거대 분자 그릇, ‘분자 주령구’ 탄생
신라시대 귀족들은 안압지에 모여 ‘주령구’라는 주사위를 굴리며 유희를 즐겼다고 한다. 국내 연구진이 전통 놀이기구인 주령구의 독특한 형태를 모방한 분자 그릇을 개발했다. 김기문 기초과학연구원(IBS) 복잡계 자기조립 연구단장(포스텍 화학과 교수) 연구팀은 분자의 자기조립 특성을 활용해 속이 빈 육팔면체 모양의 거대분자를 합성했다. 크기는 5.3nm로 지금까지 보고된 수많은 분자 다면체 중 가장 크다. * 자기조립(self-assembly) : 무질서하게 존재하던 분자들이 외부의 지시 없이 서로 간의 상호작용에 의해 자발적으로 조직적인 구조나 형태를 형성하는 것. 우리 몸의 분자, 세포, 조직 등은 분자가 자기조립을 거듭하며 형성된 복잡한 자기조립체에 해당한다. 분자 다면체는 레고 블록 같은 여러 개 분자가 결합하여 이룬다. 특히 속이 빈 분자 다면체는 약물을 내부에 저장 및 전달하는 약물 운반체, 광촉매 등 다양한 응용이 가능하다. 지금까지 개발된 대부분 분자 다면체는 크기가 2nm 이하였다. 보통 약물은 2nm, 항체는 5nm 크기에 달한다는 점을 고려하면, 내부에 담을 수 있는 분자가 제한적이었던 것이다. IBS 복잡계 자기조립 연구단은 2015년 6개의 사각형 포피린(Porphyrin) 분자와 8개의 삼각형 포피린 분자가 스스로 조립하여 만드는 다면체 ‘포피린 박스(P6L8)’를 합성한 바 있다. 이때 합성한 포피린 박스의 크기는 약 3nm였다. 이번 연구에서는 기존보다 지름이 1.8배 큰 스스로 조립되는 분자 다면체를 합성했다. 연구진은 주령구의 독특한 모양에서 아이디어를 얻었다. 우선, 주령구의 형태를 재현하기 위해 구성 분자의 길이와 각도를 정밀하게 설계했다. 이후 분자의 자기조립 특성을 활용해 12개의 사각형 포피린 분자와 24개의 굽은 막대기형 분자로 구성된 ‘분자 주령구(P12L24)’를 합성했다. 공동 제1저자인 구재형 연구원은 “거푸집을 만들고, 분자 조각들을 꿰맞추는 등 복잡한 단계가 필요했던 기존 합성법과 달리, 분자들이 스스로 조립되는