중국과 미국의 연구자들이 낮은 농도를 지니는 실내 기체상의 오염물을 탐지하기 위한 센서로 이용하기 위해 수정진동자저울(quartz crystal microbalance)*을 코팅하기 위한 나노섬유 구조를 디자인해 그 결과를 발표해 화제가 되고 있다. 이 기기는 오염물의 제거를 위한 센서에서부터 조직 공학에 이르기까지 다양한 분야에서 응용이 가능한 최적의 후보가 될 수 있을 것으로 기대되고 있다.
포름알데히드(Formaldehyde)는 많은 고분자들, 레진(resin), 그리고 다른 구조 물질들을 만드는 데 이용된다. 이들은 또한 비누의 중간 물질로 이용되기도 하며 의약학 분야에서 널리 이용되고 있다. 그러나 포름알데히드는 발암성 화합물이기 때문에 실내에서는 약 30분 이상 6-8분자/1억분자의 비율로 그 노출이 엄격하게 제한되어 있다. 크로마토그래피, 칼로리미터(calorimetry), 형광 및 분광학적 기기 등을 이용한 일반적인 포름알데히드 탐지 기술은 오랜 탐지 시간과 낮은 민감도, 그리고 높은 비용으로 많은 문제가 있어왔다. 따라서 이러한 문제를 해결할 수 있는 빠르고 민감도가 높으며 저렴한 비용의 포름알데히드 탐지 기술이 요구되고 있는 시점이다.
이러한 문제를 해결하기 위해 중국 상해의 동화대(Donghua University)의 Bin Ding과 동료 연구자들은 전자방사 네팅기술(electrospinning netting technique)을 이용해 수정진동자저울에 폴리아미드(polyamide) 막을 증착시키는 기술을 개발했다. 연구팀은 나노섬유 그물이 상당히 넓은 면적을 지니고 있으며 큰 접촉 밀도를 지닌 높은 기공성을 가지고 있고 높은 결합력을 지니고 있어 낮은 수준의 포름알데히드량(5분자/1억 분자)도 검출할 수 있다고 밝히고 있다. 이 시스템은 또한 빠른 반응시간과 높은 재현성 및 선택성을 지니고 있었다.
이에 대해 Bin Ding은 “일반적으로 전자방사된 나노섬유는 100-500nm의 반지름을 지니고 있지만 나노 섬유의 반지름이 20nm정도로 떨어지는 경우 그들이 가진 표면적이나 가공성과 같은 성질들이 보다 중요해진다. 우리에게 있어 보다 중요한 도전은 보다 작은 나노와이어를 대량으로, 일정한 크기로 생산하는 것이었다. 가장 흥미로웠던 점은 이러한 그물이 박테리아나 바이러스 등의 침입을 막을 수 있는 극미세 필터에도 이용될 수 있다는 점이다.”라고 말했다.
미 웨스트버지니아대(West Virginia University)의 나노 크기 용매 전문가인 Bingyun Li은 이에 대해 “이번 연구의 가장 흥미로운 점은 포름알데히드에 대한 높은 민감도와 빠른 반응성이다. 연구팀이 직면한 문제는 재현성이 가능하며 여러 번 이용할 수 있는 가능성을 지닌 시스템을 만드는 것이다”라고 말했다. 연구팀은 현재 이 그물의 형성 메커니즘을 이해하는 데 연구를 집중하고 있으며 환경 센서나 필터를 위한 구조 형성 등에 이들을 응용하는 방안에 대해 고심하고 있다. 이에 대한 보다 자세한 연구 결과는 Polyamide 6 composite nano-fiber/net functionalized by polyethyleneimine on quartz crystal microbalance for highly sensitive formaldehyde sensors Bin Ding, Xianfeng Wang, Jianyong Yu and Moran Wang, J. Mater. Chem., 2011 DOI: 10.1039/c1jm11847a을 참고하기 바란다.
그림: 연구진이 개발한 점착력있는 나노 섬유 그물막이 거미줄과 비슷하게 오염물을 제거하는 기능이 있다.
수정진동자저울(quartz crystal microbalance)*: 수정의 압전 특성을 이용한 계측용 소자. 두 개의 전극과 얇은 수정판으로 구성되어 있다. 수정판 표면에 결합된 물질의 질량 변화에 따라 공명 주파수가 변하는 특성이 있다.
키워드 : 수정진동자저울,포름알데히드,전자방사 네팅기술
출처: KISTI 미리안 글로벌동향브리핑
원문: http://www.rsc.org/chemistryworld/News/2011/July/28071103.asp
