[과학을읽다]3D프린팅·생분해되는 '단백질 유리'가 있다?

중국과학원, 지난달 17일 논문 발표
단백질로 만들어 3D프린팅·금형 가공 가능
내산성 띄고 자연 분해, 폐기물 걱정 없어

유리는 현재 인류가 가장 많이 활용하는 소재 중 하나다. 석영질의 규소(硅砂)에 탄산나트륨ㆍ석회암을 섞어 만든다. 투명해 빛을 그대로 통과시키고 단단하고 내산성(耐酸性)이 강해 건축·산업·생활용품 등 일상생활에 안 쓰이는 곳이 없다. 하지만 연성이 약해 쉽게 깨진다. 원하는 모양대로 가공하기가 어렵다. 폐기물 처리ㆍ재활용에도 손길이 많이 간다. 과학자들이 이런 단점을 보완해 단백질을 재료로 유리를 만들었다. 3D 프린팅ㆍ금형을 통해 모양을 자유자재로 변형시킬 수 있다. 자연 분해돼 뒤처리가 깔끔하기도 하다. 다만 빨리 녹아 음료수나 술을 저장하기엔 적절치 않다.

중국과학원(CSA) 공정과학연구소 연구팀은 지난달 17일 이같은 연구 결과를 국제 학술지 '사이언스 어드밴시스'에 게재했다. 기존의 유리는 이산화 규소 등 무기질 분자들로 만들어진다. 고온에서 녹는 성분들이며 또 빨리 식는다. 유리 폐기물은 비교적 재활용이 쉽지만 상당량이 매립되며 썩어 없어지는데 수천 년이 걸린다.

유리병. 자료사진. 기사와 관련이 없음

반면 아미노산은 미생물들에 의해 쉽게 분해된다. 아미노산으로 만든 유리는 쓰레기로 매립되더라도 수년간 방치되지 않고 자연 분해돼 토양 생태계로 흡수된다. 문제는 아미노산 결합물(펩타이드ㆍ단백질)들은 열을 받으면 분자가 녹기도 전에 흐트러져 버린다는 것이다. 연구팀은 아미노산의 말단을 수정, 결합 방식을 변경해 이같은 조기 분해를 막는 방법을 찾아냈다. 또 이같이 변형된 아미노산을 녹인 후 급속히 과냉각 시켜 액체 상태의 분자 배열을 유지하도록 했다. 이후 추가 냉각을 통해 아미노산 융해 물질을 굳혀 유리화시켰다.

이 유리는 실온으로 돌아왔을 때도 고체 상태를 유지했다. 이같은 방식은 유리가 고형화할 때 결정 구조를 형성하는 것을 막아 투명한 성질을 갖게 만들었다. 이렇게 해서 만들어진 유리는 일정한 내산성ㆍ내알칼리성도 갖췄다. 소화액ㆍ퇴비에 노출시켰을 때 수주에서 수개월 정도 버티는 것이 확인됐다.

쑤 팅 미국 캘리포니아대 재료공학 교수는 "이번 연구 결과는 아직 실험실 수준이지만 소재를 연구하는 사람들에게는 새로운 길이 열린 것"이라며 "단백질 소재 유리가 일반 표준 유리보다 덜 단단할 것으로 보인다. 하지만 이런 속성이 렌즈나 현미경 등 작고 유연한 장치들에게 적용하기엔 유리할 것"이라고 평가했다.

김봉수 기자 bskim@asiae.co.kr