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생체재료 계면의 비밀

전문가 제언: ○ 생체에서 얻어지는 바이오재료는 일반적으로 복잡한 고분자의 집합체로서 생체 기관 중에서 세포는 세포외 매질로 둘러싸여있다. 에나멜, 뼈 또는 조개와 같은 딱딱한 생체재료는 유연한 유기 재료 이외에 많은 부분은 무기 금속으로 구성되어있다. 특히 이들의 기계적이나 물리적 성질은 그들의 구성 성분보다 훨씬 우수한데 뼈는 비교적 유연한 섬유상 단백질인 콜라겐과 인산칼슘의 복합재료보다 훨씬 파단 저항성이 높다.

○ 위계적 질서를 가지는 멀티-스케일 복합재료인 바이오재료는 강인성이 크며 결함에 대한 관용성이 크다는 특징을 가지고 있는데 위계적 질서를 가지는 구조란 크기가 다른 구축블록이 맞나 유용한 재료를 만든다는 의미로 사용되는데 자연에서는 위계적 질서가 만들어 내는 다양한 계면에 바이오재료의 물성이 결정된다.

○ 자연에서 다양한 성질의 계면을 다양한 원리에 따라 형성시키는데 부서지기 쉬운 재료와 매우 얇은 두께를 가지는 유연한 유기물 층은 재료의 파단 저항성을 높이며 서로 다른 기하학적 구조를 가지는 계면에서는 유연한 계면 층을 이용하면 훨씬 적은 전단력으로 변형을 일으킬 수 있으며 주위의 재료와 들쑥날쑥한 계면을 가지며 배향이 다른 섬유를 보강재로 사용하거나 양친매성 분자를 사용하여 한쪽 재료에 강하게 결합시키고 다른 한 쪽은 얇은 매질 층에 배분하여 강력한 계면을 만드는 등 다양한 방법이 채택되고 있다.

○ 위계적 질서를 가지는 멀티-스케일 복합재료인 바이오재료는 강인성이 매우 클 뿐 아니라 결함에 대한 관용성이 크다는 특징을 가지고 있다. 위계적 질서를 가지는 구조란 크기가 다른 구축 블록들로 구성되어 물성이 향상되어 유용한 재료를 실현하다는 의미로 사용되는데 자연에서는 위계적 질서에 의해 형성되는 다양한 종류의 계면에 의해 바이오재료의 물성이 결정된다. 본고에서는 바이오재료의 계면과 바이오재료의 기계적 기능과의 관계에 대해 설명하고 있는데 새로운 복합재료 개발 연구자들에게 다양하고 풍부한 영감을 제공할 것으로 사료된다.

저자: John W. C. Dunlop
자료유형: 학술정보