NEWS & INFORMATION FOR CHEMICAL ENGINEERS, Vol. 29, No. 1, 2011 … 27
신기술 소개
결정질 다공성 물질(crystalline porous materials) 은 불균일상 촉매작용이나 기체 분리와 같은 대규모 산업에의 응용에 있어 매우 중요한 물질로, 최근에는 다공성 물질을 가스 저장과 운송 또는 이산화탄소 격
리(CO
2
sequestration) 분야 등에 고용량 흡착제로 사용하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. 그 중에 서도 많은 주목을 받고 있는 금속-유기 골격 물질 (metal-organic framework material, MOFs)은 금속 이온과 유기분자가 연결되어 형성된 골격구조의 결정 성 물질로, 규칙적으로 배열된 균일한 크기와 모양의 기공을 갖는다. 또한 조성이나 기하학적 특성을 조절 할 수 있고 표면적이 매우 커서 이온교환, 혼합물의 분리, 불균일 촉매와 같은 많은 분야에서 응용 가능하 다. 그 중에서도 기체 저장 분야에서는 기존의 다공성 물질과 비교할 때 매우 유망한 물질로 여겨지고 있다.최근 UC Reverside의 Feng 연구팀은 케이지 (cage)안에 케이지가 있는 다공성 인듐-카르복시산염 골격(In-carboxylate frameworks) 물질을 개발하였 다. 이 연구팀이 개발한 [(CH
3
)2
NH2
]-[In3
O(BTC)2
(H2
O)2
]2
[In3
(BTC)4
]·7DMF·23H2
O (CPM-5, CPM- 결정질 다공성 물질, BTC-1,3,5-benzenetricarboxylate) 는 매우 대칭적이면서 대칭중심이 없는 입방체 공간 군(cubic space group)으로 결정체를 형성한다.CPM-5의 가장 큰 특징은 바깥의 큰 케이지(In
24
) 안 에 작은 케이지(In12
)가 있는 구조를 가지는 것이다 [그림 1(E)]. In24
는 산소 원자와 8배위를 형성하는 24 개의 In3+
중 인접한 두 In3+
가 BTC3-
음이온이 갖는 세 개의 카르복실 그룹(carboxylic group) 중 두 개를 사용하여 연결됨으로써 형성되고[그림 1(A), (B)], In12
케이지는 네 개의 삼량체 {(In3
O)(H2
O)3
} 다발로 부터 형성된다[그림 1(C), (D)]. 각 BTC의 카르복실 그룹 중 In24
케이지를 형성하는데 쓰이고 남은 세 번 째 카르복실 그룹은 외부 In24
케이지와 내부 In12
케이 지를 연결하고, 최종적으로 케이지 안에 케이지가 있Cage-within-Cage 구조의 Metal-Organic Framwork Materials
그림 1. (A) In3+monomer, (B) In24cage, (C) {(In3O)(H2O)3} 삼 량체, (D) In12cage, (E) In12cage와 그 바깥에 위치 한 In24 cage의 구조.
28 … NICE, 제29권 제1호, 2011
신기술 소개
ROS(reactive oxidative species, 활성산소종)는 자 유전자를 가진 산소화합물로, 박테리아나 바이러스를 퇴치시키는 면역 작용을 한다. 하지만 면역 작용 후 남 아 있는 ROS는 전자를 띠고 있어 불안정한 자신을 안 정시키고자 세포막의 구성 성분인 지질 단백질이나 세포 내 DNA를 공격하여 세포를 손상시킴으로써 암, 당뇨, 노화질환과 같은 만성질환의 주요 요인 중 하나 로 작용한다. 여러 가지 ROS 중 하나인 OHP(organic hydroperoxide)는 반응성이 매우 높은 물질로 지질 과산화와 심혈관 질병을 일으키며, 과도한 OHP 생성 은 여러 가지 만성질환 발병의 원인이 되는 것으로 알 려져 있다. 최근 살아있는 유기체 내에 존재하는 ROS 의 신호역학을 탐지하기 위한 종-특정 지표(species- specific indicator)에 대한 개발이 중요시 되고 있다.
ROS에 대해 선택적 검출이 가능한 형광 프로브 (fluorescent probe)와 관련된 연구가 활발히 진행되 고 있지만, OHP의 선택적 시각화를 가능하게 하는 형광 프로브는 현재까지 보고된 바가 없다. 베이징 대 학의 Chen 연구팀은 살아있는 유기체 시스템에서 OHP의 선택적 시각화를 가능하게 하는, 유전적으로 암호화된 새로운 형광 프로브 OHSer를 개발하고 그 특성을 연구하였다.
이 연구팀은 OHSer의 개발에 OHP 해독작용 기구 를 관리하는 복사 조절자인 OhrR의 특성을 이용하였 다. 모의 생화학적 조건에서 OHSer을 사용한 분광 실 험을 수행한 결과, OHSer는 환원 되었을 때 보다 산 화되었을 때 형광 방출이 약 2배 이상 증가하였다[그 림 1(A)]. [그림 1(B)]는 다양한 ROS를 첨가하였 는 인듐-카르복시산염 골격 물질이 형성된다[그림 2].
CPM-5의 기체 수착(sorption) 특성을 측정해본 결과
273K, 1기압에서는 이산화탄소 흡수 용량이 91.3 L/L이고, 상온, 1기압에서는 이산화탄소 흡수 용량이 61.2 L/L로 매우 높은 값을 가졌다. 지금까지 알려진 많은 금속-유기 골격 구조 물질의 경우 상온, 1기압에 서 이산화탄소 흡수용량이 60 L/L 이상인 경우가 거 의 없었던 것과 비교할 때 매우 주목할 만한 결과이 다. 이는 케이지 안에 케이지가 있는 CPM-5의 독특 한 구조가 공극을 작은 전하-분리 영역으로 분할하였 고, 이로 인해 작은 크기의 가스 분자와 공극의 크기 일치 정도가 향상되고 전하 유도 힘 또한 강화됨으로 써 가스 수착을 강화시키는 작용을 하였기 때문이다.
CPM-5는 수열적, 열적, 광화학적 안정성 또한 높아 앞으로 기체 저장이나 고용량 흡착제를 개발하는데 있어 새로운 경로를 제공할 것으로 보인다[J. Am.
Chem. Soc., vol. 132, p. 17062 (2010)].
그림 2. CMP-5의 삼차원 구조.
