신소재: 섬유의 강력한 접착력과 인장강도를 앞당기는 재료기술 연구 발견

최신호"선진기능재료"잡지의 보도에 따르면 미국 터프츠대학팀은"스파이더맨"에서 손목이 거미줄을 쏘는 공상과학장면의 계발을 받아 이와 류사한 거미줄을 발사할수 있는 기술을 발명했다.

이 기술은 누에고치에서 추출한 셀룰로오스 단백질을 이용해 끓여 처리한 뒤 기본 단백질 성분으로 분해했다.이 셀룰로오스 용액은 세공 바늘을 통해 짜내고 특정 첨가제와 혼합하면 공기에 닿은 후 빠르게 응고되어 강력한 접착력과 인장 강도를 가진 섬유를 형성한다.

조금 전 한 실험에서 연구팀은 아세톤을 사용하여 유리 그릇을 청소할 때 바닥에 그물 모양의 물질이 나타났다는 것을 뜻밖에 발견했다.이 우연한 현상은 거미줄을 복제하는 과정에서 부딪히는 일부 공정도전을 해결하는데 도움을 주었다.셀룰로오스 단백질 용액은 에탄올이나 아세톤 등 유기용매에 닿으면 반고체 하이드로겔로 천천히 굳지만, 도파민을 접착제 성분으로 넣으면 경화 과정이 매우 빨라진다.도파민의 작용 메커니즘은 해양 생물 덩굴 주전자에 사용되는 화학 반응과 유사하며, 섬유가 각종 표면에 단단히 달라붙도록 촉진할 수 있다.

섬유 성능을 더욱 최적화하기 위해 팀은 도파민을 셀룰로오스 단백질 용액에 첨가했는데, 이는 액체가 고체로 전환하는 과정을 가속화하는 데 도움이 된다.동축 바늘 주사를 통해 가는 실 용액은 아세톤에 둘러싸여 공중에서 즉시 응고를 일으킨다.아세톤이 증발함에 따라 형성된 섬유는 즉시 접촉 물체에 부착될 수 있다.또 각설탕 (곤충의 외골격에서 유래) 을 도입해 섬유의 인장강도를 기존의 200배로 높이고 붕산염 완충제로 접착성을 약 18배 강화했다.

최종적으로 제작된 섬유의 직경은 인류의 머리카락보다 더 가늘던데로부터 반밀리메터에 가까울때까지 광범위하며 사용하는 바늘의 크기에 의해 결정된다.이 장치에서 나오는 섬유는 자중의 80배가 넘는 물체까지 들어올릴 수 있을 정도로 놀라운 하중 능력을 보여준다.이를 검증하기 위해 팀은 약 12센티미터 떨어진 거리에서 이 섬유를 사용하여 누에고치, 강철 볼트, 수면에 떠 있는 실험실 시험관, 모래에 부분적으로 묻힌 메스 및 나무 블록 등 다양한 물품을 성공적으로 선보였다.