미래창조과학부(장관 최양희)는 신세현 고려대 교수 연구팀이 계면활성제 특성을 가진 폴리머 용액을 이용해 미세입자 코팅 기술을 개발했다고 13일 밝혔다. 

바이오·의료분야를 비롯한 자동차 도장, 전자소자 인쇄 등에 있어 정밀한 코팅은 무엇보다 중요하다. 하지만 코팅 과정에서 코팅액이 증발하면서 코팅액에 섞여 있는 미세 입자가 외곽 쪽으로만 몰리고 중심부에는 입자가 없게 되는 커피링 현상이 나타나 코팅 품질을 떨어뜨린다. 

커피링 현상(Coffee-ring)은 커피 한 방울이 책상에 떨어져 마르게 되면 액적 외곽에 선명한 선을 띠면서 반지모양(ring)으로 형성되는 현상을 말한다. 

연구팀은 계면활성제 특성(물과 기름에 잘 녹는 특성을 가진 화홥물)과 점성을 지닌 폴리머 용액(중합체가 물에 녹아 있는 액체)을 소량 추가해 액적에 포함된 나노 및 마이크로 크기의 입자를 바닥면에 골고루 분포시켰다. 커피링 현상을 해결한 것이다.  

기존 커피링 현상에서는 증발이 끝날 때까지 액적 외곽선이 고정돼 움직이지 않지만 계면 활성제 폴리머가 첨가되면 증발이 진행되면서 액적의 외곽선이 중심방향으로 조금씩 규칙적으로 수축해 들어간다고 연구팀은 설명했다. 

계면활성제 특성이 없는 폴리머를 사용한 경우에는 점성증가로 인해 커피링 효과가 약간 감소하는 효과만을 얻었고, 점성이 없는 계면활성제 사용에서는 커피링 현상은 해결했지만 매우 불안정한 소용돌이 유동으로 오히려 대부분의 입자가 중심부에 분포돼 입자가 고르게 분포되지 못했다. 

연구팀은 나노물질의 전자인쇄, 휴대폰 프레임 코팅 등 산업 공정 등에서 문제가 커피링 현상을 간단히 해결함으로써 산업현장에서 쉽게 적용이 가능할 것으로 내다봤다. 또 생체 친화적인 폴리머를 사용하고 있어 바이오 물질 검사에 사용되는 탐침용 미세입자의 코팅 기술에 적용할 수 있을 것으로 기대된다.

신세현 교수는 "바이오 물질 검사에 사용되는 탐침용 미세입자의 코팅에 적용할 수 있어 혈중 종양 물질 검출 센서의 민감도를 획기적으로 향상시킬 수 있다"며 "자동차 코팅, 전자인쇄 등 스프레이, 잉크젯과 같은 액적 형태로 코팅하는 공정산업에 간단히 적용할 수 있을 것으로 기대된다"고 말했다. 

이번 연구성과는 국제 학술지 '사이언티픽 리포트(Scientific Reports)' 지난달 29일자에 실렸다.