미세플라스틱 걱정 없는 ‘자연 유래 고기능성 필름’ 개발

누에고치와 꽃가루 구조 결합한 필름
지속 가능·생분해성 신소재 제시
건축 자재·광학 코팅·의료용 소재 등

국내 연구팀이 미세플라스틱 걱정 없는 천연 생분해성 필름을 개발하는 데 성공했다. 국립금오공과대 재료공학부 박준용 교수 연구팀의 연구 성과다.

19일 국립금오공과대에 따르면 연구팀은 누에고치에서 추출한 단백질 고분자인 실크 피브로인과 해바라기 꽃가루가 지닌 자연의 미세구조를 통합했다. 그 결과 생분해와 생체적합성, 재활용성은 물론 초발수성과 광확산성까지 갖춘 새로운 고기능성 바이오필름을 구현했다.

자연 유래 고기능성 필름의 개념 및 특화 제조공정을 나타내는 모식도. 국립금오공과대 제공

최근 전세계가 미세플라스틱으로 인한 환경오염 문제에 직면하면서 합성 플라스틱을 대체할 수 있는 친환경 생분해성 소재 개발이 중요한 과제가 되고 있다. 실크 피브로인과 같은 천연 고분자는 대표적 생분해성 소재로 주목받아 왔으나 그동안의 연구는 기능성과 응용의 폭이 제한적이라는 한계가 따랐다.

박 교수 연구팀은 이런 한계를 극복하고자 누에고치 유래의 실크 피브로인과 꽃가루 표면 미세구조를 동시에 활용하는 새로운 ‘이중 자연영감’ 설계 전략을 제시했다.

해바라기 꽃가루는 진화 과정에서 형성된 첨예한 나노 가시를 표면에 촘촘히 갖고 있어 인공적으로 구현하기 어려운 복잡한 3차원 형상을 지니고 있다. 연구팀은 꽃가루를 마치 도장처럼 활용해 실크 피브로인 필름 표면에 이 정교한 구조를 전사하는 건식 제조공정을 개발했다.

이렇게 제작된 실크 기반 필름은 화학적 코팅이나 첨가제 없이도 물방울을 완전히 튕겨내는 초발수성을 구현했다. 빛을 고르게 확산시키는 광학 기능도 뛰어나다.

사용을 마친 필름은 재활용하거나 자연에서 손쉽게 분해될 수 있어 미세플라스틱 문제에서 완전히 자유롭다. 서로 다른 자연 기원 요소를 조화롭게 통합함으로써 기존 천연 고분자의 기능적 한계를 뛰어넘은 결과로 평가된다.

이번 연구 결과는 지난 10일 세계적 권위의 학술지인 미국 국립과학원회보에 ‘꽃가루에서 영감을 받은 생체고분자 기반 다기능성 필름’이라는 제목으로 게재됐다.

박 교수는 “자연이 만든 재료와 자연이 설계한 구조를 하나의 플랫폼에서 결합해 자연에서 비롯되어 다시 자연으로 돌아가는 순환형 신소재를 구현했다”며 “지속 가능한 고기능성 바이오필름은 향후 스케일업 연구를 통해 친환경 건축 자재와 광학 코팅, 보안 필름, 식품 포장재, 의료용 소재, 반도체 등 다양한 산업 분야에서 널리 활용될 수 있을 것”이라고 기대감을 전했다.

구미=배소영 기자 [e-mail]