Self-propulsion of synthetic microtubes, inspired by the biological systems, have been attracted by many research groups due to various applications ranging from drug delivery and medical therapeutics to environmental remedy and chemical/biological sensors. In this work, the biocompatible self-propelling microtubes based on the layer-by-layer process were synthesized and their characteristics were investigated. The catalase layer was deposited at the end of layer-by-layer process. Catalase is an enzyme and can be used as a catalyst to decompose the hydrogen peroxide and produce the oxygen bubbles, which efficiently provides the microtubes with self-propulsion. In this work, a lot of oxygen bubbles were produced in the solution of very low concentration of hydrogen peroxide, and as a result, the microtubes containing the catalase layer exhibited the motion with very high speed. Our strategy will provide self-propelling systems with various functions by considering the versatility of layer-by-layer process.

자연계에서 영감을 받은 마이크로 튜브형 자가추진체는 특정 물질의 선택, 운반 등의 기능을 통해 약물 전달이나 치료, 환경오염물질의 제거, 화학적/생물학적 센서 등 다양한 분야에 활용 가능하기 때문에 많은 관심을 받고 있다. 본 연구에서는 모델 시스템으로 layer-by-layer(LbL) 층상자가조립법을 기반으로 좀 더 생체 친화적 마이크로 튜브형 자가추진체를 제조하고 움직임을 관찰하였다. 특히, LbL 공정의 마지막 단계에서 생체 친화성 소재인 카탈라아제(catalase)를 적층하여 마이크로 튜브 안쪽 면에 위치하도록 하였다. 카탈라아제는 효소의 일종으로 과산화수소 분해반응에서 촉매 역할을 한다. 그 결과 적은 농도의 과산화수소 용액에서 많은 양의 기포가 만들어지고 마이크로 튜브는 매우 빠른 속도로 움직이는 것을 관찰하였다. 층상자가조립법은 다양한 물질에 적용할 수 있기 때문에 여러 기능을 포함하는 재료를 이용하면 생체 적합성 다기능성 자가추진체를 만들 수 있을 것으로 기대된다.

Keywords: self-propulsion, microtubes, layer-by-layer, catalase, bubble propulsion