The polyurethane (PU) nanofibrous web prepared by electrospinning was coated with aqueous polydopamine solution to improve its functional properties. Through the scanning electron microscope, it was confirmed that polydopamine was uniformly coated on the PU web, and further surface analysis was performed. The physical properties such as moisture permeability, tensile strength, and the like before and after the coating were not changed, but the antimicrobial activity and the UV blocking performance were improved. Therefore, the PU nanofibrous web coated with polydopamine is expected to be used as a substitute for high functional Gore-Tex membrane.

전기방사에 의해 제조된 폴리우레탄(PU) 나노섬유 웹의 기능성을 향상시키기 위하여 폴리도파민 수용액으로 코팅하였다. 전자주사현미경을 통하여 PU 웹에 폴리도파민이 균일하게 코팅되었음을 확인하였으며, 추가적으로 표면 분석을 수행하였다. 코팅 전후의 수분 및 공기 투과능, 인장강도 등의 물리적 특성변화는 나타나지 않았고 항균성과 자외선 차단능을 향상시키는 결과를 보였다. 따라서 폴리도파민으로 코팅된 PU 나노섬유 웹이 고기능성 고어텍스 필름의 대체품으로 적용가능성이 있을 것으로 기대된다.

Keywords: polyurethane, nanofibers, polydopamine, coating, UV blocking

해양 무척추동물 중 바다에서 쉽게 볼 수 있는 홍합은 흡착기관을 이용해 수중 기저에 단단하게 붙어서 자라는 생물이다. 홍합이 수중에서 단단하게 붙어서 자랄 수 있는 이유는 접착성을 가지는 단백질로 만들어진 섬유실(byssal therad)로 구성된 족사(thread)를 사용하기 때문인데, 일반 접착제가 물에 접촉했을 때 접착성을 잃어버리는 것과 달리 수중 환경에서 강한 접착력을 갖는다. 이러한 홍합접착의 메커니즘을 밝히기 위해 족사를 구성하는 단백질의 종류 및 아미노산 서열에 대한 연구가 오랫동안 수행되었고, 12종 이상의 단백질로 구성되어 있음을 밝혔다.¹ 특히 여러 표면에의 실질적인 접착을 담당하는 부분인 패드에는 3,4-dihydroxyphenyl-Lalanine(DOPA) 라는 변형된 아미노산이 매우 풍부한 Mfp-3 (mytilus foot protein-3)과 Mfp-5라는 단백질이 족사의 구성물질로 존재하고 있으며, DOPA가 홍합접착에 중요한 역할을 한다고 밝혀졌으며, 더불어 아민기를 포함하는 아미노산의 한 종류인 라이신 또한 Mfp-5에 높은 비율로 존재하며 이역시 홍합의 수중 접착에서 중요한 역할을 한다고 여겨진다.¹
하지만, 현재 상용화된 홍합 접착단백질은 홍합에서 자연추출하여 1 g의 접착단백질을 얻기 위해서는 1만 마리의 홍합이 필요하며, 현재 1 g에 7만5천 달러의 너무 높은 가격으로 판매되고 있기 때문에 상용화되는데 큰 어려움이 있다.^2,3 앞서 언급한대로 홍합 접착능에 DOPA와 라이신기가 중요한 역할을 한다는 것을 토대로 DOPA의 중요 작용기인 카테콜기와 라이신의 아민기를 동시에 갖는 카테콜아민류를 이용하여 홍합모사 접착제에 대한 연구를 진행해 왔다. 특히 도파민에 대한 연구가 많이 진행되었으며, 이 도파민은 바다 속 환경과 동일한 pH 8.5의 수용액 상에서 산화반응을 통하여 폴리도파민으로 중합된다.⁴ 염기성 pH 수용액 조건에서 폴리도파민은 표면의 성질과 무관하게 거의 모든 표면에 우수한 접착력을 나타내기 때문에 홍합의 이러한 특이적인 접착력을 모방한 표면개질 기술은 다양한 분야에서 응용이 모색되고 있으며,⁵ 이러한 강한 접착은 도파민에 존재하는 카테콜이 표면의 종류에 따라 공유결합, 배위결합 등의 다양한 상호작용에 또는 다양한 상호작용들의 조합에 의해 발현된다.⁶
나노섬유 웹은 3차원 네트워크처럼 나노섬유들이 집적되어 구성되어 있으며, 서로 연결되어 있는 수많은 작은 기공이 부피 대비 높은 표면적을 가지고 그물망 구조의 형태를 하고 있다. 이런 형태는 고어텍스가 갖는 기능과 마찬가지로, 매우 얇고 가벼우며 높은 투과성과 통기성뿐만 아니라 액체 및 바람 등을 막아 주는 특성을 가지게 된다. 나노섬유 웹은 미세공극의 치밀한 형성이 가능하여 고효율, 고성능의 소재로의 적용이 가능하고 다양한 분야의 응용도 가능하다.⁷
본 연구에서는 전기방사를 통해서 생산한 폴리우레탄 나노섬유 웹을 홍합의 접착력에 관여하는 화학적 작용기를 모방한 폴리도파민 코팅처리를 하여 친수성을 높여주고, 항균성부여 및 자외선 차단 기능의 향상을 통해 기존의 고기능성 고어텍스 필름의 대체 가능성에 대해 연구하였다.