1000조분의 1초, 분자 결합의 순간 관측

2015.2.18.

이효철 IBS 그룹리더 연구팀이 세계 최초로 원자끼리 만나 분자를 이루는 화학결합의 순간을 실시간으로 관측하는 데 성공했다. 

원자의 지름은 1옹스트롬(1억분의 1센티미터)이고 화학결합의 순간은 1조분의 1초 정도여서 움직임을 감지하려면 빛의 시간 길이가 원자 간 결합의 순간보다 짧아야 한다. 이를 만족하는 광원이 엑스선 자유전자 레이저에서 얻어지는 펨토초 엑스선 펄스이다.

연구진은 이 특수 광원을 이용하여 광반응에 따른 금 삼합체 원자의 구조 변화를 엑스선 회절 이미지로 구현해 냈다.

금 삼합체는 평소에는 가까운 곳에 흩어져 있다가 레이저(빛)를 쏘아주면 반응하여 화학적으로 결합하는 성질이 있어 광반응에 따른 원자의 구조 변화를 관찰할 수 있다.

2005년 분자결합이 끊어지는 과정을 밝히고 사이언스(Science)에 논문을 실었던 이효철 그룹리더는 분자의 결합이 이뤄지는 과정까지 관측함으로써 화학반응의 시작과 끝을 밝혀내는 쾌거를 이루게 됐다.

연구진은 펨토초 엑스선 회절법을 단백질의 탄생 순간과 단계별 구조 변화를 밝히는 데 적용할 계획이다. 이를 통해 단백질 반응의 제어, 질병 치료, 신약 개발 등에 필요한 기초정보 제공이 가능할 것으로 기대하고 있다.

이번 연구 결과는 세계 최고권위의 저널인 네이처(Nature)지 2월 18일 자에 게재됐다.

연구진 단체사진(김종구, 이효철, 김경환)

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