전북대 정창규 교수팀, 누에고치실 이용한 동작 센서 제작 ‘주목’

누에고치실에서의 전기발생 메커니즘 규명…세계적인 학회지에 게재

왼쪽부터 정창규 전북대 교수, 손창완 대학원생

(전북=뉴스1) 임충식 기자 = 전북대학교 연구진이 비단의 원재료인 누에고치실을 이용해 동작센서를 개발해 학계의 주목을 받고 있다.

전북대는 정창규 교수팀(신소재공학부)이 누에고치실을 활용해 바이오 소재에서 전기발생 특성을 새롭게 규명하고, 이를 통해 무전원 동작센서 개발에 성공했다고 31일 밝혔다.

통상 기계적인 변형이 가해졌을 때 전기적인 변화가 생기는 현상을 압전 현상이라고 한다. 압전 소재는 센서나 엑추에이터(모터·감속기 등 물리적 동작을 가능케 하는 장치), 자가발전 에너지 소자 등 다양한 분야에 적용되는 만큼, 전자제품의 핵심적인 재료이다.

현재 대부분의 압전소재로 세라믹 계열 혹은 합성고분자 계열의 물질이 가장 많이 활용되고 있다. 그러나 합성과정에서 나오는 인체에 유해한 부산물이나 자연환경에서 부식이 되지 않는다는 단점을 가지고 있다. 친환경적 특성과 인체적합성을 동시에 갖는 압전소재의 개발이 요구되는 이유이기도 하다.

최근 거미와 누에 실크, 양파껍질, 셀룰로오스, 단백질 기반의 바이오 압전소재 개발이 주목받고 있으나, 기존 세라믹 계열 압전소재 대비 낮은 압전 특성을 가지고 있다. 게다가 정확히 규명되지 않은 바이오재료의 압전현상 원인에 대한 이해도가 연구의 걸림돌로서 작용하고 있다.

이에 연구팀은 바이오소재의 압전현상에 대한 명확한 메커니즘을 규명하고 응용하기 위해 누에고치실을 나노단위 섬유형태의 필름으로 제작해 연구를 진행했다.

전북대 정창규 교수팀이 개발한 누에고치실 이용한 동작 센서의 연구내용 요약 그림.(전북대 제공)/뉴스1

연구진은 간편한 에탄올 용액 담금 처리를 활용해 누에고치실을 구성하는 피브로인 단백질의 분자구조를 변화시키는 과정에서 압전 현상과 유사한 현상이 발생한다는 사실을 발견했다.

그리고 누에고치실의 전기적인 특성 메커니즘이 분자 구조적 변화에 의해 증가하는 수소결합이 가지는 쌍극자에 의한 것임을 밝혔으며, 기존 압전소재들과는 다른 이유로 압전현상과 유사한 특성이 발생된다는 사실을 입증했다.

또 제작된 누에고치 나노섬유필름이 신체 각 부위에 부착했을 때, 신체 동작 정도나 동작이 발생한 신체부위를 구분할 수 있는 자가발전 센서로 개발할 수 있음을 확인했다. 여기에 흙속에서도 독성 부산물 없이 분해되는 것을 확인, 우수한 친환경성과 생체적합성을 가진다는 것을 검증했다.

정창규 교수는 “이번 연구는 바이오 고분자의 화학적·구조적 특성 분석을 이용해 명확하게 밝혀지지 않았던 바이오소재의 유사 압전현상 원인을 밝혀낼 수 있었다” 며 “또한 차후 여러 친환경 바이오 고분자의 전기적 연구와 응용처를 활발히 열어줄 계기가 된다는 점에서 의의가 있다”고 설명했다.

이번 연구 결과는 나노소재·에너지 분야 저명 학술지인 ‘나노 에너지’ 온라인판에 게재됐다. 제1저자는 전북대 손창완 석사과정생과 김현승 박사과정생이다.

94chung@news1.kr