보고서 정보
주관연구기관 |
포항공과대학교 산학협력단 Pohang University of Science and Technology |
보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 |
한국어
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발행년월 | 2011-02 |
과제시작연도 |
2010 |
주관부처 |
교육과학기술부 Ministry of Education and Science Technology(MEST) |
등록번호 |
TRKO201300013165 |
과제고유번호 |
1345125093 |
사업명 |
중견연구자지원 |
DB 구축일자 |
2013-07-29
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키워드 |
초분자 화학.자기 조립.분자 인지.분자 기계.약물 전달.나노 다공성 물질.기체 저장.Supramolecular chemistry.Self-assembly.Molecular recognition.Molecular machines.Drug delivery.Nanoporous materials.Gas storage.
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DOI |
https://doi.org/10.23000/TRKO201300013165 |
초록
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연구의 목적 및 내용
분자 간에 존재하는 약한 상호작용에 기초한 분자인지와 자기조립의 원리를 이용하여, 원하는 구조, 성질 및 기능을 갖는 초분자체를 고안, 합성하고, 성질을 규명하는 것을 일차 목표로 하며 이를 통해 기능성을 갖는 새로운 “지능” 물질('smart' materials)을 개발함으로써 새로운 나노테크놀로지와 바이오테크놀로지를 창출하고자 한다.
연구결과:
본 연구단은 기능성 소재를 개발하고 이를 실질적으로 응용하는 노력에 연구를 중심적으로 추진해 왔다. 이를 근간으로 지난 1년간 Nature Chem.
연구의 목적 및 내용
분자 간에 존재하는 약한 상호작용에 기초한 분자인지와 자기조립의 원리를 이용하여, 원하는 구조, 성질 및 기능을 갖는 초분자체를 고안, 합성하고, 성질을 규명하는 것을 일차 목표로 하며 이를 통해 기능성을 갖는 새로운 “지능” 물질('smart' materials)을 개발함으로써 새로운 나노테크놀로지와 바이오테크놀로지를 창출하고자 한다.
연구결과:
본 연구단은 기능성 소재를 개발하고 이를 실질적으로 응용하는 노력에 연구를 중심적으로 추진해 왔다. 이를 근간으로 지난 1년간 Nature Chem., J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed.등의 국제유명 학술지에 10 편의 논문을 발표하였다. 특히 화학분야의 국제권위지인 Angew. Chem. Int. Ed.에서는 최근 10 년간 이 저널에 20 편 이상의 논문을 발표한 97 명을 공표하였는데, 국내에서는 유일하게 본 연구단의 김기문 교수가 포함되어있다. 지난해에 괄목할만한 실적물로서 최근 본 연구단은 그동안 세포막 단백질의 분리 정제에 이용되던 기존의 아비딘-바이오틴 결합쌍을 쿠커비투릴(CB)과 페로센 인공결합쌍으로 대체하는데 세계 최초로 성공하고, 이를 화학분야 세계적 권위지인 Nature Chemistry에 소개하였다 (Nature Chemistry, 2011, 3, 154.). 특히 이는 기존 세포막 단백질 분리 정제법 보다 효과적인 동시에 기타 단백질에 의한 오염 가능성을 현저히 낮춘 것이다. 이외에 CB[n]를 사용한 나노캡슐을 합성하고 그 형성메카니즘의 규명하여 발표하였고, 이 CB[n] 나노캡슐에 특정기를 도입하여 표적지향성 약물전달체로의 응용성을 연구하였다 (J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 9908.). 또한 CB[6]를 통해 형성된 유기다공성 물질을 이용하여 이산화탄소 의 선택적 흡착에 관한 연구도 수행하였으며, 이산화탄소가 흡착된 쿠커비투릴의 구조를 X-선 구조분석을 이용하여 이산화탄소의 선택적 흡착에 대한 원인을 규명하였다(J. Am. Chem Soc. 2010, 132, 12200.). 아연-프탈로시아닌 유도체로 구성된 고분자 나노캡슐을 암치료법의 일종인 광역학치료법에 사용할 수 있음을 발견하고 실질적 치료제로서의 사용가능성을 동물실험을 통해 연구하기도 하였다. 본 연구단은 금속-유기 다공성 물질을 합성한 후에 원하는 후처리 합성법(postsynthetic modification)으로 작용기를 도입하여 초기의 합성 구조를 유지시키면서 원하는 물성만 첨가시키는 새로운 방법을 개발하여 기존의 방법들과 함께 총설(Top. Curr. Chem. 2010, 293, 115.)로 발표하였다.
