광운대학교는 최근 신재호 화학과 교수와 이도남 ㈜도남나노바이오랩 대표 공동 연구팀이 2025년 노벨화학상 수상 분야인 금속-유기 골격체(MOF)를 활용해 일산화질소(NO) 방출 속도를 능동적으로 제어하는 메커니즘을 규명했다고 25일 밝혔다.
MOF는 금속 이온과 유기 링커가 결합해 내부에 거대한 다공성 공간을 형성하는 분자 구조체다. 이산화탄소 포집, 수소 저장, 유해 가스 제거, 약물 전달 등 다양한 문제 해결에 활용될 수 있는 차세대 소재로 꼽힌다.
신 교수팀은 약처럼 쓸 수 있는 기체를 원하는 속도로 내보내는 나노 용기의 설계 원리를 밝혀냈다.
연구진은 비닐기와 아조기를 각각 포함하는 두 종류의 바이피리딜 유기 링커로 구성된 Cu-MOF 1과 Cu-MOF 2를 합성하고 일산화질소 저장 및 방출 특성을 비교 분석했다.
또한 단결정 X선 회절 분석으로 일산화질소 분자가 Cu 금속에 직접 배위하지 않고 다공성 채널 내부에서 비고전적 수소결합을 통해 가역적으로 저장된다는 사실을 확인했다.
화학발광 분석법으로 일산화질소 방출 거동을 정량적으로 측정한 결과 비닐기를 포함한 Cu-MOF 1은 빠른 방출을 보였지만, 아조기를 포함한 Cu-MOF 2는 느리고 지속적인 방출을 나타냈다.
유기 링커의 전자적 구조 차이가 MOF 내 가스-골격 상호작용을 제어할 수 있음을 세계 최초로 입증한 것이다. 이는 혈관 확장, 항균, 상처 치유 등 일산화질소 기반 생체의학적 응용에 중요한 설계 원리를 제공할 것으로 기대된다.
연구팀은 "적절한 농도와 속도로 제어된 일산화질소 방출이 가능한 소재 개발은 차세대 의약 소재 분야의 과제 중 하나였다"며 "이번 연구는 링커 공학을 통해 방출 속도를 능동적으로 제어할 수 있음을 입증해 맞춤형 소재 개발의 방향을 제시했다"고 전했다.
연구 결과는 영국왕립화학회(RSC)가 발행하는 국제 학술지 'Dalton Transactions'(IF=3.3, JCR Q1)에 게재됐으며 해당 호의 뒤표지 논문으로 선정됐다.
한편 연구팀은 '다양한 기능성을 가진 산화질소 방출 나노 다공성 3D Cu-MOF의 제조방법'이라는 이름으로 기술에 대한 특허를 출원했다.
