세계 최초 상온서 1㎚ 단일분자 자세 변화 관측

왼쪽은 탐침증강 나노현미경을 이용해 금과 산화알루미늄 층 사이에 갇힌 분자를 관찰하는 것을 묘사한 그림. 오른쪽은 분자의 배향에 따라 분자의 진동모드가 변하는 것을 시각화한 그림.<포스텍 제공>

포스텍과 울산과학기술원 공동연구팀이 세계 최초로 상온서 1㎚ 단일분자 자세 변화 관측하는 데 성공했다. 포스텍 박경덕(왼쪽부터) 교수, 통합과정 강민구 씨, UNIST 서영덕 교수 기념촬영 모습.<포스텍 제공>

국내 연구팀이 세계 최초로 상온에서 1나노미터(nm·10억분의 1m) 단일분자의 자세 변화를 관측하는 데 성공했다.

포스텍은 물리학과 박경덕 교수와 통합과정 강민구 씨 연구팀이 울산과학기술원(UNIST) 화학과 서영덕 교수와의 공동연구를 통해 상온에서 나타나는 단일분자의 자세 변화를 세계 최초로 시각화했다고 17일 밝혔다. 인간을 포함한 모든 물질의 기본단위인 분자 하나의 자세를 상세히 들여다볼 수 있게 됐다.

공기에 노출된 분자는 끊임없이 움직여 '분자 지문'이라고 불리는 라만 산란(일정 주파수의 빛을 조사하면 분자 고유 진동이나 회전 에너지 또는 결정의 격자 진동 에너지만큼 달라진 주파수의 빛이 산란되는 현상) 신호를 검출하기 어렵고, 분자를 영하 200℃ 이하로 얼려 신호를 검출하더라도 단일분자 고유의 특성을 규명하는 데 한계가 있다.

이에 연구팀은 금 박막을 입힌 기판 위에 단일분자를 올리고, 매우 얇은 산화알루미늄(Al2O3)층을 그 위에 이불처럼 덮어 묶었다.

금과 산화알루미늄 사이에 갇힌 분자는 주변 환경과 분리돼 화학반응을 일으키지 않는데다가 움직임 또한 억제됐다. 이렇게 고정된 분자는 연구팀이 개발한 초고감도 탐침 증강 나노 현미경을 통해 관측됐다. 이 나노 현미경을 이용하면, 단일분자의 미세한 광신호를 정확히 검출하고, 1nm 크기의 단일분자가 누워있는지 서 있는지의 자세 변화를 구분할 수 있다.

질병의 원인이 되는 단백질이나 DNA의 분자 배향을 나노미터 수준까지 샅샅이 살펴볼 수 있는 길이 열린 것이다.

포스텍 강민구 씨는 "제임스웹 망원경이 가장 먼 곳을 관측해 우주의 기원을 밝힌다면, 우리 연구팀의 단일분자 현미경은 가장 작은 것을 관측해 생명의 기원을 밝힐 수 있다"고 말했다.

김기태기자 ktk@yeongnam.com

영남일보(www.yeongnam.com), 무단전재 및 수집, 재배포금지