물과 기름…물리적 힘으로 섞는다

카이스트 연구팀 내놓아, 약물전달체와 센서 등에 적용 가능

▲물리적 힘으로 기름과 묵을 섞는 방법이 제시됐다.[사진제공=카이스트]

[아시아경제 정종오 기자] 섞이지 않는 물과 기름을 화학적 방법이 아닌 물리적 힘으로 안전화 시키는 방법이 제시됐다.

흔히 화장품 종류로 알고 있는 에멀전(emulsion)은 물속에 기름방울들이(또는 기름 속에 물방울이) 안정적으로 분산된 구조를 뜻한다. 피커링 에멀전은 계면활성제 대신 고체 입자를 사용해 안정화된 에멀전을 뜻한다. 물과 기름은 섞이지 않는다고 알려져 있는데 지금까지는 적정량의 계면활성제를 넣고 물과 기름을 섞어 적절히 분산시켰다. 이를 통해 에멀전을 제작했고 마요네즈, 선크림, 로션 등 산업 전반에 유용하게 사용되고 있다.

지금까지 피커링 에멀전은 고체 입자 표면에 화학적 처리를 통해 흡착력을 증대시켜 안정화하는 방식을 택했다. 처리과정이 복잡하고 적용 범위가 매우 좁아 유용하게 사용되지 못했다.

연구팀은 피커링 에멀전의 표면을 화학적으로 처리하는 대신 수나노미터(1nano는 10억분의1m) 크기의 작은 고분자 입자를 더 큰 고체 입자(수십 나노미터에서 수 마이크로미터 수준)와 함께 섞었다. 이를 통해 디플리션 힘(depletion force)을 유발했고 물리적 힘을 통해 에멀전을 안정화시키는 데 성공했다.

디플리션 힘이란 많은 수의 작은 입자들이 자신들의 자유로운 공간을 많이 확보하기 위해 다른 큰 입자들을 뭉치게 만드는 힘을 뜻한다. 크기가 큰 입자끼리 서로 끌림을 유도하는 것이다. 그동안 디플리션 힘은 고체와 고체 입자끼리만 적용됐다. 연구팀은 작은 입자로 고분자, 큰 입자로 고체 입자와 기름방울을 사용해 고체와 액체 사이에서도 디플리션 힘이 적용됨을 증명했다.

연구팀은 안정적 고내부상 피커링 에멀전을 통해 다양한 종류의 다공성 고분자 물질을 쉽게 제작할 수 있음을 확인했다. 이 다공성 고분자는 넓은 표면적을 이용해 분리막이나 조직공학, 약물 전달체와 센서 등에 적용 가능하다.

이번 연구는 카이스트(KAIST, 총장 강성모) 생명화학공학과 최시영 교수 연구팀이 수행했다. 생명화학공학과 연구조교수인 김규한 박사가 1저자로 참여한 이번 연구는 국제 학술지 '네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)' 2월1일자 온라인 판에 실렸다.

김규한 연구교수는 "그동안 고체 콜로이드 입자들 사이에서만 이용되던 디플리션 힘을 고체 입자와 액체 방울 사이에서 구현한 첫 번째 예를 제시한 것으로 학술적 의미가 있다"고 말했다.

최시영 교수는 "학술적 의미를 넘어 산업과 국가 경쟁력에 기여할 수 있는 기술"이라며 "화학적인 힘이 아닌 물리적 힘을 이용해 안정적 에멀전을 형성하기 때문에 고체 입자와 고분자 종류에 관계없이 사용 가능하고 특수 목적에 맞는 맞춤형 다공성 물질 제작을 할 수 있다"고 설명했다.

정종오 기자 ikokid@asiae.co.kr