문대원 석좌교수·임희진 박사 연구팀
문대원 기초학부·뉴바이올로지전공(겸직) 석좌교수와 뉴바이올로지전공 임희진 박사 연구팀은 살아있는 세포막의 분자 조성을 초고진공(ultra-high vacuum) 환경에서 왜곡 없이 시각화하는 질량분석 바이오 이미징 기술을 최초로 개발했다고 밝혔다.
바이오 이미징은 세포에서 일어나는 현상을 영상으로 볼 수 있게 만드는 기술이다.
질병 조기 진단이나 신약개발 등에 필요한 핵심 기술이며 생명공학·물리·화학·기계전자와 같은 여러 분야의 융합이 필수적이다.
이에 따라 첨단 나노 이미징 분석을 위해 초고진공 환경에서 가속 전자빔 혹은 가속 이온빔을 이용한 전자 현미경이나 SIMS(2차 이온 질량 분석) 분석법을 주로 적용한다.
SIMS 분석법은 가속 이온을 이용해 주로 반도체 제조를 위한 극미량의 불순물 분석에 활용되는 기술이다.
분석 감도가 매우 높아 최근 바이오 이미징 기술에 적용하려는 연구가 활발하다.
현재 SIMS를 이용한 세포분석법은 용액에서 배양된 살아있는 세포를 화학적인 방법으로 고정화하거나 냉각한 후 건조 과정을 거쳐 초고진공 환경에서 분석하는 방식이다.
하지만 이 과정에서 세포의 고유한 분자 조성과 분포 정보가 왜곡되는 등 정확한 분석을 하는 데 어려움을 겪어왔다.
문 교수 공동연구팀은 살아있는 상태의 세포막 분석이 가능하도록 세포를 배양하는 기판 하부에 세포 배양액을 보관하는 5㎕(100만분의 1ℓ) 부피의 미세 배양액 저장고와 1㎛(100만분의 1m) 지름의 구멍 수천 개를 제작했다.
이를 콜라겐 바이오 분자 박막으로 덮어 세포의 부착과 배양 과정을 용이하도록 만들었다.
배양된 세포는 살아있는 상태에서 단일층 그래핀으로 덮어 초고진공 환경에 도입했다.
단일층 그래핀은 물 분자가 새어 나올 수 없는 구조로 역학적으로도 강해 상온에서의 물 증기압을 이길 수 있다.
결국 세포 배양 용액 내의 세포를 초고진공 환경에서 덮어 유지했으며 연구팀은 살아있는 세포를 보호하면서 SIMS 분석법을 적용해 이미징 하는데 최초 성공했다.
문대원 석좌교수는 “살아있는 세포막의 다양한 분자 정보를 왜곡 없이 정확한 질량 분석 이미징으로 제공할 수 있게 됐다”며 “다양한 바이오 의료 분야와 액체 상에서 일어나는 부식·마모·촉매 등 다양한 현상을 분자·원자 수준에서 이해하는데 획기적인 기반 기술이 될 것”이라고 전했다.
대구 구·군청, 교육청, 스포츠 등을 맡고 있습니다.