IBS(원장 김두철)는 스티브 그래닉(Steve Granick) 첨단연성물질 연구단장 연구팀이 중수를 이용한 액체-투과전자현미경으로 긴 시간동안 생체분자의 움직임을 실시간으로 관찰할 수 있는 방법을 개발했다고 1일 밝혔다.

우리 몸에는 액체가 대부분이기 때문에 용액 내에서 생체물질을 관찰할 수 있는 환경을 조성하는 것이 필요하다. 

스티브 그래닉 단장 연구팀은 이전 연구에서 액체가 든 얇은 그래핀 주머니를 고안해 전자현미경 사용시 발생하는 시료 건조 문제를 해결하고, 무염색 고분자의 실시간 움직임을 관찰했다. 

그래핀 주머니 안에 있는 물은 빠른 속도의 전자와 만나 수소와 과산화수소 등으로 분해된다. 이 과정으로 시료인 생체 고분자가 손상되고, 그래핀 주머니 안에 공기방울이 생긴다는 문제점이 있었다.

이를 해결하기 위해 물에 글리세롤 등의 물질을 섞어 전자빔의 영향을 줄였지만 관찰 시간을 더 연장할 수 있는 방안이 필요했다. 

이에 연구팀은 일반 물과 비슷한 성질을 가져 우리 몸과 비슷한 환경을 조성하면서도 중성자가 있는 중수소로 구성돼 전자와 상호작용시 다르게 반응할 수 있는 중수에 주목했다. 

연구팀은 중수에서와 물에서의 환경을 비교하며 고분자가 손상되지 않고 투과전자현미경에 관찰되는 시간을 측정했다.

그 결과 중수 안의 고분자가 2배 가량 더 오래 관찰되고, 시료 손상이 늦게 나타나는 것으로 확인됐다. 

중수 안 고분자는 그래핀 바닥과의 흡착-탈착 과정과 점프 현상을 나타냈고, 실제 물 속에 있는 분자와 비슷한 움직임을 보였다.

또 연구팀은 중수가 든 그래핀 주머니가 다른 용액을 넣은 주머니에 비해 얼마나 오래 액체환경을 유지하는지 측정했다.

다른 용액 주머니가 일정시간 전자빔에 노출되었을 때 최대 150초 가량 후 공기방울이 주머니에 가득 찼다. 중수가 든 그래핀 주머니에서는 이 시간이 200초 이상까지 늘어났다.  

공동 제 1저자인 후안 왕 연구위원은 "우리는 전자현미경에서 고분자 시료가 손상되는 문제를 근본적인 단계에서 진전시켰다"며 "이를 큰 생체물질을 보는 데 응용할 수 있으며, 저온전자현미경에서도 중수를 이용하면 기존보다 관찰시간을 더 확보할 수 있다"라고 말했다.

이번 연구결과는 재료분야 세계적 학술지인 ACS Nano 온라인판에 미국동부시간으로 지난 18일자에 게재됐다.