주변의 환경에 반응하며 변색되는 하이드로겔을 개발(카멜레온의 피부 모방)

중국과학원 Ningbo Institute of Materials Technology and Engineering(NIMTE) 연구팀이 카멜레온의 피부를 모방한 화학물질과 열 자극에 반응하고 변색되는 하이드로겔 재료 개발에 성공했다.

재료의 코어 셸 구조 각층에는 각각 다른 형광원 재료를 포함하고 있다고 한다.

연구 성과는 2021년 5월 6일자로 'Cell Reports Physical Science'에 게재되었다.

팬서 카멜레온이라는 카멜레온은 환경에 따라 복잡하게 몸의 색을 변화시킨다.

이는 피부에 작은 결정을 포함한 세포의 층이 2개 있고 무지개 색소포라는 세포로 이루어져 있기 때문이다.

결정이 조밀하게 나열돼 있을 때는 녹색으로 보이고 세포간이 길어지면 노란색이나 빨간색 등의 색을 나타낸다.

이는 팬서카멜레온이 진화를 통해 획득한 특징적인 피부구조라고 한다.

연구에서는 카멜레온의 피부와 같은 다층구조를 가진 형광원 함유 하이드로겔의 합성을 시도했다.

우선 적색 형광색소인 유로피움의 다양한 수용액에서 코어층 하이드로겔을 합성.

이후 알긴산나트륨과 온도 응답성 파랑 또는 pH 응답성 녹색 형광 고분자를 포함한 용액 속에서 코어층 주위에 형광겔을 성장시켰다.

코어 하이드로겔 층에서 주위 용액으로의 유로피움 이온의 자발적 확산은 파란색 또는 녹색 하이드로겔층 형성의 기폭제가 됐다.

확산유기에 의한 계면중합 합성법은 일반적인 기법이며, 다양한 환경반응 변색 소프트웨어 재료의 합성 전개도 기대할 수 있다.

이 코어셸 구조 형광 하이드로겔은 층상 구조에 따라 온도와 pH 변화에 따라 방사광이 적색에서 청색, 녹색까지 변화한다.

즉, 거의 모든 가시광선의 색이 표시 가능하다고 한다.

개발된 하이드로겔 재료는 해산물의 신선도를 색변화로 감지하는 화학센서로서도 유용성이 확인됐다.

해산물이 부패하면서 발생하는 아민가스를 감지하고 겔이 적색에서 녹색으로 변한다.

화학센서 외에도 스트레처블 일렉트로닉스, 카무플라주 로봇이나 위조방지기술로써의 전개도 기대된다.

조만간 우리는 개발한 하이드로겔로 소프트 카무플라주 스킨을 만들 계획입니다.이 연구는 로보틱스 분야가 원하는 카무플라주, 표시 및 경고 기능을 획득하는 데 기여합니다."라고 Tao Chen NIMTE 교수는 말한다.



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