분자 크기 물질 비추는 나노등대 개발

금 나노섬을 광학 현미경에 장착
암세포·바이러스 이동 등 촬영
연세대팀 국제학술지에 표지논문

국내 연구팀이 광학 현미경에 장착해 분자 크기의 물질을 실시간으로 관찰할 수 있는 나노등대를 개발했다. 연세대 제공

국내 연구팀이 일반 광학 현미경에 장착해 암세포나 바이러스의 이동 등 분자 수준의 물질을 실시간으로 관찰할 수 있는 장치를 개발했다.

연세대 전기전자공학과 김동현 교수 연구팀은 22일 “빛의 다방향 입사를 이용해 극소 부피의 빛이 금속 나노칩 위의 모든 물질을 비추는 나노등대 기술을 개발했다”고 밝혔다. 연구팀의 논문은 국제학술지 <어드밴스트 옵티컬 머티리얼스> 이날치 표지로 게재됐다.

작은 물체를 광학 현미경으로 보려면 회절 한계로 분해능이 떨어져 정확한 분석이 어렵다. 회절 한계란 두 물체 사이의 간격이 너무 가까워 광학 렌즈로 두 물체가 서로 다른 것임을 알 수 없는 상태가 되는 것을 말하며, 이로 인해 해상도가 떨어져 구별을 할 수 없다. 이런 한계를 극복하려 나노섬(Nanoisland)이라는 금속 나노 구조칩을 제작해 기존 현미경에 접목하면 나노 크기의 부피가 매우 작은 빛을 얻어낼 수 있었다. 평균 크기가 200나노미터(㎚·1㎚는 10억분의 1m)인 금 나노섬 구조에서 나오는 극소 부피의 빛 크기는 100나노미터 이하여서 회절 한계를 뛰어넘는다. 연세대 연구팀은 금 나노섬을 이용해 2010년에는 학술지 <스몰>에, 2013년에는 <옵틱스 익스프레스>에 생체물질 이미지를 보고하기도 했다.

유리기판 위에 제작된 금 나노섬 구조를 활용해 나노미터 크기의 극소 부피 빛을 유도하면 바이러스나 암세포 같은 분자 수준의 생체 이미지를 실시간으로 얻을 수 있다. 연세대 제공

하지만 나모섬 위의 극소 부피 빛의 위치는 고정돼 있어 관찰 대상이 해당 위치에 놓이지 않으면 관찰할 수 없는 단점이 있었다. 연구팀은 이를 해결하려 입사광의 각도와 방향을 변조하는 시스템을 구축했다. 연구팀은 “마치 바닷가의 등대가 어두운 밤에 바다의 곳곳을 비추듯이 입사조건에 따라 다른 위치에 극소 부피 빛을 형성해 빛이 생성되지 않는 영역이 생기지 않도록 했다”고 말했다. 이렇게 하면 기존에 채널 하나로만 빛을 입사할 때 나노섬 전체 표면의 25% 가량만 극소 부피 빛이 닿아 관찰 대상의 일부만 볼 수 있었던 데 비해 다채널 입사조건을 이용하면 나노섬 전체 면의 90% 가까운 영역을 관찰할 수 있다.

연구팀은 “개발된 기술은 일반 현미경에 접합하면 고가의 특수 장비 없이 쉽고 간편하게 바이러스 이동이나 단백질 등을 관찰하고 영상화할 수 있다. 또 암세포를 비롯한 특정 세포와 세포 내 움직이는 기질 및 단분자를 영상화하는 데 기여할 것으로 기대된다”고 밝혔다.

이근영 선임기자 [e-mail]