그래핀에 가둔 바이러스를 수족관 속 고기처럼 관찰한다

[파이낸셜뉴스] 국내 연구진이 액체 속 바이러스가 어떻게 감염을 일으키는지 관찰할 수 있는 전자현미경 기술을 개발했다. 이 기술을 이용하면 세균이나 바이러스를 급속냉동이나 염색하지 않고도 움직임을 뚜렷하게 관찰할 수 있다고 연구진이 설명했다.

한국과학기술원(KAIST)은 신소재공학과 육종민 교수팀이 그래핀을 이용해 액체 내 물질들의 분자나 원자 단위 고해상도 영상을 획득할 수 있는 아쿠아리움 전자현미경 이미징 플랫폼을 개발했다고 19일 밝혔다.

이번 연구결과로 액체 속에서 일어나는 다양한 반응들의 분자 단위, 원자 단위에서의 관찰이 더 쉬워졌다. 이 기술이 그동안 관찰하지 못했던 물질의 합성 과정을 밝혀낼 수 있다는 것이다.

즉 이 기술은 일반 광학현미경보다 수천배 높은 배율에서 물질을 관찰할 수 있어 나노미터(㎚, 10억분의 1미터) 단위로 집적화돼 있는 반도체의 품질관리나 코로나19 같은 바이러스의 움직임을 밝혀내는데 이용될 전망이다.

연구진은 이번 기술개발에 앞서 지난 2012년 차세대 소재로 주목받고 있는 그래핀 두 층 사이에 액체를 가두는 그래핀 액상 셀 기술을 세계 최초로 도입했다.

연구진이 투과막으로 이용한 그래핀은 두께가 원자 크기 정도임에도 불구하고 강도는 강철보다 200배 높다. 또한 연구진은 자유로운 액체 순환과 교환을 위해 30~100나노미터(㎚) 두께의 액상 수로를 가지는 그래핀 액상 유동 칩을 제작했다.

이 그래핀 액상 유동 칩은 약 4기압의 압력 차를 견딜 수 있으며, 기존보다 20배 빠른 액체 유동 조건에서도 안정적으로 관찰할 수 있다. 또한 기존 막보다 100배 정도 얇은 그래핀은 전자빔에 대해 투명하기 때문에 이를 이용해 원자 단위에서 물질을 선명하게 관찰할 수 있다. 그결과 연구진은 박테리아나 생체 분자를 염색 과정 없이 온전히 관찰했다.

연구진이 개발한 그래핀 액상 유동 칩은 체내의 혈관과 같은 역할을 한다.

이를 이용해 기존 기술로는 관찰할 수 없었던 현상들의 직접적인 관찰과 신약 개발에 도움을 줄 수 있을 것으로 연구진은 기대했다. 예를들어 코로나 바이러스가 어떻게 감염을 일으키는지, 알츠하이머와 같은 퇴행성 뇌 질환의 발병 원인으로 여겨지는 아밀로이드 섬유화가 어떻게 진행되는지 직접 볼 수 있다.

한편 이번 연구결과는 삼성 미래기술 육성 센터의 지원을 받아 KAIST 신소재공학과 구건모 박사, 박정재 박사과정이 공동 제1 저자로 참여해 국제 학술지 '어드밴스드 머티리얼스'의 내지 삽화와 함께 14일 게재됐다.

[e-mail] 김만기 기자