초고감도 탐침증강 나노현미경 통해 단일분자의 미세한 광신호 정확히 검출
난치병 원인 파악과 치료법 개발 실마리 될 것
(내외방송=정지원 과학전문 기자) 상온에서 매우 불안정하게 존재하는 단일분자에 이불을 덮듯이 얇은 절연층을 덮어 안정적으로 관측할 수 있는 방법이 개발됐다.
POSTECH과 UNIST 공동연구팀은 17일 '내외방송'에 보낸 자료에서 "박경덕 POSTECH 물리학과 교수와 강민구 통합과정 연구팀, 서영덕 UNIST 화학과 교수와 공동연구를 통해 상온에서 나타나는 단일분자의 자세 변화를 세계 최초로 시각화했다"고 밝혔다.
인간을 포함한 모든 물질의 기본단위인 분자 하나하나를 자세히 들여다볼 수 있게 된 것이다.
공기에 노출된 분자는 주변 환경과 수시로 화학적 반응을 일으키고 끊임없이 움직인다.
때문에 '분자 지문'이라고 불리는 라만 산란 신호(빛의 일부가 진행 방향에서 이탈해 다른 방향으로 진행하는 현상)를 검출하기 매우 어렵다,
또, 분자를 영하 200℃ 이하로 얼려 가까스로 신호를 검출하더라도 단일분자 고유의 특성을 규명하는 데 한계가 있다.
연구팀은 이 한계를 극복하기 위해 금 박막(얇은 막)을 입힌 기판(전기 회로 판) 위에 단일분자를 올리고, 매우 얇은 산화알루미늄층을 그 위에 이불처럼 덮어 꽁꽁 묶었다.
금과 산화알루미늄 사이에 갇힌 분자는 주변 환경과 분리돼 화학반응을 일으키지 않는데다가 움직임도 억제됐다.
고정된 분자는 '초고감도 탐침증강 나노현미경'을 통해 관측됐다.
이 현미경은 날카로운 금속 탐침의 광학 안테나 효과 때문에 단일분자의 미세한 광신호도 정확히 검출할 수 있다.
이를 통해 1나노미터 크기의 단일분자가 누워있는지 서 있는지 등 자세 변화를 명확하게 구분할 수 있다.
앞으로 이 연구 결과를 통해 질병의 원인이 되는 단백질이나 DNA의 분자 배향(분자 배열)을 나노미터 수준까지 샅샅이 살펴볼 수 있어 난치병의 원인 파악과 치료법 개발에 실마리가 될 것으로 보인다.
강민구 통합과정은 "제임스웹 망원경이 가장 먼 곳을 관측해 우주의 기원을 밝힌다면 연구팀의 현미경은 가장 작은 것을 관측해 생명의 기원을 밝힐 수 있다"고 말했다.
이 연구는 국제 학술지 '네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications)'에 최근 게재됐다(논문명: Conformational heterogeneity of molecules physisorbed on a gold surface at room temperature).
