[사이언스샷] 빨판상어의 무임승차, 사람 살리는 ‘개념’ 기술로 변신

작성일 08-04

<div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> 상어에 빨판 붙이고 이동, 먹이도 얻어 빨판 모방한 흡반, 수중 접착력 최고 약물 전달하고 위액 역류도 감지 물고기 달라붙어 수중 환경도 모니터 
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 <img alt="상어에 달라붙은 빨판상어. 머리 윗부분의 흡반을 상어 몸에 붙인다./Jakob Ziegler" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202508/04/chosunbiz/20250804082549028dgmu.jpg" data-org-width="1365" dmcf-mid="6d690xmeaA" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img1.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202508/04/chosunbiz/20250804082549028dgmu.jpg" width="658">
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 상어에 달라붙은 빨판상어. 머리 윗부분의 흡반을 상어 몸에 붙인다./Jakob Ziegler
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 출근길에 늘 차를 얻어타는 옆 회사 직원이 있다. 아침밥으로 싼 샌드위치도 나눠 먹자며 가져간다. 자연에도 이런 얄미운 무임승차자가 있다. 상어에 달라붙어 이동하는 빨판상어다. 상어가 먹다 흘린 먹잇감이나 오래된 피부 조각도 얻어먹는다.
 자연의 무임승차가 사람과 생태계 건강을 챙기는 ‘개념’ 기술로 재탄생했다. 빨판상어 머리에 있는 흡반 구조를 모방한 접착 장치다. 위장 벽에 달라붙어 위산 역류를 감시하고, 약물도 방출한다. 유전자 치료제도 전달하며, 물고기에 달라붙어 수중 환경을 모니터할 수도 있다.
 ◇실리콘 고무와 형상기억합금으로 빨판 모방
 조반니 트라베르소(Giovanni Traverso) 미국 매사추세츠공대(MIT) 기계공학과 교수 연구진은 “다른 해양 동물에 달라붙는 빨판상어(remora)의 흡반(吸盤) 구조에서 영감을 받아 부드럽고 미끄러운 표면에 부착돼 수일에서 수주까지 유지되는 기계적 접착 장치를 개발했다”고 지난달 23일 국제 학술지 ‘네이처’에 발표했다.
 빨판상어는 이름과 달리 상어류가 아니다. 연골어류인 상어와 달리 농어목(目) 빨판상엇과(科)에 속하는 경골어류이다. 빨판상어가 뒤집힌 채 상어에 달라붙어 있는 것처럼 보이지만 실제는 머리 위에 빨판이 있어 바로 헤엄친다. 빨판상어는 상어 같은 대형 해양 동물에 붙어 힘들이지 않고 장거리 이동을 하고, 다른 포식자도 피한다. 숙주가 먹다 흘리는 먹잇감이나 피부에서 떨어진 죽은 조직도 받아먹는다.
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 <img alt="그래픽=손민균" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202508/04/chosunbiz/20250804082550803cdvh.jpg" data-org-width="640" dmcf-mid="PFCxKoTNaj" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img2.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202508/04/chosunbiz/20250804082550803cdvh.jpg" width="658">
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 그래픽=손민균
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 연구진은 빨판상어의 흡반을 모방했다. 빨판상어는 흡반의 바깥 부분인 부드러운 조직을 상어 몸에 붙인다. 그 전에 안에 있던 물을 뿜어 바깥보다 압력이 낮은 음압을 발생시킨다. 마치 화장실 청소봉을 눌러 공기를 뽑아내고 변기에 붙이는 것과 같다. 연구진은 실리콘 고무로 흡반을 만들었다.
 흡반 가운데엔 자동차 앞부분의 라디에이터 그릴처럼 몸길이와 수직으로 얇은 층판(lamella)이 있다. 이들은 각각 개별적인 작은 접착 공간을 만든다. 덕분에 모양이 불규칙한 숙주 표면에 달라붙는다. 층판은 빨판상어 종에 따라 개수가 다르다.
 과학자들은 화석에서 3200만년 전 빨판상어의 흡반을 찾아냈다. 미국 뉴저지 공대 연구진은 2019년 빨판상어를 모방한 흡반은 층판이 최소 6개가 있어야 접착력을 발휘한다는 사실을 알아냈다. 이는 화석 증거와 일치한다.
 MIT 연구진은 형상기억합금으로 층판 구조를 만들었다. 형상기억합금은 온도가 낮으면 누워 있다가 체온과 같은 섭씨 37도가 되면 일어선다. 온도가 떨어지면 다시 원래 누운 모양으로 돌아와 분리된다. 빨판상어 층판 끝에는 수백㎛(마이크로미터·1㎛는 100만분의 1m) 크기의 가시(spinule)가 있어 상어 피부에 결합한다. 층판 끝에는 빨판상어의 가시처럼 미세 바늘 구조를 만들었다.
