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인공 분자 모터의 회전 방향 제어를 초분자에서 실현 인공 분자 모터의 회전 방향 제어를 초분자에서 실현
정대상 2015-07-01 11:09:50

 

 

일본의 국립 연구개발 법인 물질재료 연구기구(NIMS) 국제 나노 아키 구조론 연구 거점(MANA)의 그룹과 국립대학법인 교토대학 화학연구소의 연구팀은 공동으로 금속 기판 위에서 초거대 분자를 이용한 분자 모터를 제작하고 초거대 분자를 구성하는 분자끼리의 결합을 재편성함으로써 모터를 반전시키는 것을 실현했다.

분자 모터는 생물의 생명 활동을 유지하기 위해서 빼놓을 수 없는 나노 머신의 일종이며, 이 나노 머신으로 구성된 기계적 시스템을 생물의 체내와 같이 자기 조직화 수법을 이용하여 제작하는 것은 나노 테크놀로지가 내세우는 꿈 중 하나이다. 그동안 기판 표면 상에서 유기 분자를 사용한 분자 모터가 만들어져 왔는데, 모터의 회전 방향을 바꿀 수 없다는 큰 문제가 있었다. 이것은 모터를 구성하는 분자들이 강한 힘에 의해서 결합되어 있어, 구조적 유연성이 부족한 것이 원인이었다.

이번에 연구팀은 초거대 분자를 이용함으로써, 유연한 구조를 가진 분자 모터를 제작하고, 모터의 회전 방향을 바꾸는 데에 최초로 성공했다. 초거대 분자는 구성 단위가 되는 다수의 분자들이 공유 결합보다 약한 수소 결합 등의 힘에 의해서 연결되어 이루어진 복잡한 구조를 가진 분자이다. 초거대 분자에서 만들어진 분자 모터는 분자 내에 주입된 전류에 의해서 한 방향으로 회전한다. 또한, 특정 조건 하에서 전류를 흘리면, 모터의 부위가 재조합되어, 이에 따라 회전 방향을 반전시키는데 성공했다. 재조합이 가능한 것은 초거대 분자 내의 분자들이 강하지도 않고, 너무 약하지도 않은 적절한 크기의 힘에 의해서 연결되고 있기 때문이다. 또한, 이 분자 모터의 제작에는 자기 조직화 기법을 이용했으며, 한꺼번에 대량으로 제작할 수도 있다.

앞으로는 이 성과를 이용해 더 크고, 높은 기능의 나노 머신 구축을 목표로 한다. 또한 인공 분자 모터의 동작을 조사함으로써, 생체 내의 천연 분자 모터가 움직이는 상세한 메커니즘의 규명으로 연결될 것으로 기대된다.

이 연구는 과학 연구비 지원 사업의 도전적 맹아 연구 "아인슈타인, 드 하스 효과를 이용한 유기 분자 모터의 창제"의 일환으로 진행되었다.

연구 성과는 미국 화학회에서 발행하는 "Nano Letters"에 2015년 6월 22일에 게재되었다.

*실제로 분자 모터가 역회전하는 모습의 동영상은 아래 주소에서 볼 수 있다.
http://pubs.acs.org/doi/suppl/10.1021/acs.nanolett.5b01908

 

출처 KISTI 미리안 글로벌동향브리핑

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