나노미터 크기 바이러스도 볼 수 있는 광학현미경 개발

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크기가 너무 작아 관찰할 수 없었던 바이러스도 볼 수 있는 광학현미경이 개발됐다.

포스텍은 김철홍 창의IT융합공학과 교수팀과 김윤석 성균관대 교수 공동연구팀이 원자간력 현미경(AFM)에 레이저 시스템을 결합, 8나노미터의 해상도로 시료의 고유 빛 흡수 특성을 관찰할 수 있는 초고해상도 가시영역 광활성 원자간력 현미경을 개발했다고 30일 밝혔다.

김철홍 포스텍 교수
<김철홍 포스텍 교수>

소재나 신약 분야에는 머리카락 10만분의 1에 불과한 나노미터(㎚) 크기의 물질에 대한 연구가 필수다. 하지만 실험실에서 쉽게 접할 수 있는 광학현미경은 회절한계(물체가 작으면 빛이 반사되지 않고 뒤로 돌아가 물체가 보이지 않는 현상)때문에 여기에 활용되지 못했다. 바이러스의 존재를 밝혀낸 것은 광학현미경이 아닌 전자를 이용한 전자현미경이 있었기 때문에 가능했다.

2014년 노벨화학상의 주인공이었던 초고해상도 형광 현미경은 해상도를 수십 나노미터까지 끌어올렸지만 특정한 형광 물질에 국한되거나 생체시료에 적절치 않은 형광 조영제를 사용해야 했다. 또 수 나노미터의 해상도를 가진 전자 현미경은 진공 상태를 유지하기도 어려울 뿐 아니라 시료의 특수 처리도 번거롭고 비용이 비싸 실험에 활용하기 쉽지 않았다.

초고해상도 가시영역 광활성 원자간력 현미경 개념도
<초고해상도 가시영역 광활성 원자간력 현미경 개념도>

연구팀은 이러한 기존 현미경들의 단점을 해결하기 위해 물질의 표면 높이를 측정하는데 사용하는 원자간력 현미경에 레이저 시스템을 결합했다. 빛의 특성을 이용해 나노미터 크기의 물질을 관찰하는데 성공했다. 이미 상용화되어 있는 원자간력 현미경을 그대로 활용해 비용도 저렴하다. 또 시스템을 설계하기 간단하고 특수 처리나 조영제가 따로 필요치 않다.

김철홍 교수는 “이 현미경을 이용하면 금 나노 입자, 나노선, 흑색종 세포, 애기장대 세포 등의 이미지를 나노미터 크기의 해상도로 얻을 수 있다”며 “향후 소형 반도체, 신약 개발 등 신소재, 생물학, 화학 분야 연구에 활발하게 활용될 것”이라고 설명했다.

이번 연구성과는 광학 분야 국제학술지인 '빛 : 과학과 응용'을 통해 발표됐다. 미래창조과학부 IT명품인재양성사업, 선도연구센터육성사업과 미래창조과학부와 한국연구재단에서 지원하는 미래유망융합기술파이오니어사업, 글로벌 박사 펠로우십 사업, 보건복지부 보건의료기술연구개발사업의 지원으로 수행됐다.

포항=정재훈기자 jhoon@etnews.com