‘폴리N아이소프로필아크릴아마이드(PNIPAM)’를 이용한 스마트 블록공중합체 입자 제작 모식도.한국연구재단 제공
미래창조과학부(장관 최양희)와 한국연구재단(이사장 조무제)은 한국과학기술원(KAIST) 김범준 교수팀이 온도변화인체의 정상체온 등 외부 온도에 따라 입자의 모양이 변하는 스마트 마이크로입자 제작 기술을 개발했다고 29일 밝혔다.
입자의 모양은 그 입자의 특성을 결정하기 때문에 다양한 모양을 가지는 비구형입자(구 모양이 아닌 형태의 입자)는 디스플레이용 광결정 물질, 광화학 센서, 코팅필름, 화장품 등 다양한 분야에 응용된다.
스마트 입자는 자극 조건에 따른 선택적인 약물전달, 색변화가 가능한 코팅 재료 등 보다 다양한 분야로 응용 가능하지만 현재 개발된 스마트 입자는 제작과정이 복잡하며 모양 변화가 비가역적이기 때문에 사용이 제한적이다.
연구팀은 외부의 온도 변화에 따라 입자의 계면 특성을 선택적으로 조절해 내부 고분자 배열을 바꿀 수 있는 ‘폴리N아이소프로필아크릴아마이드(PNIPAM)’ 기반의 온도감응성 계면활성제를 개발했다.
이어 블록공중합체가 녹아있는 유기용매를 PNIPAM 계면활성제와 함께 물 속에 분산시켜 수중유(oil-in-water) 에멀전을 만든 후, 내부의 유기용매를 증발시키는 간단한 제조과정을 통해 비구형의 고분자 입자를 제조했다.
온도감응성 계면활성제를 사용하였을 때에는 고분자 배열이 조절돼 볼록렌즈 형태 혹은 타원체 형태의 비구형 입자가 형성됐다.
이러한 입자의 모양은 온도 조건에 따라 결정됐는데, PNIPAM의 구조변화가 일어나게 되는 하한 임계 용액 온도(LCST) 이하에서는 볼록렌즈 형태의 입자를 얻은 반면 하한 임계 용액 온도(LCST) 이상에서는 타원체 형태의 입자가 제조된다.
전이온도 변화가 다른 폴리N아이소프로필아크릴아마이드(PNIPAM) 유도체를 계면활성제로 사용해서 입자의 모양 변형이 일어나는 전이온도를 3°C에서 50°C까지 손쉽게 조절할 수 있다.
김범준 교수는 “개발한 스마트 입자는 스스로 자가 조립이 일어나는 블록공중합체를 이용한 입자이므로 복잡한 공정과정 없이 매우 간단하게 제작이 가능하다”며 “개발된 스마트 입자의 온도 감응 범위는 손쉽게 조절할 수 있기 때문에 생물학 및 의료 부분에 활용될 수 있다. 또한 가역적 입자 모양 조절이 가능한 이 기술은 향후 외부 온도나 자극에 따른 선택적인 약물전달, 특이성을 보이는 세포 감지 등 다양한 분야에 응용될 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다.
이번 연구결과는 국제학술지 ‘어드밴스드 머터리얼즈(Advanced Materials)’ 6월8일자에 게재됐다.
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