POSTECH, “세상에 없던 칼릭스 화합물 합성 성공”
음이온을 잡아내는 ‘성배모양’의 화합물…“다양한 분야 응용 기대”

생체 내 요오드, 불소, 단백질의 카복시레이트, DNA의 인산, 환경오염이나 불의의 사고로 배출되는 유해물질, 등 우리 주변에는 우리에게 유익하거나 유해한 음이온들이 다양하게 존재한다. 이 같은 음이온을 보다 정확하게 검출해 의학과 환경분야 등 다양한 분야에 활용할 수 있는, ‘성배’ 모양의 세상에 없던 새로운 화합물이 우리나라 국가과학자의 손으로 만들어졌다.

POSTECH 화학과 김광수 교수․전영 연구원 팀은 지금까지 없었던 새로운 칼릭스계 화합물인 칼릭스이미다졸륨(calix-imidazolium)을 합성하는데 성공, 세계적 권위지인 네이처커뮤니케이션(Nature Communications)지 온라인판 30일자(현지시간)를 통해 그 결과를 발표했다. 

도핑테스트, 유해물질 센서나 의약 진단 연구에 응용되는 분자들은 특정한 물질을 잘 잡아낼 수 있도록 특이한 구조체를 가지고 있다. 그 중에서도 ‘성배(聖杯)’모양을 띄고 있어 칼릭스(Calix, 라틴어로 성배, 컵을 의미)라는 이름을 가진 분자는 다른 분자들과 달리 형태가 고정되어 있어 센서 등에 다양하게 응용되고 있다. 하지만 지난 100 여 년간 화학계에서는 칼릭스계의 분자로는 칼릭스아렌(calix-arene)과 칼릭스파이롤(calix-pyrrole) 2가지만 알려져 있다.

2005년 김광수 교수팀은 ‘전구체(precursor)’*1를 만들어내면서 새로운 분자의 합성 가능성을 처음으로 제기하며 이러한 상황에 새로운 전기를 마련했다. 그리고 드디어 기존의 중성 칼릭스분자계와는 달리 양이온 분자계로 음이온을 선택해 결합시킬 수 있는 강점을 가진 이미다졸륨을 이용, 칼릭스이미다졸륨을 합성하는데 성공했다.

연구팀은 이 분자계를 이용해 수용액에서 불소 이온이나 불용성인 ‘나노의 축구공’ 플러렌*2을 검출하는데 성공했다. 이외에도 음이온 검출을 필요로 하는 의약진단기나 환경오염 센서 등 광범위하게 활용될 것으로 전망되고 있다.

연구를 주도한 POSTECH 김광수 교수는 “이 분자계는 분자크기를 늘리면 보다 큰 음이온을 검출할 수도 있을 뿐 아니라 플러렌이나 그래핀, 탄소나노튜브 등 탄소물질과 관련된 나노물질 연구 등에 응용할 수 있을 것”이라며 “지금까지 없던 세 번째 종류의 칼릭스 화합물인 만큼 그 활용도도 예상 이상으로 다양할 것으로 기대한다”고 밝혔다.

한편, 이번 연구성과는 미래창조과학부와 한국연구재단이 운영하는 국가과학자 사업 지원으로 수행됐다.