신비한 상상을 따라잡은 놀라운 현대 과학!
단언컨대, 과학을 이해하지 못하면 일상의 즐거움과 풍요로움이 반감된다. 최첨단 기능으로 설계된 가전제품, 무인 자동차로 대표되는 제어 시스템, 사람의 일손을 덜어주는 일상의 도구들, 개별 식품을 섭취하지 않아도 영양분을 충분히 공급받을 수 있는 뛰어난 식품 보조제……. 일일이 열거할 수 없을 정도로 우리는 이미 과학의 세계에 깊이 들어와 있다. 그런데 이 모든 게 실은 이전 세기 사람들이 꿈꾸던 상상의 산물이었다. 마블 히어로 영화는 무한의 상상력과 눈부신 첨단 과학이 정교하게 만나 이루어낸 아주 멋진 신세계이다. 우리는 그 안에서 첨단 수트를 입고 하늘을 날고, 자신의 나라에 쉴드를 쳐 지켜내며, 나노 입자만큼 작아져 기상천외한 업무를 수행하는 여러 히어로들을 만나는데 그중 가장 놀라운 능력자가 바로 스파이더맨이다. 손목에서 뿜어져 나오는 거미줄 하나에 의지하여 악당을 무찌르고, 사고를 수습하고, 위험에 빠진 사람들의 목숨을 구하기 때문이다. 스파이더맨의 거미줄에는 대체 어떤 비밀과 능력이 숨겨진 것일까? 그가 사용하는 대박 거미줄은 진짜 거미줄일까, 아니면 최첨단 기능을 탑재한 밧줄쯤 되는 무기인 걸까?

스파이더맨은 머리부터 발끝까지 화학으로 중무장했다
이 글에서 소개하는 스파이더맨의 모든 능력, 이른바 최첨단 기능성 행위들은 모두 화학공학을 전공한 박사 학위자의 관점에서 유심히 관찰한 요소들이다. 스파이더맨이 선보이는 능력 대부분이 화학과 매우 밀접하게 연결되어 있는 탓이다. 스파이더맨이 손목에 장착한 웹슈터가 대박 거미줄을 뽑아낼 때 대체 그 조그마한 기구 안에서 어떤 화학 반응이 일어나는 것인가, 웹슈터 안에 들어 있는 웹플루이드는 액체인가 고체인가, 눈에 잘 보이지도 않는 가느다란 노즐을 통과하는 액체의 성분이란 어떤 것인가, 우리 일상에도 스파이더맨의 거미줄 같은 초강력 섬유가 존재하는가, 만약 존재한다면 그런 섬유는 어떻게 만들고 또 어디에 사용하는가, 더 나아가 영화 속 스파이더맨이 대박 거미줄을 이용하여 조각 난 배들을 붙인 것처럼 현실에서도 이와 비슷한 접합 능력을 가진 섬유를 개발할 수 있는가, 이런 섬유를 환자 치료에 사용할 수는 없는가…… 등등 스파이더맨의 거미줄은 우리의 상상뿐 아니라 과학적인 호기심을 촉발하기에 충분하다. 이 책은 바로 그와 같은 호기심과 궁금증에 대한 흥미로운 대답이자 놀라운 과학의 원리에 대한 해설이다.

