KAIST, 천연물 합성해 신개념 광스위치 개발

빛 파장에 따라 색상 바뀌는 신소재 연구

[이데일리 강민구 기자] 한국과학기술원(KAIST) 연구팀이 빛의 파장에 따라 색상이 바뀌는 신소재를 개발하고, 이를 액정, 분자로봇 등 미래기술에 적용할 가능성을 제시했다.

KAIST는 화학과의 한순규 교수와 윤동기 교수 공동연구팀이 세큐린진 B의 합성 방법을 밝혀내고, 이 과정에서 발견한 화학적 반응성을 응용해 새로운 유형의 분자 광스위치를 개발했다고 11일 밝혔다.

KAIST 연구팀.(왼쪽부터)윤동기 화학과 교수, 박상빈 석박사통합과정, 한순규 교수.(사진=KAIST)

연구팀은 천연물 합성에 머무르지 않고 분자 재배열 원리를 바탕으로 서로 다른 파장의 빛을 통해 형태와 성질이 바뀌는 분자 광스위치를 설계했다.

우선 천연물에 전자주개 치환기를 달자 가시광선 영역의 빛을 흡수하면서, 무색인 기본 천연물과 달리 신물질은 노란색을 나타냈다. 이후 천연물 유래 소재에 파란색 빛을 쬐자 수 초 뒤 색이 사라졌다. 빛에 의해 분자구조가 변형되면서 물질의 성질이 바뀐 셈이다. 변형된 구조의 물질에 310나노미터(nm) 파장의 자외선을 쏘자 다시 구조가 원래대로 돌아오면서 노란색이 됐다.

연구팀은 새로 개발한 광 감응 물질을 고분자에도 적용했다. 연구팀은 PDMS(연성고분자의 일종) 고분자에 분자 광스위치 물질을 혼합하고 굳혀 427 나노미터(nm) 파장의 파란색 가시광선을 쬐어 무색이 되고 310nm 파장의 자외선을 쬐어주면 노란색으로 변하는 젤리 물질을 개발했다.

또 윤동기 교수 연구팀과의 추가 연구에서 광 감응 카이랄(서로 거울 쌍을 이루지만, 둘이 서로 겹쳐지지 않는 성질) 혼입제를 연구했다. 그 결과, 디스플레이 분야에 적용하기 위해 액정 물질에 파란색 빛을 쬐었을 때 카이랄 액정의 꼬임 주기가 변하면서 광스위치의 성질도 여전히 지닌 것으로 조사됐다.

광스위치는 분자 내에서 결합이 이동해 분자구조가 바뀌는 작동 원리에 기반한다. 파장에 따른 색 변화뿐 아니라 형광을 끄거나 킬 수도 있기 때문에 형광 탐침으로 생물학 분야에도 응용할 수 있다.

한순규 교수는 “천연물 합성이라는 기초과학 연구 과정에서 발견한 원리를 다양하게 응용할 수 있는 분자 광스위치를 개발했다”며 “새로운 기술 개발을 하려면 자연현상의 작동 원리를 탐구하는 기초과학 연구가 중요하다는 것을 다시 일깨워줬다”고 말했다.

연구 결과는 국제 학술지 ‘셀 프레스(Cell Press)’에서 발간하는 국제 학술지 ‘켐(Chem)’에 지난 달 31일자로 게재됐다.