IBS 분자 분광학 및 동력학 연구단 개소
빛으로 분자 고속운동 포착하는 새로운 분광 이미징 연구 본격화
2014 노벨 화학상 수상자 윌리엄 머너, 개소기념 심포지엄 기조연설
고려대는 5월 19일(목) 오전 11시부터 고려대 녹지캠퍼스 R&D센터 내 연구소에서 IBS 분자 분광학 및 동력학 연구단 공식 개소식을 갖고 기념 학술 심포지엄을 개최했다.
분자 분광학 및 동력학 연구단은 2014년 12월, IBS의 26개 연구단 중 24번째 연구단으로 선정됐다. 고려대 화학과 조민행 교수가 단장을 맡은 분자 분광학 및 동력학 연구원은 세계적 수준의 연구진을 구성해 펨토초(1천조 분의 1초) 단위 다차원 분자 분광학을 활용한 분자 구조 규명을 위한 최첨단 연구 장비 및 연구 기반 시설을 갖춰 왔다.
이번 개소식과 기념 심포지엄은 연구단의 본격적인 출발을 공식적으로 알리는 첫 행사로, 염재호 고려대 총장과 김두철 IBS 원장이 함께 참석했다.
김두철 IBS 원장은 “IBS는 창의적 주제에 몰입할 수 있는 환경을 확보하는 것을 중요하게 생각한다. 고려대학교 녹지캠퍼스의 R&D센터는 우수한 연구자들이 창의적 과학연구에 몰입할 수 있는 환경의 좋은 본보기가 될 것”이라며 “분자 분광학 및 동력학 연구단이 분자 분광학, 이미징 과학 분야의 우수한 연구성과를 창출하고 차세대 연구리더를 양성, 이 분야의 세계적인 거점으로 도약하기를 기원한다”고 말했다.
염재호 고려대 총장은 “새롭게 마련된 연구공간에서 고려대 이과대학 및 생명과학대학과의 시너지를 통해 본교의 기초연구역량을 한층 더 높이는데 기여할 것으로 기대하고, 의과대학 및 공과대학과의 연계를 통해 바이오메디컬 융복합 연구, 에너지 및 환경 문제 해결의 혁신을 이루는데 필요한 원천을 제공할 것으로 기대한다. 아울러 창의적인 과학연구에 몰입하여 국가의 기초과학 역량을 높일 수 있 수 있는 초석이 되기를 바란다”고 말했다.
오후부터 열린 기념 학술 심포지엄에서는 나노현미경 개발의 공로로 2014년 노벨 화학상을 수상한 윌리엄 머너(William E. Moerner) 스탠퍼드대 교수가 기조연설을 맡고, IBS의 현택환 나노입자 연구단장, 남창희 초강력 레이저과학 연구단장, 최원식 분자 분광학 및 동력학 연구단 부연구단장도 연사로 참여해 최신 연구 트렌드를 소개하고 의견을 나눴다.
윌리엄 머너 교수는 기조연설로 ‘단일분자의 이야기’라는 제목으로 자신이 어떻게 저온에서의 고해상도 분광학 연구에서 출발하여 초고해상도 현미경을 만드는 데까지 이르렀는지에 대해 강연을 했다. 머너 교수는 “1980년대 중반만 해도 단일분자를 관찰하는 것조차 불가능한 일으로 여겨졌다”며 강연을 시작했다. 머너 교수는 “하지만 1980년대 후반, 저온 상태의 고체에 광학기억장치를 설치하는 문제에 관한 연구를 하면서 처음으로 단일분자 관찰의 가능성을 보았다. 그리고 단일분자의 관찰이 가능하다는 것이 밝혀진 이후 단일분자 관찰에 관한 여러 연구들이 연달아 진행되어 점점 더 세밀하게 단일분자를 관찰 할 수 있게 됐다”고 말했다.
그러나 아무리 발달된 광학현미경으로도 아베 회절 한계(Abbe Diffraction Limit: 빛의 회절 현상으로 인해 200nm보다 작은 물체는 볼 수 없다는 한계)를 뛰어넘는 것은 어려웠다. 하지만 1997년 머너 교수는 아베의 회절 한계를 극복하기 위해 약한 빛의 펄스를 쏘며 분자들을 반복해서 여러 번 촬영한 뒤 흐릿한 이미지들을 중첩하여 하나의 초고해상도의 이미지를 만들어내는 방법을 고안해냈다. 이 공로로 머너 교수는 2014년 노벨화학상을 수상했다. 강연을 마치며 머너 교수는 “기초과학 연구가 활발히 이루어지고 있는 모습을 보니 기쁘다. 고려대의 새로운 IBS 센터의 무한한 성공을 기원한다”고 말했다.
이어서 최원식 분자 분광학 및 동력학 연구단 부연구단장이 현재 자신의 연구팀에서 진행되고 있는 피부 고투과(super-depth)·고해상도 광학 이미지 연구에 대해 소개하는 시간을 가졌다. 최 부연구단장은 “머너 교수님의 연구처럼 분자를 더 자세하게 보기위한 연구와 더불어 분자의 관찰에 있어 중요한 연구가 하나 더 있다. 바로 산란매질을 통과해 그 속의 분자를 보려는 도전”이라며 “예를 들어 사람의 팔의 피부를 뚫고 근육을 보는 것이다”라고 덧붙였다. 최원석 교수는 “고투과 연구에서의 난제는 피부와 같이 복잡한 구조의 생체조직은 굴절률 분포가 불균일하여 빛의 펄스의 대부분이 다중 산란되고 피부 속으로 들어가지 못하는 것”이고 따라서 “원하는 깊이까지 빛을 전달하는 것이 중요하다”고 말했다. 최 부연구단장의 연구팀은 난제를 해결하기 위해 우선 복잡한 매질을 높은 투과도로 통과할 수 있는 특정한 빛의 패턴을 찾아냈다. 아무리 복잡한 산란 매질이라고 하더라도 ‘두개의 입사파가 매질을 통과할 때, 그 매질의 전체 투과파는 각각의 투과파의 선형 합과 같다’는 법칙에는 변함이 없음에 착안하여 투과행렬(transmission matrix)를 측정하고 이를 근거로 투과에너지가 극대화되는 지점을 찾아낼 수 있었다. 최 부연구단장은 “고투과·고해상도 광학이 더 발전하면 암과 같은 질병의 초기 진단하는데 쓰일 수 있다”고 말했다.
분자 분광학 및 동력학 연구단은 나노미터급 초미세 분자들의 고속운동을 실시간으로 관찰·측정하는 분자 동영상 촬영 방법론을 개발할 계획이다. 또한 이를 이용하여 화학적 분자 수준에서 생명 현상을 이해·설명하고, 에너지·환경 문제 해결에 중요한 역할을 담당할 신소재 및 기능성 재료의 특성을 규명하는 연구를 진행할 계획이다.
기사작성 : 학생홍보기자 박채영(미디어학부 13, lupins@korea.ac.kr)
사진촬영 : 커뮤니케이션팀 김나윤(nayoonkim@korea.ac.kr)