자연을 모방한 자가 치유 네트워크!

KISTI 『글로벌동향브리핑』 2009-12-22

미국의 과학자들은 복잡한 미세 혈관(microvascular) 네트워크를 만드는 새로운 방법으로 조직 공학(tissue engineering) 분야에 혁명을 일으킬 수 있다고 주장하고 있다. 자연에는 혈관 네트워크의 예들이 아주 많이 있다. 예를 들자면, 다른 물질이나 유체를 전달하여 성장과 치유를 촉진시키는 인체 내의 혈관 (blood vessels)과 나뭇잎의 잎맥(vein)이 있다. 일리노이 대학(University of Illinois)의 제니퍼 루이스(Jennifer Lewis)와 그 동료들은 폴리머 매트릭스(polymer matrix) 내에 이러한 네트워크를 모방하는 기술을 개발하고 있다. 폴리머 시스템은 자가 치유가 가능하여, 균열(cracks)이나 찢어진(tears) 부분을 치유하여 예전보다 더욱 강하고, 내구성(durable)이 있도록 만든다. 루이스가 만든 네트워크는10 마이크로미터 노즐을 사용한 패턴을 작성하기 위해 왁스를 기반으로 하는 유기 잉크(wax-based organic ink)를 이용하였다. 루이스는 노즐의 크기를 바꾸지 않고, 쓰는 속도와 압력에 변화를 주어 마이크로 유체(microfluidic) 채널의 크기를 바꿀 수 있었다. 패턴이 완성되면 온도를 올려 잉크를 녹이고 진공 펌프를 이용하여 잉크를 제거하게 된다. 이 완성된 마이크로 채널로 이루어진 네트워크만이 폴리머 위에 남게 된다. 루이스는 이 기술을 이용하여 정사각형 형태의 매크릭스, 담쟁이 잎의 잎맥을 모방하는 3 세대 구조, 그리고 예전에 가능한 것보다 더 많은 가지를 가진 6세대 네트워크와 같은 다양한 종류의 패턴을 만들었다. 이들 네트워크 구조가 머레이(Murray) 법칙에 따라 디자인되었을 때의 액체 수송은 더욱 더 효과적이었다. 루이스가 설명하기를 이 법칙은 생물학적 관상 시스템에서 상위 조직(parent branch)의 반지름과 하위 조직(daughter branches)의 반지름의 관계를 규정하는 것이라고 한다.루이스는 이 시스템은 앞으로 여러 가지 응용 사례가 가능하여 그 전망이 상당히 밝다고 말한다. “이 새로운 구조는 조직 공학(tissue engineering) 분야에 잠재적으로 새로운 플랫폼을 제공할 것이다”라고 그녀는 덧붙였다. 그림: 나뭇잎에서 발견되는 미세혈관 네트워트의 구현(Microvascular networks, such as those found in leaves, can be made) Microvascular networks.jpg 출처 : http://www.rsc.org/Publishing/ChemScience/Volume/2010/01/self_healing.asp