거미가 거미줄을 만들어 내는 것과 비슷한 원리로 마이크로 칩을 이용     

화학과 구조 조절이 가능한 초극세사(100um 이내의 가는 실)를 대량생산할 수 있는 기반 기술이 개발됐다. 

고려대 생체의공과 이상훈 교수가 이 같은 초극세사 기술을 개발하고 이 연구 결과는 권위 있는 과학전문지 '네이처 머티리얼즈(Nature Materials)'에 게재됐다고 '고대 투데이'가 19일 전했다.   

거미줄은 거미가 몸 안에서 단백질을 합성 분비시켜 만드는데 ‘실 젖’이라는 구멍에서 거미줄을 뽑아낸다. 실 젖 끝에는 수백 개의 실관이 있고 실관은 다시 몸속에서 실을 만들어내는 '실 샘'과 연결되어 있고 '실 샘'은 거미줄의 원료가 되는 단백질을 저장하는 기관이다.

여기서 나온 액체 상태의 단백질이 실관을 거치면서 끈적끈적한 거미줄이 만들어진다. 거미는 여러 종류의 거미줄을 만들어내는데 근력을 이용해 실관의 구멍을 여닫으면서 줄의 굵기를 조절한다.

 

이번에 이상훈 교수는 “거미줄은 머리카락의 10분의 1 정도밖에 안될 만큼 가늘지만 엄청난 강도와 탄성을 가지고 있어 인간의 기술로는 불가능하다”면서 “거미를 모방한 마이크로 칩을 만들어 다양한 형태의 극세사를 뽑아내는 연구를 시작하게 됐다.”고 설명했다.

연구팀은 먼저 유체를 흘려보낼 수 있는 마이크로 칩을 개발하고, 그 안에 해초의 점액성 물질에 들어있는 알지네이트와 칼슘클로라이드라는 두 종류의 유체를 넣어 칼슘이온과 알지네이트가 반응하면서 알지네이트가 딱딱하게 굳고, 고체가 된 실이 유체 속에서 흘러나온다고 설명했다.

 

“이 시스템을 활용하면 마이크로 크기에서 화학적으로 구조조절이 가능한 극세사를 대량 생산할 수 있으며, 미세한 기계를 통해 원료를 주입하면 얼마든지 실 생산이 가능한 것"이라고 연구팀은 설명했다. 

이상훈 교수 연구팀은 또 "윤활유 역할을 하는 물질에 다른 화학물질을 섞으면 실의 기능을 다양화 할 수도 있다"면서 "어떤 화학물질을 넣느냐에 따라 굵기도 조절할 수 있고, 요철 모양이나 물결무늬도 새길 수 있다고"말하고 "거미가 여러 종류의 단백질을 갖고 있다가 필요에 따라 선택적으로 조합해 여러 기능의 거미줄을 뽑아내는 것과 마찬가지 원리”라고 덧붙였다. 

 

한편, 연구팀은 이번 개발된 기술이 "인공장기 개발에 기여할 것으로 기대"한다고 밝히고 "이 기술은 제작 공정이 간단하고 에너지가 필요하지 않아 친환경적”이라며 “마이크로 단위로 다양한 물질이나 패턴 등을 부호화할 수 있어 새로운 원천기술이 될 것”이라고 밝혔다.

 

또 이상훈 교수팀은 “백혈구 같은 대식세포들이 우리 몸 안에 들어온 외부 침입자를 공격할 수 있는 것은 이물질에서 나오는 특유의 화학물질 때문인데, 그렇다면 대식세포들이 좋아하는 화학물질을 극세사에 코딩해 질병이 있는 부위에 넣으면 치료 효과를 얻을 수 있겠다"고 설명했다. 

나아가 "이번 연구는 장기적인 관점에서 보면 간세포, 섬유세포, 신경세포 등 다양한 세포들을 극세사 내, 외부에 심어서 복잡한 구조의 바이오 인공장기와 손상된 신경 재생을 위한 기반 기술로도 응용될 수 있다"며 기대를 나타냈다.