에너지시스템학과

우리 학교 심태섭 교수 연구팀이 수십 마이크로미터 수준의 균일한 표면위상 제어가 가능한 자극 감응형 하이드로젤 구조체를 개발했다.

심태섭 교수(화학공학과·대학원 에너지시스템학과) 연구팀은 자극 감응형 하이드로젤을 이용해 표면주름을 형성하는 기술 개발에 성공했다고 밝혔다. 연구 결과는 ‘자극 감응 하이드로젤의 순차적 변형을 통한 대면적 표면주름구조 형성기술(Stepwise Evolution of Crease Patterns on Stimuli‐Responsive Hydrogels for the Production of Long‐Range Ordered Structures)’이라는 논문으로 첨단소재분야 국제 학술지인 <어드밴스드 머티리얼즈 인터페이스(Advanced Materials Interfaces)> 12월 표지 논문으로 선정되었다. 아주대 에너지시스템대학원 석사과정의 김민아 학생이 제1저자로 참여했다.

연성재료는 열적에너지에 의해 형태 변화가 자유로운 소재로, 외부자극으로 미세구조나 소재의 물리화학적 특성 제어가 가능해 많은 응용 연구가 진행되고 있다.

그 중 지문, 손금 등 생물에게서 흔히 관찰되는 표면주름 구조는 소재의 표면적을 높이거나 유체의 흐름제어 및 신축성 제어 등이 뛰어나다는 특성을 보인다. 따라서 이를 공학적으로 모사하려는 시도가 꾸준히 진행되어 왔다. 그러나 주름을 형성하는 메커니즘이 무작위적이어서 균일한 2차원 주름구조를 제작하는 데 한계가 있었다.

이에 심태섭 교수 연구팀은 반응-확산계와 연성재료가 갖는 점탄성 특성을 이용해 하이드로젤 필름 표면에 미세한 비등방성 돌기를 규칙적으로 형성하였다. 그 결과, 하이드로젤 필름이 pH변화에 맞춰 팽창하며 표면 주름이 초기 돌기 구조를 따라 단계적으로 육각형 또는 사각형 패턴의 주름 구조체를 형성하는 것을 확인했다.

또한, 해당 주름 구조체 위에서 배양된 효모 세포들이 구조체의 패턴에 따라 가역적으로 정렬되는 것을 확인했다. 이로써 주름 구조체가 생체 분자들과 화학적 상호작용 없이 표면위상을 통해 정렬할 수 있음을 실험적으로 보이는 데 성공했다.

심태섭 교수는 “이번에 개발한 주름구조 형성 메커니즘은 고분자 필름의 비등방적 돌기에 의한 순차적 구조제어를 한 결과로 다양한 재료와 자극원을 활용하여 구현할 수 있다”며 “여러 생체 분자의 유도 성장 및 새로운 세포 분석 플랫폼 개발에 활용될 수 있을 것”이라고 말했다.

이번 연구는 한국연구재단 기본연구사업의 지원을 받아 이뤄졌다.