코로나 바이러스 감염과정 관찰 가능한 '액상 전자현미경' 개발

KAIST 육종민 교수팀, 액체 내 물질 관찰 가능
그래핀 이용해 원자 단위서 다양한 물질현상 확인

육종민 KAIST 교수 연구팀은 그래핀을 이용해 액체 시료를 원자 단위에서 관찰할 수 있는 '액상 전자현미경' 기술을 개발했다. KAIST 제공

육종민 KAIST 교수 연구팀이 개발한 '그래핀 액상 유동 칩'으로 고해상도의 이미지를 얻을 수 있고, 내부에 존재하는 액체 수로를 통해 액체의 공급과 교환이 가능하다. KAIST 제공

국내 연구진이 유체에서 일어나는 다양한 반응과 물질 합성 과정을 분자, 원자 단위에서 관찰할 수 있는 전자현미경을 개발했다. 이 전자현미경을 이용하면 코로나19 바이러스의 인체 감염 과정과 알츠하이머 등 퇴행성 뇌질환의 발병 원인인 아밀로이드 섬유화 진행 등 다양한 현상을 관찰할 수 있다.

KAIST는 육종민 교수 연구팀이 그래핀을 이용해 액체 시료를 원자 단위로 관찰해 고해상도 영상을 얻을 수 있는 '액상 전자현미경' 기술을 개발했다고 19일 밝혔다.

전자빔을 광원으로 이용하는 전자현미경은 일반 광학현미경보다 약 수천 배 가량 높은 배율에서 물질을 관찰할 수 있다. 이 때문에 나노미터 단위로 집적화되고 있는 반도체 공정의 품질 관리나 코로나19 바이러스와 같은 생체 분자 구조 규명 등에 쓰인다.

전자현미경은 높은 수준의 진공상태를 유지해야 하기에 액체 시료는 관찰하기 어려워 시료를 건조시키거나 급격히 냉동시키는 초저온 전자현미경 방식으로 관찰해야 한다.

최근 들어 액체 내에서 일어나는 역동적인 현상을 관찰할 수 있는 액상 전자현미경 기술에 대한 관심이 높아지고 있다.

연구팀은 원자 단위 두께를 가지고 강철보다 200배 높은 강도를 지닌 그래핀을 이용해 액상 유동 칩을 만들었다. 이 칩은 4기압에 달하는 압력을 견뎌 액체의 증발을 막을 수 있고, 기존보다 20배 빠른 유동 조건에서 안정적으로 작동한다. 또 기존 실리콘 막보다 100배 정도 얇아 원자 단위에서 물질을 선명하게 관찰할 수 있다.

육종민 KAIST 교수는 "액체 내 물질들을 분자 및 원자 단위로 관찰하면 자연의 가장 작은 단위에서 시작되는 다양한 현상들을 규명할 수 있다"며 "미지에 싸여있는 생명현상의 비밀을 규명하는 데 널리 활용할 수 있을 것"이라고 말했다.

이 연구결과는 국제 학술지 '어드밴스드 머티리얼스(지난 14일자)'에 실렸으며, 삼성 미래기술육성센터의 지원을 받아 연구가 수행됐다.이준기기자 bongchu@dt.co.kr