□ 국제과학비즈니스벨트 핵심 기관인 기초과학연구원(원장 오세정·IBS) 「복잡계자기조립연구단」(단장 김기문, POSTECH 교수)은 첨가제나 주형을 사용하지 않고도 속이 빈 마이크로 도넛이 자발적으로 만들어지도록 하는 방법을 개발했다고 6일 밝혔다.
o 직사각형 모양의 단량체(안트라히드로퀴논) 분자들이 서로 연결돼 스스로 속이 빈 마이크로 도넛을 이루는 것을 보고한 이번 연구는 내부 빈 공간을 활용한 약물전달이나 촉매, 나노물질을 원형으로 배열할 수 있는 지지체에 대한 응용가능성을 제시했다.
o 또 블록 분자의 디자인을 통해서 다양한 형태의 나노 혹은 마이크로 구조체를 매우 손쉽게 합성할 수 있는 새로운 가능성을 보여줌으로써, 마치 블록 장난감으로 다양한 형태의 구조체를 만드는 것처럼 다양한 신소재 개발의 새로운 지평을 열었다.
o 이번 연구성과는 세계적인 학술지인「네이처 케미스트리(Nature Chemistry)」2월호 표지 논문으로 게재*될 예정이며, 온라인으로는 6일에 발표됐다.
  * 논문제목: ‘속이 빈 고분자 마이크로링’(Hollow Nanotubular Toroidal Polymer Microrings), 제1저자 POSTECH 이지영 박사, 교신저자: IBS 복잡계자기조립연구단 김기문 단장？POSTECH 물리과 성우경 교수

□ 마이크로 도넛은 지름이 약 0.7~2.7마이크로미터(㎛)에 단면의 너비가 약 40~80나노미터(㎚)이고 내부에 빈 공간을 지니는 초소형 도넛 모양의 고분자 물질로, 비어있는 내부 공간에 다른 작은 분자를 포집했다가 배출할 수 있는 특징이 있다.
o 앞선 연구에서 김 단장팀은 등방형의 원판형 분자들을 용액상에서 중합하여 마치 퍼즐조각처럼 원판의 평면 방향으로만 조립돼 구형의 나노캡슐이나 필름 형태의 이차원 고분자를 만드는 새로운 방법을 발견해 학계의 주목을 받은 적이 있다.
o 이 연구에서 김 교수 연구진은 등방형의 원판형 분자들 대신에 이방형의 직사각형 분자를 사용하면 처음 형성되는 얇은 판 모양의 고분자 조각들이 한쪽 방향으로 선택적으로 말려서 구형이나 박막형태가 아닌 튜브나 도넛 형태가 만들어 질 것을 예상했다.
o 김 교수 연구진이 이번에 개발한 속이 빈 마이크로 도넛을 만드는 방법은 아주 간단하다. 꼭짓점에 끈끈이를 가지고 있는 직사각형 모양의 안트라히드로퀴논 분자를 연결분자와 함께 용매에 녹인 후 자외선을 쪼여주면 끝이다. 직사각형 분자들은 스스로 연결돼 얇은 타원형의 고분자 조각들을 형성하고 이것들이 한쪽 방향으로 말려서 나노튜브가 만들어진 뒤, 나노튜브가 길게 자라나다가 마침내 끝과 끝이 만나서 속이 빈 마이크로 도넛을 이룬다. 또 포스텍 물리과 성우경 교수와의 공동연구를 통해 이러한 형성과정을 이론적으로도 명확하게 설명했다.
o 이와 같은 분자들의 자기조립현상은 기존에는 조절이 쉬운 비공유결합을 통해 이루어진 것에 반해, 이번 연구에서는 비가역적인 공유결합을 통해서도 분자들이 자기조립해 특이한 구조체를 형성할 수 있고 블록 분자를 디자인하는 것에 따라서 원하는 구조체를 합성할 수 있음을 밝혀냈다.
o 또 마이크로 도넛의 비어있는 내부에 다른 분자들을 담아놓거나 도넛의 한쪽 벽면이 열리면서 담아둔 분자를 내어놓을 수 있고 외벽은 촉매로 사용될 수 있어서 약물 전달체나 촉매 등과 같은 분야로의 응용이 가능하다.

□ IBS 복잡계자기조립 연구단 김기문 단장은 “이번 연구 결과로 기존에는 불가능해보였던 비가역적인 공유결합을 통한 자기조립현상으로 원하는 구조체를 합성할 수 있음을 보임으로써, 보다 다양하고 안정한 나노 및 마이크로 구조체를 손쉽게 합성하고 이를 활용할 수 있는 새로운 가능성을 제시한다는 점에서 의미있다”고 말했다.