김기문(화학) 교수ㆍ안영주(화학 박사과정) 씨 팀은 속이 빈 호박 모양의 화합물 ‘쿠커비투릴’과 페로센의 인공결합쌍의 강한 결합력을 이용, 새로운 접착물질인 초분자 벨크로를 개발했다.
이 벨크로는 자연계에서 가장 강한 결합쌍으로 알려진 아비딘-바이오틴의 결합력과 동등한 결합력을 지닌 쿠커비투릴과 페로센의 결합쌍을 이용했다. 이 발견은 그 독특한 원리뿐 아니라 물속에서 2 kg까지 견뎌내고, 실제 벨크로에 비해 14배에 달하는 접착력을 보여주는 등 의미 있는 성과로 평가돼 화학분야의 세계적인 권위지 <앙게반테 케미(Angewandte Chemie)> 3월호 뒤표지 논문으로 선정됐다.
지금까지의 접착제들은 생체에 해로운 물질을 기반으로 하고 있는데다 물속에서는 접착력이 저하되거나 없어지는 문제점이 있었다. 현재, 생체 속이나 해양 등 대부분이 물로 이뤄진 환경에서도 우수한 접착성능을 보일 수 있는 접착제 개발이 경쟁적으로 이뤄지고 있으며, 최근에는 홍합 등을 이용한 연구결과가 발표됐다. 그러나 이런 결과들은 외부의 자극을 통해 접착을 자유자재로 조절할 수 없거나 접착이 반복될수록 약해졌다.
김 교수팀은 이러한 한계점들을 극복하기 위해 쿠커비투릴과 페로센의 화학적 결합력을 벨크로에 응용했다. 물속에서 쿠커비투릴로 이루어진 표면과 페로센으로 이루어진 표면을 손으로 누르면 벨크로처럼 붙는다. 이때, 페로센이 갈고리와 같은 역할을, 쿠커비투릴이 걸림고리와 같은 역할을 한다. 그러나 물리적으로 갈고리에 걸리는 기존의 벨크로와는 달리 김교수팀이 개발한 벨크로는 소수성 상호작용과 이온-쌍극자간의 결합력 등 화학적인 결합을 통해 작동하는 것이 특징이다. 이 벨크로는 수술용 봉합제(의료용 접착제), 수중용 밴드나 치과치료는 물론 선박 수리, 수중로봇 등 의료부터 첨단IT기술까지 다양한 분야에 응용할 수 있을 것으로 전망된다. 연구내용이 온라인을 통해 발표된 직후, 영국왕립화학회가 발행하는 권위지 <케미스트리월드(Chemistry World)>를 비롯한 다수의 화학지 및 나노 관련 저널이 이 연구를 주목할 만한 성과로 선정, 보도에 나섰다.