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물·기름에 젖지 않은 표면 개발…원시곤충 '톡토기' 닮아

KAIST 연구팀 "의료용 튜브·부식 방지막 등에 활용"

왼쪽부터 최재호 학생·김신호 교수·김희탁 교수
왼쪽부터 최재호 학생·김신호 교수·김희탁 교수

(대전=연합뉴스) 박주영 기자 = 원시 곤충인 '톡토기'는 땅속에 서식하면서 피부로 호흡한다.

톡토기의 피부 표면에는 수만개의 1마이크로미터(㎛, 100만 분의 1m) 이하 버섯 모양의 구조체가 빽빽이 배열돼 있다.

이런 구조체가 물과 기름을 모두 미끄러지게 해 톡토기가 흙 속의 물이나 유기 물질에 젖지 않고 쉽게 호흡할 수 있도록 돕는다.

국내 연구진이 이런 곤충 피부를 모사해 물과 기름을 모두 멀리하는 표면을 개발했다.

한국과학기술원(KAIST)은 김희탁·김신현 교수 연구팀이 '아조 고분자' 화합물을 이용해 초발수성·초발유성(물과 기름을 멀리하는 특성)을 가진 대면적 표면을 개발했다고 6일 밝혔다.

버섯 모양 구조체 제작 모식도 [KAIST 제공=연합뉴스]
버섯 모양 구조체 제작 모식도 [KAIST 제공=연합뉴스]

버섯 모양의 표면을 가진 이중 요각 구조체는 물뿐 아니라 기름과 같이 표면 에너지가 낮은 액체에 대해서도 젖지 않는 성질을 갖고 있다.

하지만 기존 이중 요각 구조체는 딱딱한 실리콘을 기반으로 해 유연한 소재에 적용하기 어렵고, 여러 단계의 복잡한 공정을 거쳐야 해 제작 비용이 비싸다는 한계가 있었다.

연구팀은 아조 고분자의 표면에서 부분적으로 광유체화(빛을 받으면 액체처럼 유체화되는 현상)가 일어난다는 사실에 주목했다.

광 유체화 현상을 아조 고분자 원기둥 구조에서 일어나게 함으로써 원기둥의 윗부분 표면만 선택적으로 흘러내리는 방식으로 버섯 모양의 이중 요각 구조체를 만드는 데 성공했다.

버섯 모양 구조체 구현 모식도 [KAIST 제공=연합뉴스]
버섯 모양 구조체 구현 모식도 [KAIST 제공=연합뉴스]

이런 방식으로 제작된 구조체 표면은 헥산처럼 표면 에너지가 낮아 금세 스며드는 액체에도 뛰어난 초발수성을 갖는 것으로 나타났다.

특히 구조체가 고분자 기반으로 돼 있어 유연성이 뛰어나며, 빛을 쪼이는 방법으로 저렴하게 대면적 제작이 가능하다고 연구팀은 설명했다.

혈액 튜브 등 의료용 오염·손상 방지 튜브, 얼룩·부식 방지 표면 등에 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

물, 기름, 헥산에 모두 젖지 않는 표면 개발
물, 기름, 헥산에 모두 젖지 않는 표면 개발[KAIST 제공=연합뉴스]

김신현 교수는 "톡토기의 피부 구조를 모방해 이중 요각 구조를 구현했다"며 "인간은 자연으로부터 배우고 공학적으로 창조한다는 사실을 다시 한번 깨달았다"고 말했다.

KAIST '엔드-런'(End-Run) 프로그램의 지원을 받아 최재호 박사과정 학생이 제1저자로 참여한 이 연구는 국제 학술지 'ACS 나노'(ACS Nano) 지난달 호에 실렸다.

jyoung@yna.co.kr

<저작권자(c) 연합뉴스, 무단 전재-재배포 금지>2017/09/06 10:16 송고

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