미국화학회 발간 이공계 분야 세계 최고 학술지
관련 분야 세계 최고 연구자에게만 투고 기회 부여해
초고분해능 광학이미징 기술의 다양한 활용 제시

과학자들에게 살아 있는 세포의 작동 관찰은 오랜 희망이었다. 17세기 발명된 광학현미경은 생물학과 의학을 현실적으로 발전시켰으며, 현미경의 탄생으로 우리는 세포를 알게 됐다.

하지만 광학현미경은 200nm(나노미터, 1nm=10억 분의 1)보다 작은 물체는 볼 수 없었고, 세포는 보지만 세포소기관은 볼 수 없었다. 이는 빛의 굴절한계에 의한 공간분해능 때문으로, 멀리 떨어진 두 물질이 가까워짐에 따라 그 이미지가 겹치게 되고 그 거리가 200nm 이내가 되면 구별이 불가능하다.

2014년 에릭 베치그(Eric Betzig), 스테판 헬(Stefan W. Hell), 윌리엄 모에너(William E. Moener)의 발명은 연구자들에게 새로운 세계를 열어줬다. 그들은 빛을 이용해 단백질만한 작은 물체까지 볼 수 있는 ‘초고분해능 광학현미경 기술’을 개발했다. 이 발명을 통해 이들은 2014년 노벨 화학상을 공동수상했다.

경희의 연구 역량 인정 받아
최근 '초고분해능 광학현미경 기술'은 다양한 분야에 적용되며, 활발하게 연구되고 있다. 응용화학과 강성호 교수는 이 분야의 세계적 학자로 인정 받고 있다. 강 교수는 지난 6월 세계 최고의 학술지인 <케미컬리뷰(Chemical Reviews)>에 'Optical Super-Resolution Imaging of Surface Reactions(표면 반응에서의 광학 초고분해능 이미징 기법)'이라는 논문을 게재했다.

케미컬리뷰는 미국화학회(American Chemical Society, ACS)가 월간으로 발간하는 세계 최고의 국제학술지 중 하나이다. 매회 최근 중요하고 이슈가 되는 주제를 정해 해당 분야 세계 최고의 연구자들에게 투고 기회를 준다. 강 교수의 이번 논문 게재는 경희대학교 연구진이 세계적으로 인정받은 일이라 할 수 있다.

국제학술지의 중요도를 나타내는 Impact Factor(IF)를 통해서도 케미컬리뷰의 우수성이 드러난다. 케미컬리뷰는 47.928로 전세계 12,062개 SCI(E), SSCI 논문 중 4번째(상위 0.033%)를 기록했다. 유명 국제학술지인 네이처(Nature)의 IF가 40.137, 사이언스(Science)가 37.205, 셀(Cell)이 30.410인 것에 비교하면 해당 저널의 우수성을 확인 할 수 있다.

강 교수가 이번 논문에 대해 "소개한 기술들이 화학은 물론 의학, 약학, 생물, 농수산, 화공, 재료, 전기·전자 등 다양한 분야에 적용할 수 있고, 다양한 학문 분야와의 융합 및 공동 연구가 가능하다"고 말했다.

광학적 초고분해능 이미징의 최근 발전 사항 소개
지금까지 ‘초고분해능 광학현미경’의 발명은 주로 생명과학 분야에 영향을 끼쳤다. 의학이나 생물학 분야에선 살아 있는 세포 속에서 단백질과 염색체들의 상호작용을 직접 관찰할 수 있었고, 뇌과학 분야에서는 전자현미경으로 볼 수 없었던 뉴런의 새로운 구조 관찰에 성공했다.

광학적 초고분해능 이미징 기법은 단일분자수준에서 균일과 불균일 화학반응의 모든 연구에 새로운 계기가 되고 있다. 특별한 공간분해능과 동적시스템을 모니터링 할 수 있기 때문에, 화학반응속도와 단일입자표면에서의 활성 부위 분포도, 각각의 나노촉매에서의 크기, 형태, 측면에 따른 촉매 활성도 측정 등 단일분자 반응 및 흡착과정에서의 자세한 정보와 단일입자 촉매 과정 등을 밝혀내고 있다. 이번 논문에서는 표면 반응에서 초고분해능 화학 이미징 방법에 대한 가장 최근의 발전 사항들을 소개했다.

강 교수는 이번 논문에 대해 "초고분해능 이미징 기술을 생체시료나 바이오 응용은 물론 단층 이중 수산화물, 금속 나노입자, 지올라이트, 반도체, 카본나노큐브 등의 다양한 분야의 촉매화학반응에 대한 초고분해능과 단일분자 이미징 방법의 최근 기술을 소개했다"고 밝혔다. 이어 "이런 기술은 화학은 물론이고 의학, 약학, 생물, 농수산, 화공, 재료, 전기·전자 등 다양한 분야에 적용할 수 있고, 다양한 학문 분야와의 융합 및 공동 연구가 가능하다"고 말했다.

이번 연구는 강 교수 연구팀(이승아 박사, 장 펭(Peng Zhang) 박사과정 학생)과 미국 조지아주립대학교(Georgia State University) 닝팡(Ning Fang) 교수 연구팀이 함께 진행했다.