세리신의 이화학적 특성이 실리카 합성에 미치는 영향에 관한 연구

Abstract

자연계에서 실리카를 합성하는 과정에서 단백질은 필수불가결한 역할을 한다고 알려져 있다. 본 연구에서는 실크 단백질에서 추출한 세리신 단백질을 이용하여 실리카를 합성하였고 그 결과를 토대로 세리신의 이화학적인 특성이 합성에 어떠한 영향을 미치는지 살펴보았다. 세리신은 상온상압 조건에서 오직 물만을 용매로 이용하였을 경우에 다른 단백질에 비해 뛰어난 실리카 합성 능력을 보여주었다. 세리신을 분자량에 따라 분획한 후에 합성을 한 결과 EpSS75가 가장 좋은 합성 능력을 보임을 알 수 있었다. 다양한 합성 조건하에서 실리카를 합성하였고 EpSS75가 상온상압 조건에서 뛰어난 실리카 합성 능력을 가지고 있음을 TGA, FT-IR, NMR 그리고 SEM을 통하여 확인하였다. EpSS75는 아스파틱산의 함량이 다른 분획에 비해 많았고 에탄올의 존재 하에서 단백질의 2차구조가 β-sheet인 특징을 가지고 있었으며 pH 7에서 합성이 잘 되는 특징을 보였다. 이러한 EpSS75의 특징을 통하여 아미노산 단위로 실리카를 합성한 결과 아스파틱산이 가장 좋은 합성 능력을 보여줌을 확인하였다. 또한 합성이 진행되는 과정에서 단백질의 2차구조가 β-sheet로 변함에 따라 다른 단백질을 이용했을 경우에 비해 양적인 측면으로 우수하였고 형태학적으로도 다른 결과를 얻을 수 있었다. pH에 따라 변하는 세리신의 전하 상태가 실리카 합성에 큰 역할을 한다는 것을 제타전위 결과를 통하여 확인하였다. 아미노산의 개질을 통해서 아스파틱산이 실리카 합성에 있어 중요한 역할을 하는 것을 재확인하였으며, 히스티딘이 실리카 전구체를 초기에 빠르게 분해할 수 있도록 도와주는 역할임을 확인하였다. 세리신을 이용하여 합성된 실리카는 물리적으로 혼합되어 있는 것이 아니라 세리신과 화학적인 결합을 하고 있음이 마이크로 시차주사열량계 결과에 나타났다. 위의 모든 결과를 토대로 살펴보았을 때 세리신은 실리카가 합성이 되는 초기에도 관여를 하였을 뿐만 아니라 지속적으로 실리카를 합성하게끔 해주며 화학적인 결합을 하고 있는 복합체임을 알 수 있었다. 이는 세리신이 상온상압 조건에서 오직 물만을 이용하여 실리카를 합성하는데 있어 매우 뛰어난 템플릿의 역할을 할 수 있으며, 실제 자연계를 생체모방할 수 있는 가능성을 보여준다고 판단된다.