노벨화학상 ‘분자기계’ 개발한 유럽과 미국 과학자 3명 수상

화학적 합성이 아닌 기계적 결합으로 초미세 분자의 새로운 제어 길 열어

장 피에르 소바주

미시 세계에서 일상의 기계처럼 작동하는 ‘분자기계’를 만든 프랑스와 미국, 네덜란드 과학자 3명에게 2016년 노벨화학상이 돌아갔다.

스웨덴 왕립과학원 노벨위원회는 5일 장피에르 소바주(72) 프랑스 스트라스부르대 교수와 프레이저 스토더트(74) 미국 노스웨스턴대 교수, 베르나르트 페링아(65) 네덜란드 흐로닝언대 교수 등 3명을 올해 노벨화학상 수상자로 선정했다고 밝혔다.

프레이저 스토더트

노벨위원회는 이들이 “초분자체를 이용해 분자기계를 구현할 수 있는 원리를 밝혀내고 직접 만들었다”며 “이들이 기계를 소형화해 화학을 새로운 차원으로 발전시켰다”고 선정 이유를 밝혔다. 또 위원회는 “분자기계는 머리카락보다 1천배나 더 가늘다”며 “신물질, 센서, 에너지 저장 시스템 등을 개발하는 데 이용될 수 있을 것”이라고 설명했다. 세 과학자는 원자들이 화학적 결합으로 서로 이어져 있는 자연 상태의 분자와 달리 기계적으로 분자들을 결합시키는 방법을 찾아냈다.

베르나르트 페링아

곧 에너지를 운동으로 직접 변환할 수 있는 기계운동의 원리를 분자 수준에서 정교하게 구현하고 제어하며 관찰할 수 있는 새로운 형태의 분자 시스템을 고안하고 제작한 것이다.

소바주는 1983년 두 개의 고리 모양 분자가 서로 얽혀 있는 ‘카테네인’이라는 분자기계를 처음 만들었다. 영국 출신인 스토더트는 1991년 막대 모양의 분자와 고리 모양 분자를 서로 결합시켜 컴퓨터 칩처럼 스위치로 쓸 수 있는 구조를 만들어 ‘로탁세인’이라 이름 붙였다. 페링아는 나아가 1999년 엘리베이터처럼 오르락내리락하거나 근육처럼 접었다 펼쳤다 하는 ‘분자 모터’를 개발했다. 이들 기계는 0.1~10나노미터(1나노미터는 10억분의 1미터) 크기다.

분자기계의 하나인 카테네인과 로탁세인 개념도. <국제분자과학학회>(IJMS) 제공

이덕환 서강대 화학과 교수는 “약물 등 화합물 등을 만드는 현대의 화학 합성법이 6천만경개의 원자들을 흔들어서 원하는 분자를 만드는 방식이라면 이들은 핀셋으로 원자 하나하나를 이어붙여 분자 결합체를 만든 것이다. 분자기계가 당장 실생활에 응용되고 있지 않음에도 노벨위원회가 이들을 수상자로 선정한 것은 화학의 창조적·예술적 측면을 인정해준 것 같다”고 말했다. 이동환 서울대 화학부 교수는 “분자 기계로 약물의 확산을 화학적 수준에서 제어한다든지 하는 방법으로 약물 전달, 신경물질 전달 등에 응용될 수는 있을 것”이라고 말했다. 우리나라에서는 김기문 포항공대 화학과 교수와 김종승 고려대 화학과 교수가 관련 분야에서 연구 성과를 내고 있다.

3명의 노벨화학상 수상자에게는 800만크로나(약 10억4000만원)의 상금이 똑같이 나누어진다.

이근영 선임기자, 황상철 기자 [e-mail]