현재 난리났다는 빛으로 불가능한 화학결합성공
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2024.12.30 20:33
자연의 법칙에 따라
일반적으로는 대부분의 분자균형은
안정화(평형상태)되려고 난리를 침
자연은 불안정한(비평형) 상태는 좀 선호하지 않음
하지만 연구하다보니 비평형인 상태의 물질도 좀 필요함
문제는 이게 자연의 섭리를 거스르는거라
평형 -> 비평형으로 가는 과정이 상당히 빡셈
흐름식 공정에서 일시적으로 비평형 상태일때 재빨리 사용하거나
비평형이 된 물질을
다른거랑 결합 또는 분리시켜 상태를 고정시키거나
자연에서 드물게 나타나는 비평형상태를 모방하거나 등
비평형 상태를 유지하거나 사용하는데 있어
비용이나 한계가 존재함
이걸 조금 쉽게 해보려고 연구한게 빛 임
이 연구의 핵심은
다들 알고있는 아조벤젠의 광이성질화를 이용한다는것
아조벤젠은 빛을 받음에 따라 cis와 tran형태로 바뀌는데
cis trans는 형태변화로
재료는 같지만 구성된 구조만 조금 다름
책으로 따지면 서로 똑같은 책이지만
펼쳐져있냐 덮혀있나 차이의 구조변화임
이런 구조변화가 빛으로 뚝딱 해결되니
국내에서도 이거 관련된 연구를 진행함
여기서 사람들은 사이클로덱스트린에 결합되어 있는
아조벤젠에 대해 연구했음
아까 말했듯이 아조벤젠은
빛을 받으면 구조변형되고
빛을 안받으면 돌아옴
사이클로덱스트린은 구조상 좁은 면적과 넓은 면적이 존재함
좁은쪽에 아조벤젠이 붙으면 비평형
넓은쪽에 붙으면 평형
비평형 = A
평형 = B
A의 활성화 에너지가 낮은 그래프 B의 재료를 골라
B보다 빠르게 A를 생성하게 하는 환경을 만듦
사이클로덱스트린 + 아조벤젠 시작
연구 결과의 과정은
1
일단 저 둘이 결합된 물질에 빛을 쬐면
아조벤젠이 구조변형되어
사이클로덱스트린와의 결합이 깨짐
2
결합이 깨져서 분리된 상태에 있을때 빛을 끔
3
빛을 끄면 재빠르게 원래의 결합으로 되돌아가는데
비평형인 A 생성이 더 빠르게 됨
평형인 B는 조금 느림
대략 2가지 과정이 진행됨 , 둘 다 B가 느리게 생성
분리 - A 생성 - 평형을 위해 다시 분리 - B생성
분리 - B생성
그래서 계속 꺼놓으면 평형에 가려는 특성에 따라
전부 B로 바뀌니
4
다시 빛을 킴
결합이 또 깨지고 빛을 끄면 A가 생성됨
5
1~4의 과정을 반복 (빛을 켰다 껐다)
이거 계속하면 비평형인 A 의 순도가 높아짐
무한 반복시 어느정도 선까지 높아지는지는 모르지만
최적화해보니 비평형 비율 45% 유지했다고 함
6
자연에서 불가능했던 비평형 생성물 생성 성공 ㅅㅅ
결국
열역학적인 비평형 상태의 새로운 지평이 열림
만약 활용이 된다면
형상기억
자가치유
인공 근육에 자극을 줘서 수축 이완같은 움직임을 재현
초소형 나노 로봇에 사용
몸에 약물 주입 후 특정부위에만 빛을 쬐서 약물을 적용
(암세포에게만 빛을 쬐어 얘만 죽이는식)
인공감각 재현
일수도 있겠지만
현시점에선 기술이 너무 제한되어서 가능성은 매우 낮음
뭔가 개쩌는거 같지만 초창기 연구라 문제점도 큼
이 실험 결과의 문제는
1
빛을 계속 깜박여야지 비평형이 유지됨
빛을 꺼놓으면 평형인 B가 생성되고
빛을 켜놓으면 A B 둘 다 생성안되고 분리 된 상태가 됨
2
“현시점” 실용성에선 크게 좋지않다는 점
호스트 분자인 사이클로덱스트린을 대신하는 물질은 많지만
게스트 분자인 아조벤젠을 대신하는 물질은 적음
빛을 통해 광이성질체가 되어야하는 조건이 필수적인게 걸림
물질의 제한이 크기 때문에 아직은 써먹지는 못하는 이론임
하지만 비평형 상태를 고작 빛으로만 정밀하게 조작할 수 있다는 사실의 발견과
빛 에너지를 화학에너지로 전환하여 열역학적 비평형상태의 “유지”를 할 수 있다는 새로운 매커니즘 규명에 큰 의미가 있음
새로운 발견과 원리인 셈
이게 단순해보이지만
기초과학적인 부분에선 엄청 큰 발전이 될 수 있다고 함
요약
연구결과 빛을 통해 열역학적 비평형상태를 유지시키는게 가능
문제는 비평형을 유지시킬 수 있는 물질은 한정되어있고, 빛도 계속 깜박거려야되는 단점이 존재
그래도 기초과학에 의미있는 발견을 성공함