용기 하나에서 화학합성 제어하는 플랫폼 개발

[이데일리 강민구 기자] 용매 층별로 화학 합성을 조절하는 회전하는 원통 시스템을 통해 용매들을 시험관처럼 사용해 반응물을 이동·분리시키고, 화학반응을 순차적으로 조절할 수 있게 됐다. 기존 화학합성 과정을 단순화하고, 화학산업에서 희귀금속 추출과 다양한 화합물을 합성하는 데 드는 시간과 비용을 줄일 수 있게 될 전망이다.

기초과학연구원(IBS)은 바르토슈 그쥐보프스키 그룹리더 연구팀이 하나의 반응 용기에서 여러 화학 공정을 쉽게 처리할 수 있는 새로운 화학 합성 시스템을 개발했다고 29일 밝혔다.

서로 다른 용매가 채워진 회전하는 원통.<사진=기초과학연구원>

화합물 합성 과정은 석유화학공장처럼 특정 물질에 맞춰진 대형 공정이 아니면 손으로 한 단계씩 진행해야 하기 때문에 생산 시간과 생산량에 한계가 있었다.

그동안 화학 합성을 한꺼번에 처리하기 위해 복수의 플라스크와 밸브들을 기계적으로 연동하는 방법과 연속된 액체 흐름을 제어하는 방법을 활용했다. 이 방법은 자동화 장치를 제작하고, 반응물의 흐름을 조절하기 위해 고도의 공학 기술이 필요했다.

연구팀은 회전하는 용매로 쉽게 합성을 제어하는 화학 시스템을 새롭게 고안하고, 반응물의 혼합·분리·추출을 하나의 반응 용기에서 정밀하게 조절했다.

개발한 시스템에서는 반응물이 확산을 통해 인접한 용매로 이동한다. 연구진은 원통 회전속도를 주기적으로 변화시켜 확산 속도를 높였다. 용매 층의 성질에 따라 인접한 용매도 분리했다.

실제 의약 화합물인 페나세틴, 딜록사니드를 단계적으로 합성했다. 또 혼합물에서 특정 유기물인 p-니트로벤조에이트 나트륨, 페닐알라닌을 추출했다. 계면활성제로 대상 분자를 감싸 분리하는 기존 추출방법과 달리 모든 과정이 용기 하나에서 이뤄져 합성 과정에 드는 시간을 단축했다. 연구진은 또 분자보다 큰 박테리아나 나노입자도 회전하는 용매에서 제어할 수 있음을 밝혀냈다.

연구 성과는 1일 0시(한국시간) 국제 학술지 네이처(Nature)에 게재됐다.

공동 제1저자인 올게르 시불스키 연구위원은 “개발한 시스템은 합성 과정에 영향을 미치는 핵심 변수들을 자유자재로 조절하고, 용매 층 사이 작용을 조절해 기존에 추출이 어려웠던 화합물까지 추출할 수 있다“고 했다.