상처를 입어도 스스로 치유되는 물질

 오랬동안 생명체 처럼 스스로 치유되는 물질의 개발은 엔지니어들의 꿈이었습니다. 예를 들면 사고 직후부터 스스로 알아서 손상을 회복하는 자동차 범퍼나 표면에 흠집이 생겨도 다시 없어지는 유리 같은 물질이 있다면 매우 유용한 쓰임새가 있을 것입니다. 여기에 대해서 몇가지 가능한 시도들이 있기는 했지만 생체 조직처럼 완벽하게 치유와 재생이 가능한 경우는 지금까지 없었다고 할 수 있겠죠. 

 최근 일리노이 대학의 스콧 화이트 교수 (professor Scott White) 가 이끄는 연구팀은 손상을 입은 후에 상처가 치유되듯이 손상부위가 복구될 수 있는 물질을 개발해 이를 사이언스지에 발표했습니다. 이들이 사용한 것은 사실 저절로 알아서 손상을 복구하는 것은 아니지만 손상 부위를 빠르고 쉽게 복구할 수 있다는 점에서 여러 분야에서 응용의 가능성이 있어 주목됩니다. 

(중간에 구멍이 뚤린 물질 안쪽으로 두가지 종류의 폴리머를 이용해서 손상 부위를 메꾸고 회복시키는 모습   Illinois researchers have developed materials that not only heal, but regenerate. The restorative material is delivered through two, isolated fluid streams (dyed red and blue). The liquid immediately gels and later hardens, resulting in recovery of the entire damaged region. This image is halfway through the restoration process.

Credit: Ryan Gergely) 

(설명 영상) 

 이는 두가지 종류의 액체 상태 물질이 상처 부위에서 만나서 급속히 응고되면서 다시 견고한 구조가 되는 방식인데 연구팀은 인체의 혈액 응고 과정에서 힌트를 얻었다고 합니다. 일종의 생체 모방 (Biomimetic) 엔지니어링인 셈입니다. 우리의 인체는 상처가 난 부위가 있으면 혈액이 흐르면서 응고되어 일단 혈액이 더 손상되는 것을 막고 여러 단계를 거쳐 복잡한 조직을 재생합니다. 물론 상처가 크면 완전히 복구되지 않기는 하지만 현재 우리가 가진 기술로 무생물에서 이와 견줄만한 자기 회복 메카니즘을 구현하기는 불가능합니다. 

 일리노이 대학 연구팀의 기술 역시 생체 모방이라고는 하지만 실제 생명 현상에 비해서는 매우 단순합니다. 하지만 원리적으로는 여러 분야에 응용 가능성이 있습니다. 우선 이와 같은 회복 메카니즘이 가능하게 만들기 위해서 이들은 특수한 형태의 플라스틱을 만들었습니다. 이들이 만든 플라스틱은 보기에는 평범해 보이지만 내부에는 특별히 만들어진 작은 모세관이 거미줄 처럼 뻗어 있습니다. 이는 물론 생체의 혈관 시스템을 모방한 것입니다. 

 이와 같은 혈관 시스템이 있기 때문에 이 물질은 외부에서 혈액에 해당하는 폴리머만 공급된다면 손상이 일어난 부위를 다시 메꿀수 있습니다. 어떤 형태의 손상이라고 해도 아주 크지만 않다면 미세관 네트워크를 타고 흘러들어온 폴리머에 의해서 메워지기 때문입니다. 물론 말은 간단해도 이를 실현한다는 것은 매우 어려운 일입니다. 

 연구팀은 두가지 형태의 액체가 서로 섞이지 않도록 두개의 복잡한 미세관 네트워크를 구축하고 여기에 액체를 흘려보내야 했습니다. 그리고 중력에 영향에서 자유롭게 손상부위를 회복하기 위해서 가능하면 신속하게 경화되어 '상처' 부위에서 흘러내리지 않도록 개발했다고 하네요. 이렇게 만들어진 플라스틱은 놀랍게도 투명하지만 두가지 다른 폴리머를 내부 혈관에 지니고 있다가 상처가 나면 순식간에 이 부분을 재생할 수 있습니다. 예를 들어 총알에 뚫려도 다시 막히는 플라스틱의 개발이 가능하다는 것입니다. 

 향후 이 기술이 어떻게 응용이 될 수 있을지는 아직 알 수 없지만 아무튼 그 자체로 놀라운 기술인 점은 분명합니다. 물론 아직 진짜 생명체를 따라가려면 멀었지만 말이죠. 

 참고 

Journal Reference:

1. S. R. White, J. S. Moore, N. R. Sottos, B. P. Krull, W. A. Santa Cruz, R. C. R. Gergely. Restoration of Large Damage Volumes in Polymers. Science, 2014; 344 (6184): 620 DOI: 10.1126/science.1251135

http://www.sciencedaily.com/releases/2014/05/140508172312.htm

http://news.illinois.edu/news/14/0508plastic_ScottWhite_JeffryMoore_NancySottos.html