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 <img alt="빨판상어 흡반 모방한 수중 접착 장치. 바깥 쪽 부드러운 부분은 실리콘 고무이고 가운데 층판은 형상기억합금으로 만들었다./MIT" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202508/04/chosunbiz/20250804082552399uyjy.jpg" data-org-width="900" dmcf-mid="QaumaTbYkN" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img4.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202508/04/chosunbiz/20250804082552399uyjy.jpg" width="658">
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 빨판상어 흡반 모방한 수중 접착 장치. 바깥 쪽 부드러운 부분은 실리콘 고무이고 가운데 층판은 형상기억합금으로 만들었다./MIT
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 ◇소화액 역류 감시하고 약물도 전달
 인공 흡반 이름은 ‘기계식 수중 소프트 접착 시스템’의 영문 약자를 따 무사스(MUSAS)로 붙였다. 연구진은 무사스가 돼지 위 조직과 수술용 장갑, 살아있는 역돔 등 다양한 부드러운 표면에 달라붙는 것을 확인했다.
 인공 흡반은 의료기기로 변신할 수 있다. 연구진은 전기저항 센서를 장착한 흡반을 돼지 식도에 붙였다. 이를 통해 위액 역류를 감지했다. 역류성 식도염 환자 상태를 24시간 관찰하는 의료기기가 될 수 있다는 말이다.
 단백질이나 유전물질은 위장관에 흡수되기 전에 분해돼 먹는 약 방식으로 투여하기 어렵다. 매번 병원에 가서 오랫동안 정맥주사를 맞아야 한다. 또 소화기관은 표면이 미끄러운 점막으로 덮여 있어 의료기기가 붙기 힘들다. 빨판상어를 모방한 인공 흡반은 아무 문제 없이 위벽에 달라붙어 수일에서 수 주 동안 천천히 약물을 방출할 수 있다.
 연구진은 인공 흡반을 돼지 위벽에 붙여 인간면역결핍바이러스(HIV) 감염 예방과 치료에 쓰는 약물을 전달했다. 유전자 치료제도 같은 방식으로 전달할 수 있다. 리보핵산(RNA)처럼 큰 분자도 충판 끝의 미세 바늘에 붙여 전달할 수 있다고 밝혔다. 실제로 형광 유전자를 복사한 RNA를 돼지 뺨과 식도에 전달해 빛이 나오는 것을 확인했다. 연구진은 백신도 같은 방식으로 전달할 수 있는지 확인하겠다고 밝혔다.
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 ◇비만 전자약 전달하고, 해양 생태계도 보호
 트라베르소 교수는 2023년 ‘사이언스 어드밴시스’에 전기 자극을 줘서 식욕 조절 호르몬을 활성화하는 장치를 개발했다고 밝혔다. 이른바 비만 전자약이다. 포만감은 위가 팽창하면 미주신경(迷走神經)을 통해 뇌로 신호가 전달된 결과다. 뇌가 인슐린 같은 호르몬을 방출시키면 포만감을 느끼고 식사를 중단한다, 동시에 배고픔을 촉진하는 호르몬인 그렐린의 수치도 떨어진다.
 전자약은 위장에서 진동을 일으켜 미주신경을 자극해 포만감을 인위적으로 만든다. 동물에게 음식을 먹기 20분 전 알약을 투여하자 포만감을 나타내는 호르몬의 방출을 자극할 뿐 아니라, 동물의 섭취량을 약 40% 줄였다는 것을 확인했다. 연구진은 비만 전자약에 인공 흡반을 결합해 위벽에서 안정적으로 작동시킬 수 있다고 밝혔다.
 인공 흡반은 사람뿐 아니라 해양 생태계 건강도 챙길 수 있다. 인공 흡반에 온도 센서를 붙여 물고기가 빨리 헤엄치는 동안 수온을 측정하는 데 성공했다. 로봇도 같은 방식으로 해양 동물에 붙을 수 있다. 중국 베이징 항공항천대 연구진은 2017년 빨판상어의 흡반을 모방한 장치를 항공기 유리창 소재(plexiglass)에 붙였다. 접착력은 흡반 무게의 340배나 됐다.
 과학자들은 그동안 게코 도마뱀붙이나 나무에 사는 개구리 발바닥을 모방한 접착물질을 로봇에 적용했지만, 물속이나 미끄러운 표면에서는 효과가 떨어졌다. 빨판상어를 모방한 흡반은 그런 문제가 없다. 자연에서 무임승차한 대가를 다시 돌려줄 기회가 온 셈이다.
 참고 자료
 Nature (2025), DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-025-09304-4
 Science Advances(2023), DOI: https://doi.org/10.1126/sciadv.adj3003
 Bioinspiration &amp; Biomimetics (2019), DOI: https://doi.org/10.1088/1748-3190/ab3895
 Science Robotics (2017), DOI: https://doi.org/10.1126/scirobotics.aan8072
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