| 상하이규산염연구소, 대규모 고성능 규칙적 구조 생체모방 재료 제조 | ||
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 천연 생체재료는 탄산칼슘 및 인산칼슘 등 일반 재료로 구성되지만 환경 및 기능 요구에 적응하기 위한 복잡한 조립구조 및 뛰어난 성능을 보유하고 있다. 이는 재료 구조 설계 및 성능 최적화에 영감 및 지침을 제공한다. 예를 들면 조개껍질은 탄산칼슘과 소량의 키틴 복합재료로 조립된 "벽돌-시멘트 층상 규칙적 구조(ordered structure)"이며 골격은 히드록시 아파타이트 나노결정/콜라겐섬유로 조립된 규칙적 구조이다. 나노재료가 보유하고 있는 독특한 물리화학적 특성은 업계의 관심사로 떠오르고 있다. 그러나 나노 구조 단위의 임의의 무질서한 퇴적에 의해 형성된 거시적 벌크재료(Bulk material)의 성능에 대한 최적화는 어렵다. 천연 생체재료에 대한 모방은 고성능 재료를 구축하는 이상적인 전략으로 인정받고 있지만 나노 구조 단위의 정밀하고 규칙적인 자가조립 구현은 어렵다. 최근, 중국과학원 상하이규산염연구소 주잉제(朱英傑) 연구팀은 단상 히드록시 아파타이트 초장 나노선(Ultra-long nanowire) 자가조립에 의한 고정렬 유연성 생체재료 쾌속 제조 연구를 기반으로 히드록시 아파타이트 초장 나노선/폴리아크릴산나트륨 준액정(Quasi liquid crystal) 상태 슬러리를 제조한 후 간단한 주사기 주입 방법으로 슬러리를 에탄올에 주입하여 히드록시 아파타이트 초장 나노선 규칙적 어레이 구조 및 "벽돌-시멘트 층상 규칙적 구조"를 보유한 고성능 생체모방 복합섬유를 성공적으로 제조하였다. 해당 생체모방 복합섬유는 양호한 유연성을 보유하였기에 매듭짓기, 굽힘, 비틀림 조건에서도 구조 완정성이 파괴되지 않는다. 더욱 중요한 것은 양호한 구조 설계로 해당 복합섬유는 뛰어난 역학적 성능을 보유함과 아울러 인장강도 203.58MPa, 영률(Young’s modulus) 24.56GPa에 도달하여 천연 치밀골(Compact bone) 및 문헌에서 보고한 히드록시 아파타이트 복합재료에 비하여 우수하다. 연구팀은 또한 자성 나노입자 또는 형광염료 도입을 통하여 자성 응답성 또는 형광 기능을 보유한 규칙적 구조 유연성 복합섬유를 개발하였다. 히드록시 아파타이트 초장 나노선 기반의 규칙적 구조 복합섬유를 원료로 다양한 고성능 유연성 생체모방 재료를 구축할 수 있는데 해당 재료는 많은 영역에서 양호한 응용 전망을 보유하고 있다. 해당 연구성과는 "ACS Nano"에 게재되었다. 연구팀은 또한 천연 법랑질에서 영감을 받고 상향식 다중 규모 자가조립 전략을 개발하여 새로운 수지 보강 히드록시 아파타이트 초장 나노선 기반의 법랑질 모방 고규칙적 구조 재료를 개발하였다. 해당 방법으로 다중 규모(나노미터에서 마이크로미터, 마이크로미터에서 거시적 규모) 자가조립을 구현할 수 있으며 뛰어난 역학적 성능을 보유한 대규모(센티미터급) 및 임의적 형태의 고규칙적 구조 생체모방 재료를 제조할 수 있다. 이는 골결손 수복 등 생물의학 분야에 양호한 응용 전망을 보유하고 있다. 해당 연구성과는 "Chemical Engineering Journal"에 게재되었다. 정보출처 : http://www.cas.cn/syky/201902/t20190225_4680128.shtml |
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