DNA의 움직임과 같이 원자 크기보다도 작은 미세한 동적 변화를 관찰할 수 있는 기술이 개발됐습니다. 부산대학교 김승철 교수와 싱가폴 난양공대 김영진 교수 공동연구팀이 나노미터 이하의 작은 규모를 측정하는 '플라즈모닉 자' 기술의 분해능과 속도를 획기적으로 향상시켰다고 합니다.

플라즈모닉 자(Ruler)는 금속 내부에서 동시에 진동하는 전자의 무리인 플라즈몬 입자가 서로 접근할때 스펙트럼이 변하는 현상을 이용해 나노미터 규모의 정교한 길이를 측정하는 기술입니다. 바이오·의료 분야에서 DNA 또는 RNA의 실시간 거동을 모니터링하거나 기초물리 분야에서 양자역할을 이해하는데 필수적인 기술입니다. 이에, 보다 빠르고 정확한 플라즈모닉 자에 대한 관심이 최근 높아져 왔습니다.

연구팀은 펨토초 레이저를 이용해 플라즈모닉 자의 분해능이 240배 정교해지고 측정 속도가 1,000배 빨라지며 주변 환경에 대해 둔감한 특성을 구현해냈습니다. 참고로 펨토초 레이저란 펨토초(1/10¹⁵초) 단위의 짧은 시간동안 레이저 빛을 쏘아주어 분자의 움직임을 마치 사진처럼 찍어내는 것을 말합니다. 개발된 기술에서 분해능은 1.67 피코미터(pm, 1pm=10^-12m)으로 보고됐습니다.

기존에는 빛이 물질에서 산란·흡수된 강도를 이용해 물질의 움직임을 측정했습니다. 반면 이 연구에서는 펨토초 레이저를 쏘아주었을때 빛의 위상이 수백 테라헤르츠파(10¹² Hz)에서 마이크로파(10⁹ Hz)영역으로 변화되는 것을 측정함으로써 빠른 속도와 높은 정확도를 구현했습니다. 또한, 플라즈몬 공명을 통해 빛과 측정 샘플 간의 상호작용을 155배 증강하여 일으킴으로써 기하학적인 동적 현상을 보다 높은 분해능으로 관찰했습니다. 

김승철 교수는 "DNA, RNA 움직임 관찰이나 양자역학 연구 뿐 아니라 전자주사현미경 등 초정밀 장비들의 피코미터급 보정과 표준 확립에도 적용될 수 있을 것"이라며 연구의 기대 효과를 전했습니다. 이 연구는 세계적인 권위지 <네이처 피직스>에 게재됐습니다. 

함예솔 다른기사 보기