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본 보고서는 ( 독 ) 과학기술진흥기구 (JST) 연구개발전략센터 (CRDS) 가 개최한 과학기술미래전략워크숍 lsquo; 분자기술 rsquo; 의 결과를 정리한 내용으로 , lsquo; 분자기술 rsquo; 을 크게 분자를 설계하고 합성하는 기반기술의 lsquo; 설계 및 창출 rsquo;, 분자 속의 전자상태를 제어하는 lsquo; 전자상태제어 rsquo;, 분자의 형상과 구조를 제어하는 lsquo; 형상 및 구조 제어 rsquo;, 분자 집단의 구조와 기능을 제어하는 lsquo; 집합체 및 복합체 rsquo;, 분자의 화학반응을 제어하는 lsquo; 변환 및 과정 rsquo;, 분자와 이온의 움직임을 제어하는 lsquo; 물질수송 rsquo; 의 여섯 영역으로 나누고 있다 . 1. 설계 및 창출의 분자기술 ○ 설계 ∙ 창조의 분자기술이란 천연이 아닌 인공으로 신규의 기능성 물질을 창조하는 기술로 , lsquo; 목적으로 하는 기능을 가진 물질을 생각대로 ( 희망대로 ) rsquo; 설계하여 합성하는 원리를 제공하는 기술이다 . ○ 계산 방법에는 고도화된 양자화학 계산방법과 밀접결합 근사방법이 있다 . 1) 고도화된 양자화학 계산방법 : 최근 메조스코픽 영역의 시뮬레이션이 가능해지면서 혁신적인 기능성 분자 개척 , 실험 결과 예측 , 분자 구조 예측 , 유기반응촉매 설계 , 미래형 신약 개발 등이 과제가 되고 있다 . 2) 분자 궤도 계산을 기반으로 한 lsquo; 밀접결합 (tight binding) 근사 rsquo; 방법 : 응집계 ( 고체 ) 물성의 다양한 전자 구조를 이해하고 재검증하는 데에 유효하다 . 에너지의 과학적 변환과 저장을 위한 기초원리 해명 , 분자변환법 , 기능성 분자 설계 , 생체 나노분자의 작용기전 해명에도 확대 적용되고 있다 . 2 전자상태제어의 분자기술 ○ 과학으로 뒷받침된 lsquo; 분자기술 rsquo; 을 도입하여 전자공학분야에서 신기원을 이뤄내려면 제막기술에서는 상온과 상압하에 액상으로부터의 분자 에피택시 (epitaxy) 과학과 기술을 확립해야 하고 , 유기 EL 을 중심으로 한 유기 반도체에서는 들뜬 상태의 전자상태제어로 새로운 원리의 발광재료를 개발하고 박막응집상태와 고차 구조를 제어하여 효율화와 신뢰성을 확보하는 것이 과제가 된다 . 3 집합체 및 복합체의 분자기술 ○ 최근 펄스 레이저를 이용한 초단시간 측정기술과 계면 등의 특수환경 계측기술이 진보함에 따라 전이 상태 (transition state) 나 들뜬 상태 (excited state) 를 상세하게 해석할 수 있게 되었다 . 이러한 지식을 활용하면 준 안정구조를 포함한 분자 집합체를 설계할 수 있다 . ○ 생체 내에서 일어나는 시간적 변화를 분자에 발생시킴으로써 기능성 단위의 공간적 배치를 역동적으로 변화시켜 기능을 발현하는 분자 집합체와 복합체를 구축하는 것이 목표다 . ○ 이는 신약 개발을 위한 화합물 라이브러리 확충과 저가의 간편한 약물 평가 시스템 창출에 응용할 수 있다 . 4. 형상 및 구조 제어의 분자기술 ○ 형상 및 구조 제어의 분자기술이란 분자합성 , 분자변환 , 분자 상호작용 , 분자인식 , 분자배열 , 분자집합 , 자기조직화 등으로 만들어진 분자 수준의 나노 (nano) 구조에서 , 실용 재료를 구축하기 위한 1 차원 , 2 차원 , 3 차원의 매크로 (macro) 구조를 자유자재로 만드는 기술이다 . ○ 적용할 수 있는 구체적인 예로 (1) 복합 차원을 제어하여 신규의 구조 재료를 창출 , (2) 상반된 기능을 양립시킬 수 있는 첨단 기능 재료 창출 , (3) 저탄소와 저환경 부하를 목표로 하여 예를 들어 , 물을 자유롭게 성형하고 가공하여 얻은 탄소자원 저감의 lsquo; 물 플라스틱 rsquo; 창출 등이 있다 . 5. 변환 및 프로세스의 분자기술 ○ 변환 및 프로세스의 분자기술이란 저환경 부하와 고효율 물질의 변환을 위한 새로운 촉매 개발 등을 통해 한정된 지구 자원을 철저하게 활용할 수 있는 획기적인 물질의 변환 및 프로세스를 구축하는 기술이다 . ○ 적용할 수 있는 구체적인 예로 (1) 폐기물을 발생하지 않는 그린 화학 프로세스 , (2) 에너지 절약 , 저환경 부하 , 위험 절감을 가능케 하는 새로운 촉매와 화학 프로세스 , (3) 신종 및 재발 전염병에 신속하게 대응할 수 있는 초고효율 약물 합성 등의 혁신적인 물질 변환 및 프로세스 실현 등이 있다 . 6. 물질수송의 분자기술 ○ 물질수송의 분자기술이란 생체 내 분자수송 ( 이동 ) 이나 이온 이동 , 막 물질을 통한 분자이동 등 , 분자물질을 수송하는 기술이다 . ○ 대표적 사례로 (1) 약물전달시스템 ( drug delivery system, DDS), (2) 막분리기술이 있다 . - 목차 - Executive summary 1. lsquo; 분자기술 rsquo; 을 구성하는 여섯 영역 2. 종합토론 3. 정리 부록 1. 부록 2. |
