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문어 빨판처럼 물 속에서도 찰싹 달라붙는 소재, 세계 최초 개발

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2017년 06월 15일 02:00 프린트하기

Pixabay 제공
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자유자재로 움직이는 8개의 다리에 크고 작은 빨판을 가진 문어는 바다 생태계의 숨은 강자다. 빨판의 흡인력이 바다의 왕 상어도 옴짝달싹 못하게 할 정도로 강력하기 때문이다. 국내 연구진이 이 빨판의 원리를 모방해 물 속에서도 잘 달라붙는 소재를 개발했다.

 

방창현 성균관대 화학공학/고분자공학부 교수팀은 문어 빨판의 흡인력의 비결을 규명하고, 그 구조를 모사해 물 속에서 떼고 붙일 수 있는 고점착 패치 소재를 세계 최초로 개발했다고 14일 밝혔다.

 

웨어러블 기기 등 다양한 형태의 기기가 개발되며, 수분이 있는 환경에서도 잘 붙는 소재를 찾으려는 연구가 활발하다. 화합물로 만든 기존 점착 소재들은 표면이 젖으면 점착력이 사라지거나 떼어낸 후 끈적이는 오염물을 남긴다는 한계가 있었다.

 

 

문어 다리 속 빨판(a)을 잘라 살펴보면 도너츠 모양의 흡착판 내부에 미세한 구형 돌기가 있는 모습을 볼 수 있다(b). 연구진은 이 구조를 패치(c)에 모사해 수분이 많은 환경에서도 잘 부착하는 소재로 개발했다. - 성균관대 제공
문어 다리 속 빨판(a)을 잘라 살펴보면 도너츠 모양의 흡착판 내부에 미세한 구형 돌기가 있는 모습을 볼 수 있다(b). 연구진은 이 구조를 패치(c)에 모사해 수분이 많은 환경에서도 잘 부착하는 소재로 개발했다. - 성균관대 제공

연구진은 문어 빨판의 흡인력엔 지금껏 알려지지 않았던 또 다른 비결이 있다는 것을 알아냈다. 문어 빨판은 도너츠 모양의 흡착판 내부 빈 공간에 구형의 미세 돌기가 있는 구조다.

 

문어가 다리를 표면에 부착하기 위해 힘을 가하면, 흡착판은 표면의 수분을 밀어낸다. 이때 수분의 일부는 표면장력으로 인해 내부로 들어와 구형 돌기와 돌기 주변 사이 공간으로 모여든다. 부착을 위해 가했던 힘을 빼고 나면 표면과 흡착판 내부 사이의 공간이 진공 상태로 변해 높은 흡인력이 생긴다. 

 

연구진은 이 구조에 착안, 탄성이 좋은 고분자를 이용해 가로, 세로 3㎝의 패치를 제작했다. 이 패치는 물 속에서 0.5㎏의 무게를 들어올릴 정도로 강한 점착력을 보였다.

 

이 소재는 유리 표면에서는 3N/㎠(뉴턴 퍼 제곱센티미터), 물 속 유리 표면에서는 4N/㎠, 기름 속 유리 표면에선 15N/㎠의 점착력을 나타냈다. N/㎠는 접합된 상태를 떼어내기 위해 드는 단위 면적 당 힘으로 수치가 높을수록 세게 붙어있음을 뜻한다. 유분과 수분 환경에서 강하다는 것은 사람의 피부에 부착할 소재로도 적합하단 의미다.

 

연구진은 1만 회 이상 반복적으로 탈부착해도 성능을 온전하게 유지한다는 점도 확인했다. 별도의 화학소재를 사용하지 않아 떼어낸 후에도 오염물을 남기지 않는다는 장점이 있다.

 

방 교수는 “사람 피부와 같이 거칠고 유분이 있는 표면에도 효과적으로 점착하기 때문에 추후 피부에 붙이는 의료용 생체신호 모니터링 소자의 부착 소재나 약물을 탑재한 창상치료 의료패치 등으로 활용할 수 있을 것”이라고 설명했다.

 

이 연구결과는 ‘네이처’ 15일자에 실렸다.

 

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