KPI뉴스 - 포스텍 연구팀, 파도도 못 떼어낸 홍합의 밀당 비법 찾아

물이 접착제의 천적이지만 거센 파도가 몰아치는 바닷속 바위에 단단히 붙어 있는 생물이 홍합이다.

포스텍 연구팀이 홍합이 물속에서도 강하게 붙어 있는 원리를 밝혀내고 이를 바탕으로 차세대 바이오 접착제의 설계 전략을 제시했다.

▲ 포스텍 화학공학과·융합대학원 차형준 교수(윗줄 왼쪽부터), 화학공학과 이상민 교수, 윤태희 박사, 김영기 교수, 석사과정 신지수 씨, 강원대 화학과 정영미 교수(아랫줄 왼쪽), 박연주 박사. [포스텍 제공]

포스텍은 화학공학과·융합대학원 차형준 교수, 화학공학과 윤태희 박사, 이상민 교수, 김영기 교수, 석사과정 신지수 씨 연구팀이 강원대 화학과 정영미 교수, 박연주 박사 연구팀과 함께 홍합 접착단백질 전하 배열을 본뜬 새로운 접착단백질을 설계하고 물속에서 강하게 붙는 원리를 분자 수준에서 밝혀냈다고 28일 밝혔다.

이번 연구 성과는 화학공학 분야 최고 국제학술지인 '케미컬 엔지니어링 저널'에 온라인 게재됐다.

물속 접착을 가로막는 가장 큰 걸림돌은 물체 표면을 얇게 감싼 '물 분자막'과 '소금 성분'이다. 일반 접착제는 이 막에 가로막혀 표면에 닿지도 못한 채 기능을 잃는다.

반면 홍합이 만드는 천연 접착제는 '도파'라는 아미노산과 플러스(+) 전하, 마이너스(-) 전하를 정교하게 배치해 이 장벽을 뚫어낸다. 서로 끌어당기고 밀어내는 전하들의 양쪽이온성 특성이 열쇠인 셈이다.

▲ 양쪽이온성 전하 패터닝을 통한 수중 접착단백질의 상변화 조절 및 표면 접착 강화 메커니즘. [포스텍 제공]

연구팀은 플러스 전하만 지닌 기존 홍합 접착단백질에 마이너스 전하를 더해 실제 홍합처럼 두 전하를 함께 갖춘 접착단백질을 새로 만들었다.

두 단백질을 비교한 결과, 새 단백질은 서로 뭉쳐 굳지 않고 물을 머금은 채 미세 액체 방울 형태의 '코아서베이트'를 이뤘다. 꿀처럼 흐르는 이 방울 덕분에 접착제가 표면 구석구석까지 고르게 퍼질 수 있었다.

연구팀은 컴퓨터 분자동역학 시뮬레이션과 나노 단위의 정밀한 표면력 측정을 함께 활용해 접착 과정도 분석했다. 그 결과, 소금기가 많은 환경에서도 단백질 끝부분의 마이너스 전하가 표면을 덮은 이온층을 정리하며 길을 터 주었다.

이어 'DOPA'가 표면에 빈틈없이 밀착하는 4단계 과정, △물속에 떠 있다가(부유) △표면에 다가가고(접근) △지퍼를 잠그듯 차례로 맞물려(지핑) △단단히 붙는(접착) 과정을 처음으로 증명했다.

이번 성과는 혈액이나 체액이 흐르는 상처에서도 바로 붙는 의료용 지혈제와 생체조직 접착제 개발은 물론 바닷물 속에서 쓰는 선박·해양 구조물용 접착제 개발에도 활용될 전망이다.

차형준 교수는 "포스텍의 생체소재·시뮬레이션 기술과 강원대의 초정밀 분석 기술을 결합해 홍합 접착단백질의 전하 설계 원리를 밝혀낸 융합 연구의 결실"이라고 밝혔다.

KPI뉴스 / 장영태 기자 3678jyt@kpinews.kr

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