일반적으로 액체의 점도가 높아지는 이유는 크게 다음 두 가지로 압축할 수 있습니다.
첫째, 액체 분자들 사이에 인력(引力), 즉 끌어당기는 힘이 작용할 때입니다. 분자들이 서로 끌어당기는 힘을 갖고 있을 때 이 분자들은 자신의 영향력이 미치는 범위 안에서 만큼은 어떻게든 떨어지지 않으려고 필사적으로 노력합니다. 따라서 유체의 형태는 아주 최소한의 수준으로 변화하여 좀처럼 흐르지 않게 됩니다. 바로 ‘점도가 높다’라고 말하는 그 상태가 되는 것입니다.
예를 들어 사탕을 끓인다고 할 때, 온도가 점점 올라갈수록 고체였던 사탕은 끈적거리는 설탕 용액이 되고, 온도가 더욱 올라가면 끈적거리는 설탕 용액은 찰랑거리는 상태로 변합니다. 사탕을 녹이는 모든 작업이 끝나 가스레인지의 불을 껐다고 생각해봅시다. 온도가 내려갈수록 찰랑거리던 설탕 용액은 끈적거리는 용액을 거쳐 다시금 고체로 변하게 되겠죠? 사탕을 이루고 있는 설탕 분자들이 서로의 인력을 이겨내고 찰랑거리게 되면 ‘점도가 낮다’, 서로의 인력을 이겨내지 못하고 머물러 끈적거리면 ‘점도가 높다’고 표현하는 것입니다.
둘째, 액체 안에 잘 녹는 물질이 포함되었을 때 점도가 높아집니다. ‘잘 녹는다’는 것은 액체 내에 추가로 집어넣은 물질의 분자들이 제각각 따로 놀고 있음을 뜻합니다. 분자들이 엉겨 붙은 채 단체로 돌아다닌다면 아무리 인간의 눈이 둔하다고 해도 액체 속에 들어간 그 어떤 것의 존재 유/무를 금방 알아차릴 수 있습니다.
이 분자들이 누구의 간섭도 받지 않으면서 충분히 독립생활을 즐기려면 액체 분자와의 친화력이 좋아야 합니다. 이 점이 항상 따라 붙는 전제 조건이에요. 앞, 뒤, 옆, 위, 아래를 둘러봐도 모두 액체 분자들뿐인 세상에서 그들과 친하게 지내지 않는다면 어떻게 살아남을 수 있겠어요? 속마음이야 어떨지 몰라도 일단 친하게 지내는 게 급선무입니다. 안 그러면 그날로 방출될 딱한 신세가 될 테니까요. 즉, 분자 간의 인력과 액체 분자와의 친화력. 이 두 가지 힘 중 어느 쪽이 큰지에 따라 녹아서 점도를 높이느냐, 녹지 않아서 원래의 점도를 유지하느냐가 결정됩니다._<이 용액 예사롭지 않아> 

우리가 사는 현실세계에 실제로 스파이더맨의 거미줄에 필적하는 인공섬유가 하나 등장했습니다. 개발의 주역은 이번에도 역시 미국의 화학회사인 듀폰이었는데요. 그들이 공개한 신비의 고강력 합성섬유 이름은 ‘케블라(Kevlar)’입니다. 당시에는 시제품에 지나지 않았기에 수분에 취약하다는 큰 단점을 안고 있었지만, 강도만큼은 피터 파커의 거미줄과 비슷했습니다. ‘뭉치면 살고 흩어지면 죽는다’고 했던가요? 이 섬유로 얼기설기 직조한 옷감은 상상 이상으로 질겼습니다. 날아오는 총알조차 막아낼 만큼 강인했어요. 혼자 있을 때도 튼튼한데, 이를 한데 엮어 모아놓았으니 그 위력이 어땠을까요? 말해 무엇 하겠습니까? 총알들이 빗발치는 전쟁터는 바로 이 섬유, 케블라의 놀이터가 될 수밖에 없었습니다. 최강의 방어력을 중시하는 헬멧과 군복에 속속들이 적용되었죠. 이른바 ‘아라미드(aramid) 섬유’의 시대가 열린 것입니다. 아마이드 분자들이 모여 중합된 고분자를 폴리아마이드(polyamide)라고 부르고, 수많은 폴리아마이드들 중에서 벤젠과 같은 분자 구조를 포함하고 있는 것들을 방향족 폴리아마이드(aromatic polyamide), 다른 말로 <아라미드(aramid) 섬유>라고 부릅니다. 튼튼하기로 소문난 방향족 고리를 왼손에 하나, 오른손에 하나씩 붙들고 있는 아마이드 그룹(amide group -COHN-), 일명 ‘방향족 폴리아마이드’라고 불리는 고분자들은 서로 정렬하는 독특한 특성을 가지고 있습니다. 가뜩이나 튼튼한 분자들이 서로 틈을 두지 않고 빽빽하게 정렬까지 하다니요? 이것이야말로 ‘물 들어올 때 노 젓는다’는 우리 속담의 나노(nano) 버전 아닐까요?_<나일론을 뛰어넘는 소재가 등장하다>

