기초과학연구원(IBS)는 스티브 그래닉 첨단연성물질 연구단장(UNIST 자연과학부 특훈교수·사진) 연구팀이 얇고 투명한 그래핀 주머니를 만들어 별도의 작업 없이 투과전자현미경으로 유기 고분자의 움직임을 보는 데 성공했다고 20일 밝혔다.고분자는 생체 속에서 신호 물질과 DNA, 단백질 등을 이루는 물질이다. 생체 대부분을 작동하는 핵심 요소지만, 어떻게 움직이는지 상당 부분 밝혀지지 않았다. 생체와 비슷한 액체 환경에서 고분자를 고배율로 관찰하려면 전자 현미경을 사용해야 하는데, 내부의 높은 진공 상태로 인해 액체가 증발해 버리는 한계가 있었다.
IBS 연구진은 그래핀으로 이 문제를 해결했다. 두 장의 그래핀 사이에 고분자가 든 액체층을 끼워 넣고 그래핀을 감싸는 일명 '액체 그래핀 셀'(liquid graphene cell) 방법을 사용했다. 그래핀 주머니에 고분자가 든 액체를 넣은 셈이다. 이를 통해 전자 현미경 안에서도 증발하지 않고, 강력한 전자빔으로 인한 손상도 덜하다.
투과전자현미경에 놓인 그래핀 주머니는 투명하기 때문에 실시간 관찰이 가능하다. 투과전자현미경은 전자를 위에서 쏘고 아래에서 전자감지기가 상을 읽는 원리로 작동한다. 그래핀 주머니가 투명하기 때문에 그대로 내부에 있는 고분자의 움직임을 관찰할 수 있다.연구팀은 그래핀 주머니 방법으로 고분자의 구조적인 재배열과 그래핀 바닥의 흡착·탈착 과정, 기존에 알려진 고분자의 점프 현상 등을 고해상도 영상으로 관찰하는 데 성공했다.
마나사 칸둘라 IBS 첨단연성물질 연구단 연구위원은 "이번 성과를 바탕으로 고분자가 어떤 운동을 하는지 비교적 생체와 비슷한 환경에서 볼 수 있게 됐다"며 "고분자가 단백질, 효소, DNA를 이룰 뿐만 아니라 플라스틱을 비롯한 산업에 광범위하게 적용되는 만큼 고분자 작동 원리 연구는 의료와 산업계에 근본적인 기여를 할 것"이라고 말했다.
이번 연구결과는 재료분야 국제 학술지 '어드밴스드 머티리얼스'에 게재됐다.
남도영기자 namdo0@
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