[표지로 읽는 과학] 카이랄성이 형성한 나비넥타이 모양의 나노시트

네이처 제공

이번주 국제학술지 '네이처'는 카이랄성이 형성한 나비넥타이 모양의 나노시트 모습을 표지에 담았다. 카이랄성은 왼손과 오른손처럼 구조와 모양이 똑같이 생겼지만 마치 거울에 비친 듯 대칭 모양을 하고 있어 서로 겹쳐질 수 없는 분자구조를 말한다. 자연계에서는 DNA나 단백질 아미노산, 단당류 등 생체분자들 대부분이 카이랄성을 띠고 있다.

최근에는 금속 등 무기물 재료에서도 인위적으로 카이랄성을 띠게 해 새로운 특성을 만드는 연구가 지속되고 있다. 또 카이랄 분자가 한 방향으로 진동하는 빛인 '편광'을 만났을 때 반응이 다르다는 성질을 이용해 반도체 등 소재 개발에 활용하기도 한다. 

니콜라스 코토브 미국 미시간대 화학과 교수 연구팀은 '카이랄성 연속체를 갖는 광활성 보타이 나노 조립체'에 대한 연구 결과를 네이처에 15일(현지시간) 게재했다. 

기하학적 특성인 카이랄성이 안정적이면서도 조절이 가능한 화학 구조로 가능할지는 그동안 알려지지 않았다. 연구팀은 나노시트를 사용해 화학 구조에 카이랄성의 기하학적 특성을 적용할 수 있는지 확인했다.

연구 결과 나노시트가 조립되면서 나비넥타이처럼 꼬이는 모양이 형성됐는데 꼬이는 방향은 나노시트를 형성하는 데 사용된 분자의 카이랄성에 따라 달라지는 것으로 나타났다. 또 나비넥타이의 꼬임 각도도 제어할 수 있는 것으로 확인됐다. 연구팀은 다양한 나비넥타이 입자가 카이랄성 값에 따라 편광과 다르게 반응하는 것도 발견했다. 

연구팀은 "개발한 카이랄성 화합물은 지속적으로 각도 조절이 가능한 데다 편광 현상을 활용하면 향후 홀로그램, 디스플레이 분야는 물론 다양한 색채를 구현할 수 있는 광학 소재를 비롯해 생체 분자, 화학 약품 개발 등에 혁신적인 도움이 될 것"이라고 밝혔다.

[윤영혜 기자 yyh@donga.com]