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생체 분자를 촬영하는 데 효과적인....

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글쓴이 최고관리자 등록일 14-02-24 15:10
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    그래핀과 투과형전자현미경(TEM)의 분석 기술의 조합으로 생체 분자를 더욱 정밀하게 분석할 수 있는 새로운 기술이 개발되었다. 이번 기술은 그래핀의 우수한 특성과 TEM 기술을 결합한 새로운 생체분자 촬영 기술로 그 활용성이 주목된다.

    미국 일리노이대학(University of Illinois) 연구진은 최근 생체 분자를 원자 수준에서 정밀하게 분석할 수 있는 새로운 이미징(촬영) 기술을 개발하는데 성공했다. 연구진은 샌드위치 구조의 그래핀에 페리틴을 집어넣어 그 구성 성분을 투과현전자현미경 기술을 이용하여 분석하는 데 성공했다. 페리틴은 말의 비장에서 발견된 철함유단백으로서, 헤모글로빈과 더불어 체내에서 철의 주요한 저장물질인데, 비장, 간, 골수 등 세망내피계에 많이 존재한다. 페리틴은 구상의 단백으로서, 가운데에 미셀이 된 3가의 철을 둘러싸고 그 단백부분(아포페리틴)은 분자량 약 46만이며, 24개의 폴리펩티드서브유니트로 되어 있다 페리틴은 1분자당 5,000개의 철원자를 지닐 능력이 있으며, 이 때 분자량은 약 90만이 된다. 또한 전자밀도가 매우 높아서 전자현미경으로 검출되기 쉬우며, 항체에 표지되어 페리틴항체법으로서 면역조직학적검사에도 사용된다. 전자현미경을 이용하여 생물학적 페리틴과 같은 생물학적 샘플을 분석하기 위해서는 진공의 조건이 필요하다. 종래의 방법은 실리콘 구조물에 이러한 샘플을 넣어 액상 상태에서 분석을 진행했다.

    연구진은 이번에 기존의 실리콘을 대체하는 물질로 그래핀을 사용했다. 그래핀은 실리콘에 비해 얇은 두께로 샘플을 담는 저장 용기로서의 기능을 할 수 있으며 실리콘에 비해 여러 가지 뛰어난 특성을 가지고 있다. 그래핀은 거의 투명한 소재이며 매우 견고하며 기계화학적인 안정성이 뛰어나다. 그래핀은 또한 고온에서도 매우 안정적인 특성을 유지하며 뛰어난 전기전도성을 가지고 있다. 이러한 특성은 전자현미경의 빔이 샘플의 통과할 때 발생할 수 있는 열과 전자들의 고임 현상을 방지하는데 매우 효과적이다.

    지금까지 전자현미경을 이용하여 생체 분자를 측정하는 데에는 샘플의 피해를 최소화하기 위해서 저 에너지 빔을 주로 사용하였다. 이러한 저 에너지 빔을 이용했을 때에는 그 얻어진 이미지를 수학적 알고리즘을 통한 보정 작업이 요구된다. 원자 수준의 해상도 이미지를 얻기 위해서는 반드시 고 에너지 빔을 이용해야만 한다. 연구진은 이번에 페리틴에 피해를 최소하는 방법으로 그래핀 샌드위치에 샘플을 넣어 그래핀의 철 성분을 분석하였다. 연구진은 특별히 투과형전자현미경을 이용하여 페리틴을 분석하였으며, 샘플 고정장치로는 기존의 실리콘 대신에 그래핀을 이용하였다. 연구진은 사용되는 빔의 에너지를 높일 수 있었으며 이를 통해서 원자 수준의 해상도를 가진 페리틴 이미지를 측정하는 데 성공했다.

    페리틴 내의 철 성분의 분포도를 조절하고 이해하는 것은 철 독성에 의해서 발생하는 질병을 치료하는데 큰 도움이 될 것으로 기대된다. “페리틴 내의 결함은 여러 가지 질병과 장애와 밀접한 관련이 있다. 그러나 지금까지 이러한 페리틴의 오작용으로 인해 발생되는 뇌와 장기의 치명적인 질병에 대해서는 밝혀지지 않은 부분이 많았다”고 이번 연구진을 이끈 Tolou Shokuhfar 교수는 설명했다.

    이 연구는 미국과학재단의 재정적 지원으로 수행되었으며 연구결과는 저널 Advanced Materials에 ”High-Resolution Electron Microscopy and Spectroscopy of Ferritin in Biocompatible Graphene Liquid Cells and Graphene Sandwiches”라는 제목으로 게재됐다. (doi: 10.1002/adma.201306069)

    그림. 일리노이 대학 연구진은 그래핀 샌드위치 구조를 이용하여 생물학적 샘플을 자연의 조건에서 측정할 수 있는 새로운 방법을 개발했다.

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