▲ 공중합체들의 존재 형태에 따른 트라이볼로지(인력, 마찰력, 윤활력) 테스트 모식도. pH 3에서 홍합접착제와 오징어 빨판을 모사한 저마찰 방오제(PEO 루프 양말단에 카테콜이 존재하는 형태)일 경우 가장 낮은 마찰력을 보임. 기존 방오제(카테콜을 아민기로 대체했을 경우) 카테콜이 존재할 때와 같이 표면 고정은 되지만, 루프를 형성하는 데는 카테콜보다 안정성이 떨어짐. 루프 구조가 아닌 브러쉬 형태일 경우 0.1mN 정도의 힘에서는 윤활력이 좋으나 이후 마찰력이 100배 가까이 증가하는 양상을 보이는데 이는 코팅된 표면이 브러쉬 형태의 분자 구조로 인해 쉽게 손상됐다는 것을 의미함. /(右) 홍합접착제와 오징어 빨판을 모사한 저마찰 방오제(PEO 루프 양말단에 카테콜이 존재하는 형태) 위에서 쥐 조골세포 방오성능 분석한 결과, 코팅되지 않은 표면에서는 세포가 증식하나 코팅된 이후 세포가 거의 부착되지 않음을 확인할 수 있음.

국내 연구팀이 홍합과 오징어에서 아이디어를 얻은 친환경 방오소재로 해양생태계를 지키는데 도움을 줄 뿐만 아니라 향후 바이오 메팅컬로도 활용 될 것으로 보인다는 발표가 나왔다.

한국연구재단(이사장 정민근)은 인체 의료 소재로 사용되는 친환경 방오 소재가 미래부와 재단의 해양·극지 기술원천기술개발사업 지원을 받은 황동수 교수팀(포항공대), 강태곤 박사(삼성 SDI) 주도의 국내외 공동연구를 통해 개발되었다고 1일 밝혔다.

방오 소재란 선박이나 해양시설에 도장돼 수면에 잠긴 부분이 수중 동식물이 달라붙는 것을 방지하며 의료용으로는 인체에 삽입하는 의료용 임플란트 또는 의료기구 체내 노폐물이 흡착하는 것을 방지한다.

그러나 기존 방오 소재는 주석, 수은, 구리 화합물 등 중금속 독성물질이 많아 선박용으로 이용 시 수중생태계를 파괴할 위험이 크고, 마찰 저항을 높여 연료 소비량을 증가시킨다는 문제점이 꾸준히 제기되어 왔다.

이에 황동수 교수팀은 홍합에서 나오는 천연 접착제의 단백질 구조와 오징어 빨판의 접착 메커니즘을 분석해 수중 접착의 원리를 모방해 생체적합성이 뛰어나고 방오성능이 입증된 고분자 폴리에틸렌옥사이드(PEO)로 저마찰성 카테콜-폴리에틸렌옥사이드(PEO) 트라이블록 공중합체에 성공했다.

PEO는 에틸렌옥사이드가 여러개 연결된 긴사슬 형태의 고분자화합물로 물과 만나면 결합해 점성을 만들어 길게 늘어진다.

연구팀은 방사광 가속기를 활용한 X-선 흡수 분광법과 표면 힘 측정기를 이용해 코팅처리한 카테콜-PEO 공중합체의 표면 마찰력과 인력을 측정한 결과, 수중에서 낮은 마찰력으로 윤활력이 높고 오염물 장착을 억제하는 능력인 방오성능이 우수하다는 사실을 밝혀냈다.

이번 연구 성과는 의료 방오제에서 나아가 미래 친환경 해양방오소재 사업으로 응용 가능성이 높은 것으로 기대했다. 현재 선박용 방오 도료 국내 시장 규모는 2008년 기준 7,406억원, 의료용 임플란트 및 의료기기 방오제는 약 400억원(2014년 기준)으로 추정하고 있다.

연구진은 본 연구로 개발한 카테콜-PEO 트라이블록 공중합체는 앞으로 해양 방오소재 산업뿐만 아니라 생체 내 바이오메디컬 코팅 소재로도 유망주가 될 것으로 기대하고 있다고 덧붙였다.

한편, 해당 연구결과는 나노과학분야의 세계적 학술지 ‘ACS 나노(ACS Nano)'에 1월26일발표되었다.