[미국] 홍합을 모방하는 수중 자가-회복 중합체

미국 연구자들이 생명의학 응용에서 그리고 유리에 대한 대체제로서 사용되는 흔한 아크릴 중합체(acrylic polymer)에 수중에서 완전히 자가-회복하는 능력을 주었다. 홍합이 분비하는 접착제 단백질들의 자가-회복 능력에서 영감을 얻은, 이 방법은 생명의학 이식물들이 더 오래 가게 해줄 수 있을 것이다.

"중합체 자가-회복 연구는 이제 약 10년 정도 되었고 많은 다른 전략들이 개발되었다"고 캘리포니아대 산타바바라캠퍼스(University of California, Santa Barbara)에 있는 동료들과 함께 그 연구를 수행했던 Herbert Waite는 말했다. "그러나, 아무도 젖은 매질에서의 회복을 위한 필요성을 다루지 않았다—모든 바이오소재가 물이 있는 환경에서 기능하고 실패하기 때문에 중요한 누락"이라고 그는 덧붙였다.

홍합 부착 단백질들의 생물학적인 자가-회복 능력을 모방하는 아이디어는 새로운 것이 아니며 이전의 시도들은 카테콜(catechols)—홍합 부착 단백질들을 모방하는 합성 수용성 유기 물질들—과 금속이온이 매개하는 결합으로 기능화된 중합체 네트워크와 연관되었다. 그러나, 홍합 부착성 단백질들이 어떻게 자가-회복하는지는 잘 이해되지 않아서, 수중에서 생물학적 자기-회복을 정확하게 모방하는 카테콜을 합성하려는 시도에 한계가 있었다.

이제, Waite와 동료들이 실험실에서 단지 시간을 때우다가 카테콜의 새로운 측면을 발견하고 카테콜을 가지고 PMMA (poly(methyl methacrylate))의 표면을 바꾸는 새로운 방법을 찾아냈다. 이것을 그들이 그 물질의 성질들을 탐사하고 수소 결합이 그 중합체가 손상된 후에 수중에서 자가-회복할 수 있게 해준다는 것을 발견하게 해주었다. "보통 젖은 접착제에서 카테콜은 공유 또는 배위 매개의 교차 결합과 연관된다. 우리의 결과들은 수소 결합도 회복의 개시자로서 특히 중요할 수 있다고 입증한다"고 그는 말했다.

카테콜이 어떤 손상을 수리하기 위해서 수소 결합 네트워크를 유도하는 여러 자기 수소-결합 면을 제공하기 때문에 회복 과정은 시작된다—그 상호작용은 물에 의한 방해를 견딜 만큼 충분히 강하지만 가역적이다. 녹을 수 있는 봉합과 약간 비슷하게 거동해서, 카테콜들 사이의 수소 결합은 손상된 영역들을 꿰매는 것처럼 보이는데, 이는 그 밑에 있는 중합체가 서로 다시 융합하도록 해준다. 약 20분 후에, 이 수소 결합된 카테콜들은 수수께끼처럼 사라지고 손상의 원래 부위는 완전히 회복된다. "우리는 수소 결합된 카테콜들이 어디로 가는지는 모른다. 아마도 표면으로 다시 돌아가거나, 대량 중합체 안으로 흩어지거나, 또는 다른 가능성이 있다"고 Waite는 말했다.

미국 캘리포니아대 버클리캠퍼스(University of California, Berkeley )에 있는 바이오소재 전문가인, Phillip Messersmith는 "이것이 정말로 창의적인 연구"라고 말했다. "[이것은] 카테콜의 새로운 측면을 드러내주는데, 이것은 이 경우에 표면들 사이의 수소 결합의 형성을 통해서 접면 자가-회복을 매개하고, 이는 궁극적으로 다른 종류의 부착성 상호작용에 의해서 대체되거나 증가된다"고 그는 덧붙였다.

REFERENCES: B Kollbe Ahn et al, 2014, Nat. Mater., DOI: 10.1038/nmat4037

[출처 = KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』/ 2014년 8월 4일]