전남대 연구진, 단순 나노 구성 요소로 복잡한 비대칭 구조 구현

자연에서는 흔히 관찰되지만 실험실에서는 구현하기 어려웠던 복잡한 나노 구조를 만드는 새로운 방법이 제시됐다.

전남대학교 연구진이 단순한 구성 요소만으로도 정교하고 비대칭적인 나노 구조가 스스로 형성되도록 유도하는 원리를 밝혀내며, 나노 소재 설계의 새로운 가능성을 열었다.

전남대학교 화학과 테사롤로 야코포(Tessarolo Jacopo) 교수는 서로 다른 구성 단위(빌딩 블록, building block)로부터 낮은 대칭성을 가진 자기조립 나노구조(low-symmetry self-assembled nanostructure)를 정밀하게 형성하는 새로운 방법을 보고했다.

이번 연구는 독일 도르트문트공과대학교(TU Dortmund University) 클레버(Prof. Clever) 연구팀, 이탈리아 토리노 공과대학교(Politecnico di Torino) 파반(Prof. Pavan) 연구팀, 프랑스 스트라스부르대학교(Universite de Strasbourg) 호세이니(Prof. Hosseini) 연구팀과의 국제 공동연구로 수행됐다.

연구진은 단순한 구성 요소만을 이용해 복잡하고 낮은 대칭성을 가진 나노구조체를 비통계적 자기조립(non-statistical self-assembly) 방식으로 구현할 수 있는 새로운 원리를 제시했다.

서로 다른 구성 요소로부터 낮은 대칭성을 갖는 나노 구조를 정밀하게 형성하는 현상은 자연계에서는 흔히 발견되지만, 실험실 환경에서 이와 같은 수준의 구조적 복잡성을 구현하는 것은 그동안 큰 도전 과제로 여겨져 왔다.

이번 연구에서 테사롤로 교수(교신저자 참여)는 이전에 제안한 인접 골격 상호작용(Adjacent Backbone Interactions, ABIs)을 구조 유도 효과로 활용하고, 금속 매개 자기조립(metal-mediated self-assembly)을 통해 점차 크기가 커지는 비대칭 다성분 구조체를 형성하는 데 성공했다.

이러한 구조적 복잡성은 광기능성 구성 단위(photofunctional building block)와 키랄(chiral) 단위를 정밀하게 결합하는 데 활용됐다.

아울러 이번에 보고된 비대칭 구조체는 계산 기반 장난감 모델(computational toy model)을 활용한 혁신적인 예측 도구를 통해 이론적으로도 뒷받침됐다.

이처럼 구조적 제어와 기능성을 결합한 자기조립 시스템은 키랄 호스트(chiral host) 내부에서 거울상 이성질체(guest enantiomer)를 선택적으로 구별할 수 있음을 보여주었다.

이번 연구는 테사롤로 교수의 우수신진 연구비와 전남대학교 G-LAMP(Global-Local Advanced Materials Program) 프로그램의 지원을 받아 수행됐다.

연구 결과는 2025년 10월 15일 국제 학술지 『켐(Chem)』 온라인판에 게재됐으며, 2026년 3월호에 정식 출판될 예정이다.