▲ 시간에 따른 공기방울 형성, (A) 그래핀 두 장 사이에 액체를 끼워 만든 그래핀 주머니. (B) 액체로 가득 차 있는 그래핀 주머니(C) 전자빔으로 인한 방사분해로 일정시간 뒤 공기방울이 주머니 대부분을 채우게 된다. 액체가 들어있던 부분이 주변 그래핀과 비슷하게 밝아진다. (D) 주머니를 채운 용액 종류에 따라 달라지는 공기방울 형성 시간. 액체가 분해되어 공기방울이 생기면 이미지의 대비가 떨어진다.

그래핀 주머니와 중수(重水)를 이용해 세포를 장시간으로 관찰하는 방법이 개발됐다.

기초과학연구원(IBS, 원장 김두철) 첨단연성물질 연구단 스티브 그래닉(Steve Granick) 단장(UNIST 자연과학부 특훈교수) 연구팀이 중수를 이용한 투과전자현미경으로 긴 시간동안 생체분자의 움직임을 실시간으로 관찰할 수 있는 방법을 개발했다고 지난 1일 밝혔다.

연구진은 중수(중수소2개와 산소 1개가 결합한 물)를 넣은 그래핀 주머니로 유기 고분자 시료 손상을 늦춰 전자현미경 관찰 시간을 확보하는데 성공한 것이다.

DNA, 단백질 등 유기 고분자는 생체와 비슷한 액체 환경에서 고분자를 고배율로 관찰하려면 전자 현미경을 사용하는데 내부의 높은 진공 상태로 인해 액체가 증발하는 문제가 있었다.

연구팀은 이전 연구에서 매우 얇고 투명한 그래핀 주머니를 만들어 무염색 유기 고분자의 움직임을 보는데 성공했다. 하지만 그래핀 주머니 안 물 분자 역시 전자빔의 영향으로 방사분해되는 문제는 남아있었다.

스티브 그래닉 단장 연구팀은 이전 연구에서 매우 얇고 투명한 그래핀 주머니를 만들어 무염색 유기 고분자의 움직임을 보는데 성공했다. 하지만 그래핀 주머니 안 물 분자 역시 전자빔의 영향으로 방사분해되는 문제는 남아있었다.

이에 연구진은 일반 물과 비슷한 성질을 가져 신체와 비슷한 환경을 조성하면서도 중성자가 있는 중수소로 구성돼 전자와 상호작용 시 다르게 반응할 수 있는 중수에 주목했다.

그 결과 중수 안의 고분자가 일반 물 보다 2배 가량 더 오래 관찰돼 시료 손상이 훨씬 늦게 나타나는 것이 확인됐다. 또한 중수 안 고분자는 그래핀 바닥과의 흡착-탈착 과정 및 점프 현상을 나타내며 실제 물 속에 있는 분자와 비슷한 움직임을 보였다.

액체-투과전자현미경 분야 연구는 아직 시작 단계에 있지만, 이번 연구를 통해 시료 손상 문제를 개선하며 생체분자의 작동원리를 실시간으로 영상화할 수 있을 것으로 기대된다.

한편, 이번 연구결과는 재료분야 세계적 학술지인 ACS Nano (IF=13.709) 온라인판에 미국동부시간으로 7월18일 게재됐다.