▲ 연구진(왼쪽부터 김종구, 이효철, 김형환 연구원).

기초과학연구원(IBS·원장 김두철)은 나노물질 및 화학반응 연구단 이효철 그룹리더(KAIST 화학과 교수) 연구팀이 원자의 화학결합 순간을 실시간으로 관측하는 데 성공했다고 22일 밝혔다.

그동안 화학결합이 분해되는 과정의 모습은 확인할 수 있었지만 원자끼리 만나 분자를 이루는 화학결합의 순간은 1조분의 1초로 짧아 관측하지 못했다.

연구진은 모든 화학반응의 근본이 되는 원자 간 결합을 관측하기 위해 특수한 광원 '펨토초 엑스선 펄스'와 화합물 ' 금 삼합체(gold trimer)'를 이용해 처음으로 화학결합의 순간을 포착하는데 성공했다.

펨토초 엑스선 펄스는 1000조분의 1초(펨토초) 동안만 빛을 방출하는 엑스선으로 빛의 파장이 원자 수준으로 짧아 아주 짧은 순간의 원자의 결합을 감지할 수 있다.

또 레이저를 쏘아주면 화학적으로 결합하는 성질이 있는 금 삼합체에 펨토초 엑스선 펄스를 쏴 금 삼합체 원자의 구조변화를 이미지로 구현해 냈다.

이때 펨토초 엑스선 펄스의 회절 현상을 이용해 분자의 삼차원 구조를 분석, 빠른 분자의 움직임을 정확한 위치 정보와 함께 측정할 수 있었고 금 삼합체 내부의 금 원자들 사이에서 화학결합이 형성되는 순간을 실시간으로 관측할 수 있었다.

연구진은 이에 대한 연구를 계속할 경우 단백질의 탄생 순간과 단계별 구조 변화를 밝혀 질병 치료, 신약 개발 등에 필요한 기초정보를 제공할 수 있을 것으로 기대하고 있다.

이효철 IBS 나노물질 및 화학반응 연구단 그룹리더는 "지난 2005년 분자 결합이 끊어지는 과정을 밝힌 뒤 10년 만에 분자의 결합이 이뤄지는 과정 관측에 성공, 화학반응의 시작과 끝을 밝혀내게 됐다"며 "분자의 진동, 회전운동 관측과 단백질 구조 변화 등을 연구하는데 기초 정보로 활용될 수 있을 것으로 기대된다"고 말했다.

한편 이번 연구는 김경환 IBS 나노물질 및 화학 반응 연구단 연구원, 김종구 KAIST 화학과 박사과정생의 주도로 이뤄졌고 연구 결과는 지난 18일 세계적 학술지 '네이처(Nature, IF 42.351)'에 게재된 바 있다.

논문제목은 펨토초 엑스선 회절법을 이용한 용액상 화학결합 형성의 관측(Direct observation of bond formation in solution with femtosecond X-ray scattering)이다.

신성우  sungwoo2010@hanmail.net

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