[과학터치] 나노미터 보는 엑스선 촬영기법 연구

광주과기원 X선 나노현상연구실

병원에 가서 진료를 받을 때, 우리는 흔히 “방사선과에 가서 X선 촬영하고 오세요.”라는 말을 듣는다. 공항의 보안 검색대에서 가방, 옷 등이 X선 검색기를 지나갈 때, 가방 속에 있는 각종 물체가 모니터에 비춰지는 장면을 누구나 한번쯤 본 적이 있을 것이다.

정체를 모른다는 의미에서 붙여진 이름의 글자 ‘X’지만,X선은 우리 생활에 다양하게 활용되고 있다.

그렇다면 과연 X선은 무엇일까? 발견된 지 110여년이 지난 X선은 다름 아닌 빛의 일종이다.

다만 우리가 눈으로 볼 수 있는 가시광선과는 달리 그 파장이 매우 짧은 빛이다.X선을 발견한 뢴트겐과 X선 파장이 나노미터(㎚·10억분의 1미터)보다 짧은 파장의 빛이라는 것을 알아낸 브래그와 라우에 모두 노벨상을 받았다.X선의 파장은 보통 물질을 구성하고 있는 원자들 사이의 거리보다 짧다. 따라서 지난 100여년간 새로운 물질이 발견될 때마다 X선은 그 물질을 구성하는 원자들의 구조를 연구하는데 가장 많이 기여를 해왔다.

눈이 좋은 사람들은 머리카락 굵기의 10분의 1에 해당하는 10마이크로미터(㎛) 정도 크기의 물체를 구분할 수 있다. 현미경을 사용하면 약 1㎛(100만분의 1미터)까지 볼 수 있다. 그러나 최근 나노과학기술의 발전으로, 가시광선으로 볼 수 없는 수십 혹은 수백 나노미터 크기의 구조를 활용한 제품들이 일상생활에 등장하고 있다. 나노세계를 빛을 이용해서 보기 위해서는 파장이 빛보다는 훨씬 짧은 빛이 필요하다. 즉 X선이 필요한 것이다.

현재 X선을 ‘나노세계를 관찰하는 눈’으로 개발하려는 노력은 전 세계적으로 진행되고 있다.X선을 나노 크기의 해상도를 가진 눈으로 활용하기 위해 강력한 성능의 X선 광원이 개발되고 있고, 이를 활용해 나노물질을 이루는 원자 및 분자의 모양과 그들의 움직임까지도 관찰하는 연구가 계획되고 있다.X선의 강한 투과성과 짧은 파장을 활용해 우리 몸을 구성하는 세포 내의 단백질을 촬영할 수 있는 기술도 가까운 시일 내에 등장할 전망이다.

광주과학기술원 신소재공학과 X선나노현상연구실 노도영 교수팀은 X선을 이용한 다양한 나노현상을 연구하고 있다. 연구팀은 나노 규모의 동역학 연구를 위한 X선 산란,X선 나노이미징, 극초단 X선 시간분해 연구를 진행해 세계적으로 성과를 인정받고 있다.



노도영 교수는 “현재 진행하고 있는 ‘X선회절현미경’ 연구가 성공하면 X선을 이용해 10㎚ 크기 이하의 분자구조를 촬영하는 새로운 나노영상기법이 창출될 것”이라고 설명했다.

박건형기자