그래핀(graphene)과 같은 특성을 갖는 맞춤형 재료를 어떻게 만들어낼 수 있을까? 3D 프린터를 활용하여 세균에게 일을 시키면 된다.

이들 세균들은 완전히 새로운 재료들을 만들어낼 수 있다. 예를 들어서 당신이 세균을 이용하여 그래핀(단일 원자층의 탄소로 만들어진 2D 재료)과 유사한 재료를 출력한다면 최종 제품은 원하는 특성을 보유한 그래핀 유사 물질이 될 것이다.

특정 세균들은 그래핀 산화물 시트(sheets) 위에 두었을 때에 이들을 그래핀과 유사한 여러 특성은 보유하지만 대량 생산이 용이한 환원된 형태의 물질로 변환시킨다고 한다. 세균들은 대사를 통하여 물질에서 산소 원자를 끌어냄으로써 이를 달성한다.

환원된 그래핀 산화물은 일반적으로 강력한 화학물질이나 극단적인 열의 도움으로 만들어지지만 미생물이 생산하는 쪽이 훨씬 저렴하고 보다 환경 친화적이라고 네덜란드 Delft 기술대학의 Anne Meyer가 밝혔다. 그녀는 “당신이 그래핀 산화물을 더 환원시킬수록 그래핀에 더 다가서는 것이다. 이 과정은 실온의 설탕물에서 이루어지기 때문에 매우 쉽다.”라고 밝혔다

Meyer는 화학공정이 여전히 최상 품질의 그래핀 산화물을 생산하는 것으로 보이지만 세균들은 정밀하고 미세한 구조물을 가공할 때에 아주 유용하다고 밝혔다. 그런 점에서 3D 프린팅이 적합하다고 한다.

연구팀은 일반 3D 프린터를 개조시킴으로써 1 밀리미터 너비의 정밀한 선 표면에 세균을 인쇄하는 것이 가능함을 보여주었다. 최근 실험에서도 이러한 원리가 입증되었다. 연구팀은 대장균을 미세조류에서 유래한 겔과 혼합시켰으며 칼슘 이온을 함유하는 접시에 이 용액을 인쇄하였다. 젤은 칼슘에 접촉하면 고형화되었으며, 이는 대장균이 해당 위치에 있게 됨을 의미한다.

연구팀은 특정 패턴의 재료에 그래핀 산화물을 환원시키는 능력이 있는 Shewanella oneidensis라는 세균을 인쇄함으로써 일부 영역은 전도성을 띠게 하고 일부는 띠지 않게 하는 아이디어도 냈다.

영국 Bristol 대학의 Madeline Burke은 살아있는 세포로 인쇄할 수 있도록 3D 프린터를 적절히 변형시키는 것은 쉬운 일이지만 노즐에서 액체를 짜내는 한편으로 이후에도 형태를 유지시켜야 하는 서로 상반되는 인쇄의 특징 때문에 바이오 잉크를 제대로 인쇄하는 것은 어려운 일이라고 설명했다.

또한 세균이 그래핀 산화물을 충분히 환원시킬 수준으로 생존하는데 필요한 성장 배지의 양도 접촉 표면을 가로지르지 않고 용액을 정확하게 인쇄하기 어렵게 만들고 있다. 그러나 Meyer는 한번 기술이 개량된다면 그래핀 산화물 표면에 작은 전도성 와이어를 조각하면서도 나머지 부분은 비전도 상태로 남게 만드는 것이 가능할 것이라고 밝혔다.

연구팀은 이번 결과를 4월에 영국 에딘버러에서 개최되는 미생물학회 연례 컨퍼런스에 발표할 예정이다.

다음으로 연구팀은 유사한 기술을 이용하여 달의 먼지에 존재하는 물질을 변형시킬 수 있는지를 시험하기를 원한다고 한다. 이러한 연구는 언젠가는 우주에서 전자 장비를 만드는 공정에 도움이 될 것이다. 연구팀은 이미 달의 토양 복제품에 세균을 활용하여 실리카를 실리콘으로 변화시켰고, 산화철도 철로 전환시켰다.

Meyer는 미래의 우주 공장에는 3D 프린터가 구비되어 있고 세균들이 직원으로 참여하게 될지도 모른다고 밝혔다.

요약: 한국바이오안전성정보센터 (www.biosafety.or.kr)

본 자료 이용 시, 출처: 한국바이오안전성정보센터(KBCH)『바이오화학산업동향(TWB)』를 밝혀 주시기 바랍니다.

원문출처

https://www.newscientist.com/article/2125207-3d-printed-bacteria-could-make-bespoke-graphene-like-materials/