[세종=뉴스핌] 이태성 기자 = 광주과학기술원(지스트)은 학사과정 학생이 제1저자로 주도한 물리화학 분야의 연구 논문이 SCI 등재 국제학술지에 게재됐다고 13일 밝혔다.

지스트 학사과정에 재학 중인 서지원 씨는 지도교수인 화학과 최준호 교수와 함께 '혼합물에서 분자들의 분포에 관한 계산 화학적 연구' 결과를 물리화학 분야의 SCI 등재 국제학술지인 'Journal of Molecular Liquids'에 온라인 게재했다.

혼합물에서 물과 물에 녹아 있는 분자들의 응집 형태. 그림에 적혀 있는 h 값은 각 혼합물에서 분자들의 공간적 분포를 정량적으로 계산한 값이다. [자료=광주과학기술원(지스트)] 2022.12.13 victory@newspim.com

최준호 교수와 서씨는 소금, 설탕과 같은 물질이 물에 녹을 때 변화하는 용액의 특성에 관한 연구를 통해 최근 분자 동역학 모사와 그래프 이론을 도입해 용질 분자들의 응집 현상에 대한 새로운 가설을 제시했다.

연구팀은 다양한 농도와 온도에서 메탄올, 다이클로로메테인, 부탄올 등 세 가지 혼합물에 대해 분자 동역학 모사(Moleuclar Dynamics simulations)를 수행하고, h value 측정법을 도입해 분자들의 공간적 불균일성을 측정했다. 또한 그래프 이론 분석을 적용해 서로 다른 혼합성을 가진 혼합물을 정량적으로 검사했다.

메탄올은 온도와 농도와 관계없이 물에 잘 섞이고 다이클로로메테인은 온도와 농도에 관계없이 물과 분리되며 부탄올은 농도와 온도에 따라 섞이는 정도가 달라지는데, 연구팀은 이러한 혼합성 차이가 분자들의 응집 형태와 관련이 있다는 것을 밝혔다.

이번 연구는 새로운 측정 방법을 도입해 분자들의 공간적 분포를 수치화하여 설명했다는 데 의의가 있으며 기초과학 분야의 난제로 여겨왔던 이온과 삼투 물질이 물의 수소 결합구조와 용액의 특성에 미치는 영향을 이해하는 데 중요한 기여를 할 것으로 기대된다.

나아가 이러한 용질의 응집 구조와 혼합도에 대한 정량적 분석 연구는 용액의 물리 화학적 특성, 세포 내 단백질의 액체-액체 상 분리와 같은 현상의 메커니즘 규명을 넘어 특정 물질의 추출, 단백질의 용해도와 안정성 증가, 의약 후보 물질의 용해도 증가와 같은 산업적 측면에서의 응용을 가져올 수 있다.

서지원 학사과정생(왼쪽)과 최준호 교수 [사진=광주과학기술원(지스트)] 2022.12.13 victory@newspim.com

서지원 씨는 "이번 연구를 통해 서로 다른 혼합성을 가진 물질이 물에 녹아있을 때 분자들의 공간적 분포를 정량적으로 설명할 수 있었고, 수용액 내에서 분자들의 응집 거동과 공간적 분포 사이의 관계를 확립했다"며 "향후 삼투 물질, 단백질 등 다양한 분자들이 물에 녹아있을 때 물의 구조와 분자의 분포에 미치는 영향에 관한 연구로 확장되길 기대하고 있다"고 전했다.

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