나노기술 및 정책 정보

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기초과학연구원(IBS) 첨단연성물질 연구단 바르토슈 그쥐보프스키 그룹리더(UNIST 특훈교수) 연구팀은 하나의 반응 용기에서 여러 화학 공정을 손쉽게 처리할 수 있는 새로운 화학 합성 시스템을 개발했음. 화학산업에서 희귀금속 추출과 다양한 화합물을 합성하는 데 드는 시간과 비용을 줄일 수 있을 것으로 기대됨.

연구진은 서로 섞이지 않는 용액이 밀도 순서대로 쌓이는 것에 착안해 용매 층별로 화학 합성을 조절하는 회전하는 원통 시스템을 고안하고 반응물의 혼합·분리·추출을 하나의 반응 용기에서 정밀하게 조절할 수 있음을 규명했음.

빠르게 회전하는 원통에서는 원심력 때문에 밀도가 높은 액체가 바깥쪽으로 쏠리게 됨. 이를 이용하면 용매를 시험관처럼 사용해 반응물을 이동·분리시키고 화학반응을 순차적으로 조절할 수 있음. 반응물은 확산을 통해 인접한 용매로 이동함. 원통 회전속도를 주기적으로 변화시켜 확산 속도를 높일 수 있음. 용매 층의 성질에 따라 인접한 용매를 분리할 수 도 있음.

연구진은 이 시스템을 이용해 의약 화합물(페나세틴, 딜록사니드)을 단계적으로 합성하는데 성공했음. 혼합물에서 특정 유기물(p-니트로벤조에이트 나트륨, 페닐알라닌)을 추출할 수 있음을 확인했음. 계면활성제로 대상 분자를 감싸서 분리하는 기존 추출방법과 달리 모든 과정이 용기 하나에서 이뤄져 합성 전 과정에 드는 시간을 크게 단축했음. 연구진은 나아가 분자보다 큰 박테리아나 나노입자도 회전하는 용매에서 제어할 수 있음을 밝혔음.

이번 연구는 중소규모 화학 합성 시간과 비용을 줄일 수 있는 새로운 아이디어를 제시하고, 실제 응용성을 보여주었다는 데 의의가 있음. 화학산업에서 희귀금속 추출과 다양한 화합물을 합성하는 데 드는 시간과 비용을 줄일 수 있을 것으로 기대됨.

화합물 합성 과정은 석유화학공장처럼 특정 물질에 맞춰진 대형 공정이 아닌 이상, 손으로 한 단계씩 진행해야 하므로 생산 시간과 생산량에 한계가 있었음.

화학 합성을 일괄 처리하는 방법으로 크게 두 가지 시스템이 이용돼 왔었음. 복수의 플라스크와 밸브를 기계적으로 연동하는 방법과 연속된 액체 흐름을 제어하는 방법임.

이 방법은 자동화 장치를 제작하고 반응물의 흐름을 조절하는 데 고도의 공학 기술이 필요하다는 한계점이 있었음.

공동 제1저자인 올게르 시불스키 연구위원은 “이번에 개발한 시스템은 합성 과정에 영향을 미치는 핵심 변수를 자유자재로 조절할 수 있고, 용매 층 사이 작용을 조절해 기존에 추출이 어려웠던 화합물까지 추출할 수 있어 활용성이 무궁무진하다”라고 설명했음.

본 연구 성과는 ‘Nature’ 지에 게재됨.