매미충(leafhoppers)이 분비하는 '브로코솜'(brocosome)이라는 물질이 가시광선과 자외선을 모두 흡수, 투명망토 등 제작에 사용될 가능성이 있는 구조인 것으로 밝혀졌다.
미국 펜실베이니아주립대(Penn State) 탁싱 웡 교수팀은 19일 과학 저널 미 국립과학원회보(PNAS)에서 1950년대에 처음 알려졌지만 그 기능을 알 수 없었던 브로코솜이 열과 자외선 등 반사를 최대 94%까지 줄일 수 있다는 사실을 확인했다고 밝혔다.
연구팀은 이 물질을 이용하면 물체가 보이지 않게 하는 은폐 장치부터 태양에너지를 더욱 효율적으로 수확하는 코팅에 이르기까지 다양하게 응용할 수 있는 광학 소재 개발이 가능할 것이라고 말했다.
매미충이 분비해 몸 표면에 바르는 브로코솜은 탄소가 축구공 모양으로 결합한 버키볼(buckyball) 같은 특이한 구조의 물질로, 1952년 처음 구조가 알려졌으나 정확한 기능은 수수께끼로 남아 있었다.
웡 교수팀은 앞서 2017년 브로코좀 기능을 밝히기 위해 처음으로 브로코솜 합성 버전을 만들었다. 이들은 후속 연구를 통해 3D 프린팅으로 마이크로미터 크기 합성 브로코솜을 만들고 이를 이용해 브로코솜의 광학적 특성과 기하학적 구조 사이의 관계를 조사했다.
분석 결과 직경이 600㎚(나노미터=10억분의 1ｍ) 내외인 브로코솜은 외부 표면을 통해 광대역 빛을 산란시켜 반사율을 감소시키는 것으로 나타났다.
또 직경보다 훨씬 작은 200㎚ 크기의 관통 구멍들은 단파장 빛을 흡수해 반사율을 더욱 감소시킬 수 있는 것으로 밝혀졌다.
연구팀은 브로코솜은 외부 표면의 산란 작용과 관통 구멍의 흡수 기능이 시너지 효과를 일으켜 광대역 파장 범위에서 빛의 반사율을 80~94% 감소시킬 수 있는 것으로 나타났다고 밝혔다.
연구팀은 브로코솜의 관통 구멍이 빛의 반사를 줄이는 데 중요한 역할을 한다며 이는 관통 구멍이 단파장 빛의 반사를 막는 역할을 하는 것을 보여주는 최초의 생물학적 사례라고 설명했다.
논문 제1 저자인 린 왕 박사는 "과학자들은 70여년 이상 브로코솜 입자에 대해 알고 있었지만 복잡한 구조 때문에 이를 실험실에서 만드는 것은 어려웠고, 매미충이 이런 복잡한 구조를 만드는 이유도 불분명했다"고 말했다.
이어 "브로코솜 표면의 빛 반사 조절 메커니즘을 사용하면 사람이나 기계의 열 신호를 숨길 수 있고, 언젠가는 이를 기반으로 열 투명 망토도 개발할 수도 있을 것"이라며 "이 결과는 자연에 대한 이해가 현대 기술 개발에 어떻게 기여할 수 있는지 모여준다"고 설명했다.
교신저자인 웡 교수는 "매미충이 브로코솜을 몸 표면에 바르는 이유에 대해서는 여러 가지 이론이 있지만 이 결과는 빛 반사를 줄여 포식자를 피하는 것이 브로코솜을 몸에 바르는 이유일 가능성이 높다는 것을 보여준다"고 말했다.
연구팀은 앞으로 합성 브로코솜을 천연 브로코솜 크기에 가깝게 만들 계획이라며 합성 브로코솜이 더 효율적인 태양 에너지 수확 시스템, 빛에 의한 손상을 막는 의약품 보호 코팅, 피부를 보호하는 고급 자외선 차단제, 어쩌면 투명 망토 같은 은폐 장치 등 다양한 응용 분야로 이어질 수 있을 것이라고 밝혔다.