<사진. 심해의 열수 분출공에서 방출되는 열수
출처. KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』>

심해 극한환경에서 힌트를 얻은 유화장치의 개발

- MAGIQ 기술의 보급에 기대

국립연구개발법인 해양연구개발기구는 주식회사 AKICO와 공동으로 나노 에멀젼을 10초 이내에 높은 효율로 제조할 수 있는 기술(MAGIQ, Monodisperse nAnodroplet Generation In Quenched hydrothermal solution)을 이용한 유화장치를 개발하기 위해 2015년 4월 4일에 공동개발 협약을 체결하여 시작기를 제작하였다.

의견이 다른 두 개의 관계를 “물과 기름의 관계”라고 하듯이 물과 기름은 서로 섞이지 않는 물질의 전형이다. 그러나 한쪽을 미세한 액적으로 하여 다른 쪽에 분산시켜 양쪽을 혼합(유화)시켜 사용하는 것이 가능하게 된다. 이렇게 만들어진 액체는 “에멀젼”이라고 하여 유지방을 직경 수 마이크로미터 유적으로서 물에 분산시킨 우유를 비롯한 식품, 의약품, 화장품, 화학, 인쇄, 도료, 잉크, 석유 등 다양한 산업분야에서 널리 이용되고 있다.

이 에멀젼에 포함된 유적의 크기를 나노미터 크기까지 작게 한 것이 “나노 에멀젼”이다. 유적을 극한까지 작게 함으로써 화장품의 피부 침투성을 높이고, 의약품 효과를 보다 높이는 등 새로운 기능을 창출할 수 있을 것으로 기대된다.

통상적으로 나노 에멸션은 외부로부터 추가된 에너지에 의해 큰 유적을 반복적으로 미세화하여 나노크기까지 작게 하는 “톱-다운 방식”으로 제조된다. 그러나 유적의 크기를 순차적으로 작게 하는 톱-다운방식으로 100나노미터 보다 작은 유적을 만드는 데는 숙련된 기술 및 지식이 필요하기 때문에 나노에멀젼을 기본으로 한 제품 개발에는 노하우의 축적 및 시행착오가 필수이며, 연구개발에 필요한 시간 및 비용저감을 위한 기술적인 혁신이 요구된다.

JAMSTEC 해양생명이공학 연구개발센터 연구팀이 중기연구개발과제 “극한환경하에서의 물리, 화학프로세스의 이해를 추진하고, 특유한 기능에 대한 응용연구를 전개하여, 추가적인 생명기능의 이용 가능성을 나타낸다”라는 중점 추진 항목의 하나로서 개발을 추진하고 있는 MAGIQ 기술이다.

심해 열수분출공과 같이 고온, 고압의 극한환경에서는 물의 성질이 크게 변화하여 기름과 자유롭게 혼합된다. MAGIQ는 이러한 초임계수가 가진 특이한 성질을 이용하여 물과 기름이 균일하게 혼합된 고온, 고압 용액을 실온까지 한 번에 냉각시킴으로써 기름부자를 집합시켜 액적화하는 “보톰-업 방식”에 의해 나노 에멀젼을 제조하는 기술이다.

JAMSTEC가 독자적으로 개발한 이 획기적인 프로세스에 의해 60나노미터의 투명도가 높은 나노 에멀젼을 물과 기름을 혼합시켜 10초 이내에 제조하는 데 성공하였다. 이 MAGIQ 기술을 더욱 높은 효율로 안정적인 나노 에멀젼을 제조할 수 있는 기술로 발전시키기 위해 JAMSTEC는 초임계를 비롯한 고온 고압 장치의 설계, 제작회사와 협력하여 MAGIQ 장치의 공동개발에 착수하였다. 초임계 고온 고압 장치는 지금까지 JAMSTEC에 다수 납품된 실적이 있는 것으로 심해 극한환경에서 물리, 화학 프로세스 연구에 반드시 필요한 기구 중 하나이다.

■ KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 http://mirian.kisti.re.kr