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나노홀 어레이 구조를 이용하여 나노미터 크기의 핫스팟을 형성한다. 마이크로튜뷸 분자는 표면에 고정된 모터 단백질인 키네신 상에서 움직이는데, 핫스팟으로 마이크로튜뷸 분자를 샘플링하는 방법으로 나노미터급 초고분해능의 분자영상을 구현했다.
[산업일보]
머리카락의 10만분의 1미터(나노미터)의 미세한 크기도 분별할 수 있는 초고분해능 광학영상장치가 국내 연구진에 의해 개발되어, 바이러스와 암세포 같은 생체바이오 물질을 보다 명확히 분석할 수 있게 됐다.
연세대 김동현 교수(42세)와 김규정 박사(제1저자)가 주도한 이번 연구는 교육과학기술부(장관 이주호)와 한국연구재단(이사장 이승종)이 추진하는 중견연구자지원사업(도약연구)과 선도연구센터지원사업(NCRC)의 지원으로 수행되었고, 연구결과는 나노와 마이크로 과학분야의 권위 있는 학술지인 ‘스몰(Small)'지에 표지논문으로 게재됐다.
일반적으로 사용되는 기존의 전반사 형광현미경은 수 백 나노미터 크기밖에 분별할 수 없는 한계(회절한계)를 가지고 있다.
따라서 이 문제를 해결하기 위하여 전 세계 연구팀들은 수십에서 수 나노미터(1/10~1/100) 크기까지 분별할 수 있는 광학영상 장치 개발에 노력해왔다.
김 교수 연구팀은 ‘나노미터 단위의 국소적 샘플링(NLS)’ 방식으로 기존 분해능의 한계를 극복할 수 있는 새로운 광학영상법(선택적 형광영상법)을 개발하는데 성공했다.
이번 개발에 적용된 ‘나노미터 단위의 국소적 샘플링(NSL)'방식은금속 나노구조칩 표면에 작고 강한 전자기파 핫스팟(hot spot)을 만들어 지나가는 생체분자의 영상 정보를 복원하는 방법으로 기존의 문제점인 회절한계를 극복할 수 있음을 밝혀냈다.
특히 기존에는 고가의 특수 장비 없이는 세포와 단백질 상호작용 현상을 영상화하기 힘들었다. 하지만, 이번에 연구팀이 개발한 장비는 일반 현미경에 자체 제작한 금속 나노구조칩을 접합하는 것만으로 쉽고 간편하게 세포와 단백질 상호작용 현상 등을 관찰하고 영상화할 수 있다는 점이 큰 특징이다.
김동현 교수는 “이번 연구는 자체 제작한 금속 나노 구조칩이 접목된 전반사 형광현미경 시스템을 이용하여 움직이는 바이오 물질의 영상을 수 십 나노미터까지 분별할 수 있다는데 의미가 있다. 이 영상법으로 암세포와 같은 특정 세포와 세포 내에서 움직이는 기질, 또는 단분자 영상화도 가능할 것으로 기대된다”고 밝혔다.
