찰나의 분자반응 ‘1만분의 1초’로 조절하는 기술개발

포항공대 김동표 교수 연구팀의 미세반응기 제작 과정. 이 미세반응기로 분자 화학반응을 1만분의 1초까지 조절할 수 있다. 포항공대 제공

포항공대 연구팀과 일본 교토대 연구팀 공동 개발
고순도 화합물을 저비용 생산, 신약개발에 청신호

국내 연구진이 찰나의 순간에 일어나는 분자들의 화학반응을 더 짧은 시간대로 조절해 고순도 화합물을 생성하는 기술을 개발했다. 순도 높은 화합물을 저비용으로 생산할 수 있는 길을 열어 신약개발의 토대가 될 것으로 기대된다.

포항공대는 5일 “김동표 미세유체응용화학연구단 교수 연구팀이 일본 교토대 연구팀과 공동으로 수명이 매우 짧아 통제가 불가능했던 분자의 반응시간을 1만분의 1초대로 조절할 수 있는 기술을 개발했다”고 밝혔다. 연구논문은 과학저널 <사이언스> 6일(현지시각)치에 실렸다.

여러 분자 물질을 섞어 화합물을 만들려면 구조변화·분해·결합 등 여러 반응들이 한꺼번에 동시다발적으로 일어나 원하는 물질을 선택적으로 생산하기가 어렵다. 더욱이 이런 반응은 수천~수십만 분의 1초의 짧은 시간에 일어난다. 대부분 혼합물이 생성돼 바라는 화합물을 얻기 위해서는 추가로 분리작업을 해야 해 많은 비용과 시간이 들었다.

연구팀은 화합물이 생성될 때 중간단계에 나타나는 불완전한 중간 생성물(중간체)의 수명보다 더 짧은 시간 안에 반응을 조절할 수 있으면 구조변화와 분해 등 쓸모 없는 과정을 막아 원하는 물질만 선택적으로 만들 수 있다는 사실을 발견했다. 연구팀은 폴리이미드 필름에 아주 작은 채널을 만들고, 각 필름들을 쌓아올려 3차원 구조의 혼합 미세반응기를 만들었다. 미세반응기는 액체나 기체 물질이 흐를 수 있는 미세 채널을 통해 다양한 화학·생물 반응이 일어나게 하는 화학반응기이다. 연구팀은 부피 25나노리터(nℓ), 길이 1㎜ 안에 3차원 채널이 형성된 미세반응기로 중간체의 반응 시간을 1만분의 1초까지 조절할 수 있게 됐다. 또 미세반응기를 이용해 다른 쓸모 없는 반응들이 일어나지 않고 원하는 분자물질만 고순도로 연속해 얻을 수 있었다.

김동표 교수는 “미세반응기로 분자반응 시간 영역을 1만분의 1초까지 통제할 수 있다는 것을 처음으로 규명했다. 이를 이용하면 혼합물 분리가 필요없는 약물 합성이나 신물질 개발을 효율적으로 할 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다.

이근영 선임기자 [e-mail]