의학·과학 과학

100만분의 1㎜까지 3차원으로 본다

김만기 기자

파이낸셜뉴스

입력 2021.02.01 11:05

수정 2021.02.01 11:05

IBS 박정원 박사팀, 나노입자 분석 알고리즘 '3D싱글' 개발
바이러스나 반도체 소자 구조를 3차원으로 분석 가능해져
IBS 박정원 박사팀은 나노재료의 3차원 구조를 얻는데 최적화된 알고리즘인 '3D 싱글'을 개발해 백금 나노입자를 관찰했다. 시험 대상이 된 백금 나노입자는 이전의 기술로는 분석이 어려웠던 입자로, 연구팀에서 개발한 알고리즘의 효율성을 확인할 수 있다. IBS 제공
IBS 박정원 박사팀은 나노재료의 3차원 구조를 얻는데 최적화된 알고리즘인 '3D 싱글'을 개발해 백금 나노입자를 관찰했다. 시험 대상이 된 백금 나노입자는 이전의 기술로는 분석이 어려웠던 입자로, 연구팀에서 개발한 알고리즘의 효율성을 확인할 수 있다. IBS 제공
[파이낸셜뉴스] 국내 연구진이 100만분의 1㎜(1㎚) 크기의 원자들을 자세하게 볼 수 있는 기술을 개발했다. 연구진은 이 기술이 코로나19 같은 바이러스의 구조를 분석해 치료제 개발에 도움이 될 뿐만 아니라 반도체 소자의 성능 개선에도 활용될 수 있다고 설명했다.


기초과학연구원(IBS)은 나노입자 연구단 박정원 박사팀이 호주 모나쉬대, 미국 로렌스버클리국립연구소(LBNL)와의 공동연구를 통해 나노입자의 3차원 구조를 분석할 수 있는 알고리즘 '3D싱글(3D SINGLE)'을 개발했다고 1일 밝혔다.

연구진은 지난해 액상 투과전자현미경을 이용해 나노입자의 전체적 형상을 넘어 원자 배열까지도 입체적으로 관찰할 수 있는 기술을 세계 최초로 개발한 바 있다. 이번 연구에서는 자체 개발한 '3D 싱글' 알고리즘을 액상 투과전자현미경에 접목해 관찰 성능을 대폭 높였다.

나노입자는 그래핀 기반의 액체 특수 용기에 담겨 분석한다. 연구진은 그래핀과 액체에서 비롯한 노이즈를 제거하고, 원자만 최대 1.5배 더 뚜렷하게 관찰할 수 있도록 알고리즘을 개선했다. 그결과 액체 안에서 자유롭게 회전하는 나노입자를 추적하는 효율을 개선해 기존보다 10배가량 빠른 속도로 3차원 구조를 파악했다. 연구진은 지난 연구에서는 관찰이 어려웠던 크기 2nm 미만의 극미세 입자까지도 추적할 수 있었다고 설명했다.

허준영 연구원은 "여러 입자를 합성해 하나의 입자로 재구성하는 것보다 하나의 원자를 추적 관찰하는 것이 나노입자의 '표정'까지도 정확히 파악해낼 수 있는 기술"이라고 말했다.

연구진이 개발한 3차원 구조 분석 알고리듬 및 관련 기술은 나노입자 분석 뿐 만 아니라 바이러스 구조, 단백질 구조 분석에도 폭넓게 활용이 가능하여 관련 분야의 기초과학적 연구 뿐 만 아니라 신약개발 등에도 활용될 수 있다. IBS 제공
연구진이 개발한 3차원 구조 분석 알고리듬 및 관련 기술은 나노입자 분석 뿐 만 아니라 바이러스 구조, 단백질 구조 분석에도 폭넓게 활용이 가능하여 관련 분야의 기초과학적 연구 뿐 만 아니라 신약개발 등에도 활용될 수 있다. IBS 제공
초저온전자현미경(Cryo-EM) 등 분석기술의 발전으로 3차원 나노입자 구조를 파악할 수 있지만, 기존 기술은 동결된 시료만이 이미지를 얻을 수 있었다.
동결 과정에서 단백질이나 재료의 구조변화가 생길 수 있는 단점이 있다.

박정원 연구위원은 "코로나19 바이러스의 변이처럼 기존과 다른 미세한 구조변화까지도 포착해 분석해 내는 것이 가능할 것"이라며 "향후 촉매·디스플레이, 신약 개발 등 광범위한 분야에서 소자의 성능개선 및 신물질의 설계·합성에 기여할 것"이라고 말했다.


이번 연구결과는 재료분야 세계적 권위지인 '사이언스 어드밴시스(Science Advances)' 1월 30일(한국시간)자에 실렸다.

monarch@fnnews.com 김만기 기자

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