2016년 노벨 화학상은 ‘분자기계’ 개발에 기여한 장 피에르 소바주(Jean-Pierre Sauvage, 72), 프레이저 슈토다르트(Sir J. Fraser Stoddart, 74), 버나드 페링하(Bernard L. Feringa, 65)  교수 3명에게 돌아갔다.

소바주는 프랑스 스트라스부르대 교수로, 슈토다르트는 미국 노스웨스턴대 교수로, 페링하는 네덜란드 흐로닝언대 교수로 각각 재직 중이다. 노벨위원회는 이들 세 사람이 “세상에서 가장 작은 기계를 개발했다”고 말했다.

또 “이 분자기계가 새로운 물질을 비롯 신개념 센서, 배터리 등 다양한 분야에 활용될 수 있을 것”이라며 큰 기대감을 표명했다. ‘분자기계(molecular machine)’란 우리 몸의 생리적 현상을 모방해 분자 수준에서 그 기능을 기계적으로 재현한 것을 말한다.

“분자기계를 보고 미래 첨단기기 예측” 

에너지를 부여해 자극을 가하면 모양이 바뀌고 운동을 한다. 프랑스 루이 파스퇴르대에서 수학한 소바주 교수는 1983년 분자기계를 처음으로 개발했다. 고리 모양의 분자 2개를 기계적 결합으로 묶어 사슬모양의 연결체인 캐터네인(catenane)을 만들어냈다.

슈토다르트 교수는 1991년 이 연결체를 얇은 분자축으로 꿰, 축을 따라 움직이는 연결체인 로탁세인(rotaxane)으로 발전시켰다. 그리고 이 원리를 기반으로 분자 승강기와 분자 근육, 분자 컴퓨터 칩 등을 만들어 세상을 놀라게 했다.

페링하 교수는 두 교수의 연구 결과를 기반으로 1999년 자외선을 쬐면 같은 방향으로 돌아가는 분자모터를 처음 개발했다. 이를 이용해 유리 실린더를 1만 배나 빨리 회전시킬 수 있었다. 또한 초소형 나노자동차를 고안해 세계적인 주목을 받았다.

노벨위원회는 "1830년대 전기모터가 등장했을 때 많은 과학자들은 이 모터가 전동열차, 세탁기, 믹서기 등으로 이어질지 알지 못했다"고 말했다. 그러나 지금 분자기계를 보고 다양한 미래를 예측할 수 있다며 수상자의 공로를 치하했다.

세 과학자는 노벨상 부문별 상금 약 11억 원을 똑같이 나눠 갖게 된다. 다음은 노벨 위원회에서 미디어를 담당하고 있는 아담 스미스(Adam Smith)와 노벨화학상 수상자 중 한 명인 프레이저 슈토다르트 교수와의 일문일답 내용.

스미스: 노벨위원회 아담 스미스다. 노벨화학상 수상을 축하한다.

슈토다르트: 고맙다. 지금 나는 충격을 받아 말하기 힘든 상태다. (웃음)

스미스: (웃음) 수상 소식을 듣고 어떤 일을 했는가?

슈토다르트: 먼저 두 딸에게 전화했다. 먼저 딸들과 통화한 것은 12년 전 폐암으로 인해 엄마를 잃었기 때문이다. 수상 소식을 듣고 딸들도 매우 놀랐다. 그리고 이 기쁜 경험을 함께 나누었다.

스미스: 딸들이 무엇이라고 하던가?

슈토다르트: 딸들 역시 처음에 말을 못하더라. 딸들과 전화한 후에는 (공동 수상자인) 장 피에르 소바주, 버나드 페링하에게 전화했다. 내 연구 생애에 있어 매우 밀접한 교류를 가지고 협력해온 인물들이다. 깊은 존경심을 갖고 있다.

스미스: 세 사람의 관계가 노벨상 수상으로 더욱 돈독해질 것 같다.

