전북대학교 탄소융복합재료공학과 장시현 석사과정생이 가시광선은 투과시키면서 자외선(UV)을 선택적으로 차단할 수 있는 선크림 소재 기술을 개발했다.
이번 연구 결과는 ‘Hollow Polystyrene Nanoparticles Inducing Nanocavities in Newtonian Fluids for Selective Visible Transparency and Ultraviolet Blocking’이라는 제목으로 국제 학술지 『ACS Applied Polymer Materials』 최신호에 게재됐다.
기존 선크림은 크게 유기계 자외선 차단제와 무기계 자외선 차단제로 구분된다. 유기계 차단제는 자외선을 흡수하는 유기물질을 이용하지만, 사용 과정에서의 지속성 및 발열 등의 문제가 제기돼 왔다.
반면 산화아연(ZnO)이나 이산화티타늄(TiO₂)과 같은 무기계 차단제는 자외선을 효과적으로 차단할 수 있지만, 자외선뿐만 아니라 가시광선까지 산란시켜 피부가 하얗게 보이는 백탁(whitening) 현상이 발생하는 한계가 있다.
연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 자외선 영역의 빛을 선택적으로 산란시키는 나노기공 구조에 주목했다. 나노기공을 이용하면 가시광선은 상대적으로 투과시키면서 자외선은 효과적으로 산란시킬 수 있어, 기존 무기계 선크림의 백탁 현상을 줄일 수 있다는 원리다. 하지만 나노기공 구조를 실제 선크림과 같은 유체 내부에 안정적으로 유지하는 것이 핵심 과제였다.
연구팀은 이를 해결하기 위해 중공(hollow) 구조를 갖는 고분자 나노입자를 합성하고, 점성이 있는 유체 내부에서도 나노기공 구조가 안정적으로 형성·유지될 수 있도록 했다.
그 결과, 개발된 소재는 가시광 영역에서는 높은 투과 특성을 나타내면서 자외선 영역에서는 상대적으로 높은 차단 성능을 보이는 선택적 광학 특성을 구현했다. 이는 기존 무기계 자외선 차단제의 대표적인 문제점인 백탁 현상을 줄이면서 지속적으로 자외선 차단 기능을 확보할 수 있는 새로운 접근법으로 평가된다.
연구를 지도한 전북대학교 김건우 교수는 “이번 연구는 자외선은 효과적으로 차단하면서 가시광선의 투과성을 확보할 수 있는 새로운 선크림 소재 설계 방법을 제시했다는 점에서 의미가 있다”며 “현재 관련 기술에 대한 특허 출원을 마쳤으며, 향후 실제 선크림 및 화장품 소재로의 상용화를 염두에 두고 후속 연구를 진행하고 있다”고 밝혔다.
이번 연구는 고분자 중공 나노입자를 활용해 선택적인 빛의 산란 특성을 구현함으로써 기존 자외선 차단 소재의 한계를 극복할 수 있는 새로운 가능성을 제시했다는 점에서 향후 기능성 화장품 및 자외선 차단 소재 분야에서의 활용이 기대된다.
