한국과학기술원(KAIST·총장 이광형) 연구진이 천연물 합성 원리를 바탕으로 빛으로 온·오프가 가능한 분자 스위치 신소재 원천기술을 확보했다.
KAIST는 한순규·윤동기 화학과 교수팀이 항암 및 퇴행성 뇌 질환 치료 효과로 학계의 꾸준한 관심을 받는 세큐리네가 알칼로이드 천연물 군에 속하는 세큐린진 B의 합성 방법을 세계 최초로 밝혀내고, 이 과정에서 발견한 화학적 반응성을 응용해 새로운 타입의 분자 광스위치를 개발했다고 11일 밝혔다.
한 교수팀은 천연물 합성에 머무르지 않고 이 분자 재배열 원리를 바탕으로 서로 다른 파장의 빛을 통해 가역적으로 형태와 성질이 바뀌는 분자 광스위치를 고안했다.
천연물에 전자주개 치환기를 달자 가시광선 영역의 빛을 흡수하면서, 무색인 기본 천연물과 달리 신물질은 노란색을 띠었다.
이렇게 새로 만든 천연물 유래 소재에 파란색 빛을 쬐었더니 수 초 뒤 색이 없어졌다. 빛에 의해 분자구조가 변형되면서 물질의 성질이 바뀌어 더 이상 색을 띄지 않게 된 것이다. 게다가 이 변형된 구조의 물질에 310나노미터(㎚) 파장의 자외선을 쬐었더니 다시 구조가 원래대로 돌아오면서 노란색이 됐다.
한 교수팀은 새로이 개발한 광 감응 물질을 고분자에도 적용했다. 연구팀은 PDMS(연성고분자의 일종) 고분자에 분자 광스위치 물질을 혼합하고 굳혀서 427㎚ 파장의 파란색 가시광선을 쬐어주면 무색이 되고 310㎚ 파장의 자외선을 쬐어주면 노란색으로 변하는 젤리 물질을 개발했다.
연구팀은 새로 개발한 광스위치 소재를 광학재료 분야에 접목하고자 같은 학과 윤동기 교수 연구팀과 광 감응 카이랄 혼입제 개발에 착수했다. 디스플레이 분야에 적용하기 위해 액정 물질에 파란색 빛을 쬐었을 때 카이랄 액정의 꼬임 주기가 변하면서 광스위치의 성질도 여전히 가지는 것을 관찰했다.
이번에 개발한 광스위치는 분자 내에서 결합이 이동해 분자구조가 바뀌는 혁신적인 작동 원리에 기반해 분자 광스위치 관련 분야 연구자의 눈길을 끌었다. 파장에 따른 색 변화뿐 아니라 형광의 온·오프도 가능하기 때문에 형광 탐침자로써 생물학 분야에도 응용가능하다.
한 교수는 “이번 성과는 천연물 합성이라는 기초과학 연구 과정에서 발견한 원리를 다양하게 응용 가능한 새로운 분자 광스위치 개발로 연결한 사례”라며 “새로운 기술의 개발을 위해서는 자연현상의 작동 원리를 탐구하는 기초과학 연구가 굉장히 중요하다는 것을 다시 한번 일깨워준 계기가 됐다”고 밝혔다.
KAIST 화학과 박상빈 석박사통합과정 학생이 제1 저자로 참여한 이번 연구는 '셀 프레스'에서 발간하는 국제 학술지 '켐(Chem)'에 10월 31일 자 게재됐다.
김영준 기자 kyj85@etnews.com
