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바이러스 및 단백질의 고속고효율 이미징이 가능한 그래핀 기반 디바이스 개발
바이러스 및 단백질의 고속고효율 이미징이 가능한 그래핀 기반 디바이스 개발
  • 김정호 기자
  • 승인 2021.09.16 09:25
  • 댓글 0
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서울대 박정원 교수-노성훈 교수 연구팀, 초저온 투과전자현미경을 통한 바이러스 및 단백질 구조의 직접 관찰
왼쪽부터 서울대 화학생물공학부 박정원 교수, 생명과학부 노성훈 교수,
화학생물공학부 강민호 연구원, 생명과학부 박준선 연구원

서울대학교 공과대학(학장 이병호)은 화학생물공학부 박정원 교수, 생명과학부 노성훈 교수 공동 연구팀이 초저온 투과전자현미경을 통해 바이러스와 단백질의 바이오 물질을 고속·고효율로 직접 관찰할 수 있는 그래핀 기반 디바이스를 개발하는데 성공했다.

백신 및 신약의 성공적인 개발을 위해서는 바이러스 및 단백질을 고화질로 촬영해 3차원 구조를 밝혀내야 한다. 이러한 필요에 따라 바이오 물질을 급속 냉각한 후 초저온에서 구조를 직접 관찰하는 초저온 투과전자현미경법이 개발되어 관련 연구자들이 지난 2017년 노벨화학상을 수상하기도 하였다.

해당 기법은 바이러스 및 단백질과 같은 바이오 재료의 구조를 밝히고 분석하는데 필수적인 기법이지만 급속 냉각 시편을 제작하는데 많은 어려움이 있어 적극적인 활용에 한계가 있었다.

이에 박정원, 노성훈 교수 공동 연구팀은 반도체 제작 공정과 그래핀 기반 2D 나노 재료를 활용해 초저온 투과전자현미경 디바이스를 대량 제작하는데 성공하였다. 이 디바이스를 통해 바이러스와 단백질의 구조를 직접 관찰했으며, 단백질의 3차원 구조를 풀어냈다.

Advanced Materials에 게재된 연구 성과 요약 그림

이번에 개발한 디바이스는 수만 개의 미세 우물 구조를 지니는 디바이스로 반도체 공정과정에서 미세 우물의 두께를 조절함으로써 수십 나노 두께의 얼음층 조절에 성공했고, 이를 통해 바이러스 및 단백질의 구조를 원자분해능으로 촬영하였다.

또한, 바이오 재료뿐만 아니라 나노 크기의 다양한 무기 재료의 초저온 투과전자현미경 분석이 가능함을 확인하였다.

공동 연구팀은 “이번 연구를 통해 바이러스와 단백질과 같은 바이오 물질을 고속·고효율적으로 직접 촬영하고 확보한 대량의 데이터를 통해 3차원 구조 분석이 가능해졌다”라며 “향후 코로나 바이러스 백신 및 신약 개발을 위한 차세대 초저온 투과전자현미경 분석 디바이스로의 활용이 기대된다”라고 전했다.

한편, 본 연구는 과학기술정보통신부의 바이오·의료기술 사업, 차세대 바이오이미징 혁신기술 개발사업 및 포스코 청암재단의 지원을 받아 수행되었으며, 재료 분야 세계적인 학술지인 '어드밴스드 머티리얼스(Advanced Materials)'에 9월 12일 자로 온라인에 게재되었다.


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