하이드로겔(Hydrogel) (2) "슈퍼 접착제, 자연에서 본보기를 찾다"
- Business News / 편집국 기자 / 2021-09-18 21:50:40
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* 다공질의 90% 이상이 이 하이드로겔에 저장된 물로 구성돼
* 일단 굳으면 이 거품은 갑각류를 어떤 표면에도 붙일 뿐 아니라 충격에 강하고 탄성이 있다.
* 달팽이의 점액은 가역성 하이드로겔 접착제의 모델
이러한 조건에서도 접착되는 물질을 과학자들은 모든 것의 가장 위대한 발명가 중 하나인 자연에서 찾는다. 달팽이, 홍합 또는 따개비는 해수와 종종 미끄러운 표면에도 불구하고 바위 또는 나무 조약돌에 달라붙고 강한 파도에도 고착하는 방법을 보여주기 때문에 연구자들은 이러한 생물학적 슈퍼 접착의 비밀을 발견하기 위해 수년 동안 노력해 왔다. 이것은 많은 경우 뒤에 숨어 있는 것은 하이드로겔이다.
따개비: 거품 뗏목 및 슈퍼 접착제로서의 하이드로겔
비엔나 대학의 바네사 체덴(Vanessa Zheden)과 그녀의 동료들은 몇 년 전 북해 해변에서 따개비 도시마 파스치쿨라리스(Dosima fascicularis)를 발견했다. 이 껍데기 같은 따개비는 표류물에 부착돼 바다를 통해 표류하는 거품 같은 하이드로겔을 생성한다. 다공성 젤의 강한 부력으로 인해 작은 게는 이 거품을 뗏목으로 사용할 수도 있다. 이것은 이 게가 속한 따개비 중 유일하다.
더 자세한 분석은 따개비의 거품 뗏목이 탄수화물의 낮은 혼합물과 함께 가교(crosslinking) 단백질의 골격으로 구성되어 있음을 보여주었다. 다공질의 90% 이상이 이 하이드로겔에 저장된 물로 구성된다. 이 구조는 연구원들이 발견한 바와 같이 주로 이산화탄소를 포함하는 수많은 기포에 의해 차단된다. 일단 굳으면 이 거품은 갑각류를 어떤 표면에도 붙일 뿐만 아니라 거품처럼 충격에 강하고 탄성이 있다.
Zheden과 그녀의 팀에 따르면 이 천연 슈퍼 접착제는 방수가 되는 동시에 의료 및 기술 분야에서 완충재가 필요한 모든 곳에 적합할 수 있다.
가역 결합의 모델로서의 달팽이 점액
그러나 모든 표면에 달라붙을 뿐만 아니라 흔적 없이 다시 제거할 수 있는 접착제가 필요하다면 어떻게 할까? 이러한 가역성 접착제는 기술적으로는 드물지만 달팽이 점액을 포함하여 수백만 년 동안 자연계에 존재해 왔다. 이 하이드로겔은 건조될 때 땅에 매우 내구성이 있고 단단한 연결을 형성하고 동물을 수직 벽에 고정시키기도 하지만 이 연결을 다시 느슨하게 할 수도 있다.
달팽이 점액의 예에 따라 펜실베니아 대학의 조혜성(Hyesung Cho)과 그의 팀은 이제 접착력이 우수할 뿐만 아니라 완전히 뒤집을 수 있는 고분자 접착제를 개발했다. 이 접착제는 다른 무엇보다도 이미 소프트 콘택트렌즈에 사용되는 하이드로겔인 폴리머 겔 폴리(2-하이드록시에틸 메타크릴레이트) 또는 줄여서 PHEMA를 기반으로 한다. 약간의 변형을 통해 연구원들은 수분 함량에 따라 부드럽고 탄성이 있는 상태에서 접착력이 높은 유리 같은 단단한 상태로 가역적으로 변하는 젤을 얻었다.
실험에서 건조된 하이드로겔은 매우 강력하게 접착되어 87kg의 테스트 사람이 두 개의 작은 접착 스트립으로 제자리에 고정되었다. 하지만 물을 적시면 촉촉하고 부드러운 상태로 돌아온다. "이것은 PHEMA를 독특하게 만든다. 물리적 특성의 완벽한 조합은 초강력 및 가역 접착력의 핵심이다"고 Cho와 그의 동료들은 말했다. (계속)
* 다공질의 90% 이상이 이 하이드로겔에 저장된 물로 구성돼
* 일단 굳으면 이 거품은 갑각류를 어떤 표면에도 붙일 뿐 아니라 충격에 강하고 탄성이 있다.
* 달팽이의 점액은 가역성 하이드로겔 접착제의 모델
자연에서 본보기를 찾아, 슈퍼 접착제로서의 하이드로겔
대부분의 일반적인 접착제에는 한 가지 공통점이 있다.
