신소재: 실크 단백질 연구에 기초하여 새로운 진전

최근 중국과학원 상하이 마이크로시스템 및 정보기술연구소 연구원 타오후팀은 고적응성 실크 단백질 신경인터페이스 연구에서 진전을 이룩했다.팀은 상하이교통대학 의학원 부속 제6인민병원과 합작하여 실크 단백질 재료를 기반으로 고도의 조직/기관 적합성을 가진 이식식 생물전자 부품을 개발하였다.실크 단백질 재료의 양호한 생물 상용성을 보존하는 기초 위에서 실크 단백질 재료의 초수축 특성과 결합 공정을 이용하여 부품의 물 촉발 통제 가능한 기하학적 재구성을 실현하였고, 부품과 목표 조직 또는 기관의 기하학적 구조와 기능상의 일치를 한층 더 실현하였다.관련 연구 결과: Tissue/OrganAdaptable Bioelectronic Silk-based Implants라는 제목으로 7월 22일'선진 재료'(Advanced)에 발표되었습니다.Materials) 저널에

생물적합성은 식물식생물전자부품의 가장 중요한 속성중의 하나로서 생물상용성, 력학정합, 기하정합과 기능정합 등 특징을 포함하지만 이에 국한되지는 않는다.실크 단백질 재료는 생물의학 이식물을 제조하기에 좋은 재료이며 이미 임상 응용되었다.생물독성이 없고 배이반응을 일으키지 않으며 체내의 분해가능, 유연성, 력학성질의 조절가능 및 기능화를 실현할수 있는 등 우수한 성질을 갖고있다.그러나 실크 단백질을 예로 드는 바이오 폴리머는 바이오 전자 부품을 제조하는 데 사용될 때 여전히 일정한 위험과 도전에 직면해 있다: 현재 플렉시블 전자 부품은 종종 수동적인 변형 방식을 통해 목표 조직이나 기관과 밀착되어 부착 효과가 제한된다;이 재료의 용해 특성 때문에 표면에 제조된 기능 구조는 표면적이 팽창하면서 찢어질 수 있어 장기간 몸에서 작업할 수 없다.

이상의 도전에 비추어 연구원들은 실크 단백질 막의 초수축 특성을 바탕으로 단백질 막 표면 기능 구조가 물에 부딪혀 끊어지지 않도록 보장하고, 다층 실크 단백질 막 결합 공정과 구조 설계를 결합하여 변형을 제어할 수 있는 물 촉발 기하학적 재구성 단백질 박막을 개발하였으며, 마이크로 전기 시스템 (MEMS) 공정과 기능화 단백질 막을 통해 특정 기능을 실현하였다.

등나무 식물의 영감을 받아 연구팀은 이중 곱슬곱슬한 실크 단백질 막 및 MEMS 공정을 기반으로 외주 신경에 사용되는 나선형 전극을 추가로 개발했으며, 쥐에게서 전기 생리적 자극, 기록 기능 및 중장기 재체 생물 상용성을 검증했다.실험에 따르면 이 전극은 물이 촉발하는 방식으로 기하학적 재구성을 실현할 수 있어 쥐의 외주 신경에 밀착되고 좋은 생물-전자계면을 구성할 수 있다.중장기적으로 몸에 이식된 후, 전극으로 인한 현저한 배이 반응이 발생하는 것을 보지 못했다.이상의 결과는 다층기하학재구성단백질막이 고도의 적합성을 가진 생물전자부품을 제조하는 면에서 비교적 좋은 응용전망이 있다는것을 보여준다.

이 연구는 과학기술부 국가중점연구개발계획, 국가자연과학기금, 중국과학원 기초최전방과학연구계획"0에서 1까지"원시혁신프로젝트, 상해시급 중대전문프로젝트, 중국과학원 상해분원 기초연구특구계획 등의 지지를 받았다.

실크 단백질의 초수축 특성과 결합 공정을 기반으로 물이 촉발하는 기하학적 재구성 가능 단백질 막을 개발하고 MEMS 공정과 결합해 물을 만나면 스스로 구부러지는 외주 신경전극을 만들어 관련 실험을 진행했다.