서울대 화학생물공학부 박정원 교수-한양대(에리카) 기계공학과 이원철 교수 공동 연구팀이 액체 내 화학 반응을 원자 단위 수준에서 직접 관찰할 수 있는 벌집구조 플랫폼을 개발하는 데 성공했다.

이번 개발은 코로나19 등 바이러스 반응 기작, 단백질 구조, 차세대 연료전지, 촉매 반응 등을 연구하는 데 활용할 수 있는 기술을 세계 최초로 개발한 연구다. 최신 분석기술인 실시간 액상 투과전자현미경법은 특수용기인 액체 셀(Liquid cell)에 극미량의 액상 시편을 담고 이를 투과전자현미경으로 관찰하는 분석법이다.

복잡한 화학 반응을 이해하기 위해서는 동일한 반응환경을 반복적으로 관찰할 필요가 있으나 기존 액체 셀 시스템으로는 한계가 있었다. 이에 공동 연구팀은 두 그래핀 사이에 다공성 물질인 양극 산화 알루미늄 막을 끼워 벌집구조로 배열된 1000만개 이상의 액체 셀을 만드는 데 성공했다.

개발된 액체 셀을 활용해 코로나19 바이러스보다 10분의 1 정도로 작은 미세 나노입자의 구조를 분석하고 그들의 용액상 움직임 및 반응 기작을 실시간 관찰하여 원자 수준에서 일어나는 화학 반응을 통계적으로 분석했다. 연구팀은 이번 연구를 통해 실시간으로 화학 반응을 관찰해 대량의 데이터를 확보하는 것이 가능해졌으며 따라서 나노 물질의 성질을 통계적으로 분석할 수 있게 됐다고 밝혔다.

이어 고분해능 실시간 이미징 기술의 지속적인 개발을 통해 코로나19 등의 미세 입자 구조 및 작동기작 규명, 백신 및 신약 개발에 도움을 줄 것이라고 덧붙였다. 이 연구는 과학기술정보통신부의 바이오닉암메카트로닉스융합기술개발사업, 수소에너지혁신기술개발사업, 선도연구센터사업 및 삼성 미래기술육성성재단의 지원을 받아 수행됐으며 재료 분야 세계적인 학술지인 ‘어드밴스드 머티리얼스(Advanced Materials)’에 8월 26일자로 온라인 게재됐다.