화학은 분자과학이라고도 표현한다. 분자 수준 물질을 이해하는 학문이다. 원자·분자 등 작은 입자가 많이 모였을 때 특성 파악을 위해 통계역학과 양자역학 등을 활용하기도 한다. 실제 실험으로 확인할 수 있지만 물리법칙에 분자가 움직이는 것을 계산으로 예측할 수도 있다.
분자 움직임을 예측할 때, 간단한 활동은 방정식을 적용해 푼다. 그러나 직접 손 댈수 없는 복잡한 분자 활동은 컴퓨터로 계산해 분자 특성을 이해할 수 있다. 바로 계산화학이다. 신약을 개발할 때도 작은 유기 분자가 단백질과 결합해 상호작용 하는 현상을 이해해야한다. 계산화학에서는 컴퓨터를 이용해 유기분자·단백질 상호작용과 디자인(형태)을 예측한다.
서울대 화학부는 대학원에서 계산화학 수업이 먼저 개설되고 학부 수업으로 이어졌다. 처음 수업이 개설될 때는 컴퓨터 실습실에서 작은 서버나 PC를 이용했다. 20∼30명이 동시에 수업을 진행해 단순한 계산만 가능했다. 지난해 에디슨 프로그램을 도입해 웹 기반 시뮬레이션 소프트웨어(SW)를 사용하기 시작했다. 대상 분자 특성 데이터를 학생이 직접 만들어 SW에 입력하고 에디슨 프로그램이 계산해 시각화되는 원리다. 신석민 서울대 화학부 교수는 “여러 물질 분자를 시각화해 반응을 직접 눈으로 볼 수 있어 학생 이해도가 높아졌다”며 “일반 화학뿐 아니라 이과·공업·농업 분야 학생들이 분자 활동을 파악하기 위해 수업 참여가 많아졌다”고 말했다.
계산 화학 자체 접근성도 높아졌다. 일반적으로 화학분야를 계산으로 연구하는 분야를 학생이 접하기는 쉽지 않다. 에디슨 프로젝트 도입 후 화학 연구를 쉽게 접할 수 있는 기회가 많아졌다. 이민준 서울대 화학부 대학원 1년생은 “일반 학부생이 논문 수준 화학분야 연구를 할 환경이 갖춰지지 못했지만 에디슨을 활용해 과거에 못했던 연구도 도전해 볼 수 있다”며 “다양한 접근 방법으로 계산화학을 공부하는 길이 넓어졌다”고 평가했다.
부산대에서도 장준경 교수 주도로 일반화학·물리화학 등 4개 교과목에서 총 115명 학생이 에디슨 프로그램을 활용한다. 컴퓨터 시뮬레이션으로 막대한 실험 비용을 줄일 수 있었다. 장 교수는 “실험적으로 접근하기 어렵거나 분석이 힘든 화학 현상을 가상 SW로 연구해 이해를 높일 수 있다”며 “자체 개발한 에디슨 SW를 사용하기 때문에 고가 외산 SW 구입 비용 지출을 대체할 수 있다”고 설명했다. 부산대서는 모세혈관 응축 현상과 관련한 에디슨 SW 업그레이드 작업을 진행 중이다.
전국 계산 화학 분야 대학에서 에디슨 프로젝트에 참여하고 있는 대학은 10곳이다. 15개 과목이 개설돼 있으며 1077명이 6747건 시뮬레이션을 수행했다. 올해 4월 대한화학회와 연계해 에디슨 경진대회를 개최했다. 17개팀 38명이 참여해 기량을 겨뤘다.
권동준기자 djkwon@etnews.com
