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'살아있는 세포' 전자현미경으로 관찰한다

KAIST, 그래핀 특성 이용 분자 단위 고화질 실시간 관찰 가능성 열어
육종민 KAIST  교수팀과 한영기 경북대 교수팀이 살아있는 세포를 전자현미경을 통해 실시간 관찰하는 기술을 개발했다.<사진=KAIST 제공>육종민 KAIST 교수팀과 한영기 경북대 교수팀이 살아있는 세포를 전자현미경을 통해 실시간 관찰하는 기술을 개발했다.<사진=KAIST 제공>
국내 연구진이 그래핀 특성을 이용해 살아 있는 세포를 전자현미경으로 관찰할 수 있는 기술을 개발했다. 그동안 관찰하지 못했던 살아있는 세포의 전이, 감염 등 전 과정을 규명해 신약개발에 속도를 낼 수 있을 것으로 기대된다. 
 
KAIST(총장 신성철)는 육종민 신소재공학과 교수팀과 한영기 경북대 ITA 융합대학원 교수팀이살아있는 세포를 전자현미경을 통해 실시간 관찰하는데 성공했다고 29일 밝혔다.

코로나바이러스감염증 등은 수십~수백 나노미터(nm) 크기의 바이러스로 인해 일어나는 질병이다. 바이러스의 전이, 감염 과정을 분석해 신약을 개발하기 위해서는 바이러스의 미시적 행동을 실시간 관찰하는 것이 중요하지만 작은 크기의 바이러스 등을 비롯해 세포와 세포를 이루는 기관들은 가시광선을 이용하는 일반 광학현미경으로는 관찰이 어려워 해상력이 매우 높은 전자선을 이용하는 전자현미경 기술이 필요하다.

하지만 전자현미경 기술은 효율적인 작동을 위해 강력한 진공상태와 가시광선보다 수천 배 이상 높은 에너지를 가지는 전자를 이용해 관찰해하므로, 세포의 구조적 손상이 불가피하다. 현재로서는 2017년 노벨화학상을 수상한 기술인 극저온 전자현미경을 통해 고정 작업 및 안정화 작업을 거친 표본만 관찰이 가능하다. 

육 교수팀은 2012년 개발한 그래핀 액상 셀 전자현미경 기술을 응용해 전자현미경으로도 살아있는 대장균 세포를 관찰하는데 성공한 바 있다. 그는 이번 연구에도 그래핀을 이용했다.  강철보다 200배 강한 강도와 높은 전기 전도성을 가지며, 물질을 투과시키지 않는 그래핀성질을 이용해 세포 등을 액체와 함께 감싸 고진공의 전자현미경 내부에서 탈수에 의한 세포 구조 변화를 막아줄 수있음을 밝혔다. 

또 그래핀이 전자빔에 의해 공격성이 높아진 활성 산소들을 분해하는 효과도 지니고 있어 그래핀으로 덮어주지 않은 세포보다 100배 강한 전자에 노출되더라도 세포가 활성을 잃지 않는다는 결과를 확인했다.

육 교수는 "이번 연구 결과는 세포보다 더 작은 단백질이나 DNA의 실시간 전자현미경 관찰로까지 확대될 수 있어, 앞으로 다양한 생명 현상의 기작을 근본적으로 밝힐 수 있을 것이라 기대한다"고 말했다.

연구내용은 국제 학술지 '나노 레터스(Nano Letters)' 온라인판에 게재됐다. 
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