연구결과의 활용계획:
본 연구는 기초과학 자체뿐만 아니라, 나노테크놀러지(NT)와 바이오테크놀러지(BT)의 발전에도 기여를 할 것으로 기대된다. 초분자화학에 기초한 기능성 물질의 개발과 그 합성원리의 발견은 그 자체로 매우 큰 학문적 가치를 가지고 있을 뿐 아니라 NT와 BT 및 ET의 다양한 분야에의 응용가능성이 매우 높다. 특히 이들을 이용한 바이오 센서, 약물전달체의 개발이나 나노반응용기, 광촉매 등의 개발은 의약, 보건, 환경, 농업 등 산업전반에 큰 영향을 미칠 것으로 생각된다.
Abstract
▼
Purpose&contents:
Our main goal is to develop new supramolecular assemblies with desired structures, properties and functions, which can ultimately lead us to functional (or smart) materials and devices useful in nano- and biotechnology.
Result:
In continuing our effort to develop advanced
Purpose&contents:
Our main goal is to develop new supramolecular assemblies with desired structures, properties and functions, which can ultimately lead us to functional (or smart) materials and devices useful in nano- and biotechnology.
Result:
In continuing our effort to develop advanced functional materials based on supramolecular chemistry and to explore their applications, we developed several novel supramolecular assemblies and functional materials, which have been published in top class international journals including Nature Chemistry.
First, we reported a proficient supramolecular fishing method for membrane proteins using a synthetic receptor–ligand(CB[7]–AFc) pair (Nature chemistry, 2011, 3, 154.).
Several novel supramolecular assemblies made of cucurbiturils and derivatives have been developed and their potential as advanced functional materials has been explored (Chem. Eur. J. 2009, 15, 1954; Chem. Eur. J. 2009, 15, 6143; Chem. Commun, 2010, 46, 692; Chem. Eur. J. 2010, 16, 12168.).
Novel direct synthetic method toward polymer nanocapsules was reported and the theoretical/experiment studies on a mechanism of the nanocapsule formation was described in the article (J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 9908.). A solvent-responsive polymer nanocapsule with a 2D polymer network has been developed and the controlled release of an encapsulated fluorescence dye was demonstrated (Chem. Commun. 2009,1472.).
The use of CB-based nanomaterials as a drug and gene delivery vehicle has been also explored. An efficient targeted drug delivery using a CB-based vesicle containing an anticancer drug has been discovered (Chem. Commun. 2009, 71; Small 2010, 6, 1430). We discovered a unique organic molecular porous material based on CB[6], which shows remarkable high selectivity of CO2 over CO among those of any known porous materials so far (J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 12201.).
We have been exploring new metal-organic frameworks (MOFs), and their applications. We discovered the reversible exchange of framework-constituting metal ions in an MOF without losing single crystallinity (J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 3814.). We also developed a new chiral MOF by post-modification (J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 7524.). Furthermore, we have written two invited reviews on MOFs: 1) a review on chiral metal-organic porous materials has been published (Top. Curr. Chem. 2010,293, 115.). 2) a book tilted ‘Metal-organic frameworks: design and application' written by world-leading scientists in the MOF area was published, in which the Chapter 7 was written by Prof. Kimoon Kim.
Expected Contribution:
The supramolecular assemblies and organizations in solution and solid phases, and on surface developed in this study will provide new opportunities in catalysis, sensor, drug delivery, separation, gas storage and many other areas. In particular, the new supramolecular systems we developed will be useful in biotechnology such as targeted drug delivery, biosensing, separation and immunoassay. The development of nanoporous materials will ultimately enable efficient and environmentally benign processes for the production of chiral molecules, and efficient storage methods of fuel gases such as hydrogen which will bring an enormous economic impact.
목차 Contents
- 도약연구사업(구 창의도약) 최종보고서 ... 1
- 목차 ... 2
- Ⅰ. 연구계획 요약문 ... 3
- 1. 국문요약문 ... 3
- Ⅱ. 연구결과 요약문 ... 4
- 1. 국문요약문 ... 4
- 2. 영문요약문 ... 5
- Ⅲ. 연구내용 ... 6
- 1. 연구개발과제의개요 ... 6
- 2. 국내외 기술개발 현황 ... 6
- 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 7
- 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 23
- 5. 연구결과의 활용계획 ... 27
- 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 28
- 7. 주관연구책임자 대표적 연구실적 ... 30
- 8. 참고문헌 ... 30
- 9. 연구성과 ... 31
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