모기는 사람의 피를 빨 때 뾰족한 주둥이 속 아주 가느다란 관을 이용해. 과학자는 모기의 주둥이를 3D 프린터에서 재료를 내보내는 부품인 노즐로 활용했어. 사람 머리카락보다 훨씬 가는 선까지 찍어낼 수 있다는데 비결이 뭘까?
자연이 만든 초미세 노즐, 모기 주둥이
3D 프린터로 아주 작은 구조물을 만들려면 재료가 나오는 노즐의 구멍도 아주 작아야 해요. 과학자는 자연에서 아주 가늘고 튼튼한 관을 찾다가 암컷 모기의 주둥이에 주목했지요. 창훙 차오 캐나다 맥길대 교수가 이끈 연구팀은 2025년 모기 주둥이를 3D 프린터의 노즐로 활용하는 기술을 개발해 발표했어요.
연구팀이 사용한 모기는 실험실에서 기른 암컷 이집트숲모기예요. 암컷 모기는 피를 빨 때 주둥이 속 가느다란 관으로 피를 끌어 올려요. 주둥이는 거의 곧게 뻗어 있고 단단하며, 안쪽 관의 지름은 평균 약 20~25μm(마이크로미터, 1μm=100만 분의 1m)로 매우 작아요. 연구팀은 여러 곤충의 관 모양 구조를 비교한 뒤 모기 주둥이가 3D 프린터에 쓰기 알맞다고 판단했어요.
연구팀은 모기 주둥이를 단 3D 프린터로 약 20μm 폭의 선을 출력해 벌집과 단풍잎 모양의 미세 구조를 구현했어요. 암세포와 적혈구를 넣은 생체 구조물도 만들었지요. 연구팀이 조사한 시중의 가장 가는 금속 노즐은 안쪽 지름이 약 35μm였어요. 모기 주둥이 노즐을 통해 그보다 약 15μm 더 가는 선을 뽑아서 구조물을 만들 수 있었지요.
모기 주둥이가 모든 면에서 기존 노즐보다 뛰어난 것은 아니에요. 끈적하고 잘 흐르지 않는 재료를 밀어내려면 높은 압력이 필요해 주둥이가 터질 수 있어요. 귀찮고 성가신 곤충의 몸에서 초정밀 3D 프린팅에 활용할 수 있는 정교한 구조를 찾아냈다는 사실이 흥미로워요.
미니 인터뷰
창훙 차오(캐나다 맥길대 교수)
“아이디어가 실현되는 순간이 최고예요!”
Q. 왜 하필 모기였나요?
꼭 모기여야 했던 건 아니에요. 3D 프린터에 쓸 관은 곧고 튼튼하면서 내부 지름이 아주 작아야 했어요. 사람이 손으로 다룰 수 있을 만큼 길이도 적당해야 했지요. 여러 생물의 구조를 살펴본 결과 모기의 주둥이가 이런 조건에 특히 잘 맞았어요.
Q. 실험 중 실패한 적도 있었나요?
그럼요. 적합한 조건을 찾기 위해 많은 시행착오를 거쳤어요. 압력을 너무 세게 가하거나 재료를 너무 빠르게 밀어내니 주둥이가 터졌어요. 반대로 너무 천천히 밀어내면 출력되는 선이 끊어졌지요. 안정적으로 출력할 수 있는 조건을 찾기까지 많은 실패가 있었답니다.
Q. 가장 즐거웠던 순간은 언제인가요?
솔직히 결과보다 과정이 더 즐거웠어요. 최종 결과는 사람들에게 이야기하기에 재미있죠. 사람을 웃게 만들면서도 연구의 의미를 한 번 더 생각하게 하니까요. 연구실 회의에서 농담처럼 시작한 엉뚱한 아이디어가 실제로 작동한다는 걸 발견했을 때 가장 즐거웠어요. 농담 같은 아이디어를 현실로 만드는 과정이 제가 계속 연구하는 이유랍니다!
모기 주둥이 노즐로 3D 프린팅하기!
