펩타이드 자기 나침반…생체친화적 유기나노물질 개발 가능

카이스트 연구팀, 관련 논문 발표

▲펩타이드 1, 2 의 분자구조식과 이들의 자기조립을 통해 합성된 폴덱쳐의 전자현미경 사진.[사진제공=카이스트]

[아시아경제 정종오 기자] 펩타이드 자기 나침반이 개발됐다. 역학적 움직임을 제어할 수 있는 분자의 개발은 합성화학과 나노소재 등 다양한 분야에서 크게 주목받고 있는 도전적 과제 중 하나이다. 이를 응용하면 생체친화적 유기나노물질 개발이 가능할 것으로 기대된다.

카이스트(KAIST, 총장 강성모) 화학과 이희승 교수 생체모방 유기분자 연구팀이 순수 유기화합물만으로 구성된 펩타이드 자기 나침반을 선보였다. 금속화합물, 산화금속과 같은 강자성(ferromagnetic)과 상자성(paramagnetic)을 갖는 자성물질은 이들의 자기적 특성을 이용해 다양하게 응용되고 있다.

반면 펩타이드와 같은 반자성(diamagnetic) 유기분자들은 금속성 물질에 비해 자기민감성(magnetic susceptibility)이 매우 낮다. 수 테슬라(Tesla) 이상의 강한 자기장에도 반응하지 않기 때문에 비 자성(non-magnetic) 물질로 취급됐다.

반자성 특성은 분자수준에서 관찰이 어렵고 효율성이 낮아 한계가 있었다. 이론적으로는 반자성 분자라도 열에너지를 극복할 수 있는 다수의 분자가 일정한 규칙으로 정렬된 집합체가 되면 반자성 정렬(diamagnetic alignment)이 가능하다. 외부자기장의 변화에 실시간으로 반응하는 분자기계의 개발이 가능한데 이를 실험적으로 증명한 예는 없었다.

문제 해결을 위해 연구팀은 폴덱쳐(foldecture)라고 이름 지은 독창적 나선형 펩타이드 분자 자기조립체를 개발했다. 독특한 3차원 모양의 일정한 크기를 갖는 비금속 유기물질이다. 반자성 특성을 갖는데 이를 구성하는 펩타이드 분자들이 높은 결정성과 일정한 규칙성을 갖도록 설계됐다.

이런 규칙성과 결정성 등의 특징은 펩타이드 자기조립체가 외부 자기장 방향을 따라 정렬할 수 있게 만들었다. MRI 장비의 자기장 세기보다 낮은 1 테슬라 이하의 회전자기장에서도 폴덱쳐들이 실시간으로 감응하며 정렬해 수용액상에서 실시간 회전운동도 가능함을 증명했다.

연구팀은 체내에 마그네토좀이라는 자기나침반을 지닌 주자성 박테리아(magnetotactic bacteria)의 행동 양식에 착안해 순수 유기화합물질인 폴덱쳐를 이용해서 외부 자기장의 방향 변화를 민감하게 가리킬 수 있는 수 밀리미터 크기의 하이드로겔 나침반을 구현하는데 성공했다.