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Shape : 형태는 소수성, 거미줄

표면적이 유화력이다
- 형태가 소수성이기도 하다
- 유화력은 살균력이다 : 은나노, 극세사옷
- 유화력은 독성이다 : 나노입자,  형태독
- 유화력은 세척력이다 : 극세사 수세미
- 표면적은 크기에 반비례한다

나노 수준 ‘이중 거칠기’가 연잎의 초소수성의 비결
글 김훈기 서울대학교 기초교육원  




과학자들은 연잎 표면에 어떤 비밀이 숨어있는지 알아내고, 그 결과를 실생활에 응용하기 시작했다. 흔히 물과 친하게 잘 섞이는 성질을 친수성, 반대로 물과 친하지 않은 성질을 소수성이라고 부른다. 연잎 표면은 자연계 어떤 물질보다 소수성이 강하기 때문에 ‘초소수성’을 지닌다. 전자현미경을 이용해 표면을 나노미터(nm, 1nm=10억분의 1m) 수준으로 관찰한 결과 그 초소수성의 비밀이 드러났다.
보통 바닥면 위에 물방울이 놓여 있을 때 물방울의 측면과 바닥면이 접촉하는 각도가 60도보다 크면 소수성, 30도 이하이면 친수성을 띤다고 말한다. 그런데 연잎 바닥면이 물방울과 접촉하는 각도는 150도 이상이다. 그냥 소수성이 아닌 ‘초소수성’을 갖는다는 뜻이다.
그 이유는 무엇일까. 연잎 표면에 있는 무수한 미세 돌기 덕분이다. 먼저 바닥면의 미세 돌기는 물방울이 연잎 표면과 접촉하는 각도를 커지게 만든다. 또한 바닥면 위에 형성돼 있는 봉오리들에도 무수한 돌기가 있어 비슷한 효과를 일으킨다. 연잎 표면은 이와 같은 이중적인 소수성 덕분에 ‘초소수성’을 띠는 것이다.  
원리를 알았으면 다음은 모방 단계. 과학자들은 ‘연잎 효과’를 모방한 다양한 제품을 제작하고 있다. 비를 맞거나 물을 뿌리면 먼지가 깨끗하게 떨어지는 페인트, 콜라나 커피가 쏟아져도 툭툭 털어내면 깨끗해지는 기능성 의류 등 다양한 제품이 이미 판매되고 있다.
주름이 많아졌다는 말은 동일한 공간 안에서 다른 물질과 화학적으로 반응할 수 있는 표면적이 넓어졌음을 의미한다. 예를 들어 차세대 청정에너지로 꼽히는 수소를 저장하는 그릇을 만들 때 그 표면적의 주름을 대폭 늘리면 수소의 저장용량은 훨씬 커진다. 또 화학반응을 촉진하는 매개물질인 촉매를 이런 식으로 처리하면 표면적이 늘어나 그 활성도가 훨씬 높아질 수 있다. 만일 폴리머에서 주름이 만들어지는 메커니즘을 밝히면 인간 피부의 주름을 없애는 방법도 알 수 있지 않을까.  


공기방울 잠수복 입고 파리, 물속으로 다이빙
입력 : 2017.11.25 03:01 이영완 과학전문기자
출처 : http://news.chosun.com/site/data/html_dir/2017/11/24/2017112401503.html
[if 사이언스 샷]

