연구원들은 곰팡이에서 살아있는 물질을 개발했습니다.

지속가능하게 생산된 생분해성 소재는 현대 재료 과학의 중요한 연구 분야입니다. 그러나 셀룰로스, 리그닌, 키틴과 같은 천연 소재를 연구할 때 연구자들은 상충 관계에 직면합니다. 이러한 물질은 순수한 형태로는 생분해되지만, 성능 면에서는 종종 이상적이지 않습니다. 화학적 가공 과정을 통해 더 강하고, 내구성이 뛰어나며, 유연성이 향상될 수 있지만, 그 과정에서 지속가능성이 저하되는 경우가 많습니다.

Empa 셀룰로오스 및 목재 재료 연구소 연구원들은 이러한 문제점을 교묘하게 피하는 바이오 기반 소재를 개발했습니다. 이 소재는 완전히 생분해될 뿐만 아니라 찢어짐에도 강하고 다양한 기능성을 갖추고 있습니다. 이 모든 것이 최소한의 가공 과정과 화학물질 없이 이루어졌으며, 심지어 먹을 수도 있습니다. 그 비밀은 바로 살아 있다는 것입니다.

자연에 의해 최적화됨

연구진은 이 새로운 소재의 기초로 죽은 나무에서 자라는 널리 분포하는 식용 균류인 쪼개아가미버섯의 균사체를 사용했습니다. 균사체는 뿌리와 같은 필라멘트 형태의 균류 구조로, 이미 잠재적인 소재 공급원으로 활발히 연구되고 있습니다. 일반적으로 균사라고 불리는 균사 섬유는 세척 과정을 거치고, 필요한 경우 화학적 처리를 거치는데, 이는 앞서 언급한 성능과 지속가능성 간의 상충 관계를 초래합니다.

Empa 연구진은 다른 접근법을 선택했습니다. 균사체를 처리하는 대신 전체를 이용하는 것입니다. 균류는 성장하면서 균사뿐만 아니라 소위 세포외 기질(extracellular matrix)도 형성합니다. 세포외 기질은 살아있는 세포가 분비하는 다양한 섬유질 형태의 거대분자, 단백질, 그리고 기타 생물학적 물질로 이루어진 네트워크입니다.

Empa 연구원인 아슈토시 신하(Ashutosh Sinha)는 "균류는 이 세포외 기질을 이용하여 구조와 기타 기능적 특성을 부여합니다. 우리도 똑같이 할 수 있지 않을까요?"라고 설명합니다. 셀룰로오스 및 목재 재료 연구실장인 구스타프 니스트룀(Gustav Nyström)은 "자연은 이미 최적화된 시스템을 개발했습니다."라고 덧붙입니다.

연구진은 추가적인 최적화를 통해 자연에 도움을 주었습니다. 갈라진 아가미 균류의 엄청난 유전적 다양성에서, 그들은 두 가지 특정 거대분자, 즉 장쇄 다당류 스키조필란과 비누 유사 단백질인 하이드로포빈을 특히 많이 생성하는 균주를 선정했습니다. 이러한 구조로 인해 하이드로포빈은 물과 기름처럼 극성 액체와 비극성 액체 사이의 계면에 모입니다.

스키조필란은 나노섬유로, 두께는 나노미터 미만이지만 길이는 1,000배 이상입니다. 이 두 가지 생체 분자는 살아있는 균사체에 다양한 응용 분야에 적합한 물질적 특성을 부여합니다.

살아있는 유화제

연구진은 실험실에서 이 소재의 다재다능함을 입증했습니다. 최근 어드밴스드 머티리얼스 (Advanced Materials) 저널에 게재된 이 연구에서 , 그들은 이 살아있는 소재의 두 가지 가능한 응용 분야, 즉 플라스틱 유사 필름과 에멀전(emulsion)을 제시했습니다. 에멀전은 일반적으로 섞이지 않는 두 가지 이상의 액체가 섞인 것입니다. 예를 보려면 냉장고를 열어 보세요. 우유, 샐러드 드레싱, 마요네즈는 모두 에멀전입니다. 또한 다양한 화장품, 페인트, 바니시도 에멀전 형태를 띱니다.

한 가지 과제는 시간이 지남에 따라 이러한 혼합물이 개별 액체로 분리되지 않도록 안정화하는 것입니다. 바로 이 부분에서 살아있는 균사체가 강점을 발휘합니다. 스키조필란 섬유와 히드로포빈은 모두 유화제 역할을 합니다. 그리고 균사는 이러한 분자를 계속 더 많이 방출합니다. "이것이 시간이 지남에 따라 더 안정해지는 유일한 유화제일 것입니다."라고 신하는 말합니다. 균사체 자체와 세포 외 분자는 완전히 무독성이며 생물학적으로 양립 가능하고 식용이 가능합니다. 갈라진 아가미버섯은 세계 여러 지역에서 일상적으로 섭취됩니다. "따라서 화장품 및 식품 산업에서 유화제로 ​​사용되는 것은 특히 흥미롭습니다."라고 니스트룀은 말합니다.

퇴비봉투부터 배터리까지

살아있는 균류 네트워크는 고전적인 소재 응용 분야에도 적합합니다. 두 번째 실험에서 연구진은 균사체를 얇은 필름으로 제작했습니다. 긴 스키조필란 섬유를 가진 세포외 기질은 재료에 매우 우수한 인장 강도를 부여하며, 이는 세포 내 균류 섬유와 다당류 섬유의 표적 정렬을 통해 더욱 강화될 수 있습니다.

"우리는 섬유 기반 소재 가공의 검증된 방법과 새롭게 떠오르는 생체 소재 분야를 결합합니다."라고 니스트룀은 설명합니다. 신하는 "우리의 균사체는 말하자면 살아있는 섬유 복합체입니다."라고 덧붙입니다. 연구진은 균류의 생장 조건을 변화시킴으로써 균류 소재의 특성을 조절할 수 있습니다. 또한 다른 기능성 거대분자를 생성하는 다른 균류 균주나 종을 사용하는 것도 가능할 것입니다.

살아있는 재료를 다루는 데는 몇 가지 어려움이 따릅니다. 니스트룀은 "생분해성 재료는 항상 환경에 반응합니다."라고 말하며, "우리는 이러한 상호작용이 방해가 되지 않고 오히려 장점이 될 수 있는 응용 분야를 찾고 싶습니다."라고 덧붙였습니다. 그러나 생분해성은 균사체의 일부에 불과합니다. 이 버섯은 생분해성 버섯이기도 합니다 . 이 버섯은 목재와 다른 식물성 재료를 적극적으로 분해할 수 있습니다. 신하 는 여기서 또 다른 잠재적인 응용 분야를 모색합니다. "퇴비화 가능한 비닐봉지 대신, 유기 폐기물 자체를 퇴비화하는 봉지를 만드는 데 사용될 수 있습니다."라고 연구원은 말합니다.

지속 가능한 전자 분야에서도 균사체의 유망한 응용 분야가 있습니다. 예를 들어, 이 곰팡이 물질은 습기에 가역적인 반응을 보이며 생분해성 수분 센서를 만드는 데 사용될 수 있습니다. 니스트룀 연구팀이 현재 연구 중인 또 다른 응용 분야는 이 살아있는 물질을 셀룰로오스 및 목재 재료 연구실의 두 가지 다른 연구 프로젝트인 곰팡이 바이오 배터리와 종이 배터리와 결합하는 것입니다. 신하(Sinha)는 "살아있는 '곰팡이 종이'로 구성된 전극을 갖춘 소형 생분해성 배터리를 만들고 싶습니다."라고 말합니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2025/05/250513112309.htm