초록 ▼

연구개요
기존의 이미징 기법이 가진 시료의 제약성과 분해능의 한계를 극복하는 나노스케일 3차원 이미징 기법을 3세대 방사광 및 4세대 엑스선 자유전자레이저를 이용하여 개발한다. 이를 이용하여 나노구조체 및 바이오 시스템에서 나타나는 나노스케일 물리 현상을 직접 관측하고 이해한다.

연구 목표대비 연구결과
연구의 주요 목표는 3세대 방사광원의 최첨단 활용 연구라 할 수 있는 결맞는 엑스선의 3차원 이미징 완성과 엑스선 자유전자 레이저의 주요 활용 연구인 단일 펄스 이미징 실험 완성이다. 이를 기반으로 염색체 시료

연구개요
기존의 이미징 기법이 가진 시료의 제약성과 분해능의 한계를 극복하는 나노스케일 3차원 이미징 기법을 3세대 방사광 및 4세대 엑스선 자유전자레이저를 이용하여 개발한다. 이를 이용하여 나노구조체 및 바이오 시스템에서 나타나는 나노스케일 물리 현상을 직접 관측하고 이해한다.

연구 목표대비 연구결과
연구의 주요 목표는 3세대 방사광원의 최첨단 활용 연구라 할 수 있는 결맞는 엑스선의 3차원 이미징 완성과 엑스선 자유전자 레이저의 주요 활용 연구인 단일 펄스 이미징 실험 완성이다. 이를 기반으로 염색체 시료의 30 나노 스케일 구조 해석, 기능성 나노 시료의 물성 및 구조 해석, XFEL을 이용한 단일입자 3차원 구조해석에 관한 연구를 계획하였으며, 성공적으로 수행 되었다. 결맞는 엑스선을 이용한 quasicrystal 자성시료의 자성 구조 해석을 추진했으며 결과는 논문 (Nanoscale 2018)을 통해 발표 되었다. 염색체 시료의 저온 입체 구조 해석연구도 다년간에 걸쳐 추진되었으며 30 나노미터 분해능의 입체 구조를 성공적으로 얻게 되어 곧 논문을 통해 발표할 예정이다. 엑스선 자유전자 레이저를 이용한 연구가 활발하게 추진되어, 막 단백질의 시분해 구조에 관한 연구 결과 발표 (Science 2016), 나노 입자의 상변화 과정 이미징 (Nature Communications 2019), 엑스선의 결맞음 특성 분석에 관한 연구 (Optics Express 2019), 3차원 단일 입자 이미징 (IUCrJ 2018) 등의 논문을 발표 하였다. 현재 준비 중인 연구논문은 후속과제를 추진하며 계속해서 발표할 예정이다.

연구개발결과의 중요성
본 연구를 통해 국내의 3세대 방사광 및 PAL-XFEL에서 발생하는 엑스선의 특성을 가장 잘 활용하는 실험기법을 자체 개발하여 선보였다. 바이오 시료 및 나노입자의 입체적인 구조를 초고해상도의 이미징 기법으로 분석할 수 있는 연구기법을 정착하였으며, 특히 저온 상태에서 3차원 바이오 이미징을 구현하는 연구 성과를 보였다. 이는 방사선에 의한 시료의 손상을 줄인 상태에서 시료의 구조를 규명하는 방식으로 현재 선보인 기술은 국제적으로 가장 우수한 성능의 기법으로 우수 연구 성과를 도출하는데 중요한 역할을 할 것으로 기대된다. 또한 XFEL single-particle 3D imaging 의 기반을 구축하는 연구를 성공적으로 완성하였는데, 국제적으로 XFEL활용 연구에 있어 초미의 관심을 보이는 주제이다.
성공적인 기법 구축을 기반으로 단일입자 시료의 구조 분석에 강한 추진 동력을 얻게 되었다.

(출처 : 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 가. 연구의 개요 ... 4
• 나. 연구의 필요성 ... 4
• 다. 연구의 최종 목표 및 연구 범위 ... 5
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 6
• 가. 세부 연구목표 (1) : 3세대 방사광 이용 저온 엑스선 이미징 확립 ... 6
• 나. 세부 연구목표 (2) : 국내 4세대 방사광 XFEL의 단일펄스 이미징 기반 마련 ... 7
• 다. 세부 연구목표 (3) : 저온 엑스선 3차원 이미징 완성-염색체의 30 나노 계층구조 규명 ... 8
• 라. 세부 연구목표 (4) : PAL-XFEL 단일펄스 이미징 기법 완성 ... 9
• 마. 세부 연구목표 (5) : in situ 결맞는 엑스선 회절 이미징 기반 마련 ... 11
• 바. 세부 연구목표 (6) : 고해상도 이미징 – 나노입자의 변형 분석 ... 12
• 사. 세부 연구목표 (7): XFEL 단일펄스 single-particle 3D imaging 완성 ... 15
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 17
• 4. 참고문헌 ... 18
• 5. 연구성과 ... 19
• 대표적 연구실적 ... 30
• 끝페이지 ... 42