나노기술 및 정책 정보

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합성 고분자는 우리 주변의 세상을 변화시켰고, 합성 고분자가 없는 세상은 상상하기 어려울 정도임. 그러나 그들에게는 문제가 있음. 예를 들어 합성 관점에서 분자 구조를 정확하게 제어하는 ​​것이 어려움. 이로 인해 이온 수송 능력과 같은 일부 특성을 미세 조정하기가 더 어려워짐.

네덜란드의 흐로닝언 대학교(University of Groningen) 연구팀이 이 문제를 극복하기 위해 자연에서 영감을 얻음. 이는 양성자 전도체로 작동하고 미래의 생체 전자 장치에 유용할 수 있는 단백질 유사 물질을 기반으로 하는 새로운 종류의 폴리머를 개발한 것임. 연구팀은 재료를 켜고 끄는 양성자에 대해 연구해 왔음. 물질을 양성자로 만드는 것이 무엇인지 아는 것이 매력적이라서 전도성을 높이기 위해 나노 스케일 수준에서 구조를 최적화하는 데 많은 노력을 기울였음. 그러나 연구팀이 생물학적, 단백질과 같은 구조로 만들 가능성을 고려한 것은 불과 몇 년 전이었음. 하지만 먼저 아이디어가 효과가 있는지 확인해야했음. 연구팀의 첫 번째 목표는 고분자 사슬 당 이온화 가능한 기의 수를 조정하여 단백질 기반 고분자의 양성자 전도도를 정확하게 조정할 수 있음을 증명하는 것이었음. 이를 위해 연구진은 이온화 가능한 그룹(이 경우 카르복실산 그룹)의 수가 다른 구조화되지 않은 여러 바이오 폴리머를 준비했음. 그들의 양성자 전도도는 사슬 당 하전 된 카르복실산기의 수에 따라 선형적으로 확장되었음. 다음 단계로 연구팀은 고분자의 나노 구조가 전도도에 큰 영향을 미칠 수 있다는 것을 수년에 걸쳐 연구한 것을 바탕으로 올바른 나노 구조를 가지고 있다면 전하가 함께 묶여서 이러한 이온 그룹의 국소 농도를 증가시켜 양성자 전도도를 극적으로 향상시킴을 확인함.

본 연구 성과는 ‘Science Advances’ ("De novo rational design of a freestanding, supercharged polypeptide, proton-conducting membrane") 지에 게재됨