빛으로 슈퍼박테리아 잡는 분자, '유연한 연결고리'의 비밀을 풀다

이 연구의 기술적 성과는 광감각제 분자 내 'C=C 이중결합'의 동적 유연성이 활성산소 생성 메커니즘에 미치는 영향을 규명한 데 있습니다. 연구진은 정적인 상태가 아닌, 빛에 의해 분자가 동적으로 변화하는 과정을 분석하여 기존의 예측을 뒤엎는 결과를 설명했습니다.

1. 예측과 실제 결과의 불일치, 그리고 그 해답

초기 컴퓨터 시뮬레이션 결과, 이중결합을 가진 PS-D+는 들뜬 상태와 삼중항 상태 사이의 에너지 갭이 0.9689 eV로 세 분자 중 가장 커서, 활성산소 생성에 가장 불리할 것으로 예측되었습니다. 에너지 갭이 클수록 상태 전환이 어려워 활성산소 생성이 비효율적이기 때문입니다. 하지만 실제 실험에서는 PS-D+가 가장 뛰어난 활성산소 생성 능력을 보였습니다. 연구진은 이 모순을 '분자의 동적 구조 변화'로 설명했습니다.

2. C=C 이중결합의 동적 메커니즘: 구조 비틀림을 통한 성능 향상

C=C 결합은 C-C나 C≡C 결합보다 유연하여 외부 에너지에 의해 회전이 가능합니다. 강한 자외선을 쬐었을 때 PS-D+는 평면 구조에서 비평면 구조로 이성질화 현상을 보였습니다. 이 비틀린 구조는 분자 내 전자 분포를 바꾸어 에너지 갭을 0.8733 eV까지 크게 낮췄습니다. 이로 인해 삼중항 상태로의 전환이 매우 쉬워지면서 활성산소, 특히 1형 활성산소 생성이 폭발적으로 증가했습니다. 치료에 사용된 백색광은 이성질화를 일으킬 만큼 에너지가 강하지는 않지만, C=C 결합을 충분히 진동시키고 흔들어 일시적인 비평면 구조를 유도하기에 충분했습니다. 바로 이 '빛에 의한 유연한 떨림'이 PS-D+가 최고의 성능을 내는 핵심 비결이었습니다.

3. 실용화를 위한 재료 공학적 접근과 생체 내 검증

연구진은 분자 수준의 발견에 그치지 않고, '습식 방사' 기술을 이용해 PS-D+를 셀룰로스와 혼합하여 항균 섬유를 제작했습니다. 이 섬유는 세탁 후에도 항균력이 90% 이상 유지되는 높은 내구성을 보였습니다. 생쥐를 이용한 동물실험에서는 이 섬유 드레싱이 상처 부위의 세균을 효과적으로 제거하고, 염증 유발 물질 수치를 크게 낮추며, 새로운 혈관 생성을 촉진함을 확인했습니다. 8일차에 PS-D+ 그룹의 상처 봉합률은 80.41%로, 대조군 대비 월등히 높은 치료 효과를 보였습니다. 이는 분자 설계 원리가 실제 의료용 소재로 성공적으로 구현될 수 있음을 증명한 것입니다.