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인공거미줄
인공거미줄(Artificial Spider Silk)은 거미가 생성하는 천연 거미줄의 물리적 특성과 화학적 구조를 모방하여 인공적으로 합성된 물질이다. 천연 거미줄의 높은 강도, 유연성, 생분해성 및 경량 특성을 재현하는 것을 목표로 다양한 생명공학, 화학, 물리학 기술이 사용된다. 인공거미줄은 의료, 산업, 군사, 환경 분야에서 광범위하게 활용될 잠재력을 가지고 있다.
개요[편집]
거미줄을 인공적으로 합성하여 만든 섬유이다.
거미줄의 단위면적당 강도는철에 비해 5배 수준이며 초경량의 뛰어난 신축성은 어떤 신소재도 따라오기 힘들 정도다.
거미줄을 밧줄 두께로 만들면 날아가는 비행기도 잡아챌 수 있을 정도다. 영화의 설정이 과장된 게 아니란 얘기다. 무게를 느끼기 힘들 만큼 가벼우면서도 신축성이 탁월하다는 것도 거미줄의 특징으로 꼽힌다. 주요 기업이 거미줄을 인공적으로 합성하는 데 열을 올리는 배경이다.
이 분야의 선두주자는 일본 섬유업체인 스파이버(Spiber)다. 이 업체는 자연 상태의 거미가 체내 박테리아로 거미줄을 합성하는 데 착안, 2010년 인공 거미줄을 처음으로 개발했다. 인공 거미줄의 재료 역시 DNA를 변형한 박테리아다. 박테리아로 1ｇ의 거미줄을 합성하면 9㎞에 달하는 섬유를 얻을 수 있다.
이 섬유는 쓰임새가 다양하다. 가볍고 탄탄하기 때문에 총탄으로부터 몸을 보호하는 방탄복을 만들 수 있다. 최근엔 미국 바이오기업 크레이그 바이오크래프트가 미국 육군에 인공 거미줄로 만든 방탄복용 직물을 납품해 눈길을 끌었다.
신발이나 의류에도 인공 거미줄을 활용하려는 시도가 이어지고 있다. 노스페이스가 2015년 내놓은 초경량 패딩점퍼인 ‘문 파커(moon parka)’가 대표적이다. 스파이버가 개발한 인공 거미줄 섬유인 ‘큐노머스’가 쓰였다. 일반 재킷에 비해 내구성이 뛰어나고 보온 측면에서도 탁월한 효과를 냈다.
2016년엔 아디다스가 에이엠실크(AMsilk)사의 인공 거미줄로 제작한 운동화를 선보였다. 다른 신발보다 무게를 15%가량 줄였다. 땅속에 묻으면 쉽게 썩어 친환경적이란 점도 주목할 만하다.
렉서스는 인공 거미줄을 카시트에 적용하는 방안을 검토하고 있다. 2016년 파리모터쇼에서 스파이버의 인공 거미줄 섬유를 활용한 '키네틱 시트 콘셉트'를 공개했다. 주행할 때 운전자 신체에 가해지는 부담을 줄였다는 게 회사 측 설명이다.
특징[편집]
천연 거미줄의 주요 특징은 인공거미줄 연구의 핵심 기준이 된다.
- 높은 강도와 인장력
- 동일한 중량 대비 강철보다 강하며, 케블라(Kevlar)와 유사한 성질을 가진다.
- 우수한 유연성
- 높은 신장율로 인해 강한 외부 충격을 흡수할 수 있다.
- 생분해성
- 자연적으로 분해되어 환경 친화적이다.
- 경량성
ㅊ동일한 강도를 가진 물질 중 가장 가벼운 소재 중 하나이다.
합성 방법[편집]
- 1. 재조합 단백질 기술
- 세균, 효모, 식물, 동물 세포를 유전자 변형하여 거미 단백질을 생산.
- 생산된 단백질을 정제하여 섬유로 방사.
- 2. 화학적 합성
- 거미줄 단백질의 화학 구조를 모방한 폴리머를 합성.
- 대량 생산이 가능하지만, 천연 거미줄의 특성을 완벽히 재현하기는 어려움.
- 3. 생체모방 섬유 방사
- 거미가 거미줄을 방사하는 메커니즘을 모방하여 고분자 용액을 섬유로 제조.
응용 분야[편집]
- 의료 분야
- 수술용 봉합사: 생분해성이 우수하며, 인체 적합성이 뛰어남.
- 인공 조직 및 장기: 세포 지지체로 사용 가능.
- 약물 전달 시스템: 약물을 효과적으로 전달하며, 생체 내에서 안전하게 분해.
- 산업 및 군사
- 방탄복 및 방호복: 강도와 유연성이 높아 효과적인 방호 소재로 사용.
- 경량 로프 및 케이블: 내구성이 뛰어난 구조물 제작 가능.
- 환경 및 에너지
- 생분해성 포장재: 플라스틱 대체제로 활용 가능.
- 고효율 필터: 물 또는 공기 정화 필터로 사용.
- 스포츠 및 패션
- 고강도, 경량 섬유로 스포츠웨어 및 고기능성 의류 제작.
주요 연구 및 개발[편집]
- Bolt Threads (볼트 스레드)
- 효모를 이용한 거미줄 단백질 생산.
- "미코실크(Microsilk)"라는 상업용 섬유 출시.
- Spiber (스파이버)
- 일본 기업으로, 거미줄 단백질 기반 섬유 "브리오셀(Brewed Protein)" 개발.
- Kraig Biocraft Laboratories
- 유전자 변형된 누에를 이용해 거미줄 단백질 생산.
- 한국 및 중국 연구팀
- 인공거미줄 방사 메커니즘 및 대량 생산 기술 연구.
한계 및 도전 과제[편집]
- 대량 생산 문제 : 천연 거미줄과 동일한 특성을 가진 물질을 대량으로 생산하는 것이 어려움.
- 높은 비용 : 재조합 단백질 및 고도로 정밀한 방사 기술은 높은 비용이 소요.
- 균일성 문제 : 합성된 거미줄의 물리적 특성이 천연 거미줄과 일관되게 일치하지 않을 수 있음.
미래 전망[편집]
인공거미줄은 혁신적인 소재로서 다양한 산업에서 큰 변화를 가져올 가능성을 가지고 있다. 지속 가능한 생산 방법과 비용 절감 기술이 개발된다면, 인공거미줄은 플라스틱을 대체하거나 새로운 기능성 소재로 자리잡을 전망이다.
인공거미줄은 생명공학과 재료 과학의 융합을 통해 미래의 필수 소재로 자리잡을 것이다.
참고자료[편집]
- 〈거미줄 섬유〉, 《한경 경제용어사전》
- 이영완 기자, 〈자연계 최고의 섬유… 거미줄(강철보다 20배 질기고 방탄복보다 4배 강해)이 의학 혁명 이끈다〉, 《조선비즈》, 2012-01-31
- 김종화기자, 〈과학을읽다 거미줄이 철보다 5배나 강하다고?〉, 《아시아경제》, 2019-11-12
- 김정은 기자, 〈유전자 변형 누에로 '거미줄 섬유' 개발...방탄복보다 6배 튼튼〉, 《데일리포스트》, 2023-09-21
- 〈<WEEKLY BIZ> 꿈의 섬유 인공거미줄로 만든 '스파이더 재킷' 나왔다〉, 《WEEKLY BIZ 조선》, 2019-07-19
같이 보기[편집]
