암세포 죽이는 자석 나온다

머리카락 2000분의 1 나노자석 열로 항암치료, 차세대 반도체 재료인 유기물 자석도 개발중

전자현미경(TEM)으로 촬영한 나노자석의 사진. 정육면체 각각이 산화철 나노자석이며 한 변의 길이는 70nm 정도다. 사진 제공 서울대 나노재료연구실

고대 그리스의 섬 ‘마그네시아(Magnesia)’에서는 철 조각을 끌어당기는 이상한 돌이 발견됐다. 극작가 에우리피데스는 마그네시아의 지명을 따 이 돌을 ‘마그넷(margnet·자석)’으로 불렀다. 기원전 4세기 나침반에 처음 쓰인 자석은 요즘 다방면에 사용되며 팔방미인으로 변신을 꾀하고 있다. 최근에는 암 치료에 쓰일 뿐 아니라 반도체의 ‘0순위’ 재료로도 꼽힌다.

○ 인력 이용해 항암제 효과적 전달

나노미터(nm·1나노미터는 10억분의 1m) 크기의 ‘나노자석’은 항암치료에 쓰일 것으로 보인다. 9월 이탈리아 로마에서 열린 ‘나노 2010’ 국제행사에서 밀라노대 연구진은 나노자석이 자기공명영상(MRI) 촬영 사진의 콘트라스트(명암비)를 높여 암 세포를 더욱 확실하게 찾을 수 있다고 발표했다. 콘트라스트가 높을수록 영상이 선명해진다. 연구진은 “나노자석을 이용한 MRI 촬영법으로는 3, 4개의 암 세포도 찾아낼 수 있다”고 말했다.

현택환 서울대 화학생물공학부 교수팀은 나노자석으로 암세포를 죽이는 방법을 연구 중이다. 연구진은 지난해 2월 ‘미국화학회지’에 산화철로 50∼200nm 크기의(머리카락 굵기의 2000분의 1∼500분의 1) 나노자석을 만들었다고 발표했다. 연구진은 외부에서 자기장을 가해 이 나노자석을 암세포 주위에서 빠르게 회전시키면 이때 나오는 열로 암세포를 죽일 수 있을 것으로 보고 있다.

현 교수팀은 자석끼리 끌어당기는 힘(인력)을 이용해 항암제를 효과적으로 전달하는 방법도 연구 중이다. 가령 항암제에 자석의 N극을 붙이고 암세포가 있는 곳에는 S극을 놓아 항암제가 암세포에만 달라붙도록 한다는 것이다. 이 방법은 정상세포까지 죽이는 기존 항암제의 단점을 보완할 수 있다.

○ ‘유기자석’ 비용 적게 들고 가공 쉬워

유기액정화합물(도넛 모양)과 짙은 색의 철-프타로시아닌을 결합해 만든 유기자석의 구조도. 금속을 3% 이하로 사용해 자성을 띠는 유기물질을 만든 건 국내 연구진이 처음이다. 사진 제공 고려대

화학적으로 자성을 띠기 어려운 유기물로 자석을 만드는 연구도 있다. 철(Fe) 같은 금속이 쉽게 자성을 띠는 이유는 원자에서 멀리 떨어져 있어 원자의 영향을 덜 받는 전자가 존재하기 때문이다. 외부에서 자기장을 걸면 이 전자가 한쪽 방향으로 정렬돼 쉽게 자성을 띤다. 반면 유기물은 원자가 전자를 꽉 붙잡고 있어 자성을 띠기 어렵다. 하지만 1977년 노벨 물리학상을 받은 이론물리학자 필립 앤더슨 미국 프린스턴대 교수가 유기물로 자석을 만드는 게 가능하다고 말한 뒤 ‘유기자석’을 만들려는 노력은 계속 진행 중이다.

진정일 고려대 화학과 명예교수팀은 최근 도넛처럼 생긴 유기액정화합물과 금속화합물 철-프타로시아닌(Fe3-Pc)을 결합한 유기물질이 65도에서까지 자성을 갖는다는 사실을 발견했다. 금속을 3% 이하로 사용해 자성을 띠는 유기물질을 만든 건 진 교수팀이 세계 최초다. 진 교수는 “유기자석은 자성 세기를 조절할 수 있어 시마륨(Sm) 같은 비싼 희토류 금속을 대체할 수 있다”면서 “비용이 적게 들고 가공하기가 쉬워 차세대 자성반도체에 사용할 수 있다”고 말했다.

이 밖에도 영국 런던 나노기술센터 연구진은 지난해 얼음과 비슷한 구조를 갖는 자성 물질 ‘스핀 아이스’에서 N극과 S극 가운데 하나만 가진 ‘자기 단극’의 존재를 확인했다고 발표했다. 자기 단극은 N극과 S극 가운데 하나만 가져 ‘반쪽 자석’이라 볼 수 있다.

연구진은 반쪽 자석이 자기기억저장장치를 만들거나 컴퓨터의 연산능력을 향상시키는 데 도움이 될 것으로 전망했다. 반쪽 자석은 지난해 ‘사이언스’가 선정한 ‘10대 과학성과’ 중 하나로 선정되기도 했다.

변태섭 동아사이언스 기자 xrockism@donga.com