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한국과학기술원(KAIST) 화학과 백윤정 교수 연구팀은 근적외선 파장의 빛을 낼 수 있는 오환형(5개의 고리를 가진 구조) 플라빈 분자를 처음으로 개발했다고 23일 밝혔다.

플라빈은 우리 몸 등 생체 내에서 전자 전달과 광반응 조절 등의 역할을 하는 형광 분자다. 대표적으로 비타민 B2(리보플라빈) 형태로 존재하며, 색소 특성을 바탕으로 빛을 흡수하고 방출하는 기능도 있다.

하지만 파장이 짧은 가시광선 일부 영역(파란색에서 초록색)의 빛만 낼 수 있어 긴 파장의 빛이 있어야 하는 질병 진단용 형광물질 등 의료용 광소재로 활용하기에는 한계가 있다.

연구팀은 생체 내 플라빈을 이용해 적외선에 가까운 근적외선 영역의 빛을 낼 수 있도록 설계, 인체 적합성과 기능성을 모두 갖춘 광소재 후보물질을 개발했다.

세 개의 고리를 갖는 기존 플라빈 구조를 5개의 고리로 확장하고, 여기에 산소와 황 등 이종 원자를 도입하는 합성 전략을 제시했다.

생체 내 형광분자 기반 근적외선 발광체 ⓒKAIST 제공

황이 포함된 플라빈 구조체는 772㎚(나노미터·10억분의 1ｍ) 길이의 근적외선 영역에서 발광하며, 이는 지금까지 보고된 플라빈 유도체 중 가장 긴 것이다.

특히 기존 플라빈에서 드물게 관찰되던 준가역적인 산화 특성(일정 조건에서는 전자를 주고받는 반응이 반복 가능한 전기화학적 특성)을 나타내 전기화학적 기능까지 갖췄다.

독성물질이 특정 빛에 반응하도록 설계하거나 긴 파장의 빛을 흡수해 친환경 에너지로 전환하는 등 의료·환경·에너지 분야에 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

이번 연구 성과는 국제 학술지 '네이처 커뮤니케이션즈' (Nature Communications) 지난 15일 자로 실렸다.

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