근육처럼…트레이닝으로 강해지는 젤 소재?

인간의 근육은 강하면서 부드럽고 수분을 많이 포함하고 있으며 피로에 강하다는 특징을 갖고 있다. 그런데 MIT의 새로운 연구에 따르면 이런 근육과 비슷한 특성을 합성 하이드로겔 소재로 재현하는 방법을 발견했다고 한다.

연구팀은 젤 소재를 물속에서 기계적으로 반복 신축해 유연성을 얻는 것과 동시에 손상이나 피로에 대한 저항성을 갖추게 됐다고 발표했다. 쉽게 말하자면 마치 근육처럼 근육 트레이닝을 통해 강인하게 됐다는 얘기다.

이 젤 소재는 폴리비닐알코올하이드로겔 PVA-H라는 것. PVA(폴리비닐알코올)의 중합도와 비누화도, 농도 등 매개변수에 따라서 역학적 강도를 다양하게 변화시킬 수 있다. 또 물이 침투한 상태는 생체에 가까운 혈관 모델이나 구강 모델 등에 쓰고 의료용 임플란트 등에도 이용된다. MIT는 PVA-H에 대해 인체 조직 대부분은 70%가 수분을 함유하고 있어 체내 이식용 소재 역시 수분 함량이 많은 게 바람직하다고 밝히고 있다.

근육 트레이닝을 하기 전 소재 중 섬유질은 임의 배향 상태였다. 하지만 정작 신축 운동을 시작할 때에는 섬유는 점점 정렬을 한다. 1,000회 스트레칭을 반복한 결과 강하지만 부드럽고 내구성을 갖게 됐다고 한다. 수치적으론 전혀 근육 트레이닝을 하지 않은 처진 상태보다 4.3배 가량 인장 강도를 완성하게 됐다.

지금까지도 처음부터 강도를 제공하기 위해 섬유를 같은 방향으로 정렬한 하이드로겔을 만드는 건 가능했다. 하지만 근육 같은 유연성이 없거나 생체에 필요한 수분 함량이 없는 경우가 대부분이었다고 한다.

원래 기계적 부하를 통해 하이드로겔이 붕괴하기 시작하는 피로점을 찾기 위해 시작한 연구였지만 결과는 반대로 마치 근육 트레이닝을 하듯 하이드로겔이 강화되는 성질을 발견하게 된 것이다. 이번 실험에선 1,000회 신축 운동을 했지만 소재 중에는 3만 회까지 견딘 것도 있었다고 한다. 훈련 뒤에도 소재는 유연성을 보여 84%에 이르는 높은 수분 함량을 유지하고 있었다고 한다.

연구팀은 언젠가는 이런 특성을 심장 판막이나 인공 연골, 척추 원판 등에 임플란트 또는 소프트 로봇 등 공학적 용도에 활용할 수 있을 것으로 기대하고 있다. 불행하게도 이 젤 소재 자체는 체내에 넣어도 근육이 되는 건 아니다. 관련 내용은 이곳에서 확인할 수 있다.