고분자 나노섬유는 가늘어질수록 역설적으로 더욱 강해진다/자기 조립 기술을 이용하여 단백질로 제조된 고밀도 어레이를 구축할 수 있는 새로운 방법을 개발




나노시대의 의복은 그 나노섬유가 더 가늘어질수록 역설적으로 더 강해지는 놀라운 능력으로 인하여 다용도 기능을 가질 것으로 보인다. 고분자 나노섬유의 특성에 대하여 상세히 밝혀지고 있다. 고분자 나노섬유는 특정 크기 이하의 직경을 가질 때에 더욱 더 강해진다.

초고층건물에서 위급시 팔소매 안쪽으로 부터 실오라기 한 올을 연속하여 수백미터를 풀어내어 웬만한 장정 서너명의 몸무게를 버티게 할 수 있음이여. 허. 실 한오라기에서 거미줄같이 수천만 가닥의 마이크로.나노 올을 다시 풀어 영화의 스파이더맨처럼 실제 타잔 흉내도 낼 수 있음이여. 물론 기능성 나노 섬유는 적은 물질로 더욱 강한 섬유가 되어 에어백처럼 추락하는 인체를 잘 보호할 수도 있음이여.

하기사, 천연섬유 가운데 가장 강한 것으로 알려져 있는 거미줄 실크를 인공 힘줄로 활용하거나 인대 재생에 이용하는 연구가 활발하게 진행되고 있다. 최근 영국과 일본의 연구진은 자기 조립 기술을 이용하여 단백질로 제조된 고밀도 어레이(high-density arrays)를 구축할 수 있는 새로운 방법을 개발하였다. 물론 왕초.초보 초고밀도 나노.피코.펨토.아토 배열을 구축하려면 매직섬이론으로 방향을 확 틀어야혀. 매직섬내부는 숫자.물질더미.데이타정보.온갖에너지.네개의 근본적인 힘.무제한의 초미세회로의 경로들이 꽉 차있다. 그려.

이제 조만간, 고밀도 거미줄 단백질을 대량 생산하여 가볍고질기며 단단한 천연모방 신소재 의료용 섬유를 쉽게 만들 수는 있을겨. 거미줄 실크는 2천년 전부터 감염을 치료하거나 출혈을 막고 상처를 치료하는데 사용된 기록이 있는 등 오래 전부터 의학적 활용 가능성을 보여 왔다.

아무튼, 나노 실크는 마크로분자(macromolecules)로 불리는 크고, 복잡한 분자로 구성되어 있다.
마크로분자는 섬유가 형성될 때에 스스로 정열하고자 노력하지만, 너무 길이가 길고 얽혀있어서 전체 나노섬유에 걸쳐서 균일하게 정렬하는 것은 불가능하다. 나노 섬유의 직경이 작아짐에 따라서 이러한 마크로분자 분자가 쉽게 이동하기가 힘들어진다. 따라서 이러한 분자들이 '나노섬유를 강하게 만든다'고 연구원은 설명하였다.



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나노섬유(Nanofiber) 의복을 테크니온-이스라엘 기술 연구소(Technion-Israel Institute of Technology)에서 개발하였다. 큰것이 좋지만, 작은 것이 강하다. 테크니온-이스라엘 기술 연구소의 과학자는 작은 고분자 나노섬유가 특정 크기 이하의 직경을 가질 때에 더욱 더 강해진다고 말하였다. 그들의 연구는 과학 저널인 네이처 나노테크놀러지(Nature Nanotechnology) 최근호에 실렸으며, 적은 물질로 더욱 강한 섬유를 만들 수 있게 해 주었다.




기계공학과 교수인 이얄 주스만(Eyal Zussman)과 오레고 젠델만(Oleg Gendelman) 박사는 아주 얇은 섬유에서 이런 놀라운 거동을 위한 설명을 처음으로 제안하였다.

연구원들은 나일론(nylon) 나노섬유의 기계적 성질을 측정하였을 때에, 나일론이 급격하게 강해지는 대략 500나노미터의 직경을 발견하였다. 이러한 두께는 거미줄의 두께와 비슷하며 인간의 머리카락보다 100배나 가는 것이다. 그들은 고분자 섬유내에서 분자 구조의 변화로 인하여 급격한 강도의 증가가 발생하였다고 설명하였다.

주스만 교수에 따르면, 각각의 고분자 나노섬유는 마크로분자(macromolecules)로 불리는 크고, 복잡한 분자로 구성되어 있다. 마크로분자는 섬유가 형성될 때에 스스로 정열하고자 노력하지만, 너무 길이가 길고 얽혀있어서 전체 나노섬유에 걸쳐서 균일하게 정렬하는 것은 불가능하다. 이러한 결과 나노섬유는 각각의 다른 방향을 가진 마크로분자들의 결합으로 구성되어 있다. 연구원들은 다른 방향을 가진 조각 마크로분자들의 영역을 계산하였다.

나노 섬유의 직경이 마크로분자 영역의 크기보다 커질 때에, 마크로분자가 다른 곳으로 이동할 수 있지만, 직경이 작아짐에 따라서 이러한 마크로분자 분자가 쉽게 이동하기가 힘들어진다. 따라서 이러한 분자들이 나노섬유를 강하게 만든다고 주스만 교수는 설명하였다.

주스만 교수와 그의 연구원들은 나노섬유의 특정 타입에 대하여 초점을 맞추었지만, 나노섬유의 기본적인 물리학적 아이디어는 다양한 응용분야와 나노 구조에 적용될 수 있을 것으로 여겨진다. 이러한 것의 실제적인 응용분야로는 가벼우면서 강한 보호 장구나 의복에 적용할 수 있을 것이다.