DGIST, 레이저와 그래핀으로 질량분석 기법 개발

별도의 실험환경을 조성하지 않고도 마이크로미터의 고해상도 질량분석 이미지를 확보할 수 있는 기술이 개발됐다. 

대구경북과학기술원(DGIST)이 로봇공학연구소 김재영 리서치펠로우와 문대원 석좌교수팀이 상대적으로 작고 저렴한 레이저를 이용해 생체샘플의 정밀 분석과 마이크로미터 크기로 이미지화 하는데 성공했다고 5일 밝혔다. 

‘연속발진 레이저’를 이용해 별도의 실험환경 조성 없이 고해상도의 질량 분석 이미지를 얻을 수 있어, 향후 정밀의료, 의료진단 분야에서의 많은 활용이 기대된다.

분석할 물질을 얇게 잘라낸 ‘시편’을 이용한 생체 샘플 질량분석 이미징은 분석 과정에서 많은 사전 준비가 필요하다. 특히 일반 상온이나 대기압에서는 정확한 분석이 어려워 이들을 인위적으로 바꾸는 작업이 필수이다. 김재영 리서치펠로우는 이러한 수고를 줄인 편리한 분석 기술을 개발하고자 연구를 시작했다.

연구팀은 시편이 놓이는 현미경 기판 바로 아래 연속발진 레이저를 내장한 렌즈를 장착했다. 이 때 연속발진 레이저를 시편에 쏴, 탈착(desorption)시켜 나오는 분자들을 조사해 질량을 측정하게 된다. 상대적으로 다른 레이저보다도 에너지가 약한 연속발진 레이저로 분석이 가능한 것은 바로 시편이 놓이는 기판으로 ‘그래핀 기판’을 이용하기 때문이다. 

벌집모양의 구조를 가진 그래핀은 열전도성이 매우 높고, 빛을 열로 전환이 가능하다. 따라서 연속발진 레이저가 발생시키는 적은 량의 빛으로도 시편 분석에 필요한 충분한 열을 확보할 수 있게 됐다. 

추가적으로 이번 기술을 적용할 경우 20배의 높은 배율을 가진 큰 렌즈를 사용해도 시편에 더 가까이 밀착해 관찰 할 수 있을 만큼의 공간 확보가 가능해 해상도 높은 분석 이미지를 얻는데 유리하다.

문대원 석좌교수는 “이번 기술개발 시편의 전처리 과정을 생략해 분석 준비시간을 많이 줄일 수 있게 됐다”며 “향후 다른 기술과 접목해 의료진단 등 여러 분야 활용이 가능하게끔 발전시키는 것이 계획”이라고 밝혔다.

이번 연구 결과는 DGIST 로봇공학연구소 김재영 리서치펠로우와 뉴바이올로지전공 임희진 박사과정생이 공동1저자로 참여했으며, DGIST 로봇공학전공 송철 교수, 고려대 임동권 교수, 충남대 박지원 연구교수와 함께 연구를 진행해 화학 및 나노기술 분야 국제학술지 ACS 어플라이드 머티리얼즈 & 인터페이스(ACS Applied Materials & Interfaces) 표지논문으로 지난 7월 31일 게재됐다.

김범수 기자