한국연구재단, 차세대 단일 분자 라만 현미경 소개

[충청뉴스 이성현 기자] 형광 표지나 근접장 증폭 기술 없이도 분자 하나하나를 직접 관찰할 수 있는 차세대 단일 분자 라만 현미경 기술이 개발됐다.

한국연구재단은 고려대학교 심상희·우한영·박성남 교수 공동연구팀이 전자 공명 유도 라만 산란(ER-SRS) 기술과 비형광 분자 프로브(RANMP)를 결합해 형광 검출 없이도 개별 분자의 거동을 실시간으로 확인할 수 있는 단일 분자 현미경 기술을 개발했다고 23일 밝혔다.

연구팀은 독자적으로 개발한 레이저 시스템과 새로운 라만 활성 분자 프로브를 결합해 형광 검출에 의존하지 않고 단일 분자를 직접 검출하는 이미징 기술을 구현했다.

레이저 파장을 자유자재로 조절하는 ‘독립 튜닝 이중 레이저 시스템’과 형광을 방출하지 않는 ‘비형광 분자 프로브’를 활용해 기존 방식에서 발생하던 배경 신호를 효과적으로 억제하고 신호 대 잡음비를 개선했다.

그 결과 라만 신호를 200배 이상 증폭시켜 단일 분자 수준의 감도를 실험적으로 입증했다.

특히 라만 분광법의 높은 분별력을 활용해 1나노미터(nm) 이하의 미세한 주파수 차이를 가진 두 분자를 동시에 구분해 관찰하는 ‘이중 이미징’에 성공했다. 이는 복잡한 생체 시스템에서 다수의 분자를 동시에 식별해야 하는 공간 오믹스 연구로의 확장 가능성을 보여준다.

이번 연구는 오랜 난제였던 ‘단일 분자 라만 신호 검출’을 해결함으로써, 형광 기반 기술의 물리적 한계를 뛰어넘는 새로운 바이오 이미징의 가능성을 제시했다는 점에서 의의가 크다.

심상희 교수는 “분자 진동 신호를 기반으로 생체분자를 구별함으로써 기존 형광 기술의 스펙트럼 중첩 문제를 극복하고, 초고해상도 이미징의 새 지평을 열었다”며 “향후 특정 세포 소기관 표적 기능 등을 결합해 살아있는 세포 내 질병 관련 분자를 정밀 추적하는 차세대 바이오 이미징 플랫폼으로 발전할 것으로 기대된다”고 설명했다.

한편 공동연구팀은 앞으로 생체 적합성을 개선한 라만 탐침을 개발하고 다양한 기능기를 도입한 분자 라이브러리를 구축해 초다중 단일분자 이미징 기술의 정밀도와 활용성을 더욱 고도화할 계획이다.