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* 아미노산 3,4-디히드록시페닐알라닌(줄여서 DOPA)은 접착제의 중요한 구성요소
* 홍합의 족사(足絲,byssus),물에서 끌어내는 아미노산과 금속이온으로 이루어진 2액형 접착제
* 바나듐은 접착제의 경화 과정에서 중요한 역할
*"조개는 2~3분 안에 수중 접착제를 만들 수 있다”

홍합 믹스 "괴물 접착제"
아미노산과 금속이온으로 이루어진 2액형 접착제를 사용해 접착

홍합의 비서스(byssus 연체 동물의 족사足絲)) 실은 놀라운 힘으로 모든 표면에 달라붙는다.

연구원들은 최근 홍합이 표면에 안착하기 위해 슈퍼 접착제를 만드는 방법과 위치를 알아냈다. 이에 따르면 홍합이 물에서 끌어내는 아미노산과 금속이온으로 이루어진 2액형 접착제다. 팀이 전문 잡지 "Nature"에 보고한 바와 같이 처음에는 두 제품을 혼합하여 사용하기 전에 별도의 구획에 보관한다. 

▲ 홍합은 매우 강한 접착제로 바닥땅에 달라붙는다. © Jonathan Wilker

과학자들은 홍합에서 발견되는 매우 강한 접착제를 모방하기 위해 오랫동안 노력해 왔다. 이 천연접착제는 일반적인 인공접착제와 달리 거의 모든 면에 접착되어 물속에서도 엄청난 접착력을 발휘하기 때문이다. 이 조리법이 자연으로부터 옮겨질 수 있다면 예를 들어 치과 임플란트를 삽입하거나 부러진 뼈를 다시 붙일 수 있다.

메커니즘 보기

아미노산 3,4-디히드록시페닐알라닌(줄여서 DOPA)이 접착제의 중요한 구성요소라는 것은 이미 알려져 있다. 베를린 공대(TU Berlin)의 과학자들은 장내 세균의 도움으로 껍질과 같은 접착제를 개발하는 데도 성공했다. 홍합 발의 정확한 과정은 아직 명확하지 않다. 몬트리올에 있는 McGill 대학의 제1저자 토비아스 프리멜(Tobias Priemel)이 이끄는 연구팀은 이제 이것을 자세히 살펴보았다.

"정확한 메커니즘을 이해하기 위해 우리는 생화학, 화학 및 재료 과학 분야의 기본 방법을 결합했다"고 Tobias Priemel은 말했다. 무엇보다도 X선 형광 현미경과 라만 분광법이 사용됐다. 연구팀은 세포 내 수준에서 접착제가 어떻게 생성되는지 관찰할 수 있었다.

희소 금속 이온이 중요

초강력 접착제는 홍합의 발 세포에서 함께 혼합된 두 가지 구성요소, 즉 아미노산 DOPA와 홍합이 바닷물에서 끌어당기는 다양한 금속이온의 조합으로 구성돼 있는 것으로 나타났다. 팀이 설명하는 것처럼 바나듐은 접착제의 경화 과정에서 중요한 역할을 하는 것 같다. 희소 금속은 극히 소수의 생물에 의해서만 풍부해질 수 있다.

분석을 통해 조개의 두 가지 구성요소가 저장되고 혼합되는 방식도 밝혀졌다.
이 두 가지 과정은 지금까지 수수께끼였다. 연구원들은 홍합이 이를 위한 금속이온을 특수 입자(Metal Storage Particles, MSP)에 저장한다는 것을 발견했다.

▲ 이 SEM 이미지는 단백질 소포(녹색)가 세뇨관의 내강으로 분비되는 것을 보여준다. 여기서 소포는  융합(보라색)되고 단백질은 금속 이온과 혼합된다.  © T.Priemel

아미노산 DOPA는 차례로 세포의 작은 기포인 소포에 저장된다. 접착제를 사용하는 경우 두 성분이 머리카락 너비의 일부에 불과한 작은 채널에서 함께 혼합돼 사용 장소로 운반된다.

짧은 시간에 제작 가능

접착제는 홍합을 제자리에 고정시키는 비서스 실의 강한 고정을 담당한다.
수석 저자 McGill University의 매튜 해링톤(Matthew Harrington)은 "조개는 2~3분 안에 수중 접착제를 만들 수 있다”며 “기술은 적절한 타이밍과 적절한 조건에서 적절한 구성요소를 결합하는 것이다. 이 프로세스에 대해 더 많이 이해할수록 엔지니어가 나중에 더 쉽게 적응할 수 있다”고 Harrington은 덧붙였다.

(Science, 2021; doi: 10.1126/science.abi9702) 출처: McGill University

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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