`분자 탄생 순간` 세계최초 실시간 관측

기초과학연 이효철 교수팀, 특수광원 이용 구조변화 이미지로 구현
국내 연구진이 세계 최초로 원자끼리 만나 분자를 이루는 화학결합의 순간을 실시간으로 관찰하는 데 성공했다. 기초과학연구원(IBS) 나노물질 및 화학반응 연구단(단장 유룡)의 이효철 KAIST 교수팀은 특수 광원을 이용해 '금 삼합체' 원자가 결합하는 순간의 구조 변화를 이미지로 구현했다고 22일 밝혔다.

원자의 지름은 1옹스트롬(1억분의 1㎝)이고 화학결합의 순간은 1조분의 1초 정도다. 이 때문에 원자를 감지하기 위해서는 빛의 파장이 원자 수준으로 짧아야 하고, 빛의 시간 길이는 원자간 결합의 순간보다 짧아야 한다. 이를 만족하는 광원이 엑스선 자유전자 레이저에서 얻어지는 '펨토초 엑스선 펄스'다. 연구팀은 이러한 레이저 기술과 엑스선 회절법 기술을 결합한 '펨토초 엑스선 회절법'을 이용하면 빠른 분자의 움직임을 정확한 위치 정보와 함께 측정할 수 있다는 사실을 알아냈다. 엑스선 회절은 물질에 엑스선을 입사시키면 결정에 부딪힐 때 저마다의 각도로 꺾이는 현상을 말하는데, 이 회절된 빛을 조사하면 분자의 구조를 알아낼 수 있다.

실험 모델로는 평소에는 가까운 곳에 흩어져 있다가 레이저를 쏘아주면 화학적으로 결합하는 성질을 가진 금 삼합체를 사용했다.

연구진은 이 방법을 통해 금 삼합체 내부의 금 원자들 사이에서 화학결합이 형성되는 순간을 실시간으로 관측하는 데 성공했다.

이효철 교수는 "펨토초 엑스선 회절법을 통해 화학결합의 관측 외에도 펨토초 시간대의 분자의 진동, 회전 등을 관측할 수 있을 것"이라며 "향후 단백질의 단계별 구조 변화를 밝혀 질병 치료, 신약 개발 등에 필요한 정보도 제공할 수 있을 것으로 기대된다"고 말했다. 연구결과는 네이처 18일자에 게재됐다.

백나영기자 100na@