AFM 을 이용하여 밝혀진 전복 껍질의 비밀 (1999/06/24) |
특히 신소재 개발 분야에서, 자연계에 존재하는 신비한 구조들의 원리를 배움으로써 한계에 다다른 기술적 장벽을 극복하려는 시도가 활발히 진행되고 있다. 대표적인 것으로, 평범한 인공섬유와는 비교할 수 없을 정도로 견고한 거미줄을 들 수 있다. 그 외에 주목을 받아온 것들 중 하나로서, 전복의 껍질을 들 수 있다. 대부분이 탄산칼슘 (calcium carbonate) 으로 이루어진 전복 껍질은 그 독특한 구조로 인해 원래의 탄산칼슘 결정보다 대략 3천배 정도 균열저항성이 높다. 최근 이 전복 껍질의 견고함에 대한 미스테리가 미국 캘리포니아 대학 산타 바바라 캠퍼스의 연구팀에 의해 밝혀져 네이쳐지에 게재되었다. 마치 합판과 같은 구조를 가진 전복 껍질의 특이한 강도가 설명됨으로써 새로운 종류의 생물학적 탄성물질이 만들어질 수 있는 가능성이 열렸다. 연구 결과에 따르면, 그처럼 높은 균열저항성을 가능케 하는 것은 바로 기본 결정들을 결합시키는 일종의 중합체 접착물 때문이라고 한다. 연구팀은, 전복 껍질을 구성하는 단백질 분자의 탄성과 강도를 측정하기 위해 원자력현미경 (Atomic Force Microscope :AFM) 을 이용하여 단일한 분자를 잡아당기는 실험을 하면서 접착물의 성질을 밝힐 수 있었다. AFM 을 이용한 새로운 기술을 개발했던 물리학 교수 Bettye L. Smith 의 주도로 실험이 이루어졌다. 이 기술 덕분에, 전복 껍질을 구성하는 미세한 광물 (탄산칼슘) 의 결정 판구조들이 수많은 단백질 분자들에 묶여 있다는 사실이 밝혀졌는데, 이 단백질은 외부 충격을 압도적으로 흡수하는 능력을 가지고 있다. 연구팀의 일원인 분자유전학 및 생화학 교수인 Dan Morse 의 실험실에서 이 단백질의 유전자가 복제되었고, 이에 따라 서로 연결된 일련의 용수철 (혹은 충격방지장치) 처럼 보이는 단백질의 독특한 분자적 구조가 밝혀졌다. 이 "용수철" 은 분자가 긴장 상태일 때는 풀려져 있다가 긴장이 풀리면 다시 되감기면서 원래의 구조를 회복한다. 현재의 합성섬유는 케블라 (Kevlar: 방탄복의 주요 소재로 쓰임) 처럼 매우 견고하거나, 아니면 실리콘 탄성체처럼 단단하고 탄력이 높다. 하지만, 이번에 밝혀진 전복 껍질의 분자 구조와 원리를 응용하여 견고하면서도 동시에 탄성이 높은 신소재를 합성해낼 수 있을 것으로 연구팀은 기대하고 있다. 이것이 실현될 경우 적용 분야는 의류, 건설, 항공, 레저, 생의학 등 매우 다양할 것으로 전망된다 |