새로 산 휴대전화를 땅에 떨어뜨렸을 때 혹은 아끼는 차가 뾰족한 물체에 긁혔을 때 우리는 매우 슬퍼집니다. 화도 나죠.
그런데 앞으로는 큰 걱정 안 해도 될 날이 올지도 모르겠습니다. 아주 간편하게 손상을 회복시킬 수 있는 묘안이 곧 등장할 수 있기 때문인데요. 강도가 물러지거나 단단해지는 걸 조절할 수 있는 고분자 물질에 열쇠가 있습니다.
폴리머금속유기케이지
MIT 대학원생 Yuwei Gu가 주도해 설계한 이 재료는 폴리머금속유기케이지(polymer-metal-organic cages, polyMOC) 입니다. '빛'을 이용해 물질 내 결합을 조절합니다. 폴리머금속유기케이지는 고분자들 사이에 금속이 갇힌 형태입니다. 이번 연구에선 고분자로 폴리에틸렌 글리콜(PEG)를, 금속으로 팔라듐(Palladium, Pd)을 썼습니다.
그리고 DTE라는 빛에 민감한 분자를 이용했어요. DTE가 빛을 받으면 분자들의 배열이 변하게 됩니다. 물질이 딱딱한지, 부피가 어떨지는 분자의 배열에 따라 결정되는데요. DTE의 변화에 따라 고분자는 딱딱한 채로 이용하다가 손상됐을 때 스스로 홈을 메울 수 있도록 부드러운 물질로 바꿀 수 있습니다.
자세한 과정은 다음과 같습니다. DTE는 자외선을 받으면 분자 안 고리구조를 형성하며 전체 배치를 딱딱하게 바꿉니다. 그리고 초록 빛을 받으면 고리가 다시 깨져 부드러워집니다. 전체 과정을 완료하는 데는 약 5시간이 걸린다고 해요. 연구진은 최대 7번까지 왔다갔다 변환에 성공했다고 합니다.
위 사진은 이를 설명한 모형입니다. 자외선을 받아 단단해질 땐 왼쪽 과 같은 구조, 그리고 초록 빛을 받아 부드러워지면 오른쪽 같은 구조를 띠게 돼요.
딱딱해진 물질에 초록 빛을 쬐면 처음 딱딱했던 상태보다 최대 10배 더 부드러워 진다고 하는데요. 초록빛을 이용해 표면을 부드럽게 만든 후 자외선을 이용해 다시 굳히는 방법으로 표면에 난 손상을 회복시킬 수 있다고 합니다. 이번 연구는 고분자를 이렇게 양 방향으로 바꾸는 데 최초로 성공했다는 점에서 큰 의미가 있다고 해요.
연구진은 폴리에틸렌 글리콜 뿐 아니라 "모든 종류의 고분자로 이 구조를 만들 수 있다"고 하는데요. 앞으로 플라스틱이나 고무 등으로 만든 물건들을 더 오래 쓸 수 있다고 합니다. 또한, 인공위성의 표면을 관리하는 데도 응용할 수 있고 의료용으로도 이용할 수 있습니다. 단단하게 만든 캡슐에 빛을 쬐어 캡슐을 여는 식으로 약물의 전달에 이용할 수 있다고 설명했습니다.
##참고자료##
Light-controlled polymers can switch between sturdy and soft
