포스텍, 홍합 비밀 풀어 '차세대 바이오 접착제' 개발

[포항=뉴시스]송종욱 기자 = 젖은 손으로 테이프를 붙여 본 사람이면 물이 접착제의 천적이라는 것을 안다. 그런데 거센 파도가 몰아치는 짠 바다 속 바위에 단단히 붙어 꿈쩍하지 않는 생물이 홍합이다. 국내 연구진이 그 비밀을 풀고, 물과 소금기 속에 강하게 붙는 차세대 바이오 접착제의 설계 전략을 제시했다.

포스텍은 화학공학과·융합대학원 차형준 교수·화학공학과 윤태희 박사·이상민 교수·김영기 교수·석사과정 신지수씨 연구팀이 강원대 화학과 정영미 교수·박연주 박사 연구팀과 홍합 접착 단백질 전하 배열을 본뜬 새로운 접착 단백질을 설계하고 물속에서 강하게 붙는 원리를 분자 수준에서 밝혀냈다고 28일 밝혔다.

이번 연구는 화학 공학 분야 최고 국제 학술지 '케미컬 엔지니어링 저널'에 살렸다.

물속 접착을 가로막는 가장 큰 걸림돌은 물체 표면을 얇게 감싼 '물분자막'과 '소금 성분(이온)'으로, 일반 접착제는 이 막에 가로 막혀 표면에 닿지 못한다.

반면 홍합이 만드는 천연 접착제는 '도파(DOPA)'라는 아미노산과 플러스(+) 전하, 마이너스(-) 전하를 정교하게 배치해 이 장벽을 없앤다. 서로 끌어당기고 밀어내는 전하들의 '밀당'인 양쪽 이온성 특성이 열쇠다.

연구팀은 플러스 전하만 지닌 애초의 홍합 접착 단백질에 마이너스 전하를 더해, 실제 홍합처럼 두 전하를 함께 갖춘 접착 단백질을 새로 만들었다.

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

연구팀은 컴퓨터 분자동역학 시뮬레이션과 나노 단위의 정밀한 힘 측정을 함께 활용해 접착 과정도 분석했다. 그 결과, 소금기가 많은 환경에도 단백질 끝 부분의 마이너스 전하가 표면을 덮은 이온 층을 정리하며 길을 터 주었다. 이어 '도파'가 표면에 빈틈없이 밀착하는 4단계 과정으로 ▲물속에 떠 있다가(부유) ▲표면에 다가가고(접근) ▲지퍼를 잠그듯 차례로 맞물려(지핑) ▲단단히 붙는(접착) 과정을 처음으로 증명했다.

이번 성과는 혈액이나 체액이 흐르는 상처에 바로 붙이는 의료 지혈제와 생체 조직 접착제 개발, 바다 속 선박·해양 구조물 접착제 개발에도 활용될 전망이다.

차형준 교수는 "포스텍의 생체 소재·시뮬레이션 기술과 강원대의 초정밀 분석 기술을 결합해 홍합 접착 단백질의 전하 설계 원리를 밝혀낸 융합 연구의 결실"이라며 "바다 속 접착 소재는 물론 혈액·체액 속에 즉시 효과를 내는 지혈제·생체 조직 접착제 설계에 새 단서가 될 것"이라고 말했다.
 
한편 이번 연구는 한국연구재단 중견연구자지원사업 지원으로 이뤄졌다.


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