근적외선 뿜는 '생체분자 플라빈' 최초 구현…몸 깊숙한 곳 진단

생체 분자인 플라빈의 분자 구조 변화에 따라 방출하는 빛이 달라지는 모습. 왼쪽에서 오른쪽으로 고리 수가 많아지고 산소, 황 같은 이종 원자가 도입되면 근적외선까지 발광할 수 있다. KAIST 제공

국내 연구팀이 생체 내에서 빛을 내는 분자인 플라빈으로 근적외선을 구현하는 데 성공했다. 분자 구조를 미세하게 조절하면 빛과 전기신호를 제어할 수 있어 의료·환경·에너지 분야에 활용될 것으로 기대된다.

KAIST는 백윤정 화학과 교수팀이 그동안 불가능했던 근적외선 방출 플라빈 분자를 처음으로 개발했다고 23일 밝혔다. 연구결과는 15일(현지시간) 국제학술지 '네이처 커뮤니케이션즈'에 공개됐다.

플라빈은 생명체 내의 에너지 생산과 생화학 반응에 관여하는 중요한 조효소다. 특정 색의 빛을 방출하는 형광 분자이기도 하다. 자연계에 존재하는 플라빈은 파란색, 초록색 등 짧은 파장의 빛만 낼 수 있다.

연구팀은 분자 구조에 3개의 고리가 포함된 삼환형 플라빈을 고리가 5개인 오환형 플라빈으로 확장하고 산소(O)나 황(S) 등 기존에 없던 원자를 정교하게 도입해 플라빈이 방출하는 파장을 조절하는 데 성공했다.

황이 포함된 플라빈은 파장이 772나노미터(nm, 1nm는 10억분의 1m)인 근적외선 영역의 빛까지 발광했다. 현재까지 보고된 플라빈 발광 중 가장 파장이 길다. 개발된 분자는 전기화학적 반응을 조절하는 기능까지 갖춘 것으로 확인됐다. 사람의 눈으로 볼 수 있는 가시광선의 파장 범위는 약 400nm(보라색)에서 700nm(빨간색)이다. 

연구팀은 플라빈의 색 구현 범위를 획기적으로 확장해 기존 한계를 뛰어넘어 플라빈의 응용 범위를 넓혔다. 근적외선을 활용하면 우리 몸 내부 깊숙한 곳을 정확하게 진단·치료할 수 있다. 환경 분야에서는 오염이나 독성 물질이 특정 빛에 반응하도록 설계하거나 긴 파장의 빛을 흡수해 에너지로 전환하는 데 활용될 수 있다.

백 교수는 "앞으로 우리 손으로 원하는 색과 성질을 가진 분자를 정밀하게 디자인하고 만들 수 있다는 가능성을 보여준 것"이라며 "의료, 환경, 에너지 등 빛 기반 기술이 적용되는 수많은 분야에서 게임 체인저가 될 것"이라고 밝혔다.

<참고 자료>
- doi.org/10.1038/s41467-025-58957-2 

[이병구 기자 2bottle9@donga.com]