▲ 한국과학기술원 이희승 교수

이달의 과학기술인상 3월 수상자로 한국과학기술원(KAIST) 화학과 이희승 교수를 선정했다고 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 밝혔다.

과기정통부와 연구재단은 이희승 교수가 금속물질로만 가능했던 자기 나침반을 순수 유기화합물로 구성된 펩타이드를 이용하여 개발함으로써 생체친화적인 분자기계 개발의 단초를 마련한 공로가 높이 평가되었다고 선정배경을 설명했다. 분자기계란 빛, 열, 자기력 등 외부 자극을 이용해 회전, 전진과 같은 기계적인 움직임을 조작할 수 있도록 설계한 5∼10㎚ 크기의 인공 분자 또는 분자집합체를 말한다.

빛과 열 같은 외부자극에 반응하여 역학적 움직임을 구현하는 분자기계 개발은 합성화학, 나노소재 분야의 오랜 도전과제이다. 그 중에서도 자기력은 물성을 파괴하지 않는 비침입성 자극원이라는 장점이 있지만, 기계적인 제어가 어려워 주목받지 못했다.

특히 펩타이드 같은 반자성 유기분자들은 수 테슬라(Tesla) 이상의 강력한 자기장에서도 반응하지 않는다. 이 때문에 학계에서는 반자성 물질의 움직임을 실시간으로 제어하는 것은 불가능하다고 여겨왔다. 반자성(diamagnetic)이란 물질에 자기장을 작용시킬 때, 자화가 자기장의 방향과 반대로 생겨 자석에서 멀어지는 성질을 말한다.

이희승 교수는 체내에 마그네토좀이라는 자기 나침반을 지닌 주자성 박테리아의 행동 양식에 착안, 막대기 모양의 펩타이드 자기조립체인 폴덱쳐를 이용하여 나침반처럼 실시간으로 자기장의 방향에 따라 정렬하는 펩타이드 자기 나침반을 개발하는 데 성공했다. 폴덱쳐(foldecture)란 아미노산의 결합체인 펩타이드 분자들이 높은 결정성과 일정한 규칙성을 갖도록 설계한 3차원 비금속 유기분자구조체이다.

실험 결과, 폴덱쳐는 MRI의 자기장보다 약한 1테슬라 이하의 회전 자기장에서도 실시간으로 감응하여 정렬하고 수용액 상에서 실시간 회전운동도 가능하다는 사실이 증명되었다. 실제 약 3㎜ 크기의 펩타이드 자기 나침반은 30rpm 이상의 회전성 자기장을 가리킬 수 있었다.

이희승 교수는 “그동안 주목받지 못했던 자기장을 외부자극으로 이용한 분자기계 개발의 새로운 설계원리를 제시함으로써 신개념의 생체친화적 분자기계 개발 등 다양한 응용이 기대된다”라고 연구 의의를 밝혔다.