문어 빨판 비밀 밝혀 수중점착 가능한 진단‧치료용 패치 개발

이달의 과학기술인상 4월 수상자로 성균관대 화학공학‧고분자공학부 방창현 교수를 선정했다.

과학기술정보통신부와 한국연구재단은 방창현 교수가 문어 빨판의 독특한 3차원 구조를 밝히고, 이를 모사하여 화학접착제 없이 탈부착이 가능한 고점착 패치 소재를 개발한 공로가 높이 평가되었다고 선정 배경을 설명했다.

최근 반도체 공정 및 의료용 소재‧소자 산업이 발전하면서 건조하거나 습한 환경에서도 사용 가능하고, 굴곡진 피부 표면에 부착하여 사용자의 정보를 수집하거나 진단 및 치료에 활용할 수 있는 청정한 점착소재 개발의 필요성이 커지고 있다.

하지만 기존의 화합물 기반 접착제는 습한 표면 환경에서 점착력이 급격히 떨어지고 반복적인 탈부착이 어려웠으며, 소재 표면에 오염과 손상을 일으키는 단점이 있었다. 때문에 높은 청정도를 요구하는 반도체 생산 공정과 피부에 직접 사용하는 의료 패치로 사용하는데 한계가 있었다.

방창현 교수는 자연 현상에 착안해 문어 빨판의 미세 돌기가 물속 환경에서도 흡착력을 증가시킨다는 새로운 이론을 증명했다. 이를 응용하여 다양한 환경에서 탈부착이 가능하며 오염물을 남기지 않는 신개념 패치 소재 개발에도 성공했다.

건조하거나 습한 환경에 강하게 부착하는 문어 빨판을 관찰하고, 특히 빨판 내부에 존재하는 미세 구형 돌기의 점착 기작을 분석․규명했다. 또한 이를 모사한 미세 3차원 계층 구조를 설계했다. 나아가 저렴한 고분자 소재를 이용한 용액공정을 통해 초저가형의 대면적 패치 제작기술을 개발했다.

연구팀은 기존의 전자빔 가공 등에 비해 공정이 단순한 용액공정을 기반으로 문어 빨판 모사한 점착소재 제조공정을 개발했다. 또한 공초점 현미경을 이용해 미세 입체구조 내부에서 물 분자들이 거동하는 형태를 관찰‧증명하고 수학적 모델을 통해 검증했다.

개발된 문어 빨판 모사 패치는 물이나 실리콘 오일 속 유리 표면, 습한 피부 등 다양한 표면 환경에서 모두 높은 점착력을 유지했으며, 1만회 이상의 반복적인 탈부착 실험에서도 성능을 유지하였다. 또 점착표면에 오염물을 남기지 않아 괄목할 만한 성과로 인정받았다. 관련 연구 내용은 ‘네이처(Nature)’에 2017년 6월 게재됐다.

방창현 교수는 “이번 연구는 습한 환경 및 피부 표면에서 끈적이는 화학접착제 없이 반복적으로 탈부착이 가능한 고점착 패치 소재를 개발했다는 점에서 의미가 있다”라며 “향후 청정 전자 소재 산업과 의료용 패치, 진단 치료용 착용형 기기, 장기 조직 봉합 및 치료용 패치 등 다양한 분야에서 세계적 선도 연구를 수행하는데 주력할 것”이라고 수상 소감을 밝혔다.