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첨단 과학 기술의 발전으로 점차 자연과 멀어지고 있다는 생각을 하죠. 하지만 주위를 둘러보면 우리가 누리는 많은 과학 기술들이 자연으로부터 유래된 경우가 무수히 많아요. 이렇게 생물이 가진 고유한 특성에서 착안해 새로운 기술을 개발하는 것을 ‘생체모방기술’이라고 하는데요. 생체모방기술의 발전은 의료 영역까지 영향을 끼쳐 우리의 생명과 건강을 지키는 데 크게 일조하고 있어요. 그렇다면 생체모방기술로 탄생한 첨단 의료소재는 어떤 것들이 있을까요?

■ 자연에서 답을 찾다! 생체모방기술

자연으로부터 영감을 받아 새로운 기술을 연구하는 것을 ‘생체모방기술(Biomimetics)’이라고 해요. 쉽게 말해 생물체가 가진 구조와 기능을 모방해 과학 기술에 적용하는 거죠. 

대머리 독수리를 본 따 만든 비행기, 단풍나무 씨앗에서 착안한 헬리콥터의 프로펠러 등이 대표적인 생체모방기술의 사례예요. 이외에도 찍찍이라 불리는 벨크로는 갈고리 모양의 산 우엉 가시에서 아이디어를 얻어 만들었으며, 로봇청소는 박쥐가 초음파로 장애물을 피하는 원리를 이용해 탄생하게 되었답니다.

■ 어서 와, 이런 소재는 처음이지? 생체모방으로 탄생한 신소재

연잎 위에 물이 스며들지 않고 구슬처럼 굴러다니는 걸 많이 보셨을 거예요. 연잎의 표면의 돌기들이 물이 스며들지 못하도록 막아주어 소수성(물과 친하지 않은 성질)을 갖게 되죠. 이러한 원리를 이용해 방수 효과가 있는 섬유 소재, 발수 효과가 있는 코팅제 등이 개발되고 있어요. 최근에는 센서의 소자, 디스플레이 표면 등에도 연잎 구조를 모방한 기술이 적용되는 추세예요. 상어 비늘에 있는 ‘리블렛’이라 불리는 미세돌기는 코팅제 역할을 해 마찰 저항을 줄여주는데요. 이러한 특성을 활용해 수영복, 타이어, 비행기 등의 소재로 개발하고 있어요.

차가 밟아도 쉽게 부서지지 않는 단단한 전복 껍데기는 알고 보면 분필과 같은 탄화칼슘으로 이루어져 있는데요. 전복껍데기는 탄화칼슘이 쌓인 형태의 고분자 구조이기 때문에 분필과 달리 매우 강한 강도를 갖죠. 가볍지만 내구성은 뛰어난 특성을 살려 탱크 외피 소재로 사용하고 있답니다. 이외에도 벽, 천장에도 붙어 떨어지지 않는 게코도마뱀 발바닥을 모방해 탄소나노튜브와 그래핀 소재의 접착 패드를, 빛 반사가 없는 나방의 눈을 모방해 반사방지 필름을 개발했어요.

■ 생체모방기술로 더 안전하게, 더 튼튼하게! 첨단 의료소재

사람의 생명과 직결되는 의료소재 역시 자연에서 그 실마리를 찾는 경우가 매우 많아요. 수분이있는 사람의 몸을 수술하기 위해서는 수중에서도 접착력이 뛰어나면서 인체에 무해한 접착제가 필요한데요. 바닷속이나 파도가 치는 바위에서도 강한 접착력을 갖는 홍합에서 그 해답을 찾게 되었어요. 홍합은 콜라겐 섬유에 접착 단백질이 얽혀있는 ‘족사’를 이용해 거센 파도에서도 접착력을 유지할 수 있죠. 뿐만 아니라 상처 재생 효과가 뛰어나고, 흉터 예방 효과까지 있어 수술용 접착제, 치과용 접착제 등 의료 소재에 다방면으로 활용되고 있답니다.

스파이더맨이 거미줄을 타고 건물을 옮겨 다니는 걸 보며 ‘가느다란 거미줄인데 저건 말도 안 돼’라고 생각하셨죠? 그런데 알고 보면 거미줄은 방탄용 소재인 케블라 섬유와 강철보다 강한 강도를 가진다고 해요. 거미줄은 거미가 분비하는 다량의 실크(silk) 단백질로 만들어지는데요. 이 유전자를 분석해 인공 거미줄 대량 생산이 가능해졌어요. 인공 거미줄은 잘 늘어나고, 강도가 높은 것은 물론 인체에서 면역거부반응을 일으키지 않아 인공힘줄, 인공장기, 수술부위 봉합사 등으로 다양하게 사용될 수 있어요.

이외에도 고통 없이 피를 빨아먹는 모기의 침을 모방해 기존 주삿바늘 보다 가는 무통주사 개발에 성공했죠. 또한 독사의 독특한 이빨 구조를 이용해 반창고처럼 붙여 투약할 수 있는 생체모방 약물 패치가 탄생했어요. 덕분에 아이들이나 당뇨 환자가 편하게 치료를 받게 되었답니다.

‘자연은 가장 위대한 스승이다’라는 이야기가 있죠. 우리가 자연을 통해 더 많은 아이디어를 얻기 위해서는 자연 그대로를 보존하는 것이 무엇보다 중요하다는 사실! 앞으로 또 어떠한 생체모방기술이 우리의 삶을 바꿔 놓을지 함께 기대해 보면 좋겠네요 😊

 

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