[서울=뉴시스]김수연 인턴 기자 = 남좌민 서울대 화학부 교수 연구팀이 기계적으로 엮여 끊어지지 않는 나노물질을 최초로 합성하는 데 성공해 오늘 Nature 자매지인 국제 학술지 'Nature Synthesis'에 게재했다고 밝혔다. Nature Synthesis는 이번 연구를 표지논문으로 선정했으며, Research Briefing으로도 선정해 비중 있게 다뤘다고 서울대 측은 전했다.
여러 나노입자를 모아 새로운 조립 구조를 형성하면 뛰어난 성질을 가진 새로운 물질을 만들 수 있는데 현재까지는 원하는 형태의 조립 구조를 만들기 위해 DNA와 같은 입자 간 상호작용물질을 활용했다. 하지만 이러한 기능성 물질은 안정하지 않아 잘 끊어지며 거대한 조립 구조를 무너트린다. 따라서 전체 구조를 이루는 나노입자 간에 끊어지지 않는 결합 설계를 하는 것이 전체적인 조립 구조와 성질을 유지하고 조절하는 데 필수적이지만 구현된 적은 없었다.
본 연구팀은 고리 모양의 분자가 기계 결합(mechanical bond)으로 서로 엮인 카테닌(catenane)이라는 분자에서 영감을 받았다. 연구팀에서 합성한 나노카테닌은 카테닌 분자와 마찬가지로 두 개의 고리가 서로 엮여있으며, 이러한 구조적인 특징이 두 나노 고리를 끊어지지 않고 영구적으로 엮여있도록 한다(그림 참조). 본 연구에서는 나노기계결합, 나노카테닌 등이 최초로 구현됐다.
본 연구팀은 빛에 강하게 감응하는 플라즈모닉(plasmonic)한 재료인 금을 소재로 나노카테닌 구조를 합성했다. 이러한 금의 특성을 활용해 3D 디스플레이 기술과 생체분자 검지 기술 등에 유용한 카이랄 (chiral) 광학 특성인 원편광 이색성(circular dichroism)이 나타남을 확인했다. 더 나아가 빛에 의해 기계적 움직임이 제어되고 카이랄 특성을 조절하고 변화시킬 수 있는 나노머신을 개발했다. 본 연구팀이 개발한 나노머신은 일직선으로 작용하는 힘을 회전 움직임으로 변환할 수 있으며, 이때 형성되는 힘은 근단백질의 주요성분인 미오신(myosin)이 만들어내는 힘의 10배임을 밝혀냈다.
연구팀은 이번 연구가 나노입자 사이의 결합과 나노입자 조립체에 대한 개념을 확장하는 데 기여하고, 나노머신(nanomachine)과 나노로봇(nanorobot), 바이오센서, 디스플레이 등의 연구 분야에 폭넓고 다양한 활용이 가능할 것으로 기대된다고 밝혔다.
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