거울상 이성질체를 갖는 나선형 나노구조체의 모식도(KAIST 제공)© 뉴스1

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(대전=뉴스1) 김태진 기자 = 국내 연구진이 광결정 필름을 제작해 육안으로 식품이나 약물에 함유된 카이랄 물질을 검출하는데 성공했다.

디스플레이, 광학 및 화학 센서 등의 응용기술에 다양하게 활용될 전망이다.

KAIST(총장 신성철)는 화학과/나노과학기술대학원 윤동기 교수 연구팀이 나선 나노 구조체를 만드는 액정 물질을 이용해 광결정(photonic crystal) 필름을 제작해 식품이나 약물 등에 함유된 카이랄 물질을 눈으로 검출하는데 성공했다고 5일 밝혔다.

복잡한 분자구조의 액정 재료를 활용하기 위해선 극한으로 분자들의 거동을 제어하고 균일한 배향을 유도하는 기술이 필요하지만 관련 기술이 없어 응용되지 못했다.

연구팀은 LCD의 핵심 재료로 사용되는 일반형 액정분자보다 분자구조가 더 복잡하고 굽은 형태의 액정분자를 형성하는 200~300나노미터(nm, 1nm는 10억 분의 1m)의 나선 주기를 갖는 나선형 나노 구조체를 대면적에서 배향하는데 성공했다.

이를 통해 빛을 반사하는 광결정을 제작했다.

이후 연구팀은 이들 분자를 제어하고 응용하기 위해 빛에 의해 분자의 모양 및 배향이 바뀌는 현상인 광이성질체화(photoisomerization)를 유도할 수 있는 광 반응성 굽은형 액정분자를 설계했다.

연구팀은 이 액정분자들이 마치 해바라기가 빛을 따라가듯 빛에 나란히 배향한다는 점에 착안해 이들이 형성하는 나선 나노 구조체도 빛의 방향에 따라 매우 균일하게 세워질 수 있도록 제작했다.

이 같이 방향이 제어된 나선 나노 구조체는 분자의 길이에 따라 다양한 색을 보여 푸른색에서 초록색의 빛을 선택적으로 반사하는 일종의 카이랄 색상 거울로 활용할 수 있었다.

윤동기 교수(왼쪽)와 박원기 박사과정이 기념사진을 촬영하고 있다.(KAIST 제공)© 뉴스1

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윤동기 교수는 “60여년 전 임산부 입덧 방지용으로 쓰이던 탈리도마이드(thalidomide)라는 약은 카이랄성이 다를 경우 기형아를 유발할 수 있다는 점 때문에 금지된 바 있다”며 “이번 연구를 통해 카이랄성에 따라 부작용을 갖는 화학약품들을 제조 단계부터 실시간으로 검출할 수 있게 될 것”이라고 말했다.

이번 연구는 과학기술정보통신부-한국연구재단의 멀티스케일 카이랄 구조체 연구센터, 전략과제, 미래유망 융합기술 파이오니아사업과 교육부의 글로벌연구네트워크 사업의 지원으로 수행됐다.

박원기 박사과정이 1 저자로 참여한 이번 연구 성과는 ‘어드밴스드 옵티컬 머티리얼즈(Advanced Optical Materials)’에 지난 4일 표지 논문으로 게재됐다. 또 국제 학술지 ‘NPG 아시아 머티리얼즈(NPG Asia Materials)’ 온라인 판에 8월 16일 실렸다.
memory444444@nate.com

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