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1조 분의 1초, 분자 탄생 순간 눈으로 봤다

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1조 분의 1초, 분자 탄생 순간 눈으로 봤다

2015.02.23 07:00

물분자(H2O)와 산소분자(O2) 등 분자는 원자끼리 결합해 형성된다. 하지만 지금껏 원자가 만나 분자가 태어나는 순간을 실제로 확인한 사람은 없다. 원자의 결합이 이뤄지는 데는 ‘1조 분의 1초’ 밖에 걸리지 않기 때문이다. 


국내 연구팀이 이 찰나의 순간을 세계 최초로 포착하는데 성공해 결과를 ‘네이처’ 18일자에 발표했다. 이효철 기초과학연구원(IBS) 그룹리더(KAIST 화학과 교수)팀은 원자가 결합하는 짧은 순간을 잡기 위해 특수 광원인 ‘펨토초(fs,1000조 분의 1초) 엑스선 펄스’를 이용했다.

 

이효철 IBS 그룹리더(가운데)와 연구팀의 모습. 왼쪽은 김종구 KAIST 박사과정 학생이고 오른쪽은 김경환 IBS 연구위원이다.  - IBS 제공
이효철 IBS 그룹리더(가운데)와 연구팀의 모습. 왼쪽은 김종구 KAIST 박사과정 학생이고 오른쪽은 김경환 IBS 연구위원이다. - IBS 제공

 

금 삼합체 수용액에 특수광원과 레이저를 쏘아주면 일정 시간이 흐른 뒤의 엑스선 회절 이미지를 얻을 수 있다.  - IBS 제공
금 삼합체 수용액에 특수광원과 레이저를 쏘아주면 일정 시간이 흐른 뒤의 엑스선 회절 이미지를 얻을 수 있다. - IBS 제공

그 결과 금 원자끼리 화학결합을 형성해 분자가 되는 과정을 담은 데이터를 얻었다. 금 원자 사이의 거리는 원래 3옹스트롬(Å, 1억 분의 1cm)을 훌쩍 넘었지만 화학결합을 형성한 뒤 2.8옹스트롬으로 줄어들었고 이어 금 원자끼리 나란히 배열돼 선형구조를 이루는 것으로 나타났다.


지난 2005년 연구팀은 분자의 결합이 끊어지는 과정을 밝혀 ‘사이언스’에 발표한 적이 있다. 이번에 원자가 결합해 분자가 생기는 과정까지 관측하며 한 연구팀이 화학반응의 시작과 끝을 모두 밝히는 쾌거를 이뤘다.  
 

연구팀은 특수광원을 이용한 이 실험 방법을 단백질 연구에도 응용할 계획이다. 단백질의 탄생 순간과 구조 변화를 밝혀 단백질의 반응을 제어하고 신약을 개발하는데 필요한 기초 정보를 제공하겠다는 것이다.

 

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