오늘날 과학의 가장 중요한 화두 중 하나는 '나노(1㎚=10억 분의 1m)' 세계의 비밀을 파헤치는 것입니다. 이런 나노 세계를 항해하는 과학자들에게 나침반 역할을 하는 것이 바로 '사진'입니다. 주사터널링현미경(STM·Scanning Tunneling Microscopy), 주사전자현미경(SEM·Scanning Electron Microscopy) 등을 이용해서 나노 세계를 들여다볼 수 있게 되었기 때문입니다.
그렇다면, 사진으로 본 나노 세계의 모습은 어떨까요? 홍진기 미국 MIT 연구원(화학공학과 Post-Doctor)과 강상욱 상명대학교 교수(화학과)가 여러분에게 나노 세계의 비밀을 살짝 보여줍니다. 일주일에 화, 목 두 차례씩 여러분을 찾아갈 세상에서 제일 신기한 사진과 함께하는 특별한 과학 에세이 '나노 세계 여행'을 놓치지 마십시오. <편집자>
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| ⓒ홍진기 |
우리는 누구나 칫솔을 사용한다. 예전 한 사극에서 어떤 사람이 치아를 닦을 때, 단지 두 손가락만으로 소금을 이용해 닦는 모습이 생각이 난다. 요즘은 굳이 두 손가락을 사용하지 않고 이를 닦을 수 있는 세상이니, 참으로 편리한 세상이 아닐 수 없다. 일반 형태이든 전동 형태이든 누구나 칫솔을 매일 사용하는 데, 언제부터 우리는 칫솔을 사용해왔을까?
지금 형태의 칫솔은 제 2차 세계 대전 후에 그 틀이 잡혔으며, 지금까지도 나일론 계와 아크릴 계의 수지를 이용한 칫솔이 널리 이용되고 있다. 그러면 그 칫솔의 모는 어떤 모습이 가장 적합한 모습일까?
가장 중요한 두 가지 요소는 적절한 강도와 치약과의 좋은 양립성일 것이다. 만약 칫솔모의 강도가 너무 세다면, 이를 닦을 때마다 치아는 그 칫솔모의 결을 따라 손상을 입을 것이고, 아마 한 달도 되지 않아 치아가 사라질 것이다. 그렇다고 해서, 너무 강도가 약하다면 쉽게 구부러져서 치아 표면에 미세하게 달라붙어있는 각종 찌꺼기를 충분히 제거하기가 쉽지 않을 것이다.
적절한 강도 다음으로 요구되는 것이 바로 치약과의 좋은 양립성이다. 요즘에는 워낙 다양한 기능성의 치약들이 많이 나오긴 했지만, 우리가 치약을 쓰는 가장 큰 이유는 청정, 살균 소독과 치석 용해 작용 등일 것이다. 이러한 중요한 기능을 하는 치약이 칫솔모에 오래 머물지 못하고, 금방 떨어져나간다면 우리는 치약을 사용할 필요 없이 그저 칫솔만 가지고 이를 닦는 게 더 경제적일 것이다.
그렇기 때문에 치약이 칫솔모의 사이사이에 최대한 많이 머물도록 하기 위해서는 어떠한 모습이 바람직할까? 바로 위의 전자 현미경 사진에 답이 있다.
칫솔모 하나를 떼서 전자 현미경으로 계속 확대해서 들여다보면 매우 신기한 구조로 되어 있음을 알 수 있다. 눈으로 얼핏 보면 매우 매끄러워 보이는 칫솔모가 사실은 아주 거친 표면으로 되어 있으며, 좀 더 자세히 들여다보면 미세한 거친 실들이 서로 불규칙적으로 포개져 있거나 찢어져 있는 듯한 모양을 하고 있다.
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