US researchers uncover how 1.5 GPa spider silk forms its remarkable strength
Researchers are investigating ways to produce it artificially because spiders produce much less silk per animal.
미국 연구진이 1.5 GPa에 달하는 거미줄이 어떻게 놀라운 강도를 갖게 되는지 밝혀냈습니다.
고강도 강철과 맞먹는 강도
거미는 개체당 훨씬 적은 양의 거미줄을 만들어내기 때문에 연구자들은 이를 인공적으로 생산하는 방법을 연구하고 있습니다.
거미줄은 끊어지기 전에 단면적 1제곱밀리미터당 150뉴턴에 해당하는 당기는 힘을 견딜 수 있습니다.
핵심 과제는 거미의 특수 분비샘에서 생성되는 액체 형태의 실크 단백질을 실제 섬유로 바꾸는 것입니다.
거미줄의 흥미로운 점은 다양한 형태로 존재하며 각각 고유한 용도를 가지고 있다는 것입니다. 가장 흔한 형태는 거미가 거미줄을 만드는 데 사용하는 가느다란 실이지만, 거미는 먹이를 잡거나 알을 보호하거나 안전줄로 사용하는 등 다른 형태의 거미줄도 사용합니다.
거미줄은 여러 가지 특성을 지니고 있지만, 그중에서도 인장 강도는 매우 흥미로운데, 무려 15억 파스칼(GPa)에 달합니다. 이는 거미줄이 끊어지기 전에 단면적 1제곱밀리미터당 150뉴턴에 해당하는 인장력을 견딜 수 있다는 뜻입니다. 이러한 강도는 고강도 강철과 맞먹는 수준입니다.
인장 강도, 인성, 경량성 및 생분해성 덕분에 이 소재들은 특히 섬유 산업에서 활용될 가능성이 높습니다.
거미는 개체당 생산하는 실의 양이 훨씬 적고, 동족을 잡아먹는 습성 때문에 누에처럼 대량으로 사육할 수 없기 때문에 연구자들은 인공적으로 실을 생산하는 방법을 연구하고 있습니다.
"연구자들은 거미처럼 단백질 수프를 많이 만들었지만, 거미와는 달리 그 단백질을 대중에게 의미 있는 규모로 단단한 실로 뽑아내는 데는 성공하지 못했습니다."라고 UNC 샬럿 생물과학과 조교수인 스텔와겐은 말했습니다.
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Incredible close-up of spider silk wins science photo prize https://www.newscientist.com/article/2506729-incredible-close-up-of-spider-silk-wins-science-photo-prize/
거미는 분비샘에서 나온 액체를 좁은 관을 통해 통과시키면서 화학적 환경을 변화시키고, 이를 베타 시트라고 불리는 촘촘한 구조로 조립합니다. 그런 다음 섬유는 방사돌기를 통해 고체 형태로 나옵니다.
하지만 진전도 있었습니다. 스웨덴 농업과학대학교(SLU)의 연구진은 단백질을 더 많은 양으로, 더 효율적으로 생산할 수 있으며, 이를 통해 생산 비용도 절감할 수 있음을 보여주었습니다. 올해 초 H&M 재단으로부터 20만 유로의 연구비를 지원받은 안나 라이징과 벤자민 슈무크 연구원은 현재 단백질로 섬유와 실을 만들어 섬유 테스트를 진행하고 있습니다.
이 그룹은 또한 해당 섬유를 의료 목적으로 활용하는 방안도 연구하고 있습니다.
동물생명과학과 교수인 안나 라이징은 “이번 수상(보조금 및 지원 프로그램)을 통해 다음 단계로 나아갈 기회를 얻었습니다. 더 많은 실험을 진행하고, 제조 공정을 개선하며, 실과 직물을 테스트하기에 충분한 양의 재료를 생산할 수 있게 되었습니다.”라고 말했습니다.
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