미국 알렉산더 핀스(Alexander Pines)교수 연구진은 초편극화 제논 기체(hyperpolarized xenon gas)를 이용해서 극소형 마이크로유체역학칩(microfluidic chip)으로 핵자기공명(Nucear Magnetic Resonance; NMR) 분석이 가능한 혁신적인 핵자기공명분광학(NMR Spectroscopy) 기법의 개발에 성공했다. 그 동안 강력한 분석능력에도 불구하고 장비의 거대한 외형 때문에 실험실 안에서만 사용되어 왔지만 이번 개발로 휴대 가능한 소형 핵자기공명분광학 장치 개발이 가능해질 전망이다.

거대한 외형의 장비가 과학자들의 꿈이었던 시절이 있었다. 하지만 분석용 분광학 장비는 점점 더 크기가 작아지는 경향이 강해지고 있다. 이로써서 휴대성을 높여 분석 장비가 필요한 현장에서 바로 결과를 확인할 수 있도록 진화하고 있다. 분석장비가 실험실을 떠나 화학 반응기나 앰뷸런스처럼 분석이 필요한 현장에서 분석장비가 바로 쓰일 수 있도록 변화되어 가는 추세인 것이다.

핵자기공명분광학기법은 그 어떤 다른 분석기법과 견주어도 뒤지지 않는 독보적인 분석력을 자랑하는 선도적인 분석기법 중 하나이다. 혼합물의 화학적 조성은 물론이고 원자 수준의 해상도로 단백질의 구조의 규명에 이르기까지 폭넓게 활용되고 있다. 지금까지 신호의 세기와 감도 개선에 집중한 나머지 다른 분야 분석기법처럼 장비 소형화 추세를 잘 따라가지 못하고 있었다.

 

중간생략

 

연구진이 설계한 마이크로유체역학칩은 광학적 펌핑(optical pumping)을 통해 초편극화 제논 기체를 생성하고 이를 이용해서 칩 상에서 특정 화합물의 NMR 신호를 검출하는 방식으로 작동한다. 핵자기공명분광학은 분석시료를 구성하는 분자의 핵스핀(nuclear spins)에 편극(polarizing)을 자기장(magnetic field)의 미묘한 변화 또는 이에 상응하는 변화로 검출해서 그 분자의 화학적 환경을 알아내는 분석기법이다. 보통 원자핵의 편극화(Polarization)에는 강력한 초전도자석(powerful superconducting magnet)이 사용된다. 편극화 수준은 NMR의 감도는 물론이고 NMR 분광계의 분광학적 해상도에 결정적인 영향을 미치는 요소이다. 따라서 편극화 수준에 따라 분광계에서 얻을 수 있는 분자의 화학적 환경이나 구조, 반응동력학과 관련된 정보의 질이 크게 달라진다.

제논 기체는 자체가 NMR 기록 장치와 같다. 제논 기체는 자기적인 환경 변화에 매우 민감하게 반응하기 때문이다. 제논 기체가 이러한 성질을 나타내는 이유는 편극화되기 쉬운 전자를 많이 가지고 있기 때문이다. 편극화가 일어나면 NMR신호의 세기를 수천 배가량 증폭시킬 수 있다. 이렇게 되면 매우 낮은 농도의 시료로도 핵자기공명분광학 분석이 가능해진다.

 

이하 생략

 

 

출처 : KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』