미세하게 조절된 초분자(supramolecular) 중합

KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 2015-02-11

자연에서, 초분자 복합체(supramolecular complexe)-주로 약한 비공유결합(non-covalent bond)에 의해 연결된 작은 유닛들이 사슬과 같은 모양을 이루고 있는 것-들은 정밀하게 조립(assemble)되기도 하고 조립이 풀어지기도 한다. 이제, 사이언스지에 게재된 논문에서, Takuzo Aida가 이끄는 리켄재료과학연구소(RIKEN Center for Emergent Matter Science)의 연구자들이 잘 조절된 방법을 이용해 초분자 중합체를 만들고 분해하는 새로운 방법을 개발했다. 이 방법은 모노머가 지닌 자기조립의 경향을 이용했다는 점에서 전통적인 고분자 화학의 방법을 이용한 것으로 평가된다. 이 방법은 정밀한 초분자 엔지니어링을 통해 다양한 속성을 지닌 초분자 중합체를 만들어 여러 분야에 이용될 수 있을 것으로 보인다. 이번 연구는 어떤 한 분자가 안정적인 상태로 존재하는 것으로 보이지만 개시제가 용매에 첨가되는 경우 자기조립을 시작해 고분자가 만들어지는 것을 우연히 관찰한 데서 시작되었다. 중요하게도 연구자들은 이러한 결합이 사람들이 손에 손을 잡고 인간 사슬을 형성하는 것과 같이 단계적인 성장을 통해 일어나는 것이 아니라는 사실을 발견했다. 용매에 첨가되는 단량체는 개시제가 존재하는 한 사슬을 형성하는데 참여하며 단량체와 개시제의 비율을 다양하게 하는 방법을 통해 미세하게 조절될 수 있다. 연구자들은 이러한 과정이 상온, 상압에서 진행될 수 있으며 단순한 단량체와 개시제를 섞어주는 것만으로 진행될 수 있다는 사실을 발견했다. 또한, 연구자들은 이 사슬들이 쉽게 분해될 수 있다는 사실도 발견할 수 있었다. 연구자들은 특별한 키랄성(chirality)을 지닌 개시제를 용매에 첨가함으로써, 동일한 키랄성(왼쪽 방향 혹은 오른쪽 방향)을 지닌 고분자를 만들어낼 수 있다는 사실을 발견했다. 이것은 매우 중요한데, 그 이유는 어떤 키랄성을 지닌 의약품은 생물학적으로 유용한 반면, 반대의 키랄성을 지닌 의약품은 쓸모가 없을 뿐만 아니라 해롭기까지 하기 때문이다. 순수한 재료 물질은 동일한 양의 거울상이성질체가 섞여 있는 라세믹 혼합물(racemic mixture)로부터 서로 다른 속성을 지닐 수 있다. 이러한 발견은 또한 중요한데, 그 이유는 이러한 사실들이 연구자들로 하여금 최종적인 사슬의 기하학적 구조에 대한 정확한 조절을 가능하게 하기 때문이다. 이에 대해 이번 논문의 주저자인 Daigo Miyajima는 “흥미로운 것은 고분자화학에서 비롯된 교훈에 기반해 우리는 단계적인 성장법에 비해 사슬 성장 방법을 통해 이들 거대분자들의 고분자들을 만들어낼 수 있었다. 이것은 사실의 길이, 고분자의 염기서열, 심지어는 입체적인 구조 등에 대한 조절을 가능하게 했다”고 말했다. Aida는 또한 “초분자 중합체들은 바람직한 방법으로 디자인된다면 반도체 속성을 지닐 수 있다. 따라서 이 방법은 트랜지스터의 크기를 줄이는데 이용될 수 있다. 또한, 우리는 고분자들이 쉽게 분해될 수 있으며 따라서 이 방법을 통해 만들어진 재료물질들은 리사이클될 수 있다”고 말했다. http://phys.org/news/2015-02-fine-tuned-supramolecular-polymerization.html