분자 각인 고분자(MIPs)는 고분자 망상 내에 표적을 주형하여 합성되는 생체 고분자의 생체 모방체입니다. MIPs의 친화도는 항체와 경쟁할 수 있지만, 촉매 활성 MIPs의 특이 활성은 천연 효소에 비해 여전히 낮습니다. 항체와 MIPs 생성 메커니즘은 근본적으로 다르지만, 생물학적 원리가 인공 결합체에 적용되어 왔습니다.
분자 전체 대신 표적의 조각을 주형하는 에피토프 각인법은 MIP 합성 비용을 절감하며, 계층적 각인법은 주형 배향을 개선하여 더 균일한 결합 부위를 생성합니다. 이중 각인을 통한 항이디오타입 MIPs 생성은 항이디오타입 항체 개념을 따르며, 후각인 변형은 번역 후 변형을 모방합니다. 최근에는 고전적인 말단 에피토프 외에 내부 에피토프, 친화성 태그, 탄수화물, 바이러스 및 세포 표면 모티프 등이 각인 표적으로 활용되고 있습니다.
분석 MIP 시스템은 신호 생성, 물질 전달 및 표적 접근성을 개선하기 위해 나노물질과의 통합에 의존합니다. 나노입자, 탄소 기반 나노물질, MXenes, 금속-유기 골격체(MOFs)는 보다 효율적이고 기능적으로 통합된 감지 플랫폼 개발을 가능하게 했습니다. 또한, 전산 합리적 설계, 인공지능 및 기계 학습 기반 신호 역합성은 단량체 선택 최적화 및 복잡한 센서 출력 해석에 강력한 도구로 부상하고 있습니다.
MIPs는 높은 안정성, 낮은 비용, 독성 또는 약한 면역원성 물질에 대한 적용 가능성 등 명확한 장점에도 불구하고 상업적 성공은 아직 제한적입니다. 이러한 기술 발전은 MIPs의 분석 응용 분야에서 잠재력을 크게 확장하고 있습니다.
자동차 차체 금형의 품질과 장비 수명은 롤 성형 엔드 이펙터의 롤러 표면 마모 상태에 크게 좌우됩니다. 본 연구는 이러한 문제를 해결하기 위해 진주층 표면 미세구조에서 영감을 받은 생체 모방 롤러 설계 전략을 제안합니다. 이를 위해 텍스처-형상 매핑 모델을 구축하고 다중 스케일 기계적 및 트라이볼로지 성능 분석을 수행했습니다.
시뮬레이션 결과, 동일한 깊이-폭 비율 조건에서 아치형 홈을 가진 롤러가 수직 및 마름모형 홈 롤러에 비해 가장 낮은 마찰 에너지 손실과 가장 높은 주응력을 보였습니다. 마찰 마모 시험을 통해 이 구조의 우수성이 검증되었으며, 아치형 홈 롤러는 수직 및 마름모형 텍스처 롤러보다 마찰 계수, 마모 깊이, 마모 질량이 현저히 낮아 뛰어난 내마모성을 입증했습니다.
이를 바탕으로 황금분할법을 이용해 아치형 줄무늬 롤러의 깊이-폭 비율 구조를 최적화하여 0.775의 최적 비율을 도출했습니다. 최적화된 롤러는 일반 롤러에 비해 롤링 방향 최대 주응력이 18.3% 증가했으며, 롤링 마찰 에너지는 70.28% 감소했습니다.
본 연구는 생체 모방 텍스처가 롤러의 표면 응력 분포 및 트라이볼로지 성능을 크게 향상시킬 수 있음을 보여줍니다. 이는 자동차 차체 제조 공정의 안정성과 지능형 장치의 신뢰성을 높이는 데 이론적 지원과 혁신적인 해결책을 제공합니다.
인체 활동 상태를 평가하기 위해서는 호흡 및 땀 상태를 실시간으로 동시에 모니터링하는 것이 매우 중요합니다. 본 연구는 부활초(Selaginella lepidophylla)에서 영감을 받아 생체모방 비대칭 셀룰로스 나노섬유/그래핀 산화물(CNF/GO) 필름 기반의 자가 발전 다중 모드 센서를 개발했습니다.
재료 수준에서는 경사 건조 및 일방향 각인 방식을 통해 비대칭 필름을 제작했으며, 습도 자극 하에 최대 55°의 굽힘 각도를 달성했습니다. 소자 수준에서는 PTFE와 통합된 TENG 센서가 최대 2.564V의 출력 전압을 기록했습니다. 이 센서는 공기 흐름 및 수증기에 대해 뚜렷한 시간적 특성과 간섭 방지 능력을 보였으며, 500회 반복 부하 후에도 안정적인 성능을 유지했습니다.
응용 수준에서 센서는 다양한 호흡 패턴과 신체 부위별 땀 변화를 효과적으로 구별했으며, 휴식, 유산소 및 무산소 조건에서의 생리 신호 모니터링을 가능하게 했습니다. 전문 운동선수를 대상으로 400m 달리기, 테니스, 배구, 농구 등 4가지 스포츠에 대한 웨어러블 실험을 수행했습니다.
센서는 운동 전후의 호흡 및 땀 신호 변화를 정확하게 포착했습니다. 관찰된 신호 차이는 스마트워치의 에너지 소비량 등급과 잘 일치하여, 다양한 운동 강도에 따른 생리적 반응 변화를 효과적으로 구별할 수 있음을 입증했습니다.
