동물성 슈퍼 접착제 탐구
- 기초과학 / 문광주 기자 / 2023-03-12 19:21:04
3'00" 읽기
- 벨벳 벌레는 머리에 있는 두 개의 땀샘에서 끈끈한 분비물을 쏘아 작은 곤충 잡아
- 분비물이 어떻게 작용하는지 알기 위해 과학자들은 중성자 빔과 초음파로 물질 조사
- 의학 및 산업에서 크게 사용될 재사용 가능하고 자연 친화적인 접착제를 생산 가능
자연에는 많은 재능있는 접착제 혼합기가 있다. 홍합과 따개비는 물속에서도 상상할 수 있는 모든 표면에 달라붙고, 꿀벌은 꽃가루 꾸러미를 서로 붙이며, 남아프리카 이슬 식물은 3배의 접착력으로 곤충을 잡는다. 따라서 엔지니어와 화학자들이 이러한 동물성 강력 접착제를 모방하여 산업에 사용하는 방법을 열렬히 연구하고 있는 것은 놀라운 일이 아니다.
동물 접착제로 사냥하기
꿀벌, 달팽이 등의 접착제 제조법이 밝혀진 반면, 끈끈한 동물 그룹인 벨벳 벌레의 비밀은 이제 밝혀졌다. 이것들은 길이가 20cm까지 자라며 땅딸막한 작은 다리가 많은 벌레처럼 보인다. 동물 그룹은 주로 남반구에서 발견되며 먹이를 잡을 때 매우 특별한 무기에 의존한다.
벨벳 벌레는 머리에 있는 두 개의 땀샘에서 끈끈한 분비물을 쏘아 작은 곤충을 잡아먹는다. 곤충들이 스스로를 자유롭게 하려고 하면 할수록 그들은 더 많은 접착제에 갇히게 된다. 분비물을 당기면 질긴 섬유질이 즉시 형성된다. 잡힌 동물은 꿈틀거릴수록 더 단단해진다. 잠시 후 분비물은 원래의 액체 상태로 돌아오지만, 그때는 이미 너무 늦었다.
답을 찾는 10년
Kassel 대학의 Alexander Bär가 이끄는 과학자들은 벨벳 벌레의 강력 접착제가 어떻게 작용하는지 정확히 알아내기 위해 10년 넘게 노력해 왔다. 2017년에 그들은 다음과 같은 가정을 했다. 점액에는 단백질과 지방으로 만들어진 작은 나노구(nano-球)가 있다. 먹이 동물이 움직이자마자 이 공은 터진다. 포함된 단백질은 지방과 물 분자로 코팅된 긴 섬유를 형성한다. 당시의 가설에 따르면 이것이 점액을 단단하게 만든다.
추가 조사를 통해 나노구체의 기능이 새로운 관점에서 밝혀지고 있다. 분비물이 어떻게 작용하는지 자세히 알아보기 위해 과학자들은 중성자 빔과 초음파로 물질을 조사했다. 이를 통해 점액이 실제로 어떻게 구성되어 있고 스레드 형성이 정확히 어떻게 활성화될 수 있는지 확인할 수 있었다.
Nanosphere(나노구)는 예상과 다르게 작동한다.
결과:
예상과 달리 모든 점액 단백질의 10%도 나노스피어에 없다. 분석에서 알 수 있듯이 대다수는 대신 분비물에서 자유롭게 수영한다. 동시에, 실험은 나노스피어가 모든 지방의 대부분을 품고 있음을 밝혀냈다. "따라서 나노구체의 기능은 근본적으로 재고되어야 한다"고 Bär는 말했다.
수정된 이론은 이제 나노스피어가 단백질 저장소로 작용하지 않고 부착점으로 작용한다고 말한다. 먹이가 꿈틀거리기 시작하면 자유롭게 헤엄치는 단백질이 나노스피어에 모여 그곳에서 강한 섬유가 된다. 꿈틀거리는 먹이에 의해 생성되는 것과 같은 단순한 기계적 충격 이상이 필요할 수도 있다. 과학자들은 주변 공기의 건조 효과도 실 형성에 역할을 한다고 가정한다.
이러한 발견으로 Bär와 그의 팀은 벨벳 웜 퍼즐에 대한 최종 솔루션에 더 가까워졌다. 미래에 그들은 아마도 그 물질을 모방하여 예를 들어 의학 및 산업에서 크게 사용될 재사용 가능하고 자연 친화적인 접착제를 생산할 수 있을 것이다.
(Small, 2023; doi: 10.1002/smll.202300516)
출처: Universität Kassel
- 벨벳 벌레는 머리에 있는 두 개의 땀샘에서 끈끈한 분비물을 쏘아 작은 곤충 잡아
- 분비물이 어떻게 작용하는지 알기 위해 과학자들은 중성자 빔과 초음파로 물질 조사
- 의학 및 산업에서 크게 사용될 재사용 가능하고 자연 친화적인 접착제를 생산 가능
동물성 슈퍼 접착제 탐구
벨벳 벌레(velvet worms)의 분비물이 고체와 액체를 번갈아 가며 분비되는 방식
자연의 기발한 발명:
벨벳 벌레의 천연 접착제는 표면과 접촉할 때 강한 섬유를 형성하고 잠시 후 다시 액체가 된다. 이것이 정확히 어떻게 작동하는지 불분명하지만, 과학자들은 이제 수수께끼를 푸는 데 한 걸음 더 다가갔다. 분명히 접착제에 포함된 나노구(nanoscale globules)는 이전에 가정했던 것과는 다른 역할을 한다. 접착제의 비밀을 밝힐 수 있다면 의료 및 산업 분야에서 재사용 가능한 새로운 생체 재료를 생산하는 데 사용될 수 있다.
