분자는 여러 개의 원자들이 모여서 만드는 단위입니다. 과학기술이 발전하면서 분자 단위, 원자 단위의 물질을 컨트롤 하는 능력이 점점 더 발전하고 있는데, 일리노이 대학의 하워드 휴이 의학 연구소의 과학자들이 작은 분자들을 원하는 대로 합성할 수 있는 일종의 분자 3D 프린터를 개발하는데 성공했다고 합니다.
일리노이 대학의 마틴 버크(Martin Burke, an HHMI early career scientist at the University of Illinois at Urbana-Champaign)와 그의 동료들은 14개의 서로 다른 작은 분자들을 하나의 기계에서 자동으로 생산하는 방법을 개발했습니다. 이 기계는 마치 레고를 조립하듯 여러 가지 원자를 결합시켜 원하는 모양의 분자를 만들 수 있다고 합니다. 심지어는 화학적 고리(chemical ring)를 가진 것도 가능하다는 것이 연구팀의 설명입니다. 이들은 자신들의 연구 결과를 저널 사이언스에 발표했습니다.
(연구팀이 개발한 분자를 조립하는 기계 A machine that builds complex molecules from simple chemical building blocks was developed in the lab of University of Illinois chemistry professor Martin Burke. Credit: L. Brian Stauffer)
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연구팀이 이런 기계를 만든 이유는 간단합니다. 작은 분자들은 의약품 개발이나 각종 신물질 개발에서 중요한 역할을 하고 있습니다. 하지만 이를 새롭게 조합하거나 양산하는 일은 매우 어려운 일이었습니다. 매우 잘 훈련된 화학자만이 이와 같은 일을 해낼 수 있었죠. 하지만 이런 자동 화학 조립 기계가 등장한다면 연구자들은 컴퓨터에 원하는 화합물을 입력하고 결과만 기다리면 될 것입니다.
더 중요한 부분은 바로 이전에 그 효용성이 알려졌지만 대량 생산에 실패했던 경우들입니다. 새로운 기계는 자동화된 생산 방식을 통해 원하는 분자를 대량 생산할 수 있는 가능성을 열었다는 게 연구팀의 설명입니다.
연구팀에 의하면 이 기계의 기본 블록들은 상업적으로 쉽게 구할 수 있는 분자들이라고 합니다. 이들 분자들을 마치 레고 블록들을 서로 끼워맞추듯이 화학 반응을 통해 결합시킵니다. 이 과정은 자동화되어 사람이 개입하지 않고도 계속해서 원하는 물질을 생산할 수 있다고 합니다.
물론 원하는 형태의 모든 분자를 만들어내는 수준은 아닐 것으로 생각되지만 신물질 개발 및 양산에 있어 상당히 획기적인 돌파구가 될 것으로 기대되고 있습니다. 다만 신기술이라는 것은 극히 일부만이 상용화되고 나머지는 여러 가지 이유로 상용화에 실패하는 것이 더 일반적입니다. 따라서 미래를 쉽게 예측하기는 어려운 일이죠. 그럼에도 이런 연구가 계속되다 보면 결국 언젠가는 원자와 분자를 직접 컨트롤해서 유용한 물질을 만드는 시대가 올 것으로 기대합니다.
참고
Journal Reference:
- Junqi Li, Steven G. Ballmer, Eric P. Gillis, Seiko Fujii, Michael J. Schmidt, Andrea M. E. Palazzolo, Jonathan W. Lehmann, Greg F. Morehouse, and Martin D. Burke.Synthesis of many different types of organic small molecules using one automated process. Science, 13 March 2015 DOI: 10.1126/science.aaa5414
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