IBS 나노입자연구단, 나노입자 3차원 구조 분석
최대 1.5배 뚜렷하게, 10배 빠른 속도로 관찰
촉매, 디스플레이, 신약개발 등에 활용 전망
최대 1.5배 뚜렷하게, 10배 빠른 속도로 관찰
촉매, 디스플레이, 신약개발 등에 활용 전망
IBS 제공
기초과학연구원(IBS)은 박정원 나노입자 연구단 연구위원 연구팀과 호주 모나쉬대, 미국 로렌스버클리국립연구소 등은 공동으로 나노입자의 3차원 구조를 원자 수준에서 분석할 수 있는 알고리즘 '3D 싱글'을 개발했다고 1일 밝혔다.
고성능 소재를 개발하려면 재료의 3차원 구조를 원자 수준에서 분석할 수 있는 기술이 요구된다. 특히 코로나19 바이러스 등 신변종 감염병 발병 시 바이러스의 3차원 구조를 원자 수준에서 정확하고 빠르게 분석해야 진단기술과 치료제를 개발할 수 있다.
기존 초저온전자현미경 등은 나노입자의 3차원 구조를 파악할 수 있지만, 동결된 시료에서 얻은 이미지만을 처리할 수 있는 한계가 있다. 시료 동결 과정에서 단백질과 재료의 구조에 변화가 생기는 문제도 있다.
연구팀은 나노입자의 원자 배열까지 입체적으로 관찰할 수 있는 '액상 투과전자현미경'에 3D 싱글 알고리즘을 접목해 관찰 성능을 대폭 높였다. 나노입자는 그래핀 기반 특수 용기(액체 셀)에 담아 분석에 활용하기 때문에 관찰하려는 나노입자뿐 아니라, 용기로 사용되는 그래핀과 액체까지 함께 포착된다.
연구팀은 그래핀과 액체에서 생기는 노이즈를 없애고, 관찰하려는 원자만 최대 1.5배 더 뚜렷하게 관찰할 수 있도록 알고리즘을 개선했다. 또 나노입자 추적 효율을 높여 기존보다 10배 가량 빠른 속도로 3차원 구조를 파악할 수 있도록 했다.
그 결과, 기존에 관찰하기 어려웠던 2나노미터 크기 미만의 극미세 입자까지 관찰할 수 있었다고 연구팀은 설명했다.
박정원 IBS 연구위원은 "코로나19 바이러스의 변이처럼 기존과 다른 미세한 구조변화까지 포착해 분석하는 기술을 확보하게 됐다"며 "앞으로 촉매, 디스플레이, 신약개발 등 소자의 성능 개선과 신물질 설계·합성에 널리 적용할 수 있을 것"이라고 말했다.
이 연구결과는 재료분야 국제 학술지 '사이언스 어드밴시스(지난달 30일자)'에 실렸으며, 삼성미래기술육성재단, 한국연구재단의 지원을 받아 연구가 수행됐다.이준기기자 bongchu@dt.co.kr
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