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해조류에게 배운다…세균까지 차단하는 신개념 오염방지막 개발

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해조류에게 배운다…세균까지 차단하는 신개념 오염방지막 개발

2019.01.20 17:05
지질-하이드로겔 나노 바늘 하이브리드 필름 위에서 세균이 죽은 모습을 상상했다. -사진 제공 ACS 매크로 레터
연구팀이 새로 개발한 오염방지막 위에서 세균이 죽은 모습을 상상했다. -사진 제공 ACS 매크로 레터

국내 연구팀이 오물은 물론, 세균까지 달라붙지 못하게 막는 강력한 오염방지막 소재를 개발했다. 비결은 파래 등 해조류가 갖고 있는 바늘처럼 뾰족한 미세 표면구조다.


박현하, 선가현 UNIST 기계공학과 연구원과 정훈의 UNIST 기계항공및원자력공학부 교수팀은 해조류 표면에서 볼 수 있는 독특한 미생물 방어 구조를 인공 소재로 모사해, 미생물의 접근을 효과적으로 차단하는 새로운 오염방지막을 개발하는 데 성공했다. 연구 결과는 재료과학 분야 국제학술지 ‘미국화학회(ACS) 매크로레터스’ 1월호에 발표됐다.


오염방지막은 표면에 오염물지 달라붙지 못하게 만든 소재다. 선박이나 해양시설에서 물이 닿는 부분에 발라 해양생물의 부착을 막는 데 쓰인다. 인공관절이나 치아 임플란트, 가습기 등에 노폐물이 붙어 더께가 앉거나 미생물막(바이오필름)이 형성되는 것을 막는 데에도 쓰인다. 현재 주로 화학물질을 발라 쓰고 있는데, 화학물질이 떨어져 나가거나 박테리아가 내성을 지니게 될 경우 무용지물이 된다는 단점이 있었다.


박, 서 연구원팀은 해조류 표면을 확대했을 때 발견할 수 있는 나노미터(10억 분의 1m) 길이의 초미세 바늘 구조(미세 돌기)에 주목했다. 박현아 연구원은 “미세 돌기는 자연에서 흔하게 발견되는 표면 구조"라며 "세균(박테리아)이 닿으면 세포벽이 손상돼 죽게 만든다”고 설명했다. 일종의 천연 항균효과인 셈이다. 


연구팀은 물에서도 단단한 성질을 유지하는 다공성 고분자 물질인 '하이드로젤(PEGDMA)'을 이용해 미세한 나노 바늘 구조 소재를 만들었다. 만드는 방법은 간단했다. 실리콘 기판을 만든 뒤 바늘 형태의 구멍을 무수히 뚫었다. 그 뒤 액체 상태의 PEGDMA를 그 위에 부었다. 그 뒤 자외선으로 굳혀 분리하자 단단한 미세 바늘이 표면에 잔뜩 난 소재를 완성할 수 있었다(아래 그림). 이렇게 해서 만든 미세 바늘은 접근해 온 다양한 세균의 세포막을 효율적으로 찔러 터뜨렸다.

 

연구팀이 개발한 오염방지막의 제조법과 구조. 실리콘(회색) 기판에 바늘 구조를 새기고 위에 PEGDMA(노란색)을 올려 바늘이 있는 소재를 만든다. 그 뒤 위에 수막을 형성하는 재료인 MPC를 코팅했다. -사진 제공 UNIST
연구팀이 개발한 오염방지막의 제조법과 구조. 실리콘(회색) 기판에 바늘 구조를 새기고 위에 PEGDMA(노란색)을 올려 바늘이 있는 소재를 만든다. 그 뒤 위에 수막을 형성하는 재료인 MPC를 코팅했다. -사진 제공 UNIST

연구팀은 이 오염방지막에 한 가지 기능을 더했다. PEGDMA 바늘만으로는 효과가 오래 가지 못했다. 죽은 세균의 사체가 바늘 주변에 쌓이며 점차 항균 기능을 떨어뜨린 것이다. 연구팀은 물을 끌어당겨서 표면에 수막을 형성하는 특징이 있는 물질인 'MPC'라는 분자를 PEGDMA 위에 코팅하는 아이디어를 냈다. 실험 결과, MPC가 코팅된 나노 바늘은 뾰족하면서도 미끌거리는, 실제 해조류와 비슷한 특성을 갖는 오염방지막 소재로 거듭났다.

 

선가현 연구원은 “수막 덕분에 미세표면에 찔려 죽은 박테리아가 쉽게 물로 씻겨 나갈 수 있다"며 "미세표면과 피막을 이용해 이중으로 오염을 막을 수 있어 다양한 세균에 대응할 수 있고, 긁히거나 손상돼도 기능이 떨어지지 않는다”고 말했다.


연구팀은 다양한 해양생물의 표면 구조를 추가로 연구해 오염방지 기능을 더 강화할 계획이다. 연구 총책임자인 정 교수는 “수많은 피해자를 낸 ‘가습기 살균제 사건’의 경우, 해로운 세균을 없애려 살균제를 사용한 게 문제였다"며 "이번에 개발된 기술로 기기 표면에 새로운 오염방지막을 입히면 이 문제를 피할 수 있다. 정수기나 에어컨 등의 생활기기를 안전하고 건강하게 사용하는 데 도움이 될 것”이라고 말했다.
 

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