Tokyo대학 연구진이 충치균 효소를 활용해 고내열성 플래스틱을 합성하는데 성공했다.
충치균 효소는 특이한 구조를 지닌 고분자 다당류로 간단한 에스터(Ester)화를 통해 열가소성 플래스틱의 성질을 발현한다.
필름 및 섬유로 성형 가공할 수 있으며 내열성이 PET(Polyethylene Terephthalate) 및 나일론에 비해 훨씬 뛰어나고 반응조건을 바꾸면 분자량을 70만개 이상까지 늘리는 것도 가능한 것으로 알려졌다.
EP(Engineering Plastic)로서 다양한 분야에서 활용할 수 있을 것으로 기대되고 있다.
자연계에는 글루코오스(단당류)를 기본 단위로 하는 다양한 구조를 지닌 고분자 다당류가 존재한다.
나무 및 풀에서는 글루코오스가 β-1, 4 결합한 셀룰로오스를, 곡물에서는 α-1, 4 결합한 전분을 얻을 수 있으며 다양한 용도로 사용되고 있다.
연구진은 충치균이 합성하는 치석이 다당류인 점에 착목해 충치균의 효소를 활용함으로써 글루코오스가 α-1, 3 결합한 완전 직쇄형의 α-1, 3 글루칸을 만들었다. 저가의 스크롤을 원료로 시험관 수계 원포트(One-pot) 합성데 통해 1회 반응으로 합성했다.
물에 녹지 않기 때문에 유기용매를 활용한 침전 회수를 거치지 않고 여과 및 원심분리 등의 방법으로 간단하게 회수 할 수 있다.
구강내 온도는 일반적으로 섭씨 37도 정도이기 때문에 합성효소의 활성온도도 37도가 최적이나 시험관 내 중합에서 반응온도를 15도까지 내리자 합성 폴리머의 고분자량이 대폭 증가해 분자량이 70만개 이상인 거대 폴리머를 합성하는데 성공했다.
분자 구조 가운데의 수산기를 에스터기로 치환함으로써 열가소성도 부여한 것으로 알려졌다.
에스터화한 α-1, 3 글루칸 유도체의 융점은 PE(Polyethylene), PP(Polypropylene), 나일론6, PET를 능가하는 300-340도이다.
성형한 필름의 파괴 강도는 40메가파스칼을 뛰어넘는 등 내열성과 함께 우수한 특성을 보유하고 있다.
연구진은 앞으로 고분자량 폴리머의 대량 합성방법을 확립하고 고강도‧고내열성 등 뛰어난 성능을 지닌 사출성형제품을 개발할 예정이다.
α-1, 3 글루칸은 당초 구강 내에서 합성되는 바이오필름이기 때문에 경구 가능한 소재로 활용될 것으로 기대하고 있으며 의료 소재 등 신규 용도개척도 추진할 계획이다. (L)