원자보다 작은 DNA 움직임 가능해져

[산업일보]
금속 내부에서 동시에 진동하는 전자의 무리인 플라즈몬의 입자가 서로 접근할 때 스펙트럼이 변하는 현상을 이용해 나노 규모의 거리를 측정하는 기술인 ‘플라즈모닉 자’기술은 나노미터 규모의 정교한 길이를 측정할 수 있게 해준다.

이 기술은 바이오‧의료 분야에서 DNA 또는 RNA의 실시간 거동을 모니터링하거나 기초물리 분야에서 양자역학을 이해하는데 필수적인 기술이다.

이에 DNA의 움직임과 같이 원자 크기보다도 작은 미세한 동적 변화를 관찰할 수 있는 기술이 개발됐다. 김승철 교수(부산대)와 김영진 교수(싱가폴 난양공대) 공동연구팀이 나노미터 이하의 작은 규모를 측정하는 ‘플라즈모닉 자’ 기술의 분해능과 속도를 획기적으로 향상시켰다고 한국연구재단(이사장 노정혜)은 밝혔다.

연구팀은 펨토초 레이저를 이용해 플라즈모닉 자의 분해능이 240배 정교해지고 측정 속도가 1천 배 빨라지며, 주변 환경에 대해 둔감한 특성을 구현했다. 개발된 기술에서 분해능은 1.67 피코미터(pm, 1pm=10-12m)으로 보고됐다.

기존에는 빛이 물질에서 산란‧흡수된 강도를 이용해 물질의 움직임을 측정했다. 반면 이 연구에서는 펨토초 레이저를 쏘아줬을 때 빛의 위상이 수백 테라헤르츠파(1012 Hz)에서 마이크로파(109 Hz) 영역으로 변화되는 것을 측정함으로써, 빠른 속도와 높은 정확도를 구현했다.

김승철 교수는 “DNA, RNA 움직임 관찰, 양자역학 연구 뿐 아니라 전자주사현미경 등 초정밀 장비들의 피코미터 급 보정과 표준 확립에도 적용될 수 있을 것”이라고 연구의 기대효과를 설명했다.

김 교수는 “이와 같은 광 빗의 플라즈몬 공명 현상에의 적용을 기반으로, 연구팀은 서브 나노미터급 원자 크기 수준인 1.94Å의 작은 동적 거리변화를 1.67 pm(피코미터, 1/1012m)급 분해능으로 측정해 보고했다”며, “이는 바이오/의료 분야의 DNA 및 RNA의 거동 측정과 기초 물리분야의 양자역학 이해와 더불어, 반도체 분야의 전자주사현미경 등 초정밀 장비들의 피코미터 급 보정 및 표준 확립에도 적용될 수 있을 것으로 기대된다”고 말했다.