경상대 이심성 교수팀, '차세대 나노소재 폴리로탁센의 획기적 합성법' 개발

국립 경상대학교(GNUㆍ총장 권순기) 화학과 이심성 교수 연구진이 차세대 나노분야의 대표적 물질 중 하나인 폴리로탁센의 획기적인 합성법을 개발하는 데 성공하였다.

우리 몸속의 세포에서도 모터 단백질(motor proteins)로 불리는 복합적인 분자 시스템이 작동한다. 그러나 이는 매우 복잡하여 일부 작동 원리가 밝혀진 것을 제외하면 아직 미개척 분야이다. 현재 알려진 분자 모터나 기계들은 DNA를 포함한 생물분자 그리고 (폴리)로탁센 등 초분자 시스템을 이용하여 설계해 왔다.

단백질과 합성고분자 등 대부분의 거대 집합체 구조를 갖는 기능성 물질은 많은 수의 작은 단위체가 화학결합을 통해 형성된 것이다. 그러나 폴리로탁센은 진주목걸이처럼 구슬과 실이 물리적으로 꿰어져서 크고 복잡한 집합체 구조를 이루어 기능성을 갖게 된다. 로탁센(rotaxane)의 어원은 라틴어 rota와 axis의 복합어로 wheel(바퀴)와 axle(축)을 뜻한다.

이처럼 화학결합을 통하지 않고 구슬과 실처럼 서로 꿰어져서 물리적으로 크고 복잡한 물질을 창출하고자 하는 꿈은 오랫동안 많은 화학자들의 상상력에만 머물러 있었다. 그러던 중 최근 나노 과학기술이 등장하고 그 성과가 축적되면서 다양한 폴리로탁센의 제조 기술이 개발되어 주목받게 되었다. 그러나 이들 방법은 예외없이 구슬과 실 또는 그 후보물질을 따로 제조한 후 서로 꿰는 방식을 택하고 있어 절차가 길고 복잡하며 비경제적이다.

이에 반해 이번에 이심성 교수 연구진이 개발한 방법은 출발물질로 실과 구슬을 동시에 만들고 이들이 서로 자기인식 기능을 통해 꿰어지기까지 하는 방식으로 모든 과정이 한 단계로 이루어진다. 이를 확률로 따지면 기적에 가까울 정도로 낮아 전 세계 어느 연구진도 성공한 사례가 없다. 4년 전 이 결과를 처음 얻은 이심성 교수 연구진도 이러한 결과가 어떻게 가능했는지 그 답을 얻기 위해 그 과정을 반복하면서 이론 및 실험적으로 검토한 결과 그 원리를 합리적으로 설명하는 데 성공하였다.

폴리로탁센의 응용은 구체적으로 확립되지는 않았지만 분자 모터 등 나노 에너지장치에서 인공근육 등 의학 분야 그리고 미래형 분자컴퓨터의 저장장치 등의 다양한 미래 나노기술에 접목될 수 있을 것이라고 과학자들은 예상하고 있다.

이번 연구결과는 화학 분야 최정상 학술지인 '미국화학회지'(Journal of the American Chemical Society, 인용지수 12.113) 8월호에 게재되었다. 이 연구는 미래창조과학부와 한국연구재단의 기초연구실(BRL) 및 핵심연구 지원사업(연구책임자 이심성 교수)을 통해 재정지원을 받아 이루어졌다.

이 연구에는 호주 시드니대 린도이 교수, 퀸즈랜드대 클래그 교수 그리고 경상대 기초과학연구소 박기민 교수가 공동으로 참여하였다.

이 논문의 제1저자인 경상대 화학과 박사과정 주희영 씨는 포스코 청암재단의 박사과정 펠로에 선정된 인재이다.

주희영 씨는 "1~2분이면 설명할 수 있는 내용을 너무 긴 세월 동안 몰두하느라 힘들었는데 최고의 학술지에서 가치를 인정해 주어 기쁘다. 지도교수님과 청암재단에 감사한다"고 소감을 밝혔다.