[U's Line 오소혜 기자] 명지대 교수가 치아 특유의 수직배향된 나노구조를 인공적으로 구현해 주상구조형 나노복합체를 성공적으로 제조한 결과를 발표했다.
명지대학교는 지난 2일자로 염봉준 화학공학과 교수가 세계적인 권위를 자랑하는 네이처 본지(Nature, IF 38.138)에 ‘치아구조 모사를 통해 높은 강성도와 감쇠계수를 구현한 주상구조형 나노복합체 개발’을 주요 내용으로 하고 있는 연구 결과를 게재했다고 이날 밝혔다.
네이처 온라인판에 게재된 이번 연구는 논문 제목은 ‘Abiotic tooth enamel’이며, 염 교수와 니콜라스 코토프(Nicholas Kotov) 미국 미시간대 교수가 주저자로, 차상호 경기대 교수 등이 공동 저자로 참여했다.
동물의 치아 표면을 이루고 있는 법랑질은 단단한 기둥 형태의 세라믹 물질들이 마이크로와 나노 수준에서 수직으로 배향돼 있는 구조를 지니는데, 이러한 치아 구조는 인간뿐만 아니라 쥐라기의 공룡에서부터 바다 속의 성게에 이르기까지 다양한 종에서 시대를 거르지 않고 나타난다.
특히 최근 연구를 통해 치아의 강성도와 감쇠계수의 조합 특성이 엔지니어링 나노복합체보다 뛰어난 수치를 지닌다는 것이 밝혀졌다. 이는 수십 년 이상 강한 압력과 진동을 견디는 치아 특유의 내구성 있는 구조를 밝힌 사례에 해당한다.
이번 연구에서 염 교수는, 치아 특유의 수직배향된 나노구조를 인공적으로 구현해 강성도와 감쇠계수의 조합 특성이 기존의 물질을 뛰어넘는 주상구조형 나노복합체를 성공적으로 제조했다. 산화아연 나노선을 기판에 수직으로 배향하고, 배향된 나노선 사이를 고분자 지지체로 채움으로써 치아 법랑질의 구조와 유사한 형태를 제조할 수 있었으며, 이렇게 제조된 인공 주상구조형 나노복합체는 기존 물질의 한계라고 여겨지던 강성도와 감쇠계수의 조합수치인 0.6을 뛰어넘는 놀라운 동적 기계적 물성을 나타낸다.
한편, 인공 주상구조형 나노복합체는 강한 압력과 진동을 동시에 버터야 하는 구조뿐만 아니라 장시간 진동에 따른 피로 누적이 수반되는 비행·주행용 지지체, 그리고 내진 설계가 필요한 전자장비 등 다양한 산업 분야에 적용될 수 있을 것으로 기대된다.