잘 접착하려면 접착할 표면이 건조하고 깨끗해야 한다. 이 조건 때문에 응용 가능성이 상당히 제한된다. 접착력은 우리의 신체 조직과 같은 습한 환경에서 지속되지 않는다. 예를 들어, 인공 관절이나 기타 임플란트를 의학에 부착하려면 다른 솔루션을 찾아야 한다.
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| ▲ 부표가 있는 세척된 표본(작은 나무 조각과 희끄무레한 거품 뗏목으로 구성된 그림에서 왼쪽). 따개비(Dosima fascicularis)가 덴마크 북해 해변으로 밀려왔다. (출처: 위키미디어) |
이러한 조건에서도 접착되는 물질을 과학자들은 모든 것의 가장 위대한 발명가 중 하나인 자연에서 찾는다. 달팽이, 홍합 또는 따개비는 해수와 종종 미끄러운 표면에도 불구하고 바위 또는 나무 조약돌에 달라붙고 강한 파도에도 고착하는 방법을 보여주기 때문에 연구자들은 이러한 생물학적 슈퍼 접착의 비밀을 발견하기 위해 수년 동안 노력해 왔다. 이것은 많은 경우 뒤에 숨어 있는 것은 하이드로겔이다.
따개비: 거품 뗏목 및 슈퍼 접착제로서의 하이드로겔
비엔나 대학의 바네사 체덴(Vanessa Zheden)과 그녀의 동료들은 몇 년 전 북해 해변에서 따개비 도시마 파스치쿨라리스(Dosima fascicularis)를 발견했다. 이 껍데기 같은 따개비는 표류물에 부착돼 바다를 통해 표류하는 거품 같은 하이드로겔을 생성한다. 다공성 젤의 강한 부력으로 인해 작은 게는 이 거품을 뗏목으로 사용할 수도 있다. 이것은 이 게가 속한 따개비 중 유일하다.
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| ▲ 따개비 Dosima는 물집이 있는 하이드로겔을 생성해 부유하는 파편에 달라붙는다.© Ingo Grunwald/ Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung (IFAM) |
더 자세한 분석은 따개비의 거품 뗏목이 탄수화물의 낮은 혼합물과 함께 가교(crosslinking) 단백질의 골격으로 구성되어 있음을 보여주었다. 다공질의 90% 이상이 이 하이드로겔에 저장된 물로 구성된다. 이 구조는 연구원들이 발견한 바와 같이 주로 이산화탄소를 포함하는 수많은 기포에 의해 차단된다. 일단 굳으면 이 거품은 갑각류를 어떤 표면에도 붙일 뿐만 아니라 거품처럼 충격에 강하고 탄성이 있다.
Zheden과 그녀의 팀에 따르면 이 천연 슈퍼 접착제는 방수가 되는 동시에 의료 및 기술 분야에서 완충재가 필요한 모든 곳에 적합할 수 있다.
가역 결합의 모델로서의 달팽이 점액
그러나 모든 표면에 달라붙을 뿐만 아니라 흔적 없이 다시 제거할 수 있는 접착제가 필요하다면 어떻게 할까? 이러한 가역성 접착제는 기술적으로는 드물지만 달팽이 점액을 포함하여 수백만 년 동안 자연계에 존재해 왔다. 이 하이드로겔은 건조될 때 땅에 매우 내구성이 있고 단단한 연결을 형성하고 동물을 수직 벽에 고정시키기도 하지만 이 연결을 다시 느슨하게 할 수도 있다.
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▲ 이 달팽이의 점액은 가역성 하이드로겔 접착제의 모델이 됐다. © Younghee Lee |
달팽이 점액의 예에 따라 펜실베니아 대학의 조혜성(Hyesung Cho)과 그의 팀은 이제 접착력이 우수할 뿐만 아니라 완전히 뒤집을 수 있는 고분자 접착제를 개발했다. 이 접착제는 다른 무엇보다도 이미 소프트 콘택트렌즈에 사용되는 하이드로겔인 폴리머 겔 폴리(2-하이드록시에틸 메타크릴레이트) 또는 줄여서 PHEMA를 기반으로 한다. 약간의 변형을 통해 연구원들은 수분 함량에 따라 부드럽고 탄성이 있는 상태에서 접착력이 높은 유리 같은 단단한 상태로 가역적으로 변하는 젤을 얻었다.
실험에서 건조된 하이드로겔은 매우 강력하게 접착되어 87kg의 테스트 사람이 두 개의 작은 접착 스트립으로 제자리에 고정되었다. 하지만 물을 적시면 촉촉하고 부드러운 상태로 돌아온다. "이것은 PHEMA를 독특하게 만든다. 물리적 특성의 완벽한 조합은 초강력 및 가역 접착력의 핵심이다"고 Cho와 그의 동료들은 말했다. (계속)
[더사이언스플러스=편집국]
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