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문제 정의
- 1 그리고 홍합은 물속에서나(유기물이나) 육지에서나(무기물이나) 변함없이 강력한 접착력을 보이는 특징을 가지는데 이 또한 최근 한 연구 그룹에 의하여 그 비밀이 밝혀졌다.2 본 고에서는 초접착성의 기능성 표면을 연구의 대표적인 두 가지 모델 중 건식접착을 실현하기 위한 연구 주제로 게코도마뱀의 섬모 구조를 모사한 대표적인 연구 시례를 분석하고 본 연구그룹에서 활발하게 연구된 결과들을 살펴보고자 한다.
- 앞서 설명한 사례들이 비교적 초기의 생체모방 공학의 사례라고 할 수 있으며 현재는 마이크로/나노 공학의 비약적인 발전에 힘입어 이전과는 다른 방식의 접근으로 생체모방공학의 연구들이 수행되고 있다. 그 대표적인 예로 게코도마뱀의 나노 섬모를 모사한 건식접착 필름, 연꽃잎 표면의 형상을 모사한 초소수성 필름 등이 그것인데, 본고에서는 생체모방공학의 구체적인 연구결과들 중 마이크로나노 기술에 기반을 둔 기능성 표면 연구에 대한 원리 및 구현 방법을 구체적으로 살펴보고자 한다
- 이러한 기능성이 부여된 스마트한 표면들은 학문적인 연구 가치뿐만 아니라 실생활에 적용되었을 때의 경제적인 부가가치가 높기 때문에 학계뿐만 이니라 산업계에서도 많은 주목을 받고 있는 상황이다. 본 고에서는 최근 발표된 생체모방기술들의 대표적인 사례들을 살펴보고, 향후 다양한 분아에서 그 수요가 증가될 것으로 확신되는 스마트 필름(표면) 에 대해서 고찰해보고자 한다.
- 본 내용에 들어가기에 앞서서, 생체모방공학에 대해서 간략하게 소개하고자 한다. 생체모방공학의 사전적인 의미는 그리스어 단에서 생명을 뜻하는, Bios, 와 모방을 의미하는 Tnimiesis, 의 결합된 단거로써, 자연의 생물체 및 생체물질의 기본구조의 원리와 메커니즘을 모방 또는 응용하여 공학적으로 활용하는 기술이라고 정의하고 있다.
- 앞서 설명하였듯이 게코도마뱀은 기울어진 섬모 구조를 이용하여 방향성 있는 접착력을 만들어내어 원할 때는 언제든지 손쉽게 표면에서 발을 뗄 수 있다. 본 연구그룹도 경사 구조를 이용한 접탈착 메커니즘 뿐만 아니라 좀 더 발전된 형태의 탈착 메커니즘을 개발하여 발표하였다.
- 가까운 미래에 사용화될 말리는 디스플레이의 뒷면에 건식접착 표면을 만들어 말린 채로 고정하거나 펼친 상태에서는 벽면 등에 붙일 수 있는 기능을 구현할 수 있고 중력이 없어 작업 환경이 가혹한 우주의 작업 현장에서 우주인들을 신발에 부착된 건식접착제가 우주선 표면을 손쉽게 걸어갈 수 있게 하거나 작업도구를 간편하게 벽면에 고정해놓을 수 있을 것이다. 본 연구그룹에서는 앞으로 있을 미래에 적용 가능한 응용과 함께 좀 더 현실적인 적용을 위하여 건식접착 메커니즘을 적용한 스마트 바이오 패치를 구현하였다 스마트 바이오 패치는 기존의 습식접착의 문제점으로 지적된, 오랜 시간 접착 후 패치를 떼어낼 때 인체 표피의 일부분도 함께 떨어져 나와 사용자로 하여금 고통과 불편을 일으키는 점을 개선하고자 했다 더 나아가 이러한 건식접착이 분자간의 인력을 바탕으로 접착하기 때문에 접촉 표면과 수 십 나노미터 거리로 인접하게 되는 점에 착안하여, 생체산호를 감지할 수 있는 센서를 함께 내포시키는 연구를 수행하였다 그림 11).
- 본 연구진은 표면이 거칠고 기름 및 수분이 분비될 뿐만 아니라 항상 움직임이 존재하는 특징을 가지는 인체 표면에 건식접착 패치를 적용하기 위하여 앞서 설명한 본 연구그룹에 의해 개발된 다양한 마이크로/나노 공정을 바탕으로 게코도마뱀의 섬모와 문어의 빨판 구조를 혼합한 새로운 행태의 건식접착 구조를 제안하였다 문어는 물속에서 독특한 구조의 빨판을 이용하여 자유자제로 물속의 표면을 이동할 수 있는데 본 연구진은 인체 피부에서 지속적으로 분비물이 나오는 점을 극복하고자 문어의 빨판에 착안하여 문제를 효과적으로 해결하였으며, 이 또한 생체모방 공학을 이용한 연구결과라고 할 수 있다. 그림 12에 나와 있듯이 본 연구진은 다양한 모양의 빨판 구조를 마이크로 기둥 끝단에 제작하였다.
- 본 특집에서는 표면의 다양한 성질을 구현하기 위하여 수행된 많은 연구들을 살펴보았다. 특히 이러한 표면은 자연을 관찰하고 이를 구현하고자 히는 많은 연구자들에 의해서 수행되었고 나노기술의 빌달이 이러한 성과들을 가능하게 히였다.
- 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 본 연구그룹에서는 고분자를 이용한 다양한 패터닝 기법을 개발하였다. 고분자를 이용할 경우 탄소나노튜브와 비교하였을 때, 원하는 다양한 형상의 패터닝이 가능하고 가공 공정이 간단하고 손쉽게 재료의 물성을 변화시킬 수 았으면서 대면적 제작이 비교적 용이하다는 장점을 가지게 된다.
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