분자인식과 초분자화학은 우리 연구실의 핵심 연구 분야로, 다양한 분자들이 서로를 어떻게 인식하고 결합하는지에 대한 근본적인 원리를 탐구합니다. 이 분야에서는 분자 간의 비공유성 상호작용, 수소 결합, π-π 상호작용, 반데르발스 힘 등 다양한 상호작용 메커니즘을 분석하여, 특정 분자들이 선택적으로 결합하거나 반응하는 과정을 규명합니다. 이러한 연구는 생명현상에서 일어나는 분자 수준의 신호전달, 효소 작용, 수용체-리간드 결합 등 자연계의 복잡한 현상을 모방하거나 이해하는 데 중요한 역할을 합니다. 우리 연구실은 인공적으로 설계된 수용체 분자, 즉 합성 리셉터를 개발하여, 이들이 이온, 중성분자, 생체분자 등 다양한 표적을 선택적으로 인식할 수 있도록 합니다. 이를 위해 분자의 3차원 구조와 결합 부위의 미세 조정, 다양한 작용기의 도입, 그리고 분자의 유연성 및 강성 조절 등 정교한 분자 설계 전략을 적용합니다. 최근에는 키랄 분자의 선택적 인식, 이온쌍의 동시 인식, 다중 결합 부위를 가진 초분자 어셈블리 등 고차원의 분자인식 시스템 개발에도 집중하고 있습니다. 이러한 연구는 센서, 촉매, 약물전달 시스템 등 다양한 응용 분야로 확장될 수 있습니다. 예를 들어, 특정 이온이나 분자를 고감도·고선택적으로 검출하는 분자센서 개발, 생체 내에서 특정 물질만을 선택적으로 운반하는 약물전달체 설계, 그리고 새로운 유형의 촉매 개발 등에서 분자인식과 초분자화학의 원리가 활용되고 있습니다. 우리 연구실은 이처럼 기초 과학적 발견과 더불어 실용적 응용까지 아우르는 연구를 지속적으로 수행하고 있습니다.

기능성 폴다머는 단순한 고분자와 달리, 특정한 2차 구조(예: 나선형, 병풍형 등)를 자발적으로 형성하는 인공 분자 집합체입니다. 우리 연구실은 폴다머의 구조적 특성과 기능을 정밀하게 제어하여, 이들이 이온이나 분자를 선택적으로 포획하거나 운반할 수 있도록 하는 연구를 선도하고 있습니다. 폴다머의 설계와 합성, 그리고 이들이 형성하는 독특한 구조적 특징을 바탕으로, 다양한 이온 및 분자 운반체, 인공 채널, 분자 스위치 등을 개발하고 있습니다. 특히, 이온수송 분야에서는 폴다머 기반의 인공 수송체가 생체막을 모방하여 특정 이온(예: 염화이온, 칼륨이온 등)을 선택적으로 이동시키는 메커니즘을 연구합니다. 이는 생체 내 이온 채널의 기능을 모방하거나, 인공적으로 조절 가능한 이온 운반 시스템을 개발하는 데 중요한 기반이 됩니다. 최근에는 빛, pH, 온도 등 외부 자극에 반응하여 구조와 기능이 변화하는 자극응답성 폴다머 개발에도 주력하고 있습니다. 이러한 연구는 생명과학, 의약학, 재료과학 등 다양한 분야와의 융합을 통해 새로운 응용 가능성을 제시합니다. 예를 들어, 인공 이온수송체는 암세포 내 이온 항상성 조절, 약물 전달, 신경전달 조절 등 다양한 바이오메디컬 응용에 활용될 수 있습니다. 또한, 폴다머의 구조적 다양성과 기능적 확장성은 차세대 스마트 소재, 분자기계, 나노장치 개발에도 중요한 역할을 할 것으로 기대됩니다.

분자센서와 분자기계는 초분자화학의 응용 분야로, 우리 연구실은 분자 수준에서 신호를 감지하고 변환하는 센서, 그리고 외부 자극에 따라 동작하는 분자기계 개발에 집중하고 있습니다. 분자센서는 특정 이온, 분자, 생체물질 등을 선택적으로 인식하여, 형광, 색 변화, 전기화학적 신호 등으로 변환하는 시스템입니다. 이를 위해 다양한 인식 부위와 신호 변환기를 결합한 새로운 센서 분자를 설계하고, 실제 환경 및 생체 내에서의 검출 성능을 평가합니다. 분자기계 분야에서는 외부 자극(빛, pH, 전기 등)에 반응하여 구조적 변형이나 기계적 동작을 수행하는 분자 스위치, 모터, 트랜스포터 등을 개발합니다. 예를 들어, 자극에 따라 나선 방향이 전환되는 폴다머, 결합-해리 사이클을 반복하는 분자 스위치, 이온이나 분자를 능동적으로 이동시키는 분자 트랜스포터 등이 연구되고 있습니다. 이러한 분자기계는 나노스케일에서의 제어와 동작이 가능하다는 점에서, 미래의 나노기술 및 스마트 소재 개발에 큰 잠재력을 가지고 있습니다. 이러한 연구는 환경 모니터링, 바이오센서, 의료 진단, 스마트 소재 등 다양한 분야에 응용될 수 있습니다. 특히, 고감도·고선택성 센서와 자극응답성 분자기계는 차세대 진단기기, 약물전달 시스템, 인공 신경망 등 혁신적 기술 개발의 기반이 되고 있습니다. 우리 연구실은 이러한 첨단 연구를 통해 분자 수준에서의 정밀 제어와 응용 가능성을 지속적으로 확장해 나가고 있습니다.