신약. 신소재 결정화 촉진 기술 개발

■ 신약. 신소재 결정화 촉진 기술 개발

 

신약 개발이나 첨단 신소재 연구를 하려면, 후보 물질의 특성을 파악해야 한다. 특성 분석을 위해서는 가장 먼저 물질을 순도가 높고, 크기가 큰 결정으로 만들어야 한다. 국내 연구진이 이 결정을 10배 빨리 만드는 기술을 개발했다.

 

울산과학기술원(UNIST)은 바르토슈 그쥐보프스키 특훈 교수 (IBS 첨단 연성물질 연구단 그룹 리더)가 이끄는 국제 공동 연구팀이 이온성 고분자가 포함된 용액에서 생기는 ‘흔들림’이 결정에 충격을 줘 결정화를 빠르게 한다는 사실을 발견하고 원인을 규명했다고 2020년 03월 25일 밝혔다. 용액 속 물질이 결정화할 때 외부 충격을 적게 받을수록 큰 결정이 만들어진다는 학계의 기존 상식을 뒤집은 것으로 연구 결과는 국제학술지 ‘네이처’에 게재됐다.

 

물질의 결정화가 이뤄지려면, 가장 먼저 결정 씨앗이 만들어져야 한다. 이 씨앗이 점점 성장하면서 결정으로 만들어진다. 큰 결정을 빠르게 얻으려면, 결정이 더 크게 뭉쳐지는 ‘오스트발트 숙성’(Ostwald ripening)이 일어나야 한다. 오스트발트 숙성(Ostwald ripening)은 입자 크기가 다양할 때, 크기가 상대적으로 작은 입자는 계속 작아지고, 큰 입자는 점점 커져서, 결국 작은 입자가 소멸하는 현상을 말한다. 이 때, 외부에서 가해지는 충격은 작은 결정을 여러 개 만들기 때문에 큰 결정의 성장을 방해한다고 알려져 있었다.

 

그쥐보프스키 교수 연구팀은 이온성 고분자가 녹아 있는 용액에서 이런 통념과 반대되는 현상을 발견했다. 용액 속에서 소용돌이 같은 흐름이 생겨 충격을 주자, 오히려 결정화가 빨라진 것이다. 연구팀은 이 현상이 ‘이온성 고분자가 결정으로 만들 물질 대신 용매를 흡착하기 때문’이라는 가설을 세웠다. 연구팀은 가설을 검증하기 위해 이온성 고분자를 포함한 용액에 회전력을 가해 결정화하는 실험을 진행했다. 그 결과, 기존 보다 최소 10배 이상 빨리 결정이 자랐으며, 성장 속도는 회전 속도와 고분자의 길이에 비례했다.

 

연구팀은 또한 20개의 유무기 물질과 단백질 결정화를 시도했다. 연구팀이 고안한 새로운 방식을 활용하자 용매 종류에 관계없이 결정 성장이 촉진됐다. 기존 오스트발트 숙성(Ostwald ripening)이 아닌 새로운 물리적 현상에 의해 결정화가 촉진되는 방법이다. 그쥐보프스키 교수는 “이번 연구에 따른 새로운 결정화 방법을 향후 신약 개발이나 화학 공정에 적용하면, 기존 연구의 효율성을 높일 수 있을 것이다. 이번 연구는 유체 역학과 고분자 화학, 결정학 등을 망라한 융합 연구”라고 말했다.