연구성과

화학 김기문 교수팀, 생로병사의 비밀을 풀 단분자 관찰 플랫폼 개발

2018-03-28 421

[단백질, RNA와 같은 복잡한 구조의 단분자 검출 · 분석 가능]연구성과_상세_김기문교수백강균박사황우습씨

생로병사의 비밀을 풀기 위해선 세포를 분자 단위로 하나하나 관찰할 수 있어야 한다. 그래서 수 나노미터(nm) 크기의 작은 세포 구조를 단분자로 생생하게 관찰할 수 있는 기기를 개발하는 것은 과학자들의 오랜 꿈이자 숙제다. 하지만 한데 뭉쳐있는 세포들 중에서 단분자 하나를 따로 검출하고 자세히 관찰하는 일은 상당히 복잡하고 어려워, 쉽고 정확한 단분자 관찰기법 개발이 절실했다.

화학과 김기문 교수(IBS 복잡계 자기조립 연구단장)·박사과정 황우습 씨·IBS 복잡계 자기조립 연구단 백강균 박사 팀은 표면 증강 라만 분광학*1을 이용해 단분자를 검출하고 관찰할 수 있는 플랫폼을 개발했다.

연구팀은 먼저 속이 빈 호박 모양의 분자인 쿠커비투릴*2을 이용해 은 나노입자와 은 기판을 2.5 nm의 거리로 정확하게 유지하게 만들었다. 이 곳에 가시광선 영역의 레이저를 쏘면 쿠커비투릴의 중앙에 포집된 분자가 내어놓는 신호가 강하게 변해 분자를 밝게 관찰할 수 있는 핫스폿이 생성된다.

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이때 쿠커비투릴의 큰 특징 중 하나인 주인-손님 상호작용이 활용된다. 쿠커비투릴은 집주인처럼 가만히 앉아서 핫스팟에 원하는 단분자를 콜택시를 태워 데리고 오듯 정확하게 검출하고 불러들인다. 그리고 이런 과정을 통해 분자 내부를 속속들이 관찰할 수 있게 된다.

표면 증강 라만 분광학은 레이저를 이용해 수 나노미터(1나노미터는 10억분의 1m) 크기 샘플의 화학적 구성을 밝히는 기법으로 복잡한 과정이나 특수한 장비를 필요로 하지 않기 때문에 더욱 단분자의 관찰이 쉬워진다.

연구팀은 이 기술이 발전한다면 작은 단백질이나 RNA와 같은 복잡한 분자의 시간과 공간에 따른 거동까지 확인 할 수 있을 것으로 기대된다고 밝혔다.

한편 이 연구는 미국 화학 회지(Journal of American Chemical Society) 온라인판에 게재됐으며, 기초과학연구원의 지원으로 수행되었다.
 


1. 표면증강 라만 분광
표면 플라즈몬 공명에 기인하여 기존 라만 분광법의 낮은 신호 세기 및 재현성의 한계를 극복한 방법이다. 레이저를 이용해 수 나노미터(1나노미터는 10억분의 1미터) 크기 샘플의 화학적 구성을 밝히는 기법이다.

2. 쿠커비투릴
속이 빈 호박 모양을 하고 있는 나노사이즈의 화합물로써 주인-손님 상호작용이라 불리는 결합을 통해 다양한 복합체를 형성하는데, 이때 결합하는 손님 분자의 종류에 따라 주인-손님 상호작용의 세기가 달라진다.