카이스트 새로운 '플라빈' 분자 개발... 근적외선에서도 빛 낸다

[녹색경제신문 = 이지웅 기자] 백윤정 카이스트 화학과 교수 연구팀이 근적외선 파장에서 발광이 가능한 5개의 고리 구조를 가진 새로운 오환형 플라빈 분자를 세계 최초로 개발하는 데 성공했다.

플라빈은 우리 몸 등 생명체 내의 에너지 생산과 생화학 반응에 관여하는 중요한 조효소이자 특정 색의 빛을 방출하는 형광 분자다. 자연 상태에서의 플라븐은 짧은 파장의 빛을 내기 때문에 적외선 영역까지는 확장되기 어렵다.

이러한 상황에서, 연구팀은 전통적으로 세 개의 고리를 갖는 플라빈 구조에서 플라빈의 핵심 구조를 5개의 고리로 확장하고 여기에 산소 및 황 등 이종 원자를 정교하게 도입함으로써 분자의 전자 구조를 정밀하게 조절하는 새로운 합성 전략을 제시했다.

연구팀은 분자의 구조를 미세하게 조절함으로써, 빛을 어떻게 흡수하고 방출할지를 원하는 대로 설계할 수 있게 됐다. 또한 전기 신호를 전달하거나 변환하는 능력 또한 함께 제어할 수 있음을 입증했다.

이번에 개발된 분자는 적외선에 가까운 짙은 붉은색 및 근적외선 영역의 빛을 낼 수 있어 기존 플라빈 색소가 낼 수 있었던 색의 범위를 획기적으로 확장했다는 평가를 받고 있다.

황이 포함된 구조체는 772nm에 달하는 근적외선 영역에서 발광한다. 이는 지금까지 보고된 플라빈 유도체 중 가장 긴 파장이다. 

또한 이 분자는 기존의 플라빈에서 드물게 관찰되던 준가역적인 산화 특성을 나타낸다. 이에 전기화학적 기능성까지 동시에 갖춘 다기능성 분자 플랫폼으로 주목받고 있다.

이번 연구를 통해 기존 플라빈의 활용 기술과 응용 범위를 넓힐 수 있다.

근적외선(NIR) 같은 긴 파장의 빛을 통해 몸 속 더 깊이 정확하게 진단하고 치료할 수 있다. 오염이나 독성물질이 특정 빛에 반응하도록 설계할 수도 있다. 더 나아가 긴 파장의 빛을 흡수해서 친환경 에너지로 만들게 하는 등 발광 파장과 전자 특성을 정밀하게 제어하는 새로운 플랫폼을 제시했다.

백 교수는 “플라빈의 빛 파장을 바꿀 수 있다는 것은 우리가 원하는 상황에 맞게 빛을 자유롭게 설계하고 활용할 수 있다는 뜻으로 앞으로 우리 손으로 원하는 색과 성질을 가진 분자를 정밀하게 디자인하고 만들수 있다는 가능성을 보여준 것”이라며, “이는 의료, 환경, 에너지 등 빛 기반 기술이 적용되는 수많은 분야에서 게임 체인저가 될 수 있는 기반 기술이 될 것”이라고 말했다.

한편, 이번 연구는 과기정통부가 지원하는 개인기초연구사업의‘우수신진연구’와 산업통상자원부가 지원하는‘소재부품개발사업’과제의 지원을 받아 수행됐다.