약품·식품 부작용, 원천 차단 가능해지나

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60여 년 전 임산부들의 입덧 방지용으로 쓰이던 탈리도마이드란 약은 기형아를 유발할 수 있다고 알려지며 금지된 바가 있다. 이는 성분과 분자 구조가 다른 데 따라 발생하는 카이랄 특성(비대칭성) 때문이다. 전신 마취제로 쓰이는 케타민은 카이랄 성질이 다를 경우 마약류에 해당되며, 설탕보다 단맛이 160배 강한 아스파탐도 카이랄 성질이 다를 뿐 동일한 성분으로 이뤄졌다. 이러한 카이랄 성질을 제어할 수 있는 기술이 국내 연구진에 의해 개발돼 주목받고 있다.

30일 KAIST에 따르면 화학과 윤동기 교수 연구팀은 카이랄 구조체를 규칙적으로 제어하는 데 성공했다. 특히 기존의 공간적 한정 효과(물질을 좁은 공간에 갇히게 해 변형을 유도하는 방법)만으로는 규칙적인 제어가 어려웠던 마이크로 크기의 구조체에서 성공을 이뤄내 의미를 더했다.

연구팀은 공간적 한정 효과에 의해 쉽게 카이랄 구조체를 형성할 수 있는 생체 친화적인 크로모닉 액정(물에 특정 농도 이상 녹았을 때 액정상을 띄는 동전 모양의 분자)에 주목했다. 액정 정렬에 변형이 발생했을 때 분자 구조는 카이랄 성질을 지니지 않지만, 쉽게 카이랄 구조체를 제작하는 성질을 띄게 된다. 만약 이러한 변형을 제어할 수 있다면 형성되는 카이랄 구조체 또한 제어할 수 있다는 데 집중한 것이다.

이에 연구팀은 크로모닉 액정 물질을 활용해 3차원 카이랄 구조체를 제작했다. 이어 마이크로 크기 패턴이 있는 기판과 유리 기판 사이에 액정을 주입해 공기 주머니를 자발적으로 형성시켰다. 이를 통해 액정 단위체들이 자발적으로 공기 기둥 주위에 규칙적으로 뒤틀림 현상을 유발하는 시스템을 개발했다. 연구팀은 이 시스템을 이용해 뒤틀림 현상을 효과적으로 제어하면서 자발적으로 형성되는 카이랄 구조체를 넓은 면적에서 제어할 수 있게 됐다.

제어된 카이랄 구조체들은 살아 있는 박테리아의 움직임을 인도하거나 금속 나노 입자의 카이랄 조립 또는 카이랄 유체의 거동을 해석하는 등 다양한 분야에 응용될 수 있다. 구체적으로 식품이나 약물의 효능이 바뀌는 카이랄 물질을 검출하는 센서나 박테리아 움직임 제어, 특정 모양의 세포 성장 등에 활용될 수 있다.

윤동기 교수는 "의약품이나 관련 화학 산업에서 물질의 카이랄 성질은 독성 또는 부작용과 밀접한 관련이 있다"며 "이번 연구를 통해 카이랄 성질에 대해 더 깊은 이해를 하고 관련 사고를 방지할 수 있을 것"이라고 밝혔다.장진웅 기자



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