IBS 複雜系 自己組立 硏究團
소리를 利用한 키랄性 分子들의 空間的 分離. IBS 提供.
雙둥이처럼 自然系 많은 分子들도 雙둥이 分子가 있다. 이들은 서로 完全히 다른 性質을 가지기도 한다. 溶液 안에서도 늘 함께 存在하기 때문에 따로 分離하기 어렵다는 게 定說이었다.
基礎科學硏究院(IBS)은 金基文 複雜系自己組立硏究團長 硏究팀이 소리만을 利用해 한 溶液 안에서 서로 다른 特性을 갖는 雙둥이 分子를 空間的으로 分離하는 데 成功했다고 16日 밝혔다.
副作用을 없앤 醫藥品 開發 等 다양한 化學反應에 應用할 수 있는 硏究成果다. 硏究結果는 化學 分野 國際學術誌 ‘켐’ 16日子에 실렸다.
雙둥이 分子로 說明된 分子는 ‘거울像 異性質性’ 또는 ‘키랄性’ 分子로 불린다. 서로 거울에 비친 모습과 같은 構造를 갖는 分子의 性質을 의미한다. 아무리 회전시켜도 겹쳐지지 않는 特性이 있다.
醫藥品 開發 等 化學 分野에서 키랄姓은 매우 重要하다. 醫藥品과 反應하는 生體 分子들이 特定 키랄性을 갖는 分子만을 活用하기 때문이다. 反對의 키랄性을 갖는 分子는 效果가 없거나 甚至於 해로운 作用을 하기도 한다.
一例로 1950年代 유럽에서 販賣된 藥物 ‘탈리도마이드’의 境遇 한쪽 거울像 異性質體는 입덧을 緩和하는 效果가 있었지만 反對쪽 키랄性 異性質體는 血管 生成을 抑制하는 副作用이 있었다. 이 藥물로 約 1萬名 以上의 畸形兒가 태어나기도 했다.
하지만 키랄性 分子들은 溶液 안에서 두 物質을 分離하는 게 不可能한 것으로 여겨졌다. 物理化學的 特性이 類似하기 때문이다.
硏究팀은 소리를 利用해 溶液 안에서 키랄性 分子들을 分離하는 새로운 아이디어를 냈다. 스피커 위에 페트리 접시를 올려둔 뒤 周波數 100헤르츠(Hz) 以下의 소리를 再生하면 微細한 上下 振動으로 접시 內에는 同心圓 模樣의 물결이 생긴다. 물결에는 움직이지 않는 마디 部分과 週期的으로 上下運動을 하는 마루와 골이 있다. 마디는 一種의 ‘가림幕’ 役割을 한다. 마디를 境界로 溶液이 서로 섞이지 않고 區劃化되는 現象이 나타나기 때문이다.
이 原理에 着眼한 硏究팀은 마디를 境界 삼아 酸化 還元에 따라 서로 다른 키랄성을 보이는 分子를 利用해 實驗을 進行했다. 페릴린 다이이미드(PDI) 分子는 L-페닐알라딘 誘導體 分子와 結合하면 왼쪽 方向으로 꼬인 高分子를 形成한다. 反面 PDI 分子가 還元되면 오른쪽 方向으로 꼬인 高分子를 이룬다. 키랄性이 다른 두 分子는 各各 붉은色과 푸른色을 띤다.
硏究陣은 還元된 PDI/LPF 溶液이 담긴 접시에 소리를 再生했다. 空氣와 接觸이 活潑한 마루 部分에서는 酸化 反應이 일어나며 溶液이 붉은色으로 變했다. 이에 따라 페트리 접시에는 酸化된 붉은色과 旣存의 푸른色이 번갈아 나타나는 同心圓 模樣의 色깔 패턴이 나타났다. 서로 다른 키랄성을 가지는 物質이 한 溶液 안에서 各各 다른 領域에 存在한다는 意味다.
金基文 團長은 “소리는 에너지가 작아 化學反應에 影響을 주지 못한다고 여겨졌지만 이番 硏究를 통해 소리로 酸化還元 反應, 酵素 反應 等을 調節할 수 있음을 보여줬다”며 “特히 이番 硏究 結果가 醫藥品 製造 等 키랄性 物質의 分離?調節이 必要한 여러 化學 反應에서 劃期的 道具로 使用되길 期待한다”고 말했다.
