KAIST 육종민 교수, '그래핀 전자현미경' 개발

육종민 교수팀, 분자 및 원자 단위 고해상도

바이러스 및 단백질 상호작용 관찰 기대, 국제 학술지 게재

[대전=뉴시스] 그래핀 액상 유동 칩 모식도.

[대전=뉴시스] 김양수 기자 = KAIST는 신소재공학과 육종민 교수 연구팀이 그래핀을 이용해 액체 내 물질들을 원자 단위의 고해상도로 들여다 볼 수 있는 전자현미경 기술을 개발했다고 19일 밝혔다.

신소재공학과 구건모 박사, 박정재 박사과정이 공동 제1 저자로 참여한 이번 연구는 그동안 관찰하지 못했던 유체 내 물질의 합성과정을 밝히고 바이러스 및 단백질들의 상호작용과 같은 생명현상 규명연구에 속도를 낼 수 있게 됐다는 평가다.

연구 결과는 국제 학술지 `어드밴스드 머티리얼스(Advanced Materials)'에 내지 삽화와 함께 지난 14일자로 게재됐다.(논문명 : Liquid-Flowing Graphene Chip-Based High-Resolution Electron Microscopy).

기존 액상 전자현미경 기술은 약 50나노미터(㎚) 두께의 질화 실리콘 막을 이용해 액체를 고진공으로부터 보호했지만, 이 막은 전자빔에 반투명해 물질을 흐릿하게 만들어 원자 단위의 관찰을 방해하고 단백질이나 바이러스와 같은 생체 분자들의 경우 명암을 높이는 염색 과정 없이는 쉽게 관찰할 수 없었다.

이에 앞선 지난 2012년 육 교수팀은 기존 문제 해결을 위해 차세대 소재인 그래핀의 두 층 사이에 액체를 가두는 그래핀 액상 셀 기술을 세계 최초로 도입했다.

이를 바탕으로 이번 연구에서 육 교수팀은 자유로운 액체 순환이 가능한 '그래핀 아쿠아리움 전자현미경 이미징 플랫폼'을 개발하는 데 성공했다.

연구팀은 자유로운 액체 순환과 교환을 위해 30~100나노미터 두께의 액상 수로를 갖는 구조체를 반도체 제작 공정인 리소그래피 공정으로 구현해 그래핀 액상 유동 칩을 제작했다.

[대전=뉴시스] 그래핀 액상 유동 침을 이용해 관찰한 나노 입자 및 박테리아의 전자현미경 이미지.

연구팀이 투과 막으로 이용한 그래핀은 원자 단위의 두께지만 강철보다 200배 높은 강도를 갖는다.

또 연구팀의 그래핀 액상 유동 칩은 약 4기압에 달하는 압력 차를 견딜 수 있으며 기존보다 20배 빠른 액체 유동 조건에서도 안정적인 작동이 가능하다.

또 기존 막보다 100배 정도 얇은 그래핀은 전자빔에 대해 투명하기 때문에 이를 이용해 원자 단위에서 물질을 선명하게 관찰할 수 있으며 박테리아 및 생체 분자를 염색 과정 없이도 관찰이 가능하다.

연구팀이 개발한 그래핀 액상 유동 칩은 기존 기술로는 관찰할 수 없던 현상들을 직접적으로 관찰가능케 해 신약 개발 등에 도움을 줄 수 있을 것으로 기대된다.

육 교수는 "액체 내 물질들을 분자 및 원자 단위로 관찰하면 자연의 가장 작은 단위에서 시작되는 다양한 현상들을 규명할 수 있다"며 "이를 토대로 미지의 영역인 생명현상의 비밀을 밝힐 수 있을 것"이라고 기대했다.


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