어둠 속에서 '형광 무지개 빛'으로 반짝이는 다육식물

다양한 색깔의 빛을 내도록 설계된 다육식물의 모습. Matter 제공.

과학자들이 야간에 조명처럼 반짝일 수 있는 식물을 만들었다. 형광체 입자를 주입하는 방식이다. 식물의 빛이 사라지면 재충전하는 방식으로 반복해 주입할 수 있다.

쉐지에 장 중국 화남농업대 소재·에너지대학 교수 연구팀은 다육식물이 어둠 속에서 무지개 빛깔을 내는 방법을 개발하고 연구결과를 국제학술지 ‘매터’에 27일 발표했다. 다육식물은 선인장처럼 잎이나 줄기에 수분이 많은 식물이다.   

연구팀은 ‘블랙라이트 포스터’를 만들 때 사용하는 물질과 유사한 형광 재료를 이용해 야광 식물을 만들었다. 블랙라이트 포스터는 형광 잉크로 인쇄한 포스터로 어두운 공간에서 재미있는 시각적 분위기를 연출하는 데 쓰인다. 

과학자들은 1980년대 후반부터 빛이 나는 식물을 만들기 위한 연구를 해왔다. 반딧불이의 유전자를 가짓과 식물인 담배에 삽입한 것이 발광 식물을 만드는 최초 시도였다. 지난해에는 미국 생명공학기업 라이트바이오가 유전자를 조작해 스스로 빛을 내도록 개조한 식물을 최초로 상용화했다. 

라이트바이오는 식물 세포에서 발광을 일으키는 화학반응이 일어나도록 유전자를 조작해 빛이 나는 식물인 ‘반딧불이 피튜니아’를 만들었다. 연구팀이 이번에 개발한 발광 다육식물은 유전자 조작이 아닌 형광체 주입을 통해 빛을 낸다. 

연구팀은 스트론튬과 알루미늄 혼합물질로 만든 형광체 입자가 특정 파장에서 빛으로부터 에너지를 흡수하고 에너지 일부를 저장했다가 또 다른 특정 파장에서 천천히 빛 에너지를 방출한다는 점을 활용해 발광 식물을 만들었다. 

연구팀은 스트론튬 알루미네이트가 함유된 형광체를 다양한 크기의 입자로 분쇄한 뒤 여러 종류의 식물에 주입했다. 그 결과 지름이 7µm(마이크로미터, 1µm=100만분의 1m)인 형광체 입자가 다육식물 내부 조직을 채웠을 때 가장 강하고 균일한 빛이 난다는 사실을 발견했다. 

연구팀은 다육식물 중 장미꽃을 닮은 '메비나'를 이용해 모든 잎이 빛이 나도록 각 잎마다 형광체 입자를 주입했다. 전체 주입에 걸린 시간은 약 10분이다. 연구팀은 메비나가 청록색, 남보라색, 녹색, 빨간색, 흰색 등 무지개 빛을 발광하도록 만들었다. 

메비나는 연구팀이 설계한 특정 파장의 빛이나 햇빛에 노출돼 에너지를 흡수했고 이후 약 120분간 발광을 유지했다. 연구팀은 연구가 진행된 10일간 반복적으로 메비나에 형광체 입자를 주입했고 메비나는 형광체 입자 충전 시마다 빛을 냈다. 

발광 메비나 하나를 만드는 데 드는 재료 비용은 약 1.4달러(1943원)였다. 연구팀은 무지개색을 내는 식물을 만드는 기술에 대한 특허를 출원했고 향후 장식용 설치물, 생활조명 등을 만드는 데 활용될 수 있을 것으로 보았다. 

연구팀은 “식물 전체에 형광체 입자가 퍼질 수 있도록 형광체 입자의 크기를 줄이는 것이 다음 과제”라며 “입자 크기가 작아질수록 빛이 약해진다는 한계를 극복할 수 있는 방법을 찾아야 한다”고 말했다.

형광체 입자가 식물의 건강에 미치는 영향은 아직 불분명하다. 연구자들은 안전성 테스트가 필요하다고 보고 있다. 형광체 입자가 든 잎을 실수로 사람이 섭취했을 때 인간에게 미칠 영향 또한 확인이 필요하다. 

<참고 자료> 
doi.org/10.1016/j.matt.2025.102370

[문세영 기자 moon09@donga.com]