초소형 나노로봇 시대가 한층 앞당겨질 전망이다.



최근 포항공대 화학과 김기문 교수는 세계 최대의 시약회사인 미국 알드리치사와 약물전달, 나노소자, 다공성물질 등으로 폭 넓게 활용 가능한 쿠커비투릴 동족체 판매에 관한 로열티 계약을 진행하고 있다.



신물질 쿠커비투릴(cucurbituril)은 둥글고 넓게 퍼진 호박과 모양이 비슷해서 붙여진 이름이다. 위아래가 뚫려있는 거대고리 화합물로 속이 텅 빈 나무술통처럼 생겼다. 즉 분자로 만들어진 아주 작은 통이다. 쿠커비투릴의 빈 공간에는 다양한 분자나 이온을 담을 수 있으며, 위와 아래쪽에는 카르보닐기가 있어 유기 암모늄 이온이나 알칼리 금속 이온을 강하게 붙잡을 수 있다.



쿠커비투릴 동족체는 김교수가 이끄는 지능초분자연구단이 세계 최초로 합성한 물질로 이미 미국과 유럽 등에서 국제특허를 획득한 상태다. 김교수 연구단은 12가지의 쿠커비투릴 관련 핵심 특허를 등록했거나 출원한 상태다. 여기에는 크기가 다른 쿠커비투릴 동족체 제조에 관한 특허가 포함돼 있어 쿠커비투릴에 관한 핵심기술과 노하우는 모두 확보하고 있는 셈이다.





분자간 약력으로 이루어진 거대한 분자집합체를 초분자라고 하는데, 초분자는 이를 구성하는 개별 분자들과는 전혀 다른 성질을 갖는다. 또한 초분자는 분자 스스로 조립하고 선택해서 작동하는 특성 때문에 똑똑한 분자로 불린다.



초분자의 결합은 책이나 노트에 중요 표시나 책갈피 기능을 하기 위해 붙이는 포스트잇과 비슷하다. 포스트잇은 접착력이 강하지 않아 쉽게 붙이고 뗄 수 있는 성질이 있다. 초분자도 약한 상호작용인 비공유결합으로 이뤄져 결합력이 강력하지 않아 외부 작용에 의해 쉽게 결합되기도 하고 쉽게 떨어지기도 한다.



쿠커비투릴 동족체는 활용성이 뛰어나 경제적 가치도 매우 높다. 쿠커비투릴과 비슷한 사이클로덱스트린이 2000년 기준으로 40억달러(약 4조4천억원)의 경제적 가치를 보인 점을 감안할 때 쿠커비투릴도 조만간 비슷한 규모로 성장할 것으로 예상되고 있다. 이에 따라 연구단은 곧 계약이 체결돼 대량생산에 들어갈 것으로 보고 있다.



창의적연구진흥사업으로 선정된 지능초분자연구단은 1996년 쿠커비투릴을 처음 합성한 이후, 크기와 모양, 결합 물질이 각양각색인 쿠커비투릴 동족체와 유도체를 만들어 약물전달·분리·촉매·바이오칩·나노소자·다공성물질 등 다양한 분야에서 활용할 수 있는 연구를 진행하고 있다.



이중 하나가 나노로봇의 가능성을 열어줄 나노소자다. 긴 줄기 분자에 쿠커비투릴이 고리처럼 꿰어져 있는 초분자체인 유사로택산을 형성하고 이것이 담긴 용액의 pH를 바꿔주면 쿠커비투릴이 왼쪽 또는 오른쪽으로 이동하면서 위치를 바꿀 수 있다. 지능초분자연구단은 이 원리를 확장해 나노장치에 필수적인 분자기계 및 분자 스위치를 제작할 수 있는 새로운 길을 열었다.



쿠커비투릴은 약물을 특정한 부위에만 전달할 수 있게 하는 데에도 유용하게 사용될 전망이다. 쿠커비투릴은 생체막과 유사한 리포좀을 형성할 수 있고, 더 나아가 리포좀 표면에 유도 장치를 도입해 특정한 세포에만 결합할 수 있도록 할 수 있어 몸 안에 특정 위치에만 약물을 전달할 수 있는 전달 매체로 개발되고 있다.



쿠커비투릴과는 별도로 김교수 연구단에서는 최근 석유 대체 연료로 주목받고 있는 수소를 효율적으로 저장할 수 있는 물질을 개발하고 있다. 현재의 고압 압축을 통한 저장방식으로는 사고시 안정성이나 낮은 저장량 등의 문제점을 극복하기 힘든 단점이 있다.



따라서 나노미터 크기의 빈공간이 내부에 규칙적으로 발달해 있는 다공성 결정물질에 수소를 흡착시켜 기존의 어떤 용기나 물질보다 더 우수한 수소저장물질을 개발한다는 것이다. 이 목표가 이루어지면 수소연료의 실용화가 훨씬 앞당겨 질 전망이다.



[과학기자협회 미디어리소스발굴자료]