신세현 교수팀, 계면활성제 특성 폴리머 이용한 정밀 코팅기술 개발
자동차 도장, 바이오센서 등에 적용 기대돼

        ▲ 왼쪽부터 신세현 교수 (교신저자), 서창덕 연구원(제1저자), 장대호 연구원(제1저자)  

공과대학 기계공학부 신세현 교수팀이 계면활성제 특성을 가진 폴리머 용액을 이용하여 미세입자를 물질 표면에 고르게 코팅할 수 있는 미세입자 코팅 기술을 개발했다.

* 계면활성제 :  물에 녹기 쉬운 친수성 부분과 기름에 녹기 쉬운 소수성 부분을 동시에 가지고 있는 특성을 가진 화합물로서 비누나 세제 등으로 많이 활용됨
* 폴리머 용액 :  분자 단위체가 화학적 결합으로 반복되어 중합체가 물에 녹아 있는 액체. 화장품, 코팅산업 등에 많이 활용됨.

미래창조과학부(장관 최양희)․한국연구재단 기초연구지원사업(집단연구), 원천기술개발사업(바이오․의료기술개발사업)의 지원으로 수행된 이번 연구는 국제적 학술지 사이언티픽 리포트(Scientific Reports) 3월 29일자에 게재됐다. 

- 논문명 : Altering the coffee-ring effect by adding a surfactant-like viscous polymer solution  
- 저자 정보: 신세현 교수 (교신저자, 고려대학교), 서창덕 (제1저자, 고려대), 장대호 (공동 제1저자, 고려대) 

바이오․의료분야, 자동차 도장, 전자소자 인쇄는 무엇보다 정밀한 코팅이 중요하다. 하지만 코팅 과정에서 코팅액이 증발하면서 코팅액에 섞여있는 미세 입자가 외곽 쪽으로만 몰리고 중심부에는 입자가 없게 되는 커피링 현상이 나타나 코팅의 품질을 떨어뜨린다. 
* 커피링 현상(효과) : 커피 한 방울이 테이블에 떨어져 공기 중에서 마르고 나면 가장자리 쪽에 선명한 선이 반지모양(ring)으로 형성되는 현상

연구팀은 계면활성제 특성을 갖는 폴리머 용액을 코팅액에 소량 추가해 커피링 현상을 해결했다. 또한, 사용한 폴리머 용액이 생체친화적이기 때문에 일반 코팅 산업공정에서 이용할 수 있을 뿐만 아니라, 암을 검출할 수 있는 검출용 미세입자를 바이오센서에 고르게 코팅하는 과정에서 이용해 혈액으로 암을 진단하는 센서의 민감도를 높일 수 있는 가능성을 제시했다.

신세현 교수는 “이 연구는 액적에 포함된 미세입자를 균질하게 코팅할 수 있는 기술을 개발한 것이다. 바이오⋅의료융합분야 선도연구센터의 연구를 진행하면서 커피링 현상을 해결하지 않고는 혈중에 극미량 존재하는 암 진단 물질을 검출하기 어렵다는 판단에서 기초 물리와 화학적인 현상을 연구한 결과다. 바이오 물질의 검사에 사용되는 탐침용 미세입자의 코팅에 적용할 수 있어 혈중 종양 물질 검출 센서의 민감도를 획기적으로 향상시킬 수 있는 가능성을 발견했다. 나아가 개발한 기술을 자동차 코팅, 전자인쇄 등 스프레이, 잉크젯과 같은 액적 형태로 코팅하는 대부분의 공정산업에 간단히 적용할 수 있을 것으로 기대된다.”고 연구의 의의를 설명했다.

[ 용 어 설 명 ]

1. 사이언티픽 리포트(Scientific Reports)
  ○ 세계적 과학저널 ‘네이처’가 발행하는 온라인 저널

2. 커피링 현상(효과)
  ○ 커피 한 방울이 테이블에 떨어져 공기 중에서 마르고 나면 가장자리 쪽에 선명한 선이 반지모양(ring)으로 형성되는 현상을 일컫는데, 이는 커피에 포함된 미세의 커피입자가 증발과정에서 자연적으로 발생하는 내부유동을 따라 가장자리로 이동되어 축적되는 현상  
 
3. 와인의 눈물 
  ○ 와인 잔을 가볍게 원형으로 흔든 후 몇 초 후에 지켜보면 와인잔 안쪽에 와인이 흘러내리는 현상을 일컫는 현상으로서 이는 와인에 포함된 알콜 성분이 물보다 빨리 증발하게 되며 남은 물 성분은 알콜보다 표면장력이 커서 주변의 액체를 끌어당기게 되고 점점 무거워진 액체는 중력에 의하여 흘러내리는 원리

4. 액체생검 
  ○ 조직생검(tissue biopsy)에 대응하는 용어로서 조직세포를 대신하여 혈액을 검사하여 혈중에 존재하는 종양세포나 종양성 DNA 및 엑소좀 등의 물질을 검출하고 분석하는 기술 

[ 그 림 설 명 ]

                  [물]                [물과 계면활성제]            [물과 PEG]

      
            (그림) 미세입자가 포함된 액적이 증발된 후의 사진과 표면 두께 분포  
           (a)와 (d)는 전형적인 커피링 현상의 결과로 액적 외곽에 선명한 선과 함께 입자가 몰려있는  반면, 그림 (b)와 (e)는 계면활성제가 포함된 물의 결과로서 커피링 문제는 극복하였지만 중심부에 입자가 집중되는 다른 문제를 초래함. (c)와 (f)는 이번 연구결과의 핵심결과로서 PEG가 포함된 수용액의 경우 기존의 커피링 문제를 극복하고 입자가 여러 개의 링 형태를 띠며 골고루 분포하게 됨.

출처 : 커뮤니케이션팀 서민경(smk920@korea.ac.kr)