<사진. 따개비가 표면에 부착되어 있는 모습을 보여주는 이미지.
출처. KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑>

매우 강한 접착력을 가지는 따개비에 새로운 연구결과

영국 연구진은 자연에서 가장 강한 접착력을 가지는 따개비에 대한 새로운 연구결과를 발표했다.

다윈에 의해서 처음 제시된 이후로 150년 동안에, 과학자들은 따개비의 매우 강한 접착력에 대한 비밀을 밝히기 위해서 노력했다. 이번 연구진은 어떤 조건 하에서도 모든 표면에 부착되는 따개비 접착제를 개발하는데 성공했다. 그러나 이 순간접착제가 어떻게 이런 강한 접착력을 가지는지는 여전히 미스터리로 남아 있었다.

뉴캐슬 대학(Newcastle University), 클렘슨 대학(Clemson University), 국립표준기술연구소(National Institutes of Standards and Technology), 듀크 대학(Duke University Marine Laboratory)의 연구진은 따개비 유생(barnacle larvae)이 부착되기 전에 인단백질 접착제를 사용해서 표면에 유성 액적을 방출한다는 것을 최초로 증명했다.

이 연구는 미 해군 연구개발국(US Office of Naval Research)의 자금을 지원받았고, 저널 Nature Communications에 게재되었다. 이 연구결과는 의료용 임플란트와 마이크로전자장치에 적용될 수 있는 새로운 합성 생체접착제의 개발을 위한 새로운 길을 열어 줄 것이다. 또한 이 연구는 선박을 위한 새로운 오염 방지 코팅에 중요한 역할을 할 것이다.

다윈이 150년 전에 따개비 유생의 접착샘(cement gland)을 처음 설명한 이후로 이 분야의 연구가 거의 수행되지 않았다. 이번 연구진은 생접착제에 두 개의 요소가 존재할 것이라고 알고 있었지만, 지금까지 경화되기 전에 혼합되는 합성 접착제와 조금 유사하게 반응할 것이라고 생각되어졌다. 그러나 이 비밀은 아직까지 밝혀지지 않았다. 접착제가 물로 덮여 있는 표면과 물체를 접착할 수 있을까? 이것은 수중에서 사용할 수 있는 접착제를 개발하는데 주요 장애물 중의 하나이다.

2-광자 현미경과 같은 이미징 기술에서의 진보는 접착 프로세스를 관찰할 수 있게 하고, 두 개의 구성요소의 특성을 평가할 수 있게 한다. 이번 연구진은 이런 두 개의 물질이 매우 다른 역할을 할 수 있다는 것을 알게 되었다. 한 개는 표면의 물을 깨끗하게 하고, 다른 한 개는 따개비가 부착되게 한다.

바다는 용존 이온의 복잡한 혼합물이고, pH는 지리적 영역에 따라서 상당히 변한다. 그러나 이런 적대적인 조건에도 불구하고, 따개비 접착은 오랜 시간을 견딜 수 있다. 이것은 인체와 유사한 조건 하에서 안전하고 최적의 일을 수행할 수 있는 생체-모방적 접착제를 개발할 수 있는 방법을 제시할 것이다.

따개비는 두 개의 유생 단계(nauplius, cyprid)를 가진다. 노플리우스(nauplius)는 대부분의 갑각류에서 일반적이고, 알에서 부화된 후에 자유롭게 부유하면서 플랑크톤을 먹는다. 최종 유생 단계는 사이프리드(cyprid)인데, 이것은 따개비에서 독특하다. 사이프리드는 표면들을 조사해서 성장을 위한 적절한 조건의 표면을 선택한다. 선택된 표면이 영구적으로 부착되는데 적합하다고 판단되면, 사이프리드는 접착제를 방출해서 표면에 스스로 부착시키고 남아 있는 삶 동안을 여기서 지낸다.

새로운 도구를 이용해서, 이번 연구진은 살아 있는 조직 속의 프로세스를 조사할 수 있었다. 이번 연구진은 다른 방법에 의해서 조성 및 분자 정보를 얻을 수 있었지만, 그들은 메커니즘을 설명할 수 없었다. 생물학적 샘플을 광학적으로 절단하기 위해서 과거에 사용되는 강한 레이저는 샘플들을 일반적으로 죽이지만, 이 기술은 자연에서 일어날 수 있는 생명 프로세스를 조사할 수 있게 한다.

이 연구는 해운 업계에 큰 관심을 끌 수 있을 것이다. 생물오손(Biofouling)은 선체에 해양 생물들이 축적되는 것인데, 이로 인해서 낭비되는 연료가 전 세계적으로 75억 달러에 이를 것으로 추정된다. 다른 의미로 선체의 해양 생물들의 축적은 전 세계적으로 외래종의 이동을 촉진시키고 온실 가스 배출을 증가시킨다. 이 연구결과는 저널 Nature Communications에 “Synergistic roles for lipids and proteins in the permanent adhesive of barnacle larvae” 라는 제목으로 게재되었다(doi:10.1038/ncomms5414).

■ KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 http://mirian.kisti.re.kr