교육과학기술부는 포항공과대학교 해양대학원/환경대학원 황동수 교수팀이 표면 힘 측정기(Surface force apparatus, SFA)를 이용하여 물속에서의 Cation-π 결합을 나노 역학적으로 세계 최초로 증명했다고 밝혔다.

Cation-π 결합은 양이온과 전자가 풍부한 방향족 화합물 사이의 비공유결합으로 다른 결합력과 달리 수중에서도 강한 결합을 유지할 수 있어 물이 70%로 이루어진 인체 내의 생리작용에 중요한 역할을 한다.

이번 연구 결과는 교육과학기술부 해양극지 기초·원천기술개발 사업의 과제를 수행하는 포스텍 황동수 교수(35세)와 오동엽(28세, 박사과정), 포스텍 물리학과 조용석 교수 등의 공동연구를 통해서 세계 최초로 밝혀졌으며, 화학분야의 세계적 권위지인 '앙게반테 케미(Angewandte Chemie)' 온라인 판에 2월 28일 게재되었다.(논문명 : Nanomechanics of Cation-pi Interactions in Aqueous Solution) 

자연계에서 비공유 결합(수소결합, 이온결합(ionic interaction), 반데르발스 결합 (Van der Waals interaction) 등)의 대부분은 물 속에서 수화작용 때문에 그 힘이 약해지만, Cation-π 결합은 그 힘이 물속에서도 강하게 존재하기 때문에 수중의 많은 생리현상에 있어 중요한 요소로 작용하고 있다고 알려져 있으며, 이전까지는 컴퓨터 시뮬레이션에 의해서만 그 힘이 예측되어 왔다. 

연구진은 인간의 학습과 기억에 매우 중요한 신경전달물질(neurotransmitter)인 ‘아세틸콜린’이 뇌의 아세틸콜린 수용체에 Cation-π로 강하게 결합하는 지를 실험으로 입증하였으며, 양이온과 벤젠닝을 다량 함유하고 있는 해양 부착성 생명체, 테트라에틸암모늄 화합물이 이온 채널과 신경전달 수용체 등과 Cation-π 결합으로 얼마나 강하게 결합하는지를 실험적으로 증명하였다. 

포스텍 황동수 교수는 “본 연구 결과를 통해 앞으로 신의약품, 수중접착제 및 해양 방오제 등 다양한 고분자소재 개발 등에 필요한 중요한 원리를 제시하고 있다.”고 평가하였으며,  특히, “아세틸콜린과 유사한 구조를 갖는 니코틴은 우리 뇌에서 Cation-π 결합하는 것으로 알려져 있어, 흡연 중독성 메터니즘 연구에도 활용 할 수 있을 것으로 기대된다.”고 밝혔다.

이번 연구 성과는 교육과학기술부 해양극지 기초·원천기술개발사업과 국토해양부 해양바이오산업 신소재 연구단의 지원을 받아 수행되었다.

출처 | 교육과학기술부