자기의 층

2023년 6월 1일

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스탠포드 대학교 앤드류 마이어스(Andrew Myers)

인간의 피부는 놀랍습니다. 온도, 압력, 질감을 감지합니다. 몇 번이고 늘어나거나 다시 튀어 나올 수 있습니다. 그리고 박테리아, 바이러스, 독소, 자외선 등 신체와 외부 위협 사이에 장벽을 제공합니다. 따라서 엔지니어들은 합성 피부를 만드는 데 열중하고 있습니다. 그들은 피부와 유사한 특성을 지닌 로봇과 의수족을 상상합니다. 그 중 가장 중요한 것은 피부의 놀라운 치유 능력입니다.

"우리는 치유 중에 자동으로 재배열되는 다층 박막 센서의 첫 번째 시연이라고 생각되는 것을 달성했습니다. 이는 치료 중에 모두 올바르게 재조립되는 여러 층으로 구성된 인간 피부를 모방하는 데 중요한 단계입니다. 치유 과정"이라고 Ph.D.인 Chris Cooper는 말했습니다. 그는 박사후 연구원 Sam Root와 함께 Science에 발표된 새로운 연구의 공동 저자입니다.

레이어링은 피부의 다양한 특성을 모방하는 데 매우 중요합니다. "부드럽고 신축성이 있습니다. 그러나 구멍을 뚫거나 자르거나 자르면 각 층이 선택적으로 스스로 치유되어 전체 기능을 복원합니다"라고 Root는 말합니다. "진짜 피부와 똑같습니다."

피부도 층으로 이루어져 있습니다. 이는 분자 인식 및 신호 전달과 관련된 복잡한 과정을 통해 원래의 계층 구조로 조직을 재건하는 면역 메커니즘을 진화시켰습니다.

"진정한 '피부'에서는 레이어가 자연스럽고 자율적으로 다시 정렬되어야 합니다."라고 Cooper는 말합니다.

Root는 스탠포드 대학의 Zhenan Bao 교수가 이끄는 팀이 각각 미크론만큼 얇은 개별 기능 층을 갖춘 다층 합성 피부를 만들 수 있을 것이라고 말했습니다. 10겹 이상 쌓아도 종이 한 장보다 두껍지 않을 정도로 얇습니다. "한 층은 압력, 다른 온도, 또 다른 긴장을 감지할 수 있습니다."라고 Root는 말합니다. 다양한 층의 재료는 열적, 기계적 또는 전기적 변화를 감지하도록 설계될 수 있습니다.

Bao는 "우리는 2012년 Nature Nanotechnology에서 최초의 다층 자가 치유 합성 전자 피부를 보고했습니다."라고 말했습니다. "그 이후로 다층 합성 피부를 추구하는 데 전 세계적으로 많은 관심이 있었습니다." 현재 작업을 차별화하는 점은 레이어가 치유 과정에서 유사한 레이어를 자체 인식하고 정렬하여 치유되면서 레이어별로 기능을 복원한다는 것입니다. 기존의 자가 치유 합성 피부는 인간이 수동으로 다시 정렬해야 합니다. 레이어의 약간의 정렬 불량도 기능 회복을 저해할 수 있습니다.

그 비밀은 바로 재료에 있습니다. 각 층의 백본은 DNA 가닥의 이중 나선을 함께 유지하는 것과 유사하게 동적 수소 결합에 의해 주기적으로 연결된 긴 분자 사슬로 형성되어 있어 재료가 찢어지지 않고 반복적으로 늘어날 수 있습니다. 고무와 라텍스는 잘 알려진 두 가지 천연 고분자이지만 합성 고분자도 셀 수 없이 많습니다. 핵심은 폴리머 분자 구조를 설계하고 각 레이어(한 폴리머의 첫 번째 레이어, 다른 폴리머의 두 번째 레이어 등)에 대해 올바른 조합을 선택하는 것입니다.