화학공학과 박범준 교수 연구팀이 콜로이드를 활용한 광집게(Optical laser tweezers) 기술로 반데르 발스(Van der Waals) 상호작용 중 극성-무극성 분자 간 상호작용을 세계 최초로 예측했다.

화학공학과 박범준 교수 연구팀, 극성-무극성 분자 간 상호작용 최초 예측
“이론적으로만 존재했던 분자모델의 실존 증명해 큰 가치”

화학공학과 박범준 교수 연구팀이 콜로이드를 활용한 광집게(Optical laser tweezers) 기술로 반데르 발스(Van der Waals) 상호작용 중 극성-무극성 분자 간 상호작용을 세계 최초로 예측했다. 이 연구 결과는 탁월성을 인정받아 저명한 학술지인 "Nature Communications (IF=16.6)" 최신 호에 게재됐다. 광집게는 빛으로 나노 입자를 조작할 수 있는 기술로, 클로이드 및 바이오 분야에 활발히 사용되고 있다.

광집게 이용 콜라이드 입자의 다이폴-유도다이폴 상호작용 힘 측정해
박범준 교수 연구팀은 콜로이드 입자를 활용해 분자 동작을 이해하는 새로운 가능성을 제시했다. 원자나 분자 수준의 동작을 직접 관찰하는 작업이 어려워서, 콜로이드 입자를 모델로 사용해 분자 동작을 연구하는 방법이다. 콜로이드는 작은 입자로서 분자 동작을 모방하는 모델 시스템으로 사용된다.

연구에서는 광집게 기술을 이용해 마이크로 크기의 콜로이드 입자를 유체 계면에 흡착시켜 입자 표면에 비대칭 표면 전하가 형성되도록 만들었다. 이를 통해 계면에 흡착된 입자에 영구 쌍극자를 유도했다. 한편 수용액 상에 분산된 또 다른 입자를 광집게로 계면에 흡착된 입자와 근접시키고, 영구 쌍극자에 의해 형성된 전기장을 통해 물 분산 입자 주변의 이온확산층 분극을 유발해 유도 쌍극자를 유도했다.

연구팀은 광집게를 이용해 콜로이드 입자의 다이폴-유도다이폴 상호작용 힘을 정밀하게 측정했고, 이때 얻어진 힘의 스케일링 거동은 분자 간의 반데르 발스 상호작용 중 극성-무국성 분자 간 상호 작용인 드바이 힘(Debye force)의 스케일링 거동과 매우 잘 일치하는 결과를 얻었다.

콜로이드 외 리간드-수용차 상용작용에도 영향을 미쳐··· 후속 연구 계획
고려대 곽상규 교수 연구팀과 울산과학기술대학교(UNIST) 고은민 박사 연구팀의 시뮬레이션 결과와도 일치해 연구 타당성도 높였다. 이는 세계에서 최초로 반데르 발스 상호작용 중 하나인 드바이 힘을 실험적으로 측정한 결과이기 때문에 호평받았다.

연구 주제는 박범준 교수가 박사과정을 마칠 무렵부터 오랜 기간 준비한 내용이다. 박 교수는 “학위를 준비하며 연구 주제에 관심이 생겼다. 경희대 부임 이후 실험을 할 수 있는 장비와 여건을 준비했고, 노력에 힘입어 10년만에 좋은 성과를 거둘 수 있었다”며 “연구에는 끝이 없고 연장선이라는 사실을 다시 한번 배웠다”고 말했다

박범준 교수는 연구 결과가 “기존에 이론적으로만 존재했던 분자 모델을 실험으로 증명해 큰 가치를 지닌다”고 설명했다. 이번 연구 결과는 콜로이드만이 아니라 생물학적 시스템에서도 리간드-수용체 상호작용에 영향을 미칠 수 있으며, 이와 관련한 후속 연구를 준비하고 있다.

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글 김율립 yulrip@khu.ac.kr
사진 정병성 pr@khu.ac.kr

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