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스위스 치즈 모양 새로운 멤브레인 개발
2014년 12월 02일 (화) 14:50:52 워터저널 webmaster@waterjournal.co.kr

해외신기술

스위스 치즈 모양 새로운 멤브레인 개발

네덜란드 트웬테대학 연구진…단백질 분리·분석에 활용
조절 가능한 기공 가져…구조체 변할 때 색상도 함께 변해


   
▲ 멤브레인 내부에 포함된 철의 산화 환원 작용으로 인해 기공의 크기가 변하게 된다. 내부의 나노크기의 은입자는 이러한 멤브레인의 촉매 작용을 향상시키는 역할을 한다.
네덜란드 연구진은 스위스 치즈 모양을 하고 있는 새로운 멤브레인을 개발하는 데 성공했다고 밝혔다. 외부적인 신호로 내부에 있는 기공의 크기 및 침투성 조절이 가능한 스마트 멤브레인이 개발됐다.

네덜란드 트웬테대학(University of Twente) 연구진은 수요에 따라 기공이 더 많아지거나 줄어들 수 있는 새로운 멤브레인 구조체를 만드는 데 성공했다. 이러한 방식으로 열림과 닫힘이 가능한 스마트 스위칭 소재가 가능해지게 됐다.

이번 소재는 바이오센서, 화학분석, 촉매 등 여러 혁신적인 응용의 새로운 길을 여는 계기가 될 것으로 기대된다. 트웬테대학 MESA+ 나노기술연구소(Institute for Nanotechno-logy)의 최근 이와 관련한 연구결과는 저널 『Angewandte Chemie』에 매우 중요한 논문으로 선정됐다.

스마트 멤브레인의 기공 크기는 외부에서 조절될 수 있다. 이러한 특성은 바이오센서나 화학적 분석에 매우 매력적인 부분이 될 수 있다. 스위치 치즈 구조체는 여러 폴리머 멤브레인 특성을 가지고 있으며, 폴리머 내에 철을 주입하여 그 특성을 변경할 수 있다. 또, 전기 신호나 화학 신호를 이용하여 기공의 크기는 조절될 수 있다. 이번 개발의 핵심은 철로부터 전자의 추출이나 주입의 산화 및 환원 반응에 있다.

조정 가능한 기공크기로 인해서 멤브레인의 선택성과 투과성이 조절될 수 있다. 이를 통해 멤브레인은 내부에 포함된 물질을 방출하거나 분리하는 역할을 할 수 있다. 한편, 트웬테대학 연구진은 이번 소재가 단백질의 분리 및 분석에도 활용될 수 있다는 것을 실험을 통해 확인했다.

새로운 멤브레인의 장점은 구조체가 변할 때 그 색상이 변하는 데 있다. 단백질 감지 및 분석에서 이러한 색상의 변화는 현재 상태를 시각적으로 인식할 수 있는 중요한 부분이 된다. 또한 이번 소재는 바이오센서 소재로 활용이 가능하며 그 제조비용이 저렴하다는 장점을 가지고 있다.

스마트 멤브레인의 다른 응용은 촉매이다. 이는 하나의 돌로 두 마리의 새를 잡을 수 있는 일석이조의 효과를 가지는 것이다. 기공의 크기 및 투과성이 은염을 이용한 화학적 반응으로 조절될 수 있다. 은은 여러 부분에서 중요한 촉매 역할을 하는데 나노크기의 은 입자는 멤브레인에 도포될 수 있다. 
멤브레인 연구는 MESA+ 나노기술 연구소의 Julius Vancso 교수가 이끄는 재료과학 및 폴리머 기술 그룹에 의해 진행됐다. 이번 연구는 Angewandte Chemie Inter-national Edition에 ‘Breathing Pores on Command: Redox-Responsive Spongy Membranes from Poly(ferrocenylsilane)s’라는 제목으로 게재됐다(DOI: 10.1002/ anie.201408010).


‘Swiss cheese’ membrane with adjustable holes

A new membrane, developed by University of Twente scientists, can be made more or less porous ‘on demand’. In this way, smart switching between ‘open’ and ‘closed’ is possible, which opens the way to innovative applications in biosensors, chemical analysis and katalysis. The researchers of the MESA+ Institute for Nanotechnology present their results in Angewandte Chemie. Their paper is designated ‘very important’ by the journal.
The pore size of the smart membranes can be adjusted from the outside : this is very attractive in applications like biosensors or chemical analysis. The ‘Swiss cheese’ structure is characteristic of many polymer membranes and is now modified by introducing iron within the polymer. Using an electric signal or a chemical reaction, the pore size can be adjusted. The key to this is controlled adding or extracting of electrons to and from iron.

Cheap biosensor

Thanks to this adjustable pore size, the permeability and selectivity of the membrane can be tuned, for separation purposes or controlled release. The UT scientists see possibilities in analysis and separation of proteins, for example. An extra advantage of the new membranes is the change in colour that takes place. The process of protein detection and analysis becomes visible in an easy way, which may lead to a cheap type of biosensor.

Silver nanoparticles

Another application of the smart membrane is in catalysis. Here, it is possible to kill two birds with one stone. Whilst the pore size and permeabiliteit can be altered using a chemical reaction with silver salt, nanosize particles of silver are deposited on the membrane at the same time. Silver is an important catalyst in many applications.
The membrane research is conducted by the Materials Science and Technology of Polymers group, led by Prof. Julius Vancso. This group is part of the MESA+ Institute for Nanotechnology of the University of Twente.

[출처 = KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 2014년 11월 6일 / 원문출처 : http://phys.org/news/2014-10-swiss-cheese-membrane-adjustable-holes.html]
 


 

[『워터저널』 2014년 12월호에 게재]

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