2013년, 미국의 한 대학 교수가 놀라운 연구결과를 하나 발표했습니다. 주인공은 바로 캘리포니아대 버클리 분교의 생물학자인 오르테가-히메네스(Ortega-Jimenez) 박사입니다. 그는 자신의 논문에서 거미가 어떻게 거미줄에 정전기 능력을 부여했는지 밝혀냈는데요. 비법은 바로 ‘다리털로 문지르기’였습니다. 거미줄을 뽑아내는 동시에 자신의 다리털로 문지르는 거미는 쉽사리 대전 효과(어떤 물체가 전기를 띠게 하는 효과)를 이끌어낼 수 있었다고 합니다. 머리카락에 풍선을 문지르면 머리카락이 붕붕 떠오르던 경험을 한두 번쯤 하셨을 텐데요. 그 순간을 떠올려보면 됩니다. 거미들은 이런 식으로 거미줄에 마찰로 인한 대전 현상, 이름 하여 마찰 대전을 발생시킨 것입니다. 그러면 이때 전자를 빼앗긴 다리털은 (+)전하를, 그 전자를 고스란히 빼앗아온 거미줄은 (-)전하를 띠게 됩니다. 한편, 우리의 눈에 보이지 않을 만큼 빠른 날갯짓을 일삼는 곤충들은 공기와의 또 다른 마찰로 인해 날개가 머금고 있던 전자의 상당수를 잃어버리게 됩니다. 이로써 전자를 잃어버린 곤충의 피부는 고스란히 (+)전하를 띠게 되는 셈이죠. 오르테가-히메네스 박사는 자신의 연구에서 이 곤충들이 (-)극을 띠는 거미줄에 붙들릴 수밖에 없었던 이유를 위와 같이 설명했습니다._<기다림의 세월>
 

저자의 말 스파이더맨을 사랑하는 대한민국 청소년들에게

sequence 1 거미줄 용액의 비밀과 진실
scene1 〈스파이더맨〉 3부작의 사소한 오류
scene2 토니 스타크의 원픽(one pick)은 누구일까?
scene3 이름부터 과학적인 웹플루이드(web fluid)
scene4 이 용액, 예사롭지 않아!
scene5 거미줄의 정체
scene6 특명, 진주 구슬 목걸이를 만들어라
scene7 끊어낼 수 있는 용기
scene8 변명 아닌 변명을 해볼게
scene9 또 다른 변명
scene10 의심병을 유발하는 피터 파커의 연구 노트
scene11 내면의 적은 질풍노도였어!

sequence 2 스파이더맨의 거미줄
scene1 완판 신화를 위한 비법
scene2 나일론을 뛰어넘는 소재가 등장하다
scene3 아이언맨의 그늘에서 벗어나기 위해
scene4 이름도 멋지다, 베타시트
scene5 유혹에 넘어간 거미의 대리인들
scene6 대리 후보군의 스펙은 상상을 초월한다
scene7 이겨내지 못할 바엔 밀어내기
scene8 풍성한 머리숱에 숨겨진 치명적인 단점
scene9 습윤 드레싱의 방법은 계속 진화한다
scene10 지혈과 접합 능력
scene11 함께할 수 없는 슬픈 운명이라니
scene12 기다림의 세월
scene13 모든 작업의 끝은 청소입니다
scene14 멀고도 먼 길
scene15 여섯 개의 인피니티 스톤
scene16 자연으로 돌아가자

sequence 3 수트와 함께 엑셀시오르
scene1 옛날 옛적 베 짜기의 달인은
scene2 절대 꼬이지 않는 실크의 거미줄
scene3 거미줄 수트의 실사판이 탄생하다
scene4 어느 수집광 소년의 양심
scene5 비브라늄? No! 알루미늄? Yes!
scene6 클론 사가
scene7 올바른 사용법을 알려줘
scene8 피터 파커보다 한 수 위인 토니 스타크
scene9 수트와 혼연일체가 되어야 해
scene10 토니가 피터를 탐낸 까닭
scene11 우연히 얻은 상식과 깨달음
scene12 게코도마뱀의 발바닥엔 비밀이 있다
scene13 마법 기능을 도입하라

완소쿠키자료
닥터 스코의 실험실
스파이더맨 연대기

참고문헌