이승우 교수팀, 네이쳐 게재
의약품 특성 결정짓는 '카이랄성' 눈으로 확인한다.
오른손과 왼손의 입체 구조는 동일해 보인다. 하지만 왼손용 장갑을 오른손에 착용할 수 없다. 이렇게 서로 거울상 대칭이지만 겹쳐지지 않는 특성을 ‘카이랄’이라 한다. 국내 연구팀이 카이랄 관련 새로운 물리 현상을 발견했다. 물질 분석이나 재료 합성 분야에 학문적 진보를 이끌었다는 평가가 나온다.
과학기술정보통신부는 남기태 서울대 교수와 이승우·박규환 고려대 교수 공동 연구팀이 카이랄 나노 입자 기반 빛-물질 간 상호작용에 대한 새로운 물리현상을 발견하고 이를 국제학술지 네이처에 15일 발표했다고 밝혔다.
카이랄성은 아미노산이나 DNA, 단백질 등 다양한 생체 분자에서 확인된다. 다양한 생명 현상의 방향성을 결정짓는 중요한 역할을 하는 것으로 추정된다. 실제 분자 ‘탈리도마이드’는 카이랄성에 따라 다른 효과를 낸다. 임산부 입덧 치료제라는 약으로 쓰이지만 반대 카이랄성을 가지면 태아의 신체발달에 치명적인 독약으로 작용한다.
어떤 분자의 카이랄성은 서로 반대 방향으로 회전하는 두 원편광에 대한 상호작용 차이로 분석할 수 있다. 원편광은 전자기파가 원형으로 회전하며 진행되는 빛이다. 분자의 좌원편광과 우원편광에 대한 상호작용 차이를 분석하는 것이다. 하지만 분자와 빛의 크기는 불일치한다. 빛과 물질 간 상호작용이 충분히 크지 않아 고농도 시료가 필요하고 측정시간이 오래 소요된다는 의미다.
연구팀은 이런 문제를 해결할 새로운 물리현상을 발견했다. 카이랄 금 나노 입자가 가진 고유의 기하 구조로 입사되는 원평광과 공진해원편광을 나노입자 근처에서 제어할 수 있음을 발견한 것이다. 연구팀은 “원평광과 카이랄 분자 간 상호작용을 극대화할 수 있다”며 “기존 광학계의 카이랄성 검출 한계를 뛰어넘는 카이랄성 민감도를 달성했다”고 설명했다.
연구팀은 나노 입자의 배열로 비롯된 카이랄 신호 증폭이 가시광을 포함한 영역대에 존재한다는 사실도 밝혔다. 이를 바탕으로특별한 도구 없이 분자의 카이랄성을 구분할 수 있는 육안 기반 카이랄성 센서도 개발했다.
이번 연구는 다양한 생체 분자, 화학 약품, 의약품의 카이랄성 분석 등에 활용될 것으로 기대된다. 생체 재료 합성 및 물질 분석이 중요한 분석학, 진단학, 약학 등 다양한 산업 뿐 아니라 화학, 생물학, 물리학 등 기초 학문 분야에도 파급력이 미칠 것이란 기대다.
동아사이언스, 고재원 기자,http://m.dongascience.com/news.php?idx=57569