영남매일신문

(대전) 이주영 기자 = 국내 연구진이 생체분자인 펩티드만으로 구성된 자기조립(self assembly) 물질을 이용해 자기장에 따라 방향을 바꾸고 회전할 수 있는 자기 나침반을 만들었다.

정적 자기장 아래에서 펩티드 자기조립체인 폴덱쳐(foldecture)가 보이는 자기정렬현상. 자기장과 반대 방향의 자성을 띠는 순수 유기합합물인 펩티드의 자기조립체인 폴덱처는 수만테슬라(T)의 강한 자기장에도 잘 반응하지 않는 일반적인 반자성 물질과 달리 1테슬라 이하의 외부 자기장에도 반응해 정렬하는 현상을 보인다.<<KAIST 제공))

한국과학기술원(KAIST·총장 강성모) 화학과 이희승 교수가 이끄는 생체모방 유기분자 연구팀은 2일 순수 유기화합물로 구성된 펩티드 자기 나침반을 개발했다고 밝혔다.

이 연구결과는 국제학술지 '네이처 커뮤니케이션스'(Nature Communications, 10월 29일자) 온라인판에 게재됐다.

그러나 펩티드처럼 자기장과 반대 방향의 자성을 띠는 반자성(diamagnetic) 유기분자들은 금속성 물질보다 자기민감성(magnetic susceptibility)이 매우 낮아 지구자기장보다 수만배 강한 수테슬라(T) 이상의 강한 자기장에도 반응하지 않기 때문에 비자성(non-magnetic) 물질로 취급됐다.

이론적으로는 반자성 분자도 일정한 규칙으로 정렬된 집합체가 되면 반자성 정렬(diamagnetic alignment)이 가능해 외부자기장 변화에 실시간으로 반응하는 분자기계를 만들 수 있지만 이를 실험적으로 증명한 예는 없었다.

연구진은 이 문제 해결을 위해 펩티드가 단백질처럼 접힘(folding) 형태로 결합한 폴대머(foldamer)를 자기조립방식으로 결정성을 높은 구조의 폴덱쳐(foldecture)라는 독창적인 나선형 펩티드 분자 자기조립체를 만들었다.

폴덱처는 독특한 3차원 모양의 크기가 일정한 비금속 유기물질로 반자성 특성을 보이지만 이를 구성하는 펩티드 분자들이 높은 결정성과 일정한 규칙성을 갖게 설계돼 있어 외부 자기장 방향에 따라 스스로 정렬하는 특성이 있다.

외부자기장에 반응해 정렬현상을 보이는 폴덱처를 주사전자현미경으로 촬영한 사진. 자기장과 반대 방향의 자성을 띠는 반자성 물질인 펩티드가 자기조립으로 결합한 순수 유기화합물인 폴텍처는 외무자기장 방향에 따라 스스로 정렬하는 현상을 보인다. <<KAIST 제공>>

폴덱처는 자기공명영상(MRI) 자기장 세기보다 약한 1테슬라 이하의 회전 자기장에도 실시간으로 감응하며 정렬해 수용액에서 실시간 회전운동도 가능한 것으로 확인됐다.

연구진은 몸 안에 자기나침반이 있어 자기장에 반응하는 마그네토좀이라는 주자성 박테리아(magnetotactic bacteria)에 착안, 폴덱쳐로 외부 자기장의 방향 변화를 민감하게 가리키고 분당 30회 회전할 수도 있는 수밀리미터 크기의 하이드로겔 나침반을 만드는 데 성공했다.

연구진은 이 연구에서 밝혀진 펩티드 자기조립체의 반자성 정렬 현상은 반자성 물질 연구에 대한 새로운 시각을 제시했다며 폴대머 및 펩티드 자기조립 연구와 자극반응성 분자기계, 유기나노물질의 움직임 제어 등 다양한 관련 응용연구에 기여할 것으로 기대하고 있다.

이 교수는 "이 성과로 자기제어가 가능한 생체 친화적 유기 나노·마이크로소재 연구 개발이 활성화될 것으로 기대한다"고 말했다.

한국과학기술원(KAIST) 화학과 이희승 교수

scitech@yna.co.kr

생체분자 펩티드로만 구성된 자기 나침반 만들었다

KAIST 이희승 교수 "자기제어가 가능한 생체 친화적 유기 나노·마이크로소재 연구 기대"