OX063 분자로 생체 분자 구조 분석 정밀도 원자급 개선
100나노미터 탐침으로 약 10개 스핀 동시 검출 구현
핵심 요약
- 워털루대학교 양자컴퓨팅연구소 연구진은 7월 28일 단일 분자를 양자 센서로 사용하는 측정 기법을 개발했다고 밝혔다.
- 사한드 타바타배이 워털루대 박사과정 연구원은 새 제어 기법으로 양자 상태 유지 시간을 400마이크로초까지 늘렸다고 설명했다.
- 워털루대학교 연구진은 지름 약 100나노미터, 길이 약 20마이크로미터의 나노와이어 탐침으로 전자 스핀 신호를 기계적으로 검출했다.
워털루대학교 양자컴퓨팅연구소(IQC) 연구진이 단일 분자를 양자 센서로 쓰는 측정 기법을 개발했다고 7월 28일(현지시간) 밝혔다. 연구진은 트리틸-OX063(Trityl-OX063) 분자를 활용해 단백질과 생체 분자의 구조를 더 정밀하게 분석할 가능성을 제시했다.
양자 센서는 양자역학의 특성을 이용해 자기장, 전기장, 온도 등을 기존 기술보다 높은 정밀도로 측정하는 기술이다. 워털루대학교 연구진은 이번 연구가 단일 분자를 양자 센서로 실제 구현한 첫 사례라고 설명했으며, 연구 결과는 국제학술지 ‘피지컬 리뷰 X(Physical Review X)’에 실렸다.
논문 제1저자인 사한드 타바타배이(Sahand Tabatabaei) 워털루대 박사과정 연구원은 “새롭게 개발한 제어 기법으로 양자 상태 유지 시간을 400마이크로초까지 늘렸다”며 “기존 스핀 에코(Spin Echo) 방식보다 약 60배 긴 시간 동안 양자 상태를 유지할 수 있었다”고 설명했다.
워털루대학교 연구진은 기존 양자 센싱에서 널리 쓰이는 질소-공공(NV) 센터 기반 인공 다이아몬드 대신 OX063 분자를 센서로 선택했다. OX063 분자는 측정 대상에 더 가까이 접근할 수 있어 감도와 공간 해상도를 높일 수 있고, 양자 상태를 안정적으로 유지하는 특성을 갖췄다고 연구진은 밝혔다.
새 기술은 OX063 분자의 전자 스핀과 주변 핵스핀에서 나타나는 미세한 자기장 변화를 측정해 분자 구조를 분석한다. 연구팀은 지름 약 100나노미터, 길이 약 20마이크로미터의 나노와이어 탐침으로 전자 스핀 신호를 기계적으로 검출하는 데 성공했다.
라피 부다키안(Raffi Budakian) 워털루대 물리·천문학과 교수는 “이번 연구는 나노미터 수준 양자 센싱의 새로운 패러다임을 제시했다”며 “아직 단일 스핀 검출까지는 추가 연구가 필요하지만, 단일 분자를 이용한 양자 센서 구현 가능성을 입증한 중요한 성과”라고 말했다. 그는 “힘(force) 검출 방식을 양자 센싱에 접목한 새로운 접근으로, 향후 단일 단백질 구조를 직접 분석하는 기술의 기반이 될 것”이라고 덧붙였다.
워털루대학교 연구진은 현재 약 10개의 스핀을 동시에 검출할 수 있는 수준까지 기술을 구현했다. 연구진은 앞으로 단일 스핀 검출을 목표로 연구를 이어가며, 단백질 구조 분석과 질병 메커니즘 규명, 신약 후보물질 개발, 구조생물학 연구 등에 해당 기술을 활용할 수 있을 것으로 보고 있다.
출처: ittimes (https://www.ittimes.com/news/articleView.html?idxno=86128)