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수화윤활의 연구와 응용에 대한 진보와 기대

전문가 제언: ○ 상대운동을 하면서 상호작용을 일으키고 있는 표면 사이에 발생하는 현상에 관한 학문 및 기술을 통칭하는 트라이볼로지는 거의 모든 기계 시스템의 성능에 큰 영향을 미치는 분야로, 표면의 마찰, 마모 및 윤활을 다루고 있다. 트라이볼로지는 종래에는 기계 시스템의 표면 상호작용과 관련된 것이 주류를 이루었으나 현재 이 개념은 생체 시스템 연구로 확장되고 있으며 이들을 연구하는 바이오트라이볼로지는 최신의 연구 분야로서 생체시스템, 주로 인간의 허리나 무릎과 같은 활액조인트의 마찰, 마모 및 윤활에 대한 연구를 하고 있다.

○ 뱀장어나 미꾸라지가 미끄러지기 쉬운 것은 표면이 점액으로 덮여 있기 때문인데 단순히 표면에 점액이 붙어 있으면 물에 용해되어 없어지게 되겠지만 이들 신체의 표면에는 생체고분자가 단단히 고정되어 있고 이들 고분자에 이끌려 부착된 물이 강한 윤활작용을 하고 있기 때문에 미끄럽게 된 것이다. 이 현상을 수화윤활(hydration lubrication)이라고 한다.

○ 관절의 연골은 수백kg의 하중을 받으면서도 원활하게 움직이며 내경이 수μ의 모세혈관 중에서 거의 같은 사이즈의 적혈구가 잘 흐르고 안구가 아무런 저항 없이 움직이는 것은 수화윤활에 의한 것이다. 딱딱하고 건조한 재료로 만들어진 기계와의 큰 차이는 인간의 생체조직은 겔로 구성되어 있다는 점이며 겔은 고분자구조 및 그 팽윤체로서 마찰계수가 극히 적다는 비밀을 가지고 있기 때문이다. 이 현상을 공학적으로 응용할 수 있으면 넓은 분야에 혜택을 가져올 수 있을 것이다.

○ 수화윤활은 유체윤활에 필적하는 저 마찰 상태를 실현할 수 있고 장시간 효과가 지속되므로 인체의 마찰불량에 기인하는 병의 치료법 개발에 연장될 수 있으며 인공적인 수화 층은 생체적합성도 높아 금후에 의료기기 적용이 늘어날 것으로 생각된다. 산자부가 주관이 되어 추진 중인 차세대 신기술개발 사업단의 생체 Hybrid재료 및 응용기술 개발 사업부문에서 하이브리드형 인공고관절 골두 및 비구소켓 개발연구가 추진 중에 있어 그 결과가 기대되며 본고도 이 분야의 참고자료가 될 것으로 생각된다.

저자: Ken Ikeuchi
자료유형: 학술정보