사람의 혈관 속을 돌아다니며 몸속에 침투한 병원균을 찾아 파괴하는 나노 분자기계는 미래 의학의 꿈이다. 5∼10㎚ 크기의 인공 분자 또는 분자 집합체인 분자기계를 화합물이나 빛, 열 등 외부 자극을 이용해 회전하거나 전진하도록 조종하는 기술은 벌써 나왔다. 자기력은 물성을 파괴하지 않는 장점이 있지만 조종이 어려워 주목받지 못했다.

'이달의 과학기술인상' 3월 수상자로 선정된 한국과학기술원(KAIST) 이희승 교수는 순수 유기화합물로 된 자기 나침반을 구현함으로써 생체친화적인 분자기계 개발의 길을 연 '파이어니어'다. 

이 교수는 체내에 마그네토좀이라는 자기 나침반을 지닌 주자성 박테리아를 모방해 자기장의 방향에 따라 움직이는 펩타이드 자기 나침반을 만들었다. 금속이 아닌 단백질을 구성하는 아미노산 중합체가 나침반의 속성을 갖게 한 것이다. 이 교수는 8일 연구 배경을 묻는 질문에 “대부분의 물질은 자기장에 놓았을 때 밀려나는 반자기성을 띤다"며 "하지만 반자기성 유기분자도 일정한 규칙으로 정렬된 초분자구조체를 만들 수만 있다면 자기장에 반응하는 물질로 합성할 수 있으리라 예상했다"고 답했다. 

실험 결과 순수 유기화합물 펩타이드를 일정한 규칙으로 정렬한 초분자구조체 ‘폴덱처(foldecture)’가 자기장의 방향에 따라 정렬된다는 사실이 확인됐다. 그는 막대 모양 폴덱처를 일으켜 세우고 물속에서 실시간으로 회전 운동이 가능하다는 사실도 최초로 증명했다.

폴덱처는 MRI의 자기장보다 약한 1테슬라 이하의 회전 자기장에서도 실시간으로 감응해 정렬했다. 약 3㎜ 크기의 펩타이드 자기 나침반은 30rpm 이상의 회전성 자기장을 가리킬 수 있었다. 인체에 유해하지 않은 수준의 자기장에 반응하는 유기화합물인 것이다. 

연구의 출발점은 ‘자연에 존재하는 생명체나 구성요소는 왜 단순한 구형이 아닌 다양한 형태를 갖추고 있을까?’라는 단순한 의문이었다. 이런 호기심에서 시작한 연구가 자기력으로 움직임을 제어하는 유기화합물 폴덱처 개발이라는 독창적인 성과로 이어졌다. 이 교수는 "처음에는 ‘어떻게 하면 천연 단백질(효소)과 견줄만한 인공물질을 쉽게 합성할 수 있을까’ ‘자연계의 자기조립 현상을 실험실 플라스크에서 모방해 인공 단백질을 합성할 수 있을까’라는 문제 제기까지 발전시켰다"면서 "그런 다음 폴덱처라고 이름 지은 ‘인공 펩타이드를 이용한 3차원 자기조립체’ 연구를 본격화 했다"고 했다.

"그동안 주목받지 못했던 자기장을 외부자극으로 이용한 분자기계의 새로운 설계원리를 제시함으로써 신개념의 생체친화적 분자기계 개발 등 다양한 응용이 기대됩니다. 자기장은 다른 외부자극과 독립적으로 적용할 수 있기 때문에 다양한 분야의 나노·마이크로 분자 기계 개발 플랫폼으로 주목받고 있습니다."

송강섭 기자 successnews@successnews.co.kr

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