사막 딱정벌레: 건조해지는 행성을 돕는 도움

토룬의 니콜라스 코페르니쿠스 대학교

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크레딧: NCU/Anna Jaszczuk

자연적 행동에서 영감을 받아 연구하는 수많은 과학자들이 지속적으로 증가하고 있습니다. 스스로 정화하는 능력을 지닌 연꽃은 문헌에 흔히 기술되어 있으며 이러한 추세의 가장 좋은 예가 될 수 있습니다. 연구자들은 꽃이 왜 이런 식으로 행동하는지 궁금해하기 시작했고 현미경을 사용하여 꽃의 구조를 연구하기로 결정했습니다. 따라서 그들은 구조가 매우 소수성이라는 결론을 내릴 수 있었습니다. 즉 표면에 물방울을 유지한다는 결론을 내릴 수 있었습니다. 그러면 물은 먼지 입자를 모으고 아래로 흘러내려 먼지를 제거합니다. 이는 꽃에 물을 축적시키는 접착력이 약하지만 동시에 먼지가 물방울에 쉽게 부착되어 자체 청소가 가능하다는 것을 의미합니다. 관찰 덕분에 페인트칠된 표면, 기와, 직물 등 자가 청소 표면이 개발되었습니다.

그러나 장미 꽃잎은 다른 구조를 보여줍니다. 표면이 소수성인 꽃잎에 떨어지는 물방울은 달라붙어 흘러내리지 않습니다. 꽃잎 효과는 높은 접착력을 특징으로 하는 소수성 표면의 발달과 관련이 있습니다.

천장 위를 걸을 수 있는 개구리는 또 다른 흥미로운 사례가 됩니다. 여기서 질문이 생깁니다. 표면이 거친 천장에서 왜 떨어지지 않을까요? 과학자들은 개구리 발가락의 구조를 조사하고 이를 재현하기로 결정했습니다. 이제 유사한 솔루션이 접착식 봉투에 적용됩니다. 접착제는 쉽게 떼어낼 수 있는 종이 끈으로 보호되어 있습니다. 하지만 접착제가 다른 종류의 종이에 닿아 봉투가 닫히면 자르지 않고는 열리지 않습니다.

자연은 훨씬 더 복잡한 시스템을 만들었습니다. 이를 예로 들면, 사막풍뎅이 갑옷 구조는 친수성과 소수성의 이중성을 그대로 드러내며 표면의 물을 흡수하고 밀어내는 부위가 있다. 이러한 현상으로 인해 딱정벌레는 사막과 같은 적대적인 환경에서도 살아남습니다. 그들의 갑옷에는 아무것도 달라붙지 않으며, 특히 젖은 모래는 소수성 영역에 모여서 그들이 마시고 존재할 수 있게 해줍니다.

- 채널을 보다가 딱정벌레가 다리로 서서 아침 이슬을 받는 프로그램을 봤습니다. hab 박사는 곤충이 안개에서 물을 얻는다고 말했습니다. 화학부 NCU Joanna Kujawa 교수. - 갑옷 표면의 나머지 부분은 왁스로 덮여 있기 때문에 물이 흘러내려 딱정벌레가 이 물을 마시고 혹독한 기후에서도 살아남을 수 있습니다.

연구자들은 막증류 과정에서 이러한 현상이 이용되기 때문에 어떻게 자연에서 나온 용액을 실험실로 옮길 수 있을지 고민하기 시작했습니다. - 이 경우, 효소는 화학적 결합이 아닌 흡수, 즉 일부 표면 접착을 통해 막으로 흡수됩니다. - Dr hab 교수는 설명합니다. NCU 화학부 Wojciech Kujawski입니다. - 물리적 흡수의 경우 작용하는 힘이 약하여 쉽게 탈착이 일어날 수 있습니다.

이는 화학적 결합으로 인해 내구성이 더 뛰어난 강화막에 관한 것입니다. 막은 시간이 지남에 따라 열화되지만 다른 층을 적용하여 개발된 경우보다 느리게 발생합니다. 키토산의 사용은 물질이 풍부하고 지구상에서 쉽게 구할 수 있기 때문에 좋은 해결책으로 판명되었습니다. 키토산으로 쉽게 변형될 수 있는 키틴은 새우 껍질과 같은 껍질에서 자연적으로 발생합니다. 해산물 껍질이 쌓여 있는데 어떻게 해야할지 모르겠습니다. 토루 출신의 과학자들? 딱정벌레 갑옷 구조를 모방할 수 있고 저장된 키토산을 재사용할 수 있다고 주장하는데, 이는 주제에 대한 복잡한 태도입니다. 이는 제로웨이스트(Zero Waste) 추세와도 맥을 같이한다.

키토산으로 인해 물이 훨씬 더 쉽게 흘러내려 딱정벌레 갑옷의 왁스처럼 기능합니다. 화학자들은 친수성 영역에 키토산을 부착하기로 결정했습니다.