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| ▲ 작동 중인 벨벳 벌레: 그는 머리에 있는 두 개의 땀샘에서 신비한 슈퍼 접착제를 발사한다.© Baer et al. 2018, ACS Nano /CC-by 4.0 |
자연에는 많은 재능있는 접착제 혼합기가 있다. 홍합과 따개비는 물속에서도 상상할 수 있는 모든 표면에 달라붙고, 꿀벌은 꽃가루 꾸러미를 서로 붙이며, 남아프리카 이슬 식물은 3배의 접착력으로 곤충을 잡는다. 따라서 엔지니어와 화학자들이 이러한 동물성 강력 접착제를 모방하여 산업에 사용하는 방법을 열렬히 연구하고 있는 것은 놀라운 일이 아니다.
동물 접착제로 사냥하기
꿀벌, 달팽이 등의 접착제 제조법이 밝혀진 반면, 끈끈한 동물 그룹인 벨벳 벌레의 비밀은 이제 밝혀졌다. 이것들은 길이가 20cm까지 자라며 땅딸막한 작은 다리가 많은 벌레처럼 보인다. 동물 그룹은 주로 남반구에서 발견되며 먹이를 잡을 때 매우 특별한 무기에 의존한다.
벨벳 벌레는 머리에 있는 두 개의 땀샘에서 끈끈한 분비물을 쏘아 작은 곤충을 잡아먹는다. 곤충들이 스스로를 자유롭게 하려고 하면 할수록 그들은 더 많은 접착제에 갇히게 된다. 분비물을 당기면 질긴 섬유질이 즉시 형성된다. 잡힌 동물은 꿈틀거릴수록 더 단단해진다. 잠시 후 분비물은 원래의 액체 상태로 돌아오지만, 그때는 이미 너무 늦었다.
답을 찾는 10년
Kassel 대학의 Alexander Bär가 이끄는 과학자들은 벨벳 벌레의 강력 접착제가 어떻게 작용하는지 정확히 알아내기 위해 10년 넘게 노력해 왔다. 2017년에 그들은 다음과 같은 가정을 했다. 점액에는 단백질과 지방으로 만들어진 작은 나노구(nano-球)가 있다. 먹이 동물이 움직이자마자 이 공은 터진다. 포함된 단백질은 지방과 물 분자로 코팅된 긴 섬유를 형성한다. 당시의 가설에 따르면 이것이 점액을 단단하게 만든다.
추가 조사를 통해 나노구체의 기능이 새로운 관점에서 밝혀지고 있다. 분비물이 어떻게 작용하는지 자세히 알아보기 위해 과학자들은 중성자 빔과 초음파로 물질을 조사했다. 이를 통해 점액이 실제로 어떻게 구성되어 있고 스레드 형성이 정확히 어떻게 활성화될 수 있는지 확인할 수 있었다.
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| ▲ 벨벳 벌레 점액의 섬유 형성. A) 점액 유두(화살표)를 통해 점액을 분출하는 벨벳 벌레 종 Euperipatoides rowelli의 대표 사진. 축척 막대 = 2mm. B) 미정제 슬라임의 교반되지 않은 액적. C) 약간의 압축 및 기계적 인발로 인한 섬유 형성. B 및 C의 축척 막대 = 500 μm. Baer et al.의 CC-BY 4.0 라이선스에 따라 조정된 이미지. 2017, 스프링거 자연. (출처: 관련논문 The Internal Structure of the Velvet Worm Projectile Slime: A Small-Angle Scattering Study) |
Nanosphere(나노구)는 예상과 다르게 작동한다.
결과:
예상과 달리 모든 점액 단백질의 10%도 나노스피어에 없다. 분석에서 알 수 있듯이 대다수는 대신 분비물에서 자유롭게 수영한다. 동시에, 실험은 나노스피어가 모든 지방의 대부분을 품고 있음을 밝혀냈다. "따라서 나노구체의 기능은 근본적으로 재고되어야 한다"고 Bär는 말했다.
수정된 이론은 이제 나노스피어가 단백질 저장소로 작용하지 않고 부착점으로 작용한다고 말한다. 먹이가 꿈틀거리기 시작하면 자유롭게 헤엄치는 단백질이 나노스피어에 모여 그곳에서 강한 섬유가 된다. 꿈틀거리는 먹이에 의해 생성되는 것과 같은 단순한 기계적 충격 이상이 필요할 수도 있다. 과학자들은 주변 공기의 건조 효과도 실 형성에 역할을 한다고 가정한다.
이러한 발견으로 Bär와 그의 팀은 벨벳 웜 퍼즐에 대한 최종 솔루션에 더 가까워졌다. 미래에 그들은 아마도 그 물질을 모방하여 예를 들어 의학 및 산업에서 크게 사용될 재사용 가능하고 자연 친화적인 접착제를 생산할 수 있을 것이다.
(Small, 2023; doi: 10.1002/smll.202300516)
출처: Universität Kassel
[더사이언스플러스=문광주 기자]
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