슈토다르트: 서로 다른 문화에서 살아온 사람들이지만 함께 연구할 때는 가족과 같은 분위기였다. 이런 관계가 더 뛰어난 연구 성과를 창출하는데 큰 도움을 줄 것이다.

스미스: 보통 화학을 접촉·냄새 등의 연구 결과라고 생각한다. 그런 면에서 당신의 연구는 매우 창의적이다.

슈토다르트: 그렇다. 화학에 대해 기존 방식을 사용하기보다는 예술과 문화 등 새로운 방식을 가지고 소통할 수 있는 부분에 대해 보다 많은 관심을 기울였다. 자신의 능력을 예술적으로 표현하는 일은 정말 행복한 일이다.

스미스: 좋은 말씀 감사하게 생각한다.

스토더트: 전화해줘서 정말 고맙다.

“우리는 분자기계를 가지고 노는 사람들”

다음은 또 다른 노벨상 수상자인 베르나르트 페링하 교수와의 일문일답 내용. 아담 스미스가 전화통화를 했다.

스미스: 노벨위원회에서 일하고 아담 스미스다.

페링하: (옆에서 박수와 환호성이 울리는 가운데) 잠깐만 기다려줄 수 있겠나?

스미스: 물론이죠. (얼마간 시간이 지난 후) 노벨화학상 수상을 축하한다.

페링하: 대단히 고맙다. 지금 나는 흥분해 있다. 노벨상 수상을 영광으로 생각한다.

스미스: 주변에 많은 축하객이 있는 것 같다.

페링하: 그렇다. 많은 사람들이 나를 찾아왔다. 연구소 직원들과 학생들, 그리고 나의 연구를 믿고 따라준 많은 사람들로 노벨화학상과 관련해 충분히 공적이 있는 사람들이다.

스미스: 조금 전에 공동 수상자인 프레이저 슈토다르트와 통화를 했다. 당신에 대해 많은 동료들이 있다고 하던데.

페링하: 그렇다. 우리들은 한 가족이나 마찬가지다. 끊임없이 미팅을 갖고 협력하면서 서로서로를 격려해왔다. 연구 협력, 대학 간의 학생 교류 등등.

스미스: 멋진 모습이다. 그런 분위기 속에서 당신의 연구가 자연스럽게 시작됐다고 들었다.

페링하: 그렇다. 우리 몸 속 세포와 세포가 하는 일들을 들여다보면 정말 놀랍다. 복잡하면서 기계적인 작업들이 질서정연하게 이루어지고 있는 것을 보면 거의 환상적이다. 모터에 비유할 수 있다. 생물학적 모터다. 이 모습을 보고 영감을 얻었다. 화학자들인 우리들은 어떤 물질이든지 구조화하는데 뛰어나다. 완벽하게 그 일을 해냈다는 것은 아니다. 생물학적 상황이 일반 기계적인 상황과 매우 다르기 때문이다. 어떻게 보면 그런 상황이 우리로 하여금 ‘분자기계’ 연구에 몰두하게 만들었다. 비행기를 생각해보라. 우리들은 날아다니는 비둘기와 똑같이 비행기를 만들 수 없다. 그러나 더 큰 비행기구를 만들어 300~400명을 실어 나르지 않는가?

스미스: 사람들은 당신의 연구를 장난감 레고에 비유하기도 한다. 매우 작은 레고를 가지고 ‘분자기계’를 조립했다고 하는데.

페링하: 맞다. 우리들은 분자들을 일종의 레고 장난감처럼 생각했다. 무수히 많은 분다들을 가지고 레고를 조립하듯 새로운 물질들을 만들어냈다. 이런 방식으로 미래 의약품과 나노기계, 그리고 스마트 물질들을 제작할 수 있을 것이다. 가끔 나 자신에 대해 분자를 가지고 노는 어린 아이처럼 여겨진다. 그리고 이 과정을 통해 새로운 물질과 기능을 만들어낼 수 있을 것이다.

스미스: 미래 과학자들을 위해 놀랍고 영향력 있는 메시지를 전해주었다.

페링하: 고맙다. 정말 고맙다.