(사진. 포항공과대학교)

우리가 가만히 있을 때도 몸속 세포는 쉴 새 없이 움직이고 있다. 세포에서는 다양한 화학반응이 잇달아 일어나는데, 반응의 각 단계가 한 치의 오차도 없이 조절되면서 생명이 유지된다. 최근 국내 연구진이 이러한 ‘세포’처럼 촉매 반응을 정밀하게 조절할 수 있는 이중 촉매를 개발했다.

포항공과대학교(이하 포스텍) 화학과 이인수 교수·아미트 쿠마(Amit Kumar)·니티 쿠마리(Nitee Kumari) 연구조교수·석사과정 임종원 씨 연구팀은 자기 물질 촉매와 금속 촉매를 합친 나노반응기를 개발했다.

둘 이상의 촉매를 합친 나노반응기는 연속적인 촉매 반응을 일으켜 정밀한 화학물질의 합성을 돕는다. 다만 합성 과정에서 각 단계가 광범위한 온도와 압력에 의해 서로 영향을 받아, 반응 단계를 각각 조절하거나 부반응을 억제하기 매우 어려웠다.

연구팀은 자기 코어-촉매와 플라즈몬 껍질-촉매로 구성된 자기-플라즈몬 다중 모듈형 나노반응기를 개발했다. 나노반응기 중심에는 자기 물질이, 테두리에는 플라즈몬 껍질이 각각 자기장과 근적외선의 영향을 받아 선택적으로 촉매를 활성화한다. 열이나 압력을 가하지 않고도 원하는 곳에만 열에너지를 만들 수 있다는 게 특징이다. 서로 다른 촉매의 간섭을 최소화해 부반응을 일으키지 않을뿐더러, 생물에도 해를 끼치지 않는다.

(사진. 포항공과대학교)

자기장과 근적외선을 이용해 원격으로 나노반응기를 조절한 결과, 단순한 출발물질들 사이의 원팟(one-pot) 연속반응을 통해서 높은 부가가치의 시남알데하이드(Cinnamaldehyde)를 95% 수율로 생산할 수 있었다.

이인수 교수는 “이 나노반응기를 이용하면 생물의 몸속에서 지금까지 합성할 수 없었던 복잡한 형태의 약물을 합성할 수 있다”라며 “나아가 질병을 진단하는 동시에 치료하는 테라노시스(Theranostics) 분야에도 응용할 수 있을 것으로 기대된다”라고 말했다.

한편, 한국연구재단 리더연구자지원사업과 창의·도전연구 기반지원사업의 지원을 받아 이뤄진 이번 연구결과는 국제 학술지 ‘나노 레터스(Lano Letters)’ 8월호 보충표지논문(Supplementary Cover)으로 실렸다.