[비센의 재미있는 과학 이야기] 

 

몸 구석구석 돌아다니던 잠수정 다룬 영화, 현실화 될 날 멀지 않아

올해 노벨 화학상은 '분자 기계' 개발 성공시킨 3명의 학자들이 받아

 

어린 시절 본 영화 중에 가장 기억에 남는 영화를 꼽을 때, 제 개인적으로 다섯 손가락 안에 꼭 들어가는 영화 중에 하나가 1987년에 개봉되었던 ‘이너스페이스(innerspace)’라는 영화입니다.

 

사춘기 시절, 저로 하여금 처음으로 맥 라이언이라는 헐리우드 배우의 얼굴이 들어간 책받침을 사게 만들었던 영화이기도 한 이 영화는 주인공들이 사람의 혈관 속을 돌아다닐 수 있을 정도로 작아진 잠수정을 타고서 인체의 내부를 탐험하며 돌아다니는 줄거리의 공상 과학 영화였습니다.

 

주인공이 잠수정을 타고서 심장, 뇌 속 등을 자유롭게 돌아다니는 모습을 보면서 실제로 신체 내부를 마음대로 돌아다니는 상상을 해보며 즐거워 했던 기억이 아직도 남아있습니다.

 

30년전에 만들어진 영화 속의 잠수정처럼 사람이 탑승하여 돌아다닐 수는 없을 지 몰라도, 매우 작은 로봇이 인체 내부를 돌아다니며 정해진 임무를 수행하거나, 또는 인체 밖에서 원격으로 수술을 하는 일들을 언젠가는 가능하게 만들 수 있는 첫 걸음을 만든 과학자들에게 올해의 노벨 화학상이 돌아갔습니다.

 

노벨 위원회는 10월 5일 소위 ‘분자기계(molecular machine)’ 개발을 처음으로 가능하게 만든 장 피에르 소바주(Jean-Pierre Sauvage, 72), 프레이져 슈토다르트(Sir J. Fraser Stoddart, 74), 버나드 페링거(Bernard L. Feringa, 65) 등 3명에게 노벨 화학상을 수여한다고 발표했습니다.

 

프랑스 스트라스브르 대학(Université de Strasbourg)의 소바주 교수는 1983년 두 개의 고리 모양의 분자가 서로 얽혀있는 구조의 ‘캐터네인(catenane)’이라는 분자기계를 처음으로 만들어낸 장본인입니다. 비록 어떤 임무를 수행할 수 있는 의미의 기계는 아니지만, 원자 몇개를 이용해서 구조체를 만들어 낼 수 있다는 것을 처음으로 성공시킨 데에 그 의미가 있다고 할 수 있습니다.

 

소바주 교수가 이를 성공시키기 전까지는 분자 크기의 어떤 물질을 만들어 낸다는 것은 무수히 많은 원자들을 섞어, 이른바 ‘화학반응’을 일으켜 물질을 합성하는 방법을 썼지만, 그의 캐터네인이라는 구조는 우리가 기계를 조립하듯이 하나하나의 원자를 붙여 결합체를 만들어 낸 분자 단위의 구조체라는 것에 큰 의미가 있습니다.

 

또 미국의 노스웨스턴 대학(Northwestern University)의 슈토다르트 교수는 1991년 소바주 교수의 분자 고리 연결체를 (어묵 꼬치를 꼽듯이) 하나의 축(axis)에 꿰어진 구조체를 만들어 축을 중심으로 회전이 가능한 로택세인(rotaxane)이라는 구조체로 발전시켰습니다.

 

소바주 교수의 업적이 최초로 구조체를 형성시킬 수 있었던 것이라면, 슈토다르트 교수의 업적의 중요성은 움직임의 제어가 가능한 구조체를 만들어 냈다는 것에 있습니다. 이후 슈토다르트 교수는 로택세인을 위아래로 움직일 수 있는 ‘분자 승강기’, 접었다 폈다 할 수 있는 ‘분자 근육’, 단순 연산이 가능한 분자 단위의 컴퓨터 칩 등으로 발전시키며 지금까지도 활발히 분자 단위의 기계들을 발전시켜 오고 있습니다.

 

네덜란드의 흐로닝겐 대학(University of Groningen)의 페링거교수는 1999년에 단순한 분자 구조체에서 끝나지 않고 빛 에너지를 이용해서 회전하는 움직임을 만들어 낼 수 있는 ‘분자 모터’를 만들어 냈습니다. 즉 실제로 운동성을 만들어 낼 수 있는 구조체를 만들어 낸 것입니다.

 

노벨상 수상 위원회인 스웨덴 왕립 과학원은 이들의 업적을 설명하면서 1830년에 만들어졌던 전기모터의 탄생을 비유했습니다. 당시 그저 ‘단순한’ 회전 만을 계속하는 전기모터를 보고 많은 사람들이 크게 그 효용성을 알아보지는 못했지만, 지금은 자동차, 비행기에서 세탁기까지 셀 수 없이 다양한 분야에 이 모터가 사용되고 있습니다.

 

앞으로도 분자모터 및 기계들은 상상할 수 없을 만큼 많은 분야에서 사용될 잠재력을 갖고 있다는 것을 강조한 것입니다.

 

분자 구조의 기계라는 것들은 ‘분자정도 크기의’ 구조체라는 것인데, 이는 0.1~10 나노미터(0.0000000001~0.00000001)정도의 크기를 갖는 구조를 말합니다. 원자 하나의 크기가 약 0.1 나노미터정도인 것을 생각하면, 이는 원자 한개에서 백개 정도로 이루어진 구조에 해당하니 얼마나 작은 크기의 구조체인지 어림잡아 생각해 볼 수 있습니다.

 

이들의 연구 업적을 바탕으로 현재는 매우 정교한 분자 구조체들이 전 세계의 여러 연구소에서 만들어지고 있으며, 멀지 않은 미래의 언젠가 환자의 몸 속으로 개미만한 수술기계가 들어가 암세포들을 정밀하게 제거하는 임무를 수행하거나, 눈에 보이지도 않는 초소형 감지 장치를 이용한 보안체계가 만들어지는 등, 지금은 공상 과학 영화에만 존재하는 상상 속의 일들이 곧 가능해질 것이라는 기분 좋은 상상을 해봅니다. 

 

 

석준영 비센학원장