초록 ▼

□ 연구개요
이 연구과제는 액상투과전자현미경(liquid-cell TEM) 기술을 원천적인 수준에서 발전시켜, 나노파티클(nanoparticle), 이중 지질막 (lipid bilayer) 혹은 이중 지질막에 형성된 막단백질(membrane protein) 등의 바이오 분자를 액체 내 환경에서 관찰 및 분석이 가능하도록 하는 연구이다. 본 연구는 1) 매우 얇은 나노챔버에 나노파티클, 이중 지질막 등의 샘플 로딩이 어렵다는 문제를 자가조립(self-assembly) 기법으로 해결하였고, 2) 나노구조물이 자가조립(self-as

□ 연구개요
이 연구과제는 액상투과전자현미경(liquid-cell TEM) 기술을 원천적인 수준에서 발전시켜, 나노파티클(nanoparticle), 이중 지질막 (lipid bilayer) 혹은 이중 지질막에 형성된 막단백질(membrane protein) 등의 바이오 분자를 액체 내 환경에서 관찰 및 분석이 가능하도록 하는 연구이다. 본 연구는 1) 매우 얇은 나노챔버에 나노파티클, 이중 지질막 등의 샘플 로딩이 어렵다는 문제를 자가조립(self-assembly) 기법으로 해결하였고, 2) 나노구조물이 자가조립(self-assembly)되는 원리를 사용해 병렬적으로 구성된 나노챔버 어레이가 만들어지도록 하며, 3) 그래핀 등의 2차원 물질로 이루어진 매우 얇은 (원자 수준의 두께) 막을 사용하여 액상투과전자현미경의 장점을 그대로 유지하는 세 가지의 창의적인 방법론으로 연구목표를 달성하였다.

□ 연구 목표대비 연구결과
액상투과전자현미경은 액체 상태의 시료를 전자빔이 통과할 수 있는 두께의 매우 얇은 막(막과 액체 챔버를 합친 두께가 수십 nm 에서 1 μm 정도)으로 감싸 증발을 막아, 진공 환경에서 동작하는 전자현미경(TEM)으로 직접 관찰하는 기술로, 현재 화학, 재료공학, 생물/의학 분야에서 각광받고 있는 기술이다. 이러한 액상투과전자현미경 기술로 나노파티클이나 바이오 분자를 관찰하는 것이 매우 큰 과학적 진보를 가져올 것이라는 예측은 많은 연구자들에게 잘 알려져 있으나, 액상투과전자현미경에서 쓰이는 나노챔버의 두께가 매우 얇기 때문에 lipid vesicle 등 일반적으로 쓰이는 이중지질막 샘플을 로딩하는 것이 매우 어렵다는 문제점을 가지고 있었다. 본 연구는 위의 연구개요에서도 설명된 세 가지 창의적인 방법론(자가조립 기법과 그래핀 등의 2차원 물질을 사용하는 방법론)으로 상기 연구목표를 달성하였다. 이러한 방법론을 통하여 액체 환경에서 관찰했을 때 큰 과학적 의미를 가지는 관찰대상(나노파티클, 바이오 분자 등)을, 어레이 구조에서 얻어지는 높은 성공률 및 관찰의 용이성을 가지고, 얇은 두께에서 얻어지는 높은 분해능으로 분석하는 과학적인 진보를 이룰 수 있게 되었다. 이러한 과학적 진보를 생물/화학적 응용 연구에 연결하기 위해 서울대학교 화학생물공학부 박정원 교수 연구실과 협력 연구를 수행하였고, 또한 전자현미경 이미징에 미국 로렌스 버클리 네셔널랩(공동연구팀: Dr. Peter Ercius 연구실)이 보유한 세계 최고 성능의 TEM을 사용하여 새로운 영역을 탐구하는 도전적인 실험결과를 도출하였다.

□ 연구개발결과의 중요성
학문적 측면에서 이 연구의 실험결과는 새로운 영역에서 얻어지는 원천적인 결과이므로, 연구되는 분야의 과학적 이해를 새로운 수준으로 발전시킬 수 있다. 또한 본 연구는 학문적 원리를 일회성으로 탐구하는 것이 아니라, 나노 및 바이오 물질을 액상에서 탐구할 수 있는 일반적인 실험 방법론의 개발이라는 목표를 가지므로, 다양한 대상 및 조건으로의 확장이 용이하여 큰 학문적/과학적 파급효과를 가져온다. 인력 양성 측면에서는 본 연구에서는 microfabrication, 생물학/의학, 화학, 재료공학, TEM 이미징, 영상 분석(image analysis) 등 다양한 영역의 연구방법론을 다학제적으로 사용할 수 있는 전문적인 인재를 육성할 수 있었다. 기술/경제/산업적 측면의 기대효과에서, 본 연구계획은 새로운 기능성(지질 이중막 및 막단백질의 관찰)을 가지는 liquid-cell 샘플을, 고해상도 TEM 장비에 로딩 가능한 표준화된 규격으로 개발하겠다는 것이 그 핵심이므로, 큰 시장이 형성될 미래 핵심 기술(Cryo-TEM관련)을 선점할 수 있다.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 4
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 10
• 4. 참고문헌 ... 11
• 5. 연구성과 ... 14
• 끝페이지 ... 14