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펩타이드로 자기 나침반 개발

3월 과학기술인상, 한국과학기술원 이희승 교수

비자성 생체분자 펩타이드로 자기 나침반 개발 
생체친화적인 분자기계 개발의 단초 마련에 공로 커  

연구장면 사진 {한국연구재단 제공 }

과학기술인상 3월 수상자로 한국과학기술원(KAIST) 화학과 이희승 교수를 선정했다.

과학기술정보통신부와 한국연구재단은 이희승 교수가 금속물질로만 가능했던 자기 나침반을 순수 유기화합물로 구성된 펩타이드를 이용하여 개발함으로써 생체친화적인 분자기계 개발의 단초를 마련한 공로가 높이 평가되었다고 선정배경을 설명했다. 분자기계는 빛, 열, 자기력 등 외부 자극을 이용해 회전, 전진과 같은 기계적인 움직임을 조작할 수 있도록 설계한 5∼10㎚ 크기의 인공 분자 또는 분자집합체이다.

빛과 열 같은 외부자극에 반응하여 역학적 움직임을 구현하는 분자기계 개발은 합성화학, 나노소재 분야의 오랜 도전과제이다. 그 중에서도 자기력은 물성을 파괴하지 않는 비침입성 자극원이라는 장점이 있지만, 기계적인 제어가 어려워 주목받지 못했다. 특히 펩타이드 같은 반자성유기분자들은 수 테슬라(Tesla) 이상의 강력한 자기장에서도 반응하지 않는다. 이 때문에 학계에서는 반자성 물질의 움직임을 실시간으로 제어하는 것은 불가능하다고 여겨왔다. 반자성(diamagnetic)은 물질에 자기장을 작용시킬 때, 자화가 자기장의 방향과 반대로 생겨 자석에서 멀어지는 성질이다.

이희승 교수는 체내에 마그네토좀이라는 자기 나침반을 지닌 주자성 박테리아의 행동 양식에 착안, 막대기 모양의 펩타이드 자기조립체인 폴덱쳐*를 이용하여 나침반처럼 실시간으로 자기장의 방향에 따라 정렬하는 펩타이드 자기 나침반을 개발하는 데 성공했다.
 * 폴덱쳐(foldecture) : 아미노산의 결합체인 펩타이드 분자들이 높은 결정성과 일정한 규칙성을 갖도록 설계한 3차원 비금속 유기분자구조체

실험 결과, 폴덱쳐는 MRI의 자기장보다 약한 1테슬라 이하의 회전 자기장에서도 실시간으로 감응하여 정렬하고 수용액 상에서 실시간 회전운동도 가능하다는 사실이 증명되었다. 실제 약 3㎜ 크기의 펩타이드 자기 나침반은 30rpm 이상의 회전성 자기장을 가리킬 수 있었다.

이희승 교수는 “그동안 주목받지 못했던 자기장을 외부자극으로 이용한 분자기계 개발의 새로운 설계원리를 제시함으로써 신개념의 생체친화적 분자기계 개발 등 다양한 응용이 기대된다”라고 연구 의의를 밝혔다.

 ‘이달의 과학기술인상’은 우수한 연구개발 성과로 과학기술 발전에 공헌한 연구개발자를 매월 1명씩 선정하여 과기정통부 장관상과 상금 1천만 원을 수여하는 시상이다

□주요 연구성과 설명 

펩타이드 자기 나침반의 자기장 감응현상>

 (a) 정적 자기장 하에서 폴덱쳐의 자기정렬 실험모식도. (b-c) 주사전자현미경을 통해 관찰된 폴덱쳐의 자기정렬 현상. MRI 장비의 자기장 세기보다 적은 1테슬라 이하의 회전자기장에서도 폴덱쳐들이 실시간으로 감응해 정렬하며, 수용액상에서 실시간 회전운동도 가능하다는 것을 최초로 규명했다.

(a) 광학현미경을 통해 관찰된 회전자기장 하에서 일어난 폴덱쳐의 실시간 용액상 자기정렬 현상. (b) 주자성 박테리아의 투과전자현미경 사진. (c) 주자성 박테리아를 모방한 하이드로겔 나침반의 모식도. (d) 회전자기장하에서 수 밀리미터 크기의 유기물 자기나침반의 실시간 자기정렬 현상. 체내에 마그네토좀이라 불리는 자기나침반을 지닌 주자성 박테리아(magnetotactic bacteria)의 행동 양식에 착안해 막대기 모양의 폴덱쳐가 나침반처럼 실시간으로 자기장 방향을 따라 정렬하는 현상을 가시화할 수 있는 펩타이드 자기나침반을 구현하는 데 성공했다.

이희승 교수 이력

□ 인적사항

  o 성명 : 이 희 승 (Lee, Hee-Seung)
  o 소속 : 한국과학기술원
  o 전화 : 042-350-2846
  o e-mail : hee-seung_lee@kaist.ac.kr
 □ 주요 학력
  o 1992. 3. ~ 1996. 2.   한국과학기술원(KAIST) 유기합성 박사
  o 1990. 3. ~ 1992. 2.   한국과학기술원(KAIST) 유기화학 석사 
  o 1986. 3. ~ 1990. 2.   한국과학기술원(KAIST) 화학 학사
 □ 주요 경력
  o 2018. 1. ~ 현재         한국유기합성학회 부회장
  o 2016. 1. ~ 2016. 12.    대한화학회 유기화학 분과회 총무부회장
  o 2016. 1. ~ 2017. 12.    대한화학회 학술위원회 학술실무이사
  o 2015. 11. ~ 2016. 10.   ICCEOCA-11 국제학회 조직위원장
  o 2004. 9. ~ 현재         한국과학기술원 화학과 조교수, 부교수, 교수
 □ 전문 분야
  o 유기합성, 유기초분자화학, 펩타이드 자기조립체

 

한국연구재단 홍보실 제공 

 

 

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