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세포내 단백질 분석 초고해상도 금속나노칩 개발

연세대 최종률 박사·김동현 교수 연구팀
광학현미경 장착 세포·단백질 상호작용 분석 가능

(왼쪽부터)연세대 김동현 교수, 최종률 박사, 신전수 교수, 부산대 김규정 교수.
국내 연구진이 위성에서 사람의 손바닥을 식별할 수 있을 정도의 해상도로 단백질 등 세포내에 있는 생체고분자 물질을 검출하고 분석할 수 있는 '초고해상도 이미징 플랫폼'을 개발했다.

미래창조과학부와 한국연구재단은 연세대 전기전자공학과 최종률 박사·김동현 교수 연구팀이 광학현미경에 장착해 보다 선명하게 세포와 단백질간의 상호작용을 볼 수 있도록 돕는 금속나노칩을 개발하는데 성공했다고 23일 밝혔다.

이번 연구에는 연세대 의과대학 신전수 교수, 부산대 김규정 교수 등이 참여했으며, 연구결과는 광재료 분야 국제학술지 '어드밴스드 옵티컬 머티리얼스(Advanced Optical Materials)'에 최근 표지논문으로 게재됐다.
 
기존 '전반사 형광현미경'은 수백nm(1나노미터=10억분의1m) 크기 밖에 분별할 수 없었다. 하지만 신약후보물질 발굴 등에 이용하려면 현미경의 해상도를 수십 나노미터까지 높여 바이러스의 이동이나 단백질간 상호작용 같은 미세한 생체현상을 관찰할 수 있어야 한다.

금속 나노 구멍의 특이 광투과 현상을 이용한 초고해상도 이미징 플랫폼.
이번에 연구팀이 개발한 금속나노칩을 이용하면 20nm까지 최적 해상도를 높일 수 있다.

해상도 향상의 비결은 직경 200~400nm의 구멍이 촘촘하게 배열된 금속 나노칩에 있다. 빛이 나노구멍을 투과하는 광투과 현상에 의해 만들어지는 강한 전자기파가 마치 나노횃불처럼 작용해 위에 놓인 단백질이나 바이러스 내부를 통과하면서 만들어 내는 미세신호를 이용한다.

특히 크기가 제각각인 나노구멍으로부터의 신호를 비교하는 방식으로, 입체적인 세포나 바이러스를 깊이 500nm까지 검출할 수 있다. 

김동현 교수는 "금속 나노패턴의 특이 광투과 현상을 이용해 세포 안의 생체분자를 관찰하기 어려운 기존 광학현미경의 종축해상도 한계를 극복하고 해상도를 수십nm까지 향상시켰다"며 "고가의 특수장비 대비 가격 경쟁력을 갖는 고해상도 생체분석시스템 개발 등에 기여할 수 있을 것"이라고 말했다.

 
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