美 연구팀, ‘액체 필터 막’ 개발
먼지-세균-가스까지 걸러내… 수술 때 환부 오염 막는데 활용

화장실에서 볼일을 볼 때 냄새를 막을 묘안이 있을까. 변기를 비닐로 막으면 냄새는 안 나겠지만, 볼일을 볼 수가 없다. 이런 문제를 해결할 수 있는 아이디어가 나왔다. 대변과 같이 큰 물체는 그대로 통과시키고 작은 냄새 분자는 막는 액체 필터 기술이 개발됐다.

버깃 보싯치 미국 펜실베이니아주립대 기계원자력공학과 연구원팀은 물의 표면이 보여주는 독특한 특성을 응용해 큰 물체는 통과시키고 작은 물체는 거르는 액체 필터를 개발해 국제학술지 ‘사이언스 어드밴시스’ 24일자에 발표했다. 통상적인 필터와 정반대 기능을 하기 때문에 ‘거꾸로 필터(reverse filter)’라 이름 붙였다.

보싯치 연구원팀은 물이 담긴 컵에 숟가락을 담그면 쉽게 들어가지만, 숟가락을 빼기가 무섭게 물의 표면이 다시 매끈한 상태로 돌아가는 능력에 주목했다. 같은 물에 가벼운 먼지를 뿌리면 물 표면에 떠 있을 뿐 물속으로 통과하지 않는다. 가벼운 먼지는 물의 표면장력(막을 형성하도록 물분자끼리 서로 당기는 힘)을 깨고 막을 통과할 정도의 힘을 물 표면에 가하지 못하기 때문이다.

연구팀은 이 현상을 이용해 거꾸로 필터를 만들었다. 일반 세제에 쓰이는 계면활성제를 물에 섞은 뒤, 금속으로 된 어른 엄지손톱만 한 고리를 담가 얇은 액체 막을 만들었다. 비눗방울 막과 비슷하지만 거꾸로 필터 액체 막은 훨씬 튼튼하고 질기다. 비눗방울 막은 작은 모래 알갱이만 닿아도 터지지만, 거꾸로 필터 액체 막은 초파리나 벌 같은 꽤 큰 곤충과 부딪쳐도 터지지 않게 만들 수 있다.

연구팀은 유리나 플라스틱 공 등 재료로도 실험했다. 이들 물체가 통과한 뒤 막은 원래 형태로 되돌아왔다. 반면 먼지나 세균, 가루, 심지어 가스나 수증기 등 작은 물질은 전혀 통과하지 못했다.

연구팀은 수술할 때 환부의 오염을 막는 데 이 기술을 쓸 수 있을 것으로 예상했다. 절개 부위에 이 막을 만들어 놓으면, 먼지나 세균 등이 막에 걸려 통과하지 못하지만 수술용 칼 등 도구는 자유롭게 통과할 수 있다. 또 가스를 막는 마개나 냄새를 거르는 탈취막으로도 응용할 수 있다. 보싯치 연구원은 “개발도상국 사람들의 위생이나 안전을 위해 응용할 분야가 많을 것”이라며 “협력 연구를 통해 제품 개발에 나설 계획”이라고 말했다.

윤신영 동아사이언스 기자 ashilla@donga.com