동아대학교 화학과 이승훈 교수. (사진=동아대 제공)

동아대학교 화학과 이승훈 교수가 화학 분야 상위 5%에 해당하는 권위지 'Angewandte Chemie International Edition(안게반테 케미 인터내셔널 에디션)'에 논문을 게재했다.

이 교수는 과학기술정보통신부 '우수신진연구자 지원사업'으로 연구를 수행, ‘Unraveling the Chirality Transfer from Circularly Polarized Light to Single Plasmonic Nanoparticles(원편광 된 빛에서 단일 플라즈모닉 나노입자로의 카이랄성 전이 규명)’이라는 제목의 논문을 발표했다.

이번 연구는 이 교수를 비롯 미국 오하이오대 알렉산더 고벌브 교수, 독일 뮌헨대 챙하오 판 박사연구생, 에밀리아노 코르테스 교수 연구진과의 국제 공동 연구 교류를 통해 수행했다.

연구진은 이번 논문에서 '카이랄성 전이' 연구의 새로운 지평을 열고 물질의 비대칭성을 탐구할 새로운 접근법을 제공하는 성과를 거뒀다.

카이랄성 전이는 카이랄성이 한 시스템에서 다른 시스템으로 전달되는 현상을 말한다. '카이랄성(거울상 이성질체)'이란 물질의 구조가 공간적으로 서로 거울상으로 중첩될 수 없는 고유한 특성을 말한다. 예를 들어 왼손과 오른손이 서로 같은 모습이지만 거울상으로 완전히 똑같이 중첩될 수 없는 것과 같다.

카이랄성 전이 규명 연구는 생명의 기원 탐구뿐만 아니라 생체 내 특정 기능성 작용 여부 등을 조절할 수 있어 화학·생물학·의학·약학 분야에서 큰 관심을 받고 있다.

특히 '카이랄 플라즈모닉 나노입자'는 빛과 물질 간의 상호작용을 통해 카이랄성 검출 및 조작을 훨씬 효과적으로 할 수 있게 해준다.

이번 연구에서는 빛을 통한 카이랄성 전이에 대한 메커니즘을 규명, 이를 활용해 '카이랄 플라즈모닉 금 나노입자'를 합성하는데 성공했다.

기존에 카이랄 플라즈모닉 금 나노입자를 합성할 때는 카이랄 분자를 활용한 카이랄성 전이를 통해 합성을 진행해 왔다. 반면 이번 연구에선 카이랄 분자 없이 원편광된 빛을 활용, 카이랄 플라즈모닉 나노입자를 구현하고 이의 합성 메커니즘 원리를 규명했다.

이번 연구에서 밝혀진 나노입자의 카이랄성은 화학 산업에서 카이랄 촉매 및 분자 분리 기술에 새로운 접근법을 제시, 효율성과 경제성을 개선할 수 있을 것으로 기대된다.

또 카이랄 플라즈모닉 나노입자는 특정 분자를 감지할 때 발생하는 미세한 광학적 변화를 포착할 수 있어 극도로 민감한 센서 개발이 가능하기 때문에 질병 진단, 환경 모니터링 등에서 중요한 역할을 할 수 있을 것으로 보인다.

이 교수는 "이번 연구는 빛과 나노입자와의 상호작용을 기반으로 카이랄 플라즈모닉 나노입자를 구현할 수 있는 청사진을 제시했다는 의의가 있다"며 "앞으로 약물, 바이오 센싱, 나노기술에 응용이 가능하고 특정 카이랄 반응에 반응하는 카이랄 광화학 촉매 개발을 위한 핵심 기술이 될 것으로 기대한다"고 말했다.