[스마트경제=복현명 기자] 김용주 고려대학교 KU-KIST 융합대학원 융합에너지공학과 교수팀이 세포막의 거동을 모방해 2차원 평면 구조에서 3차원 나노 소포 구조로 스스로 변하는 2차원 초분자 신소재를 개발하고 그 메커니즘을 규명했다.
세포막은 지질 분자들이 자가 조립(self-assembly)된 자연계에 존재하는 대표적 2차원 초분자로 외부 환경 변화를 인지해 그 구조와 기능을 스스로 가역적으로 바꾸는 특징을 지닌다. 특히 세포막은 2차원 평면 구조와 3차원 소포 사이의 가역적인 구조 변화를 통해 생체 내 다양한 기능을 수행하고 있다.
그러나 이러한 세포막의 흥미로운 거동이 분자 수준에서 정확하게 이해되지 않고 있어 세포막을 모방한 다목적 소재 개발 연구에 제약을 지니고 있다.
이번 연구에서는 π-전자 밀도에서 차이가 나는 두 방향족 화합물의 donor-acceptor 상호작용을 활용해 수용액 상에서 수 마이크로미터 길이와 2 nm의 두께를 지니는 초박막 2차원 신소재를 개발했다.
연구진은 2차원 평면 구조가 시간이 지남에 따라 스스로 구조를 바꿔 평면 소재 표면에서 봉오리를 형성하고 궁극적으로는 매우 일정한 사이즈의 나노 소포로 변환됨을 보였다. 이러한 결과는 세포막의 거동을 그대로 모방한 차세대 2차원 신소재 개발이라고 볼 수 있다.
특히 연구진은 핵자기공명 분광법, 자외선 흡수 분광법과 같은 각종 분광법과 분자 시뮬레이션, 전자현미경 분석 등을 활용해 분자 수준에서의 정확한 이해를 바탕으로 2차원 평면 구조의 나노 소포 변환 메커니즘를 밝혀냈다.
이번 연구에서 개발한 새로운 2차원 평면 소재는 다양한 물질들을 자발적으로 스스로 포집할 수 특성을 지니고 있어 차세대 약물 전달 시스템과 mRNA백신을 위한 나노전달체로 활용될 예정이다.
게다가 본 연구에서 밝혀낸 분자 간의 상호작용, 거동의 이해는 추후 새로운 스마트 소재 연구 개발을 위한 중요한 발판을 마련할 것으로 기대된다.
한국연구재단(개인기초연구사업과 기초연구실지원사업)과 KU-KIST 사업의 지원을 받아 수행한 이번 연구는 화학분야 권위 학술지인 미국화학회지(Journal of the American Chemical Society)에 2022년 9월 13일자로 온라인 게재됐다.
복현명 기자 hmbok@dailysmart.co.kr
