리서치 하이라이트

멕스웰의 도ㅤㄲㅒㅤ비 이론에 대한 분자 기계

Nature 445, 7127

James Clerk Maxwell은 1867년에 수행한 사고 실험(Thought experiment)에서 가스로 채워져 있는 구획을 분리하는 트랩도어를 작은 도깨비 문지기가 지키고 있다고 상상하였다. 빠르게 움직이는 분자만 왼쪽에서 오른쪽으로, 천천히 움직이는 분자는 오른쪽에서 왼쪽으로만 이동하는 것을 허용함으로써 도깨비는 오른쪽 구획은 자동적으로 뜨거워지고, 왼쪽은 차가워지도록 만든다. 평형상태를 벗어난 이와 같은 현상은 열역학 제2법칙을 위반하고 있다. 에든버러 대학교의 화학과 출신의 연구팀은 멕스웰의 평형상태에 대항하는 도깨비를 흉내내는 분자 기계를 개발하였다. 도깨비를 흉내낸 이러한 분자 구체화는 고리가 결합할 수 있는 결합 부위가 중심축을 따라서 분자 고리들이 붙어 있는 로탁산(rotaxane) 분자로 구성되어 있다. 기존의 로탁산 분자 기계는 링 결합 패턴을 방해함으로써 활성화될 수 있었으며, 결합 부위 간의 고리 이동에 의해서 시스템은 평형상태로 가게 된다. 새로운 로탁산에서 고리 위치에 대한 정보는 시스템을 평형상태에서 벗어나도록 만들었다. 하지만, 이러한 새로운 로탁산도 분자 정보를 수집하고 이동하기 위해서는 에너지를 필요로 하기 때문에 열역학 제 2법칙은 유지되었다.