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케블라-나일론 비켜, ‘실크’가 나가신다

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케블라-나일론 비켜, ‘실크’가 나가신다

2010.07.27 00:00
방탄조끼에 사용되는 인공섬유인 ‘케블라’나 스타킹에 사용되는 합성섬유인 나일론의 은퇴가 머지않았다. 교육과학기술부는 27일 KAIST 이상엽 특훈교수와 서울대 박영환 교수의 공동연구팀이 세계 최초로 개량된 대장균을 이용해 ‘초고분자량의 거미 실크 단백질’을 생산했다고 발표했다. 초고분자량의 단백질로 만든 거미 실크 섬유는 강철보다 강하다. 탄력과 강도가 센 거미 실크 섬유는 예전부터 인공생산이 시도됐다. 하지만 거미 실크 단백질은 ‘글리신’ 같은 특정 아미노산이 반복적으로 존재해 이를 복제하기 어려웠다. 연구팀은 이를 해결하기 위해 거미 실크 단백질을 생산할 수 있는 대장균을 새로 개발했다. 새 대장균은 글리신을 복제할 수 있도록 관련 유전자가 증폭되거나 제거됐다. 연구팀은 이 대장균을 이용해 세계 최고 수준의 글리신 반복단위수를 가진 거미 실크 단백질을 합성했다. 이렇게 생산된 거미 실크 단백질을 섬유로 만들자 강도와 탄성은 거의 케블라 섬유와 비슷했다. 케블라는 방탄모나 방탄복에 사용되는 인공 섬유다. 거미 실크 단백질은 향후 다양한 분야에 활용될 수 있다. 고분자물질의 특성상 이를 녹일 수 있는 용매를 찾으면 섬유는 물론 필름이나 스펀지 형태로도 성형이 가능하기 때문이다. 거미 실크 단백질을 녹인 용액을 수십 nm(나노미터, 1nm=1억분의 1m)의 지름을 가진 노즐로 분사하면 섬유가 되고 영하 80도로 냉각하면 스펀지가 되는 식이다. 일단 거미 실크 단백질이 쉽게 활용될 수 있는 분야는 방탄조끼나 완충제 같은 충격흡수용 소재다. 거미 실크 단백질로 만든 섬유는 가볍지만 구조를 파괴하는데 많은 에너지가 든다. 게다가 탄력이 크기 때문에 총알 같은 물질도 충분히 막아낼 수 있다. 향후에는 인공뼈에도 쓰일 수 있다. 강도가 높고 세포 같은 생체조직과 같은 단백질 구조를 갖고 있기 때문이다. 박 교수는 “거미 실크 단백질로 만든 뼈는 생물학적 기능성을 갖고 있어 실제 뼈와 이었을 때 조직을 형성시키는 데 도움이 될 것으로 보인다”고 설명했다. 다만 거미 실크 단백질로만 만든 뼈는 티타늄 같은 금속만큼 강도가 높지는 않기 때문에 많은 무게를 버티고 충격에 견뎌야 하는 척추나 다리뼈로 활용되기는 무리다. 또한 몸 안에 들어갔을 때 거부반응이 일어날 수도 있기 때문에 검증이 필요하다. 박 교수는 “거미 실크 단백질을 다른 물질과 복합적으로 사용해 뼈의 기능을 할 수 있도록 연구하고 있다”고 밝혔다. 연구팀이 개발한 기술은 현재 특허 출원 중으로 과학저널인 ‘미국 국립과학원회보(PNAS)’ 26일자 온라인판에 게재됐다.

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