■ 연구성과

- 신종 코로나 바이러스 1/10 크기 나노입자 분석 가능

- 단백질 구조 등 원자 수준 화학 반응 통계적 분석에 용이

왼쪽부터 박정원 서울대 교수, 이원철 한양대 교수

화학생물공학부 박정원 교수-한양대(에리카) 기계공학과 이원철 교수 공동 연구팀이 액체 내 화학 반응을 원자 단위 수준에서 직접 관찰할 수 있는 벌집구조 플랫폼을 개발하는데 성공하였다. 코로나19 등의 바이러스 반응 기작, 단백질 구조, 차세대 연료전지, 촉매 반응 등을 연구하는데 활용할 수 있는 기술을 세계 최초로 개발한 연구다.

최신 분석기술인 실시간 액상 투과전자현미경법은, 특수용기인 액체 셀(Liquid cell)에 극미량의 액상 시편을 담고 이를 투과전자현미경으로 관찰하는 분석법이다. 복잡한 화학 반응을 이해하기 위해서는 동일한 반응환경을 반복적으로 관찰할 필요가 있으나 기존의 액체 셀 시스템으로는 한계가 있었다.

이에 공동 연구팀은 두 그래핀 사이에 다공성 물질인 양극 산화 알루미늄 막을 끼워 벌집구조로 배열된 천 만 개 이상의 액체 셀을 만드는 데 성공하였다. 개발된 액체 셀을 활용해, 코로나19 바이러스보다 10분의 1 정도로 작은 미세 나노입자의 구조를 분석하고 그들의 용액상 움직임 및 반응 기작을 실시간 관찰하여 원자 수준에서 일어나는 화학반응을 통계적으로 분석하였다.

▲ 학술지 ‘Advanced Materials’에 게재된 연구 성과 요약 그림. 본 연구진이 개발한 액상 관찰 플랫폼

연구팀은 “이번 연구를 통해 실시간으로 화학반응을 관찰하여 대량의 데이터를 확보하는 것이 가능해졌고, 따라서 나노 물질의 성질을 통계적으로 분석할 수 있게 되었다”고 밝혔으며, “고분해능 실시간 이미징 기술의 지속적인 개발을 통해 코로나19 등의 미세 입자 구조 및 작동기작 규명, 백신 및 신약 개발에 도움을 줄 것’이라고 밝혔다.

본 연구는 과학기술정보통신부의 바이오닉암메카트로닉스융합기술개발사업, 수소에너지혁신기술개발사업, 선도연구센터사업 및 삼성 미래기술육성성재단의 지원을 받아 수행되었으며, 재료 분야 세계적인 학술지인 '어드밴스드 머티리얼스(Advanced Materials)'에 8월 26일자로 온라인 게재되었다.

[문의사항]

서울대학교 공과대학 화학생물공학부 박정원 교수 / 010-9242-2259 / jungwonpark@snu.ac.kr