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기초과학연구원, 나노입자 표정까지 분석하는 알고리즘 개발

코로나 바이러스 3차원 구조분석 등 활용 기대

(대전=뉴스1) 심영석 기자 | 2021-02-01 10:47 송고
3D 싱글 알고리즘을 활용해 얻은 백금 나노입자의 3차원 구조(사진제공:IBS)© 뉴스1
3D 싱글 알고리즘을 활용해 얻은 백금 나노입자의 3차원 구조(사진제공:IBS)© 뉴스1
나노미터(nm, 1nm는 10억분의 1m)크기 입자를 원자 수준에서 분석할 수 있는 기술이 개발됐다.

반도체 소자의 성능 개선, 바이러스 구조 분석을 통한 치료제 개발 등에 큰 도움이 될 전망이다.

기초과학연구원(이하 IBS)은 나노입자 연구단 박정원 연구위원(서울대 화학생물공학부 교수) 연구팀이 호주 모나쉬대, 미국 로렌스버클리국립연구소(LBNL)와 공동연구를 통해 나노입자의 3차원 구조를 원자 수준에서 분석할 수 있는 알고리즘 ‘3D싱글(3D SINGLE)’을 개발했다고 1일 밝혔다.

고성능 소재 개발을 위해서는 재료의 3차원 구조를 원자 수준에서 분석할 수 있는 기술이 필요하다.

특히 신종 코로나바이러스감염증(코로나19) 팬데믹과 같이 미증유의 바이러스가 등장한 상황에서는 분석기술의 중요성이 더 커진다.

바이러스의 3차원 구조를 원자 수준에서 정확하고 빠르게 파악해야 진단기술 및 치료제 개발 시 타깃할 부위를 찾아낼 수 있기 때문이다.

지금까지는 초저온전자현미경(Cryo-EM)으로 나노입자의 3차원 구조를 파악해 왔다.

하지만 이 기술은 동결된 시료에서 얻은 이미지만을 처리할 수 있다는 한계가 있었다.

동결 과정에서 단백질 및 재료의 구조변화가 생길 수 있다는 의미다.

이에 연구진은 이번에 자체 개발한 ’3D 싱글‘ 알고리즘을 액상 투과전자현미경에 접목해 관찰 성능을 대폭 높였다.

연구진은 그래핀과 액체에서 비롯한 노이즈를 스스로 제거하고, 관찰하려는 원자만 최대 1.5배 더 뚜렷하게 관찰할 수 있도록 알고리즘을 개선했다.

또, 용액 내에서 자유롭게 회전하는 나노입자를 추적하는 효율을 개선해 기존보다 10배가량 빠른 속도로 3차원 구조를 파악할 수 있게 됐다.

그 결과, 이전 연구에서는 관찰이 어려웠던 크기 2nm 미만의 극미세 입자까지도 추적할 수 있었다.

박정원 연구위원은 “코로나19 바이러스의 변이처럼 기존과 다른 미세한 구조변화까지도 포착하여 분석해 내는 것이 가능할 것”이라며 “향후 촉매·디스플레이·신약 개발 등 광범위한 분야에서 소자의 성능개선 및 신물질의 설계‧합성에 기여할 것”이라고 말했다.

한편, 이번 연구결과는 재료분야 세계적 권위지인 ‘사이언스 어드밴시스’ 1월 30일자에 실렸다.


km5030@news1.kr

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