분자가 에너지를 받아 들뜬 상태가 되는 과정은 분자의 성질과 화학반응을 이해하는데 매우 중요한 단서를 제공하기 때문에 오랫동안 다양한 분야에서 지대한 관심을 받아온 현상이다. 특히 소자가 작동하는 에너지원으로 빛을 사용하는 OLED와 유기태양전지 등이 최근 첨단기술로 대두되면서 이들의 구성물질인 염료 분자의 들뜬 상태와 동적 변화에 대한 관심 또한 급격히 고조되고 있다.
최근 서울대학교 화학부 김성근 교수 연구팀은 1882년 발견된 이래 미국 FDA와 EU의 승인을 받아 세계적으로 널리 사용되어온 황색 염료인 퀴놀프탈론이라는 물질(상업명 퀴놀린 옐로우)이 갖는 특이한 성질인 빛에 의해 잘 깨어지지 않는 광안정성의 근원적 이유를 발견하여 국제저널인 사이언티픽 리포트(Scientific Reports)에 발표하였다.
연구팀은 생체 내 유전자를 구성하는 DNA 염기들이 빛을 받아 들뜨게 되면 화학적으로 불안정한 상태가 되었다가 1 피코초(1조분의 1초) 내에 안정한 상태로 돌아가기 때문에 생명체의 돌연변이를 억제하는 광안정성을 갖게 된다는 사실을 2000년대 초에 발견한 바 있다. 퀴놀프탈론 분자도 빛을 받으면 1 나노초(10억분의 1초) 이내에 원래 상태로 돌아가는 것으로 추측되었기 때문에 연구팀은 퀴놀프탈론 분자도 DNA 염기와 유사한 과정을 겪을 것으로 예상하여 연구에 착수하였으나, 내부에너지 이완과 수소 이동 반응에 의해 안정화되는 DNA 염기와는 달리 퀴놀프탈론 분자는 양성자 이동에 의해 안정화된다는 사실을 발견하였다.
특히 양성자 이동은 대개 동종 원소 사이에서 일어나는데 반해 이 반응은 질소에서 산소로의 양성자 이동 반응이면서 둘 다 광염기성 물질이기 때문에 지금까지 알려진 바 없는 새로운 형태의 양성자 이동에 해당되며, 이를 통해 광안정성이 유래한다는 사실을 밝힘으로써 향후 다양한 광활성 물질에 대한 근본적 이해와 기술적 활용을 가능케 할 것으로 기대된다.