일반적으로 필터(Filter or Membrane)는 입자가 클수록 더 잘 걸러내는 특징을 갖고 있습니다. 커피머신이 커피를 뽑아내는 원리나 정수기가 물을 깨끗하게 만들어내는 원리가 바로 이런 필터의 특징을 잘 보여주고 있죠.
그런데 이런 필터와 정반대로 큰 물질은 통과시키고 오히려 작은 물질을 걸러내는 필터가 개발돼 화제입니다. 바로 미국 펜실베이니아주립대학 기계공학과 대학원생 'Birgitt Boschitsch'가 개발한 자가치유 역(膜) 필터(Self-healing reverse filter)가 그 주인공인데요.
출처: Pennsylvania State University
최근 과학잡지 'Science Advances'에 이 필터가 소개되었는데요. 그 내용을 살펴보면 이 필터의 원리를 알 수 있습니다. 일단 필터의 모습은 다른 일반 필터와 사뭇 다른데요. 딱딱한 면이나 패브릭 형태의 필터가 아닙니다.
영상과 이미지를 자세히 보면 마치 비누거품 장난감으로 만든 얇은 액체 투명막처럼 생겼는데요. 손가락을 집어넣었다 빼도 막 표면이 원래대로 돌아가기 때문에 '자가치유'라고 이름을 붙인 것 같습니다.
박테리아나 악취를 차단할 수 있어요
연구팀은 황산도데실나트륨(sodium dodecyl sulfate)에 물을 섞어 손쉽게 이 필터를 만들었는데요. 원리는 물체가 가진 운동에너지에 따라 투명 막을 통과하느냐 못 통과하느냐의 차이로 필터의 기능이 발생하는 거죠.
출처: Pennsylvania State University
즉, 물체의 크기와 상관없이 운동에너지가 큰 것은 그 힘에 의해 막을 뚫고 나가고 운동에너지가 작은 것은 막에 걸리게 되는 것인데요. 결국 운동에너지에 따라 작용하기 때문에 일반적으로 큰 물질이 중력 작용에 의해 쉽게 빠져나가고 작은 물질은 필터에 붙어 남게 되는 것입니다.
연구팀은 이 거꾸로 필터가 특수한 용도로 사용될 수 있다고 밝혔는데요. 박테리아나 냄새를 차단하는 필터의 용도를 대표적인 사례로 들 수 있죠. 이런 용도에 맞춰 투명 막의 액체 성분을 바꿔 최적화시킬 수도 있습니다.
출처: Pennsylvania State University
예를 들면 막의 내구성을 높이거나 특정 가스를 차단하는 성분을 액체에 첨가하는 식이죠. 구체적으로 개도국 마을의 화장실에 설치해 악취를 제거하고, 병원 시설에 설치해 바이러스 침투를 막을 수 있습니다.
현재 연구팀은 다양한 용도의 맞춤형 필터를 개발하기 위해 다양한 액체를 추가로 실험하고 있는데요. 이들의 바람대로 거꾸로 필터가 상용화되어 우리 삶을 더욱 이롭게 만들어주길 기대해 봅니다.
