노석범·정다연 대학원생 연구성과 ‘한빛사’ 등재

 

생체나노공학연구실의 노석범·정다연 대학원생 연구성과가 ‘한빛사’ 등재되었다.

1. 연구내용

핵형분석과 형광 제자리 혼성화 등 염색체 기반 분석에서는 세포에서 추출한 중기 염색체를 기판 위에 넓고 겹치지 않게 펼치는 과정이 매우 중요하다. 그러나 기존 유리나 운모와 같은 평탄한 기판에서는 액적 충돌과 건조 조건, 작업자의 숙련도에 따라 염색체가 좁은 영역에 집중되거나 서로 겹칠 수 있으며, 자매 염색분체가 충분히 분리되지 않아 후속 영상 분석의 정확도가 낮아지는 문제가 있었다.

고려대학교 생명정보공학과 이규도 교수 연구팀은 연세대학교 의공학부 및 미국 일리노이대학교 어바나-샴페인 연구팀과 공동으로, 방향성 나노주름이 형성된 PDMS 기판을 이용해 중기 염색체를 넓고 균일하게 펼치는 차세대 염색체 분석 플랫폼을 개발했다. 고려대학교 노석범·정다연 대학원생이 공동 제1저자로 참여했다.

연구팀은 PDMS를 한 방향으로 늘린 상태에서 산소 플라즈마를 처리한 뒤 변형을 해제하는 방식으로 깊이 약 10–20 nm, 주기 약 300–500 nm의 정렬된 나노주름을 제작했다. 나노주름 표면은 주름 방향에 따른 이방성 젖음과 스플래싱 보조 유동을 유도해 액적의 운동량을 주름 방향으로 더 오래 유지하고, 액적 내부의 염색체를 넓고 방향성 있게 재분배했다. 고속 촬영과 COMSOL 기반 유동 및 입자 추적 해석도 이러한 수송 메커니즘을 뒷받침했다.

그 결과, 나노주름 기판에서는 기존 평탄 기판보다 염색체가 더 넓은 영역에 분산되고, 염색체의 장축이 주름 방향을 따라 정렬되는 경향이 나타났다. 또한 자매 염색분체의 분리가 개선돼 염색체 형태를 더욱 명확하게 관찰할 수 있었다.

고해상도 원자힘현미경 분석에서는 나노주름 위에 흡착된 염색체 표면에서 기판 주기와 일치하는 약 300–500 nm 간격의 높이 변화가 반복적으로 관찰됐다. 특히 큰 나노주름에서는 염색체가 주름과 수직에 가까워질수록 표면 굴곡이 증가했다. 이는 염색체 내부 구조의 직접적인 증거라기보다, 액적 충돌·흡착·건조 과정에서 연성 염색체가 기판의 나노지형에 부분적으로 순응하는 ‘기판 결합형 나노스케일 순응성’을 보여주는 결과로 해석됐다.

이번 연구는 나노구조 표면이 단순한 시료 지지체를 넘어 액적 유동과 생체고분자의 흡착 형태를 능동적으로 조절할 수 있음을 보여준다. 개발된 플랫폼은 핵형분석, 형광 기반 염색체 분석, 고해상도 표면 분석 및 자동 영상처리를 위한 시료 전처리 기술로 활용될 수 있다. 연구 성과는 국제학술지 ACS Nano (IF 17.3)에 게재됐다.

한편, 이번 연구에는 노석범·정다연 대학원생이 공동 제1저자로 참여했으며, 노석범 대학원생에게는 네 번째 한빛사 등재 성과이다.