빛의 입사 방향에 따라 서로 다른 홀로그램 이미지를 보여주는 기술이다.

한 번에 여러 이미지를 동시에 표현할 수 있어 차세대 디스플레이뿐만 아니라, 보안용 센서로도 활용이 기대됐다.

다만, 모든 입사 편광에서 작동하는 메타 홀로그램은 표현할 수 있는 색이 한정적이라는 한계가 있었다.

반대로, 다양한 색을 보이는 메타 홀로그램은 특정한 입사 편광에서만 작동했다.

연구팀은 어떤 빛을 받든 오색찬란하게 볼 수 있는 메타 홀로그램을 구현하는 데 성공했다.

또, 이 메타 홀로그램을 화학·바이오 물질 전용 용기에 붙여, 물질이 빛에 노출됐는지 확인하는 센서로 응용할 수 있음을 확인했다.

특히, 연구팀은 유연한 기판 위에 메타 홀로그램을 바로 프린트하는 공정을 개발함으로써 기술의 상용화 가능성을 한층 높였다.

연구팀은 이 기술을 빛 노출에 민감한 의약품이나 화학물질을 포장·운송 등에 적용할 예정이다.

뉴질랜드가 수출하는 꿀, 키위와 같은 농수산물이나 2차 가공식품의 위조 방지·진위 확인을 위한 지능형 포장·라벨 기술로도 확대할 계획이다.

한편, 이번 연구성과는 국제 학술지 ‘ACS 어플라이드 머터리얼즈 앤 인터페이시스(ACS Applied Materials and Interfaces)’ 최근호에 게재됐다.

연구는 포스코 산학연 융합연구소 사업, LG디스플레이, 한국연구재단 한-뉴질랜드 협력기반조성사업·전략형 나노소재 기술개발 사업의 지원을 받아 이뤄졌다.