연구원들은 인간 피부처럼 자가 치유가 가능한 젤을 개발했다

우리는 모두 일상생활에서 젤을 접합니다. 머리카락에 바르는 부드럽고 끈적끈적한 물질부터 다양한 식품의 젤리 같은 성분까지요. 인간의 피부는 젤 같은 특성을 공유하지만, 복제하기 매우 어려운 고유한 특성을 가지고 있습니다. 높은 강성과 유연성을 결합하고, 놀라운 자가 치유 능력을 가지고 있으며, 종종 부상 후 24시간 이내에 완전히 치유됩니다.

지금까지 인공 젤은 이 높은 강성 이나 천연 피부의 자가 치유 특성을 복제하는 데 성공했지만, 둘 다 복제하는 데는 실패했습니다. 이제 알토 대학과 바이로이트 대학의 연구진이 이전의 한계를 극복하는 독특한 구조의 하이드로젤을 처음으로 개발하여 약물 전달, 상처 치유, 소프트 로봇 센서, 인공 피부와 같은 응용 분야의 문을 열었습니다.

획기적인 연구에서 연구자들은 일반적으로 부드럽고 푹신푹신한 하이드로젤에 매우 크고 매우 얇은 특정 점토 나노시트를 추가했습니다. 그 결과 나노시트 사이에 촘촘하게 얽힌 폴리머가 있는 매우 질서 있는 구조가 생겨 하이드로젤의 기계적 특성이 향상될 뿐만 아니라 재료가 스스로 치유될 수 있습니다.

이 연구는 3월 7일 Nature Materials 저널에 게재되었습니다.

'얽힘'을 통한 치유

이 소재의 비밀은 나노시트의 조직적 배열뿐만 아니라 그 사이에 얽힌 폴리머에도 있습니다. 그리고 그 과정은 베이킹만큼 간단합니다. 박사후 연구원인 첸 리앙은 모노머 분말을 나노시트가 들어 있는 물과 섞었습니다. 그런 다음 혼합물을 UV 램프 아래에 두었습니다. 이는 젤 네일 폴리시를 고정하는 데 사용되는 것과 유사합니다. 리는 '램프에서 나오는 UV 복사선은 개별 분자를 결합하여 모든 것이 탄성 고체, 즉 젤이 됩니다.'라고 설명합니다.

'얽힘은 얇은 폴리머 층이 작은 양모 실처럼 서로 꼬이기 시작하지만, 무작위 순서로 꼬인다는 것을 의미합니다.' 알토 대학의 Hang Zhang이 덧붙여 말했습니다. '폴리머가 완전히 얽히면 서로 구별할 수 없습니다. 분자 수준에서 매우 역동적이고 이동성이 있으며, 자르면 다시 얽히기 시작합니다.'

칼로 자른 지 4시간 만에 재료는 이미 80~90% 자가 치유됩니다. 24시간 후에는 일반적으로 완전히 복구됩니다. 게다가 1mm 두께의 하이드로젤에는 나노시트 층이 10,000개 들어 있어 재료가 인간 피부만큼 딱딱해지고 비슷한 정도의 신축성과 유연성을 제공합니다.

'딱딱하고 강하며 자가치유성 하이드로젤은 오랫동안 도전 과제였습니다. 우리는 기존의 부드러운 하이드로젤을 강화하는 메커니즘을 발견했습니다. 이는 생물에서 영감을 받은 특성을 가진 새로운 소재의 개발에 혁명을 일으킬 수 있습니다.' 장이 말했습니다.

자연으로부터 영감을 얻다

'이 연구는 생물학적 재료가 합성 재료의 새로운 속성 조합을 찾도록 영감을 주는 방법에 대한 흥미로운 사례입니다. 튼튼하고 자가 치유되는 피부나 자율적으로 수리되는 합성 조직을 가진 로봇을 상상해 보세요." 알토 대학교의 올리 이칼라가 말했습니다. 실제 세계에 적용하기까지는 시간이 좀 걸릴 수 있지만, 현재 결과는 중요한 도약을 나타냅니다. '이것은 재료 설계의 규칙을 갱신할 수 있는 근본적인 발견입니다.'

이 협업은 Dr. Hang Zhang, Prof. Olli Ikkala, Prof. Josef Breu가 주도했습니다. 합성 점토 나노시트는 독일 바이로이트 대학교의 Prof. Josef Breu가 설계하고 제조했습니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2025/03/250307130138.htm