KAIST, 자발적 ‘카이랄’ 구조체 형성과 제어 성공

▲자발적 카이랄 구조체 형성 모식도. 크로로모닉 물질이 액정상을 보이는 농도에서 충분한 공간적 한정효과를 부여했을 때, 자발적으로 카이랄 구조체를 형성한다. (사진제공=한국과학기술원)

국내 연구팀이 자발적 ‘카이랄’ 구조체의 형성과 제어에 성공했다. 생체 친화적 재료 활용, 센서와 박테리아 제어, 세포 성장 기술 등 다양한 응용이 가능할 것으로 전망된다.

한국과학기술원(KAIST)은 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 하나이다. 어떤 대상의 모양이 거울에 비춘 모양과 일치되지 않을 때 카이랄 성이 존재한다고 일컫는다.

연구팀은 기존에 널리 사용되는 액정영상표시장치(LCD)의 핵심 재료로 사용되는 일반형 액정분자가 아닌 생체 친화적인 크로모닉 액정 물질을 이용해 3차원 카이랄 구조체를 제작했다. 복잡한 3차원 카이랄 구조체를 균일하게 제어하기 위해서는 극한으로 액정 단위체들의 거동을 제어하고 적절한 조립 환경을 제공해야 하는데 기존에는 관련 제어기술이 없어 응용되지 못했다.

연구팀은 액정분자들의 규칙적인 제어를 위해, 배향막을 포함한 마이크로 크기 패턴이 있는 기판과 유리 기판 사이에 액정을 주입해 공기주머니를 자발적으로 형성시켰다. 그 결과 액정 단위체들이 자발적으로 공기기둥 주위에 규칙적으로 뒤틀림(distortion) 현상을 유발하는 시스템을 개발했다. 이를 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 응용될 수 있다.

윤동기 교수는 “의약품 및 관련 화학산업에서 물질의 카이랄 성질은 독성 및 부작용과 매우 밀접한 관련이 있다. 60여 년 전 임산부들의 입덧 방지용으로 쓰이던 탈리도마이드(thalidomide)라는 약은 카이랄 성질이 다를 경우 기형아를 유발할 수 있다는 점 때문에 금지된 바가 있다”면서 “이번 연구를 통해 카이랄 성질에 대해 더욱 깊은 이해를 하고 관련 사고를 방지할 수 있을 것”이라고 말했다.

이번 연구는 과학기술정보통신부-한국연구재단의 멀티스케일 카이랄 구조체 연구센터, 전략과제, 과학기술국제화사업의 지원을 받아 수행됐다. 연구 논문은 국제 학술지 ‘ACS 센트럴 사이언스(ACS Central Science)’ 온라인판에 실렸다.