펨토초 엑스선 회절법 실험 과정.© News1

국내 연구진이 세계 최초로 원자와 원자가 만나 분자를 이루는 화학결합의 순간을 실시간으로 관측하는 데 성공했다.기초과학연구원(원장 김두철)은 나노물질 및 화학반응 연구단 이효철 그룹리더가 이끄는 연구팀이 분자가 탄생하는 순간을 관측했다고 22일 밝혔다.

이를 위해 연구진은 평소에는 가까운 곳에 흩어져 있다가 레이저를 쏘아주면 반응해 화학적으로 결합하는 성질이 있는 '금 삼합체'(gold trimer)를 실험모델로 삼았다. 이후 화학결합이 이뤄지는 1조 분의 1초의 찰나를 관측하기 위해 '펨토초(1000조 분의 1초) 엑스선 펄스'라는 특수 광원을 이용해 광반응에 따른 금 삼합체 원자의 구조 변화를 엑스선 회절 이미지로 구현해 냈다.

2005년 분자결합이 끊어지는 과정을 밝히고 사이언스에 논문을 게재했던 이 그룹리더는 10년만에 분자의 결합이 이뤄지는 과정까지 관측함으로써 화학반응의 시작과 끝을 밝혀내는 쾌거를 이루게 됐다. 향후 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 2월 18일자에 게재됐다. 이 그룹리더는 "펨토초 엑스선 회절법을 통해 화학결합의 관측 외에도 펨토초 시간대의 분자의 진동, 회전 등을 관측할 수 있을 것"이라며 "이번 연구 과정에서 축적한 기술과 경험을 바탕으로 국내 연구진이 세계 과학계의 흐름을 주도해 나아가기를 바란다"고 말했다.


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