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  • 하나의 물분자가 삽입된 버키볼등록일 : 2013/05/09
  • 컬럼비아 대학의 연구팀은 하나의 물 분자가 내부에 삽입된 버키볼(buckyball)의 분리 기술과 작은 극성(polar) 물 분자가 포함된 일명 큰 무극성(nonpolar) 볼을 외부 자기장에서 나노채널(nanochannel)을 통한 이동 메커니즘을 통제하여 움직이게 하는 기술을 개발하였다. 이 방법을 통해 약물 전달 조절 및 나노 스케일 규모에서 C60 기반의 기능성 3차원 구조로 회합할 수 있는 효과적인 방법을 포함하는 새로운 응용 분야를 확대할 수 있으며, 단분자(single molecule) 물성에 대한 이해를 넓힐 수 있게 되었다. 이 연구 결과는 극성 분자인 물이 삽입된 무극성 분자(C60) 혹은 구조를 다룬 첫 번째 시도로 4월 12일자 Physical Review Letters 학술지의 “Physics Focus"에 게재되었다.

    버키볼은 공식적으로 버크민스터플러렌(Buckminsterfullerene) 혹은 플러렌(fullerene)으로 알려져 있으며, 구형이고 60개의 탄소 원소들로 만들어진 중공 분자 구조체이며, 크기는 약 1nm 정도로 보통 적혈구 세포보다 6,000~8,000 배 더 작다. 그리고 아주 규칙적인 구조로 소수성 코어(core)와 무극성 공유 결합을 가지며, 무엇보다도 인체에 무독성이여서 완벽한 약물 전달체로 사용될 수 있다.

    이 연구를 이끈 지구 환경 공학과(earth and environmental engineering) 부교수인 시 첸(Xi Chen) 교수는 이 연구 결과가 물과 같은 작은 극성 분자가 포함된 C60 같은 무극성 큰 분자를 통제하고 이동시킬 수 있는 새로운 길을 열 것이라고 말했다. 또한 이것은 극성 약물 분자를 중공 구조 안에 가두고 원하는 표적 부위에 전달할 수 있으므로 나노 기술과 바이오 기술 분야와 같은 중요한 응용 분야에 적용될 수 있을 것이다. 또한 기본적인 관점에서 물처럼 버키볼에 삽입된 단분자를 분리하여 외부 환경의 영향 없이 단분자의 본질적인 특성을 조사하고 밝히는 중요한 플랫폼을 제공할 것으로 기대된다.

    “물 분자의 수소결합은 표면 장력과 점도와 같은 물성에 중요한 영향을 주며 하나의 물 분자와 수소결합 사이의 정확한 상호작용은 여전히 명확하지 않다. 그래서 이 기술은 하나의 물 분자를 어떤 수소결합으로부터 자유롭게 하여 이 질문들에 답하는 기회를 제공할 것”이라고 첸 교수는 말했다.

    1980년대 C60가 발견된 후, 과학자들은 하나의 C60을 통제하기 위해 노력해 왔다. 원자현미경(AFM:atomic force microscopy)을 포함한 기계적 방법이 개발되었으나, 이러한 방법은 가격이 비싸고 시간도 많이 걸린다. 따라서 간단히 외부 전기 혹은 자기장을 통해서 하나의 C60을 움직이는 게 된 것은 큰 진전이다.

    컬럼비아 대학 연구자들은 극성 분자를 무극성 플러렌 안에 포함시켰을 때 외부 자기장을 사용해서 원하는 위치에 이동시킬 수 있고, 전달 방향과 시간을 조절할 수 있도록 전달 속도를 조정할 수 있다. 첸의 연구팀은 일년 전에 이 아이디어를 고안하였고, 그 결과를 광범위한 원자 시뮬레이션을 통해 확인하게 되었다.

    첸은 H2O@C60 분자와 다른 유사한 구조의 더 많은 물성 연구를 계획하고 지속적으로 내부에 삽입된 하나의 물 분자와 외부의 상호작용과 소통에 대해 조사하고 있다. “감금된 하나의 물 분자와 인접한 분자같은 외부 환경과의 소통을 밝히는 것은 어떻게 방안에 앉은 사람이 밖에 있는 친구와 선택적으로 필요시 혹은 임의로 전화를 통해서 연락하는지를 아는 것과 같다”고 첸 교수는 덧붙여 말했다.

    보다 자세한 정보는 Phys. Rev. Lett. 110, 156103 (2013)를 참조하길 바란다.
  • 키워드 : 버키볼, 단분자, 자기장
  • 출처 : KISTI 미리안 글로벌동향브리핑