스웨덴 왕립과학원은 5일 프랑스 스트라스부르대학의 장 피에르 소바주(Jean-Pieere Sauvage), 영국 출신으로 미국 노스웨스턴대학 교수인 프레이저 슈토다르트(Sir J. Fraser Stoddart), 네덜란드 흐로닝언대학 베르나르트 페링가(Bernard L. Feringa) 교수 3명 등을 올해 노벨 화학상 수상자로 선정했다고 밝혔다.
2000년대부터 생명과학과 환경과학 분야를 연구한 과학자들이 노벨 화학상을 수상했지만, 올해는 이례적으로 전통적인 화학 분야에서 연구업적을 이룩한 과학자들이 상을 거머쥐었다. 이덕환 서강대 교수(화학)는 “이번 노벨 화학상은 초분자과학 분야 연구로 화학이라는 학문, 그 차제의 예술적인 특성을 인정해준 것”이라고 설명했다.
왕립과학원은 ‘분자 기계의 디자인과 합성에 관한 연구’를 통해 이들이 초분자를 이용해 분자기계를 구현할 수 있는 원리를 밝히고, 그 원리를 이용해 새로운 형태의 분자기계를 만들었다고 설명했다. 분자기계란 고등동물의 세포 속에 있는 단백질로써 일종의 분자집합체다.
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| 소바주 교수가 만든 카테네인. 2개의 분자가 사슬처럼 연결돼 하나의 분자기계를 구성하고 있다. |
소바주 교수가 1983년 만든 분자기계는 ‘카테네인(catenane)’이다. 카네테인은 고리 모양의 분자 2개가 사슬처럼 연결된 구조다. 원래 분자는 전자를 공유하는 인접한 원자의 상효작용에 의해 화학적으로 강력하게 결합 돼 있다. 하지만 카테네인은 이보다 좀 더 느슨하고 기계적인 형태로 연결 돼 있다. 이로써 하나의 분자기계 내에서 연결된 서로 다른 2개의 분자 각각 자유롭게 운동이 가능하게 된 것이다.
슈토다르트는 카테네인을 발전시켜 1991년 ‘로탁세인(rotaxane)’을 만들었다. 그는 가느다란 막대기 모양의 분자와 도넛 모양의 분자를 연결시켰다. 이어진 도넛 모양의 분자 고리들은 축에 달린 바퀴처럼 자유롭게 움직일 수 있다.
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| 슈토다르트는 도넛 모양의 분자 고리가 축을 중심으로 자유롭게 움직이는 로탁세인을 만들었다. |
페링가는 분자기계에 처음으로 ‘모터’를 달아 자외선을 받으면 일부 구조가 180도 회전하게 했다. 이는 로탁세인을 ‘분자 승강기(molecular lift)’라 불리는 분자기계로 발전시킨 것인데, 이같은 구조를 이용하면 극도로 작은 크기의 ‘나노 자동차’와 같은 것을 제작할 수 있다.
이동환 서울대 교수(화학)는 “수상자들은 유기화학과 무기화학을 절묘하게 결합해 아무도 생각하지 못했던 3차원 구조를 만들었다”며 “거시세계에서 볼 수 있었던 기계장치를 분자 수준에서 만들어보겠다는 꿈 같은 일들을 실현시킨 것”이라고 설명했다.
dsun@heraldcorp.com
