연구원들은 생분해성 광학 부품을 만듭니다.

Jun 11, 2023

해산물 폐기물로 만든 회절 격자로 환경에 해를 끼치지 않는 일회용 분광계 구현 가능

광학

이미지: 연구원들은 게 껍질을 회절 격자(핀셋 내)라고 알려진 광학 부품을 만드는 데 사용할 수 있는 바이오플라스틱으로 바꾸는 공정을 개발했습니다.더보기

출처: Raphael A. Guerrero, Ateneo de Manila University

워싱턴 — 연구원들은 회절 격자로 알려진 광학 부품을 만드는 데 사용할 수 있는 바이오플라스틱으로 게 껍질을 바꾸는 공정을 개발했습니다. 결과적으로 가볍고 저렴한 격자는 생분해성이 있으며 일회용인 휴대용 분광계를 가능하게 할 수 있습니다.

필리핀 아테네오 데 마닐라 대학 연구팀의 라파엘 A. 게레로(Raphael A. Guerrero) 연구팀장은 “필리핀은 맛있는 해산물로 유명하지만 이 산업은 버려진 게 껍질과 같은 대량의 고형 폐기물의 원천이기도 하다”고 말했다. "우리는 게 껍질 폐기물의 대체 용도를 찾고 싶었고 게 껍질의 키토산이 이전에 실험실에서 회절 격자를 만들기 위해 사용했던 실리콘의 생분해성 대체품으로 사용될 수 있는지 알아보기로 결정했습니다."

Optica Publishing Group 저널 Applied Optics에서 연구원들은 키토산 기반 바이오플라스틱을 사용하여 시중에서 판매되는 회절 격자와 동일하게 작동하는 회절 격자를 만들 수 있음을 보여주었습니다.

"키토산으로 만든 격자는 생분해성이고 환경 친화적이며 게 껍질은 일반적으로 폐기물로 간주되기 때문에 매우 저렴합니다"라고 Guerrero는 말했습니다. "일반적으로 폐기물로 간주되는 재료로 유용한 광학 부품을 만들 수 있음을 보여줌으로써 광학 제조의 지속 가능성을 개선하고 폐기해야 하는 해산물 폐기물의 양을 줄이는 데 도움이 되기를 바랍니다."

게 껍질을 광학 장치로 바꾸기

연구자들은 유망한 광학적 특성 때문에 키토산을 연구하기로 결정했습니다. 용액으로서의 정제된 형태에서 키토산은 투명하고 실리콘과 매우 유사하게 성형될 수 있으며 더 높은 굴절률을 가지며 이는 특정 용도에 중요합니다.

연구진은 게 껍질에서 키토산을 추출하기 위해 현지 가공 공장에서 수집한 껍질을 세척하고 오븐에서 건조시켰다. 그런 다음 껍질을 분말로 분쇄하고 화학 공정을 사용하여 키토산 용액으로 전환했습니다.

연구원들은 물체의 나노크기 표면 특징을 복사하기 위해 실리콘 몰드를 사용하는 복제 공정인 소프트 리소그래피를 사용하여 키토산 용액으로 격자를 만들었습니다. 여기에는 시중에서 판매되는 회절 격자의 실리콘 캐스트를 준비한 다음 키토산 용액을 그 안에 붓는 작업이 포함되었습니다. 용액이 경화되면 상업용 격자의 복제본이 만들어졌습니다.

"레이저 에칭과 같은 감산법과 달리 우리의 소프트 리소그래피 기술은 키토산 폐기물을 생성하지 않습니다"라고 Guerrero는 말했습니다. "우리는 또한 사용된 화학적 단계를 변경함으로써 특정 요구에 더 잘 맞도록 키토산의 물리적 특성을 수정할 수 있습니다."

회절 격자에는 백색광을 구성 요소 색상으로 분할할 수 있는 수천 개의 미세한 홈이 있는 표면이 있습니다. 백색광을 사용하여 키토산 격자를 조명했을 때 연구자들은 예상되는 무지개 패턴을 ​​명확하게 볼 수 있었습니다. 그들은 또한 키토산 격자의 홈 사이의 간격이 원래 상업용 격자의 간격과 일치하는지 확인하기 위해 원자력 현미경을 사용했습니다. 마지막으로, 레이저 빔을 이용한 키토산 회절 격자 테스트로 올바른 회절 패턴이 생성되었습니다.

일회용 분광계

"회절 격자는 빛이 시료와 상호 작용하여 화학적 구성을 결정하는 방식을 분석하기 위해 다양한 산업 및 과학 응용 분야에서 사용되는 장비인 분광계의 주요 구성 요소입니다."라고 Guerrero는 말했습니다. "기존 격자는 일반적으로 유리와 같은 무거운 재료로 만들어졌지만 키토산으로 만든 격자는 더 가볍고 저렴한 분광계를 만드는 데 사용될 수 있습니다."