미국의 작가 마크 트웨인은 1872년 발표한 '서부 유랑기(Roughing It)'에서 캘리포니아주 모노(Mono) 호수에서 본 진기한 광경을 소개했다. 바로 물속에서 몸길이 4~7㎜의 작은 파리들이 자유자재로 돌아다니는 모습을 본 것이다. 그는 "아무리 오랫동안 물속에 붙잡고 있어도 파리는 개의치 않는다"고 썼다. 모노는 인디언 말로 '파리'를 뜻한다.
미국 캘리포니아 공대 연구진이 145년 만에 마크 트웨인의 질문에 답을 내놓았다. 마이클 딕슨 교수는 지난 20일 국제학술지 '미국립과학원회보(PNAS)'에 "모노 호수에 사는 알칼리 파리(Ephydra hians·사진)는 왁스로 덮인 털들로 물을 밀어내고 대신 공기 방울로 몸을 감싼 채 잠수를 한다"고 밝혔다. 말하자면 공기 방울로 만든 투명 잠수복을 입는 셈이다. 두 눈은 공기 방울에 덮이지 않아 물속에서도 선명한 시야를 확보할 수 있다.
모노 호수는 해발 1946m 고지대에 있다. 약 76만년 전 화산활동으로 생겼다. 그러다 보니 물에는 탄산나트륨, 붕사 같은 염기성 물질이 많다. 염도가 바닷물의 세 배나 된다. 생물이 살기 어려운 곳이지만 알칼리 파리에게는 치명적인 유혹이다. 호수 바닥에는 파리가 먹고살 조류(藻類)들이 많지만 천적인 물고기는 없다. 물속을 돌아다닐 수 있다면 지상 낙원과 마찬가지인 셈이다.
딕슨 교수는 알칼리 파리와 비슷한 종류의 다른 파리 6종을 채집해 물속에 넣고 탄산나트륨 농도를 점점 올렸다. 모노 호수 정도로 탄산나트륨 농도가 짙어지자 알칼리 파리를 빼고 다른 파리들은 모두 몸에 붙어 있던 공기 방울이 터져 버렸다. 딕슨 교수는 "현미경으로 보면 알칼리 파리는 다른 파리보다 더 촘촘한 털을 갖고 있음을 알 수 있다"며 "용매로 왁스를 녹이면 알칼리 파리도 공기 방울이 사라지는 것으로 보아 왁스도 방수(防水)에 핵심적 역할을 하는 것으로 보인다"고 밝혔다.

 


거미는 왜 제 거미줄에 안 걸리나, 파브르도 몰랐다

조홍섭 2012. 03. 31

100년 전 파브르는 <거미의 삶>이란 책에서 거미가 제 거미줄에 걸리지 않는 까닭은 입에 달려 있는 분비샘에서 접착을 방지하는 기름을 분비하는데, 이것을 다리에 묻히기 때문이라고 설명했다.  
대가의 이런 설명을 관찰과 실험을 통해 재현해 보려는 시도는 한 세기가 지나도록 거의 없었다. 요즘도 이렇게 적혀 있는 어린이 과학책이 적지 않다.
1990년대에 와서야 기름을 분비하는 게 아니라는 새로운 주장이 나왔다. 거미줄에는 끈끈이가 없는 세로줄(원형 거미줄에서 중앙을 가로지르는 직선들)과 들러붙는 가로줄(세로줄 사이를 연결하는 원형 줄)이 있는데 거미는 들러붙지 않는 줄만을 딛고 이동한다는 설명이다.
그런데 코스타리카에 있는 스미스소니언 열대연구소 과학자들은 비디오카메라를 이용한 면밀한 관찰과 실험을 통해 파브르는 물론 최근의 연구 결과도 사실과 다르다는 것을 알아냈다.
거미는 완성된 거미줄에서는 끈끈하지 않은 줄을 따라다니지만 새로 거미줄을 치거나 먹이를 잡을 때는 끈끈이를 피할 수 없다. 거미줄을 하나 칠 때 거미는 1000~1500번이나 끈끈한 줄을 딛는 것으로 나타났다.
그러면서 거미줄에 들러붙지 않는 비결은 무엇보다 발에 빽빽하게 난 가늘고 빳빳한 강모(센 털)라는 털 덕분이다. 강모는 점액과 마찰 면적을 최소한으로 줄여 끈끈이가 다리에 묻는 것을 막아 주는데, 강모에는 기발하게도 털 중간에 가지가 나 있어 점액이 흘러내리는 것을 방지하도록 돼 있다.
이런 장치 이외에도 거미는 강모에 붙은 끈끈이가 떨어지도록 거미줄에서 발을 조심스럽게 빼는가 하면, 몸 표면에는 점착을 막는 화학물질 층을 지니고 있는 것으로 드러났다.