나노기술 및 정책 정보

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● 기초과학연구원(IBS) 복잡계 자기조립 연구단장 및 포항공과대학교(POSTECH) 화학과 김기문 교수 연구팀은 자체 개발한 일명 ‘포피린 박스’를 케이지로 사용하는 크기 2.3nm(나노미터)의 분자 로터를 합성

● 선풍기나 발전기, 터빈처럼 로터(rotor)를 갖는 회전 기계들은 보통 로터를 외부 환경으로부터 격리하기 위해 케이지 등을 프레임 안에 설치하며, 연구팀은 이러한 회전기계에 착안하여 유사한 구조의 초소형 분자 로터를 합성

● 분자 기계는 외부의 자극에 의해 기계적인 움직임을 구현해내는 분자 집합체로 그동안 많은 연구가 이뤄졌지만, 여전히 나노미터 수준의 영역에서 정밀하게 작동하는 분자 기계를 설계하는 것은 기술적으로 많은 어려움이 있는 상황

● 연구팀은 2015년 6개의 사각형 포피린(P) 분자와 8개의 삼각형 분자(L)로 이뤄진 정육면체 모양의 다면체인 ‘포피린 박스(P6L9)’를 합성한 바 있으며, 이번 연구에서는 포피린 박스 내부에 ‘축 분자’와 ‘회전체 분자’를 설치하여 분자 로터를 완성

● 개발된 분자 로터는 외부의 자극이 없을 때는 아무런 움직임을 보이지 않지만, 외부에서 화학적 자극을 가하면 회전체 분자가 축 분자를 중심으로 빠르게 회전하는 회전(rotary) 운동과 축 분자 자체가 느리게 움직이는 텀블링(tumbling) 운동을 보이며, 화학적 자극 뿐 아니라 자외선 빛을 쪼여도 분자 로터의 움직임을 원격으로 제어할 수 있음.

● 연구팀은 기계적 움직임을 잘 활용한다면 외부자극에 의해 조절 가능한 분자 수준의 스마트 인공 기계를 개발할 수 있을 것으로 전망했으며, 향후 고체 상태에서의 분자 로터에 대한 응용 연구를 진행 중

※ Chem 게재(2022.01.19.), “Remotely Controllable Supramolecular Rotor Mounted insid a Porphyrinic Cage”