경상대학교 자연과학대학 화학과 이심성 교수팀이 원통형 필라아렌 유도체를 이용해 나노과학의 핵심소재인 ‘2차원 폴리로탁세인’을 제조하는 획기적 방법을 개발했다고 18일 밝혔다.

로탁세인(rotaxane)은 바늘코(또는 구슬)에 실을 꿰는 것처럼 반응물들이 물리적 또는 기계적으로 얽혀서 생성된 물질을 의미하며, 로탁세인 및 이들의 고분자인 폴리로탁세인은 구조적으로 흥미로울 뿐 아니라 차세대 나노기술로 주목받는 분자모터 등 다양한 분자기계의 원천물질로 주목받고 있다.

현재까지 불과 몇 가지 2차원 폴리로탁세인이 보고돼 있으며 그 제조법은 △바늘코에 실을 꿰고, △이를 일직선으로 상호 연결하여 1차원 구조를 만든 후, △나란히 배열된 1차원 구조를 다리결합으로 천을 짜듯이 2차원으로 만드는 과정을 거친다. 특히 기존 방법에서는 실을 꿸 때 사용하는 성분과 다리결합에 사용하는 성분은 전혀 다른 물질이었다.

이 교수 연구팀은 자체 설계한 필라아렌 유도체를 은 이온 및 선형분자인 이시아노옥탄과의 단 한 번의 반응을 통해 높은 수율로 2차원 폴리로탁세인 제조에 성공했고, 그 구조를 X-선 단결정 회절 분석으로 규명했다.

놀라운 점은 이 방법에서는 한 가지 선형분자가 바늘코를 꿰고 다리결합에도 참여해 두 가지 역할을 동시에 한다는 것이다(그림 참조). 실제 한 가지 선형분자가 이처럼 서로 다른 두 기능을 보이는 것은 두 선형분자 사이의 큰 반발력 때문에 거의 불가능한 것으로 그동안 알려져 왔다.

경상대 이심성 교수(왼쪽)과 이은지 박사./경상대학교/

따라서 이 연구의 두 핵심 발명은 한 가지 선형분자로 2차원 폴리로탁세인을 제조한 것과 이 물질이 만들어지는 합리적인 경로를 제안한 것이다.

이 연구결과는 화학 및 응용화학 분야 최정상 학술지인 안게반테 케미에 최근 ‘핫 논문 (Hot paper)’으로 선정돼 게재됐다.

한편 이 논문의 제1저자인 이은지 박사는 이 교수 연구실에서 박사과정 및 BK21 박사후 연구원으로 있으면서 이번 연구를 수행했다.

강진태 기자 kangjt@knnews.co.kr