진짜 거미줄과 비슷한 인공 거미줄

(The microfluidic device. Precursor spidroin solution is placed at one end and then pulled towards the other end by means of negative pressure. As the spidroins flow through the microfluidic channels, they are exposed to precise changes in the chemical and physical environment, and self-assemble into silk fibers. Credit: RIKEN)

거미줄은 같은 지름의 철사에 견줄 수 있는 인장 강도를 지니고 있으면서도 무게는 1/6 정도에 불과합니다. 경제적으로 대량 생산만 가능하다면 가볍고 유연하면서도 튼튼한 섬유로 미래가 기대되는 이유입니다. 여기에 생분해성면서 무독성이어서 의료용 소재로도 주목받고 있습니다.

하지만 수많은 양산 시도에도 불구하고 현재까지 거미줄의 상업적 양산에 도달한 사례는 없습니다. 육식인 거미를 누에나방 애벌레처럼 키울 순 없기 때문입니다. 그래도 과학자들은 포기하지 않고 도전하고 있습니다.

일본 이화학 연구소의 케이지 누마타 (Keiji Numata at the RIKEN Center for Sustainable Resource Science)가 이끄는 연구팀은 거미줄이 만들어지는 과정을 모방한 인공 거미줄 생산 기술을 연구했습니다.

거미줄은 스피드로인 (spidroins)이라는 큰 단백질이 반복적으로 연결되어 만들어진 바이오 폴리머입니다. 하지만 스피드로인 단백질을 합성해도 이를 인공 거미줄로 만들기는 어려웠습니다.

연구팀은 거미줄이 만들어지는 거미의 분비샘에 그 비결이 있다고 보고 거미줄샘과 비슷한 가느다란 미세유체관 (microfluidic channels)에 스피드론 단백질을 흘려보내면서 음압으로 잡아당겨 인공 거미줄을 만들었습니다.

이렇게 만든 인공 거미줄은 천연 거미줄과 비슷한 베타 서브구조를 지니고 있어 실제 거미줄과 비슷한 기계적 성질을 보여줬습니다. 경제적인 가격에 대량 생산이 가능한지는 더 연구를 해봐야 알겠지만, 고무적인 성과를 거둔 셈입니다.

인공 거미줄의 상업적 양산이 언제 가능할진 알 수 없지만, 불가능한 일은 아닐 것으로 생각됩니다. 결국은 천연 거미줄을 능가하는 인공 거미줄이 만들어질 날도 오지 않을까 생각합니다.

참고

https://phys.org/news/2024-01-scientists-naturalistic-silk-artificial-spider.html

Jianming Chen et al, Replicating shear-mediated self-assembly of spider silk through microfluidics, Nature Communications (2024). DOI: 10.1038/s41467-024-44733-1

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