쿠커비투릴 기술
․거대고리 (macrocycle) 분자를 이용한 기술은 특정 물질을 거대고리분자의 동공에 효과적으로 포접시킬수 있는 원리를 이용해 물질의 저장, 운반, 분리, 제거 및 질병의 진단, 치료 등과 같은 나노, 바이오, 환경 분야 등으로의 다양한 응용이 가능한 잠재력이 높은 기초 기술임 ․ 사이클로덱스트린 (cyclodextrin CD), 칼릭스아렌 (calixarene, CX), 크라운에테르 (crownether, CE)등의 다양한 거대고리분자가 있으나 특히 사이클로덱스트린 (cyclodextrin)은 어떠한 거대고리분자들보다도 많이 전세계적으로 1980년대말 이후 꾸준히 특허출원이 이루어지고 있음 (WIPS 특허 검색 기준) ․사이클로덱스트린은 1891년에 발견되어 발전해 왔으며, 사이클로덱스트린이 여러 화합물과 함유(inclusion) 착물(complex)을 형성하는 특성이 발견된 이후 관심을 갖고 많은 연구가 현재까지도 지속 진행되고 있음 ․사이클로덱스트린은 의약품 제제 기술등에 적용되며 사업화가 활발히 이루어지고 있으며, 기타 (탈취제, 향균제, 잉크 등) 기술, 약물전달체, 유도체 제조, 분리/저장, 유해물질 제거제분야에서도 사업화가 이루어져있음 ( 관련 기업: CHERING(독일), PROCTER & GAMBLE(미국), ONO PHARMACEUT(일본), PFIZER(미국), Janssen Pharmaceutica(벨기에), CYDEX(미국), TAKEDA CHEM(일본), GSK(영국), CHINOIN(헝가리), LION(일본)) 그림 1 쿠커비투[n]릴(CB[n]) 과 사이클로덱스트린(CD)․이와 비슷한 구조를 가진 쿠커비투릴(cucurbituril, CB)은 포스텍 (POSTECH, 포항공대) 화학과 김기문 교수 연구팀에 의해서 세계 최초로 분리된 거대고리분자로, 사업화가 많이 진행된 CD와 비슷한 크기의 공동(cavity)을 가지고 있어 가스(gase)나 분자(molecule)를 포집하는 성질은 비슷해 보이나 그 물질들에 대한 선택성 및 친화력이 우수하다는 장점이 잘 연구되어있음 ․CB라는 물질과 관련기술들은 아직 학문적으로 다양한 장점들이 보고되고 있으며, 이러한 장점이 이제 특허로 등록되기 시작하는 추세에 있다. 그러나 사업화에 있어서는 아직 초기 단계임. 그러나, 적절한 분야에서 사업화가 진행된다면 적어도 CD 정도의 사업화가 가능한 잠재력을 가진 것으로 기술로 고려됨
- 분자의 내부에 물질을 담지할 수 있는 거대고리분자는 오염물질 제거나 특정물질의 지속방출등과 같은 단순한 응용으로부터 약물전달이나 신소재 개발 분야 등과 같은 의약이나 공학분야에 이르기까지 다양한 산업적 응용이 가능. - CB는 튼튼하고 독특한 분자구조에 의해 기존에 성공적인 사업화사례를 보여주고 있는 CD 보다도 우수한 효율로 가스나 분자를 내부에 담지하거나 방출 하는 특징을 가지고 있음. 특히 극성을 가진 가스나 분자, 금속등에 대한 선택성이 높음 - 제조시에 저렴한 원료를 전자렌지를 이용한 빠른 가열법을 통해 간단하게 대량생산이 가능하며, 별도의 분리 과정 없이도 공장오염 및 방사성 폐수 정제, 기체 오염물 분리에 유용할 뿐 아니라, 안정성이 낮아 불안전한 기체들을 포집해 안전하게 저장할 수 있게 하는 특징이 있음. - 정제나 추가 화학작용을 도입하면 약물전달체와 같은 고부가가치를 창출하는 나노신재료등이 가능함 - 바이오재료분야에서 큰 시장을 형성하고 있는 스트렙트아비딘-비오틴 결합체는 그 결합체가 가지는 뛰어난 상호인지와 결합력한 단백질기반의 상호 인지 시스템으로 미량의 시료를 이용하는 의학용 진단장비나 연구장비등에 사용되고 있지만, 이 물질이 이미 단백질이기 때문에 태생적 한계가 진단이나 분석시에 큰 noise로 작용한다. 또한 극한 조건에서의 연구나 응용에 불리하며 결합 후 필요에 따른 탈착이 거의 불가능해 새로운 시스템에 대한 need가 있어왔다. 우리의 CB-페로센 인공분자복합체는 상호간의 결합세기가 스트렙트아비딘-비오틴 시스템에 견줄만할뿐아니라 인공시스템이기 때문에 단백질 시스템인 스트렙타비딘-비오틴 복합체가 가지고 있는 근본적인 문제들을 해결해 줄 수 있다. 뿐만 아니라. 인공 화합물이기 때문에 보다 저렴하고, 손쉽게 변형할 수 있어 다양한 분야에서 사업화 가능할 것으로 예상됨.
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