KAIST, 패릴렌 기반 박막 미세유체 혼합-분사 장치 개발

초저온 전자현미경 기법 한계 극복

시료 소모량 3분의 1수준으로 줄여

분석 가능한 최소 반응시간 단축도

미세유체채널을 이용한 시간분해 초저온 전자현미경 기법. ⓒ한국과학기술원

한국과학기술원(KAIST)은 강진영 화학과 교수와 이원희 물리학과 교수 공동 연구팀이 초고속 생화학 반응 연구를 위한 ‘패릴렌(parylene)’ 기반 박막 미세유체 혼합-분사 장치’를 개발했다고 24일 밝혔다.

이번 연구는 기존에 제시됐던 시간 분해 초저온 전자현미경(TRCEM) 기법의 한계를 극복해 기존 대비 시료 소모량을 3분의 1 수준으로 줄이면서 분석 가능한 최소 반응시간을 기존 기술 대비 수십 배 향상해 6밀리초(1000분의 6초)까지 단축했다.

시간 분해 초저온 전자현미경은 단백질 복합체의 반응 중간 상태를 초저온에서 빠르게 냉동해 구조를 분석하는 기술로 최근 특별히 많은 주목을 받고 있다.

통상적인 초저온 전자현미경 분석에서는 짧은시간 존재하고 사라지는 반응 중간체를 포착하기 어려웠다. 이를 해결하기 위해 다양한 TRCEM 기법이 개발됐으나, 기존 기술은 많은 시료 소비와 제한된 시간 해상도 등의 한계로 어려움이 있었다.

연구팀은 이를 극복하기 위해 초박막 패릴렌 소재를 적용한 새로운 혼합-분사장치를 개발했다.

본 장치는 시료의 양을 기존 대비 1/3 수준으로 줄여 실질적인 연구의 어려움을 개선했다. 미세유체역학 소자 내에서 반응 개시에 드는 시료 혼합 시간을 0.5밀리초로 줄여 전체 반응시간을 6밀리초까지 줄였다. 연구팀은 또한 소자의 일체형 설계를 통해 실험의 정밀도와 재현성을 향상했다.

강진영 교수는 “이번 연구는 TRCEM 기법을 더욱 실용적으로 만들었으며, 구조 생물학 및 신약 개발, 효소 반응연구, 바이오 센서 개발 등 다양한 생명과학 및 의약 분야에서 패럴린 박막 소자의 폭넓은 활용 가능성을 제시했다”고 말했다.

이원희 교수는 “연구팀은 앞으로 이를 활용한 생화학 반응 연구와 더 빠른 반응 분석을 위한 성능 향상을 목표로 연구를 이어갈 계획”이라고 밝혔다.