[대전=뉴스핌] 김태진 기자 = KAIST는 화학과 윤동기 교수 연구팀이 카이랄 특성이 없는 생체 친화적인 크로모닉 액정 물질의 자발적 조립을 통해 카이랄 구조체를 규칙적으로 제어하는 데 성공했다고 30일 밝혔다.

카이랄(Chiral)은 수학, 화학, 물리학, 생물학 등 다양한 과학 분야에서 비대칭성을 가리키는 용어 중 하나로 어떤 대상의 모양이 거울에 비춘 모양과 일치하지 않을 때 카이랄 성이 존재한다고 일컫는다.

연구팀은 이번 연구를 통해 기존의 공간적 한정 효과 (Confinement effect)만으로는 규칙적인 제어가 어려웠던 마이크로 크기의 구조체를 규칙적으로 제작하는 데 성공했다.

자발적 카이랄 구조체 형성 모식도[사진=카이스트] = 2020.11.27 memory4444444@newspim.com

향후 생체 친화적 액정기반의 재료를 활용해 카이랄 센서, 박테리아의 거동 제어 및 세포 성장과 같은 응용기술에 다양하게 활용될 것으로 전망된다.

윤 교수팀은 기존에 널리 사용되는 액정영상표시장치(LCD)의 핵심 재료로 사용되는 일반형 액정분자가 아닌 생체 친화적인 크로모닉 액정 물질을 이용해 3차원 카이랄 구조체를 제작했다.

연구팀은 액정분자들의 규칙적인 제어를 위해 배향막을 포함한 마이크로 크기 패턴이 있는 기판과 유리 기판 사이에 액정을 주입해 공기주머니를 자발적으로 형성시켰다.

이를 통해 액정 단위체들이 자발적으로 공기기둥 주위에 규칙적으로 뒤틀림(distortion) 현상을 유발하는 시스템을 개발했다.

카이랄 첨가제 첨가 유무에 따른 카이랄 구조체 형성 그림[사진=카이스트] = 2020.11.27 memory4444444@newspim.com

연구팀은 이 시스템을 이용해 뒤틀림 현상을 효과적으로 제어하는 한편 자발적으로 형성되는 카이랄 구조체를 넓은 면적에서 제어하는 데 성공했다.

제어된 카이랄 구조체들은 살아있는 박테리아의 움직임을 인도하거나 금속 나노 입자의 카이랄 조립, 카이랄 유체의 거동을 해석하는 등 다양한 분야에 응용할 수 있다.

의약품 및 관련 화학산업에서 물질의 카이랄 성질은 독성 및 부작용과 매우 밀접한 관련이 있다.

KAIST 박건형 박사과정(왼쪽)과 윤동기 교수가 기념사진을 촬영하고 있다.[사진=카이스트] = 2020.11.27 memory4444444@newspim.com

윤 교수는 "60여년전 임산부들의 입덧 방지용으로 쓰이던 탈리도마이드(thalidomide)라는 약은 카이랄 성질이 다를 경우 기형아를 유발할 수 있어 판매 금지된 바 있다ˮ며 "이번 연구를 통해 카이랄 성질에 대해 더욱 깊은 이해를 하고 관련 사고를 방지할 수 있을 것ˮ이라고 말했다.

이번 연구는 과학기술정보통신부-한국연구재단의 멀티스케일 카이랄 구조체 연구센터, 전략과제, 과학기술국제화사업의 지원을 받아 수행됐다.

KAIST 박건형 박사과정 학생이 제1 저자로 참여한 이번 연구 성과는 국제 학술지 'ACS 센트럴 사이언스(ACS Central Science)' 온라인 판에 실렸다.

연구결과의 우수성을 인정받아 ACS 센트럴 사이언스 11월호 표지논문(Front Cover)으로 채택됐다.

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