KAIST, 빛과 로봇으로 신약 골격 하루 1g 넘게 합성하는 무인 플랫폼 개발

KAIST 화학과 박윤수 교수 연구팀이 값싼 원료인 퓨란을 의약품에 자주 쓰이는 N-메틸 피롤 골격으로 바꾸는 반응을 가느다란 관 속에서 빛으로 일으키는 데 성공했다. 8시간 연속 운전으로 383mg을 분리했고, 이는 하루 1g이 넘는 생산성이라고 연구팀은 미국화학회 학술지 JACS Au에 8월 7일 온라인 게재한 논문에서 밝혔다.

KAIST는 18일 이 성과를 신약 개발용 무인 합성 플랫폼으로 발표했다고 로봇신문이 보도했다. MEKAWIRE 확인 시점까지 KAIST 뉴스 사이트에는 보도자료가 올라오지 않아, 아래 로봇 장비 구성에 관한 내용은 로봇신문 보도에 따른 것이며 KAIST 페이지에서 확인되지 않았다.

두 단계를 한 번에 줄인 반응

논문에 따르면 N-메틸 피롤은 보통 피롤을 먼저 만든 뒤 질소에 메틸기를 붙이는 두 단계로 합성한다. 피롤 자체가 불안정하고, 메틸화에는 요오드화메틸 같은 독성 시약과 강염기가 필요하다. 연구팀은 광촉매로 퓨란 고리의 산소 원자 하나를 메틸기가 달린 질소로 바꾸는 단일원자 편집 방식을 썼다. 질소원은 염화메틸암모늄이다.

1세대 촉매는 메틸아민과 반응시키면 퓨란만 산화시키고 목표 물질을 전혀 만들지 못했다. 연구팀이 새로 설계한 광촉매 PC2와 PC3가 이 문제를 풀었다. 수율이 낮던 두 기질에서 수율은 기존 촉매의 35%와 42%에서 PC3 적용 시 81%와 75%로 올랐다고 논문은 밝혔다.

플라스크 대신 관을 쓴 이유

반응을 연속 흐름 방식으로 옮기자 상온에서 체류 시간 3시간 미만으로 끝났다. 기존 배치 공정보다 10배 가까이 빠르고, 모델 화합물의 분리 수율은 85%였다. 반응기는 오픈소스 3D 프린팅 설계로 길이 1.8m, 내경 0.75mm, 부피 0.795mL의 관에 456nm 빛을 쪼이며, 처리량을 늘리려고 두 개가 넘는 유로를 병렬로 달았다.

로봇신문 보도에 따르면 KAIST는 원료 준비 로봇과 자동 펌프, 광반응 장치, 분석 장비를 연결해 연구원이 조건만 설정하면 배합부터 분석까지 자동으로 이어지게 했다. 20종이 넘는 퓨란 계열 물질과 구조가 복잡한 천연물에도 적용했다는 설명이다.