Photonic crystals have been used for structural coloration and photonic applications owing to their photonic bandgap properties. They can exhibit sparking interference colors by prohibiting the light propagation in a visible range, and this colors can be tuned by the structural properties. When the photonic structures are composed of functional materials, their functionalities can also be expressed visually. To accomplish this, inverse opals, the negative replica of the opals, are remarkable due to their potential for abundant selection of matrix materials. Here, we report a pragmatic approach to fabricate inverse opals with biodegradable matrix for controlled discoloration. To avoid uncontrolled infiltration and drying processes, we use thermal embedding of silica particles into the polymer film by using capillary wetting phenomena. With partially-embedded silica particles, optimal substrate for dip-coating was producible regardless of material wetting properties. Moreover, by embedding the opal templates into the underlying polymer film, uniform insertion of matrix materials was achievable. These processes succeed in fabrication of biodegradable inverse opals, and also can serve as a general method to produce a wide range of polymeric inverse opals. In case of biodegradable inverse opals, as structure degrades gradually over time by hydrolysis, they can show discoloration on time. Their degradation rate is also controllable by varying the pore sizes and the pH condition of aqueous medium. Therefore, by tracing the discoloration of inverse opals, period is predictable, and this can be used as periodic indicators for food, drug and cosmetic products.
서로 다른 굴절률을 갖는 두 물질이 주기적으로 배열되어 있을 경우, 특정한 파장의 빛이 그 구조를 통과하지 못하고 반사를 하게 된다. 이 때, 그 구조를 광결정이라 하고, 특정한 파장의 빛의 영역대를 광밴드갭이라 부른다. 특히, 광밴드갭이 빛의 파장의 절반 수준에 해당하는 영역에 존재할 경우, 광결정은 빛의 간섭과 회절에 의한 구조색을 띨 수 있다. 자연의 오팔 보석이 대표적인 예이며, 이러한 구조색은 콜로이드 입자의 자기 조립을 통해 구현 가능하다. 하지만, 구형 입자의 자발적 배열로 형성할 수 있는 오팔은 기계적 강도가 좋지 않으며 재료 선택의 폭이 좁다. 이러한 제한점들을 해결하고자 오팔의 빈 공간을 다른 물질로 채우고, 기존의 입자를 제거하는 방식으로 제조 가능한 오팔의 역전된 형태의 구조가 주목받게 되었으며, 이를 우리는 역오팔이라 부른다. 본 연구에서는 생분해성 고분자를 이용해 역오팔을 형성하여 시간에 따라 제어된 퇴색 특성을 보이는 구조를 제조하고자 하였다. 물에 대한 젖음 특성이 낮은 생분해성 고분자로 역오팔을 제조하기 위해 균일한 침투가 어려웠던 기존의 액체 주입 방식에서 벗어나 실리카 입자 침전이라는 새로운 방법을 사용하였으며, 시간에 따른 구조의 반사색과 밝기 변화를 관찰하였다. 이들의 퇴색 속도는 용액의 산도와 구조의 격자 크기를 통해 변화 가능하며, 이로써 퇴색 특성을 조절할 수 있다. 본 구조가 보이는 시간에 따른 퇴색 특성은 일정 기간이 지났음을 알려주는 비색 지표로 응용 가능하며, 유효기간이 중요한 음식, 약물 혹은 화장품 등에 중요하게 적용될 것으로 예상된다.