물고기 비늘에서 영감 얻은 청색기술로 위조 및 복제 방지한다

최근 과학자들이 물고기 비늘에서 영감 얻은 청색기술을 이용해 암호화된 메시지를 전달하는 방법을 고안해냈다. 이 기술은 해산물 산업 폐기물을 매립지에서 처리할 수 있을 뿐만 아니라, 특수 잉크와 같은 기존 옵션보다 비용도 저렴할 것으로 예상된다.

이 기술은 싱가포르 국립대학교의 소우 초롱 하우어 교수가 이끄는 연구진에 의해 개발됐다. 잠재적인 응용 분야로는 위조범이 판독하기 어렵고 복제하기 더 어려운 제품 포장에 진품 확인 태그를 제작하는 것이 있다.

이 공정에는 수산화인회석(hydroxyapatite)이라는 광물과 콜라겐 사슬이 얽혀 있는 버려진 생선 비늘을 정밀하게 가열하는 과정이 포함된다. 고온으로 두 물질의 분자 구조를 영구적으로 변화시켜 나중에 자외선에 노출되면 밝은 시안(cyan)색으로 형광을 띠게 한다.

열처리를 하지 않으면 비늘은 칙칙한 파란색으로 약하게만 형광을 발한다. 그리고 중요한 점은 열처리된 비늘이라도 자외선을 비추지 않으면 처리되지 않은 비늘의 주변 모습과 똑같이 보인다는 것이다.

이들 과학자들은 연구를 위해 주로 널리 양식되는 붉은 틸라피아(red tilapia)의 비늘을 사용했지만, 다른 어종의 비늘을 사용한 실험에서도 마찬가지로 효과가 있는 것으로 나타났다. 시행착오 끝에 비늘을 270℃로 3분간 가열하면 가장 좋은 결과를 얻을 수 있다는 사실이 밝혀졌다. 온도가 높을수록 형광 효과는 더 밝아졌지만 비늘이 탄화되어 사용할 수 없을 정도로 부서지기 시작했다.

이 기술은 문자, 숫자, 기호 등의 문자를 표시하는 데 두 가지 방법으로 사용할 수 있다.

우선, 열처리된 여러 개의 비늘을 간단히 배열해서 결합하면 주어진 캐릭터의 모양을 만들 수 있다. 다시 말해, 이 시나리오에서는 처리되지 않은 비늘의 배경에 위장된다는 의미다.

또한 초미세 빔 레이저를 사용하여 패턴을 단일 스케일의 한 부분으로만 가열하여 자외선과 현미경을 모두 사용하여 이미지화할 수 있는 미세한 문자를 만들 수 있다. 마치 비늘에 작은 문신을 새기는 것과 비슷하다. 영화 '블레이드 러너(Blade Runner)'에 나오는 일련번호가 찍힌 비단뱀 비늘을 떠올리게 하기도 한다.

비늘을 열처리하면 표면의 다공성이 높아져 오염된 물에서 '로다민(Rhodamine) B'라는 독성 산업용 염료를 선택적으로 흡착할 수 있어 비늘의 활용 범위가 더욱 넓어진다. 실험실 테스트에서 처리된 비늘은 단 10분의 접촉 시간만으로도 오염된 물 샘플에서 91%의 화학 물질을 제거했다. 이러한 비늘은 초음파로 빈 상태로 만든 다음 정수 시스템이나 물 샘플에서 염료의 존재를 나타내는 테스트 키트에 재사용할 수 있다.

또한 비늘에 로다민 B가 흡착된 경우 녹색 빛에 노출되면 주황색으로 형광을 발한다. 이 기능은 자외선 아래에서 청록색으로 형광을 내는 비늘의 기능과 결합하여 포장이나 유사한 용도로 사용할 때 보안을 한층 더 강화할 수 있다.

소우 교수는 "전 세계적으로 매년 약 720만~1,200만 톤의 어류 폐기물이 버려질 것으로 예상되는데, 생선 비늘 폐기물은 업사이클링을 위한 풍부한 자원이 될 수 있다"며 "폐기물 흐름을 재평가함으로써 이전에는 간과했을 수 있는 재료에서 흥미로운 특성과 다기능성을 발견할 수 있다"고 설명했다.

참고로, 원치 않는 물고기 비늘의 다른 잠재적 용도로는 유연한 '전자 피부', 상처 드레싱 및 부러진 뼈를 치료하는 재료 등이 있다.

이 연구 논문은 '네이처 커뮤니케이션(Nature Communications)'에 게재됐다.