포항가속기연구소 '인류 사상 최고 밝기의 빛' 만드는데 성공

새로운 방식 개발해 기존보다 40배 이상 밝기 개선 된 빛 만들어
국제학술지 '네이처 포토닉스' 지난 15일 게재

PAL-XFEL 셀프시딩 시스템 설치 모습. 포항가속기연구소 제공.

포항가속기연구소 강흥식 박사

경북 포항가속기연구소(이하 연구소)가 인류 사상 최고 밝기의 빛을 만들어 내는 데 성공했다. 이 성과로 단백질 구조를 보다 선명하게 관찰할 수 있게 돼 코로나19 치료제 또는 백신 개발에 활용될 것으로 기대된다.

16일 연구소에 따르면 기관 소속 강흥식 박사 연구팀은 4세대 방사광가속기(PAL-XFEL)에 셀프 시딩(Self-Seeding) 시스템을 적용해 기존의 방법보다 약 40배 이상 밝기가 개선된 빛을 만들어 냈다.

이 빛은 미국, 일본, 독일, 스위스의 4세대 방사광가속기(선형)의 밝기보다 10배 이상 밝은 성능을 자랑한다. 인류가 만든 가장 밝은 빛인 셈이다.

강 박사 연구팀의 이번 성과를 담은 논문은 지난 15일 광학 분야 국제학술지인 '네이처 포토닉스(Nature Photonics)'에 게재됐다.

연구소 관계자는 "현재 코로나 팬데믹 상황을 고려해 해당 시설을 코로나19 치료제 및 백신 개발에 우선적인 연구가 진행될 수 있도록 제공하겠다"며 "앞으로도 세계 우위 기술력을 확보해 한국이 선도 연구에 앞장서도록 노력하겠다"고 했다.

한편, 연구소의 PAL-XFEL은 선진국만이 보유하고 있는 전 세계에 5기밖에 없는 최첨단 연구시설이다. 여기서 나오는 XFEL(자유전자레이저, X-ray Free Electron Laser)은 기존 레이저의 파장 범위를 원자 크기 수준인 경엑스선 영역까지 확대한다. 1990년대에 개발이 시작돼 2016년 세계 3번째로 완공됐다.

방사광가속기는 미시세계를 분석하는 거대한 현미경으로서 차세대 에너지, 첨단 반도체, 신약 개발 등 첨단과학 기술 및 산업 분야에서 활용되고 있다.

연구소는 지난해 상반기부터 방사광 이용자에게 밝기가 개선된 XFEL을 제공하고 있는 데, 그 결과에서 초고속 동영상으로 촬영한 단백질 구조의 선명도가 크게 향상된 것도 확인했다.

개선된 XFEL로 분석한 단백질 구조(SASE와 비교). 엑스선 레이저로 구조 분석한 리소좀 단백질. XFEL을 사용한 경우 단백질 구조가 훨씬 뚜렷하게 분석된다. 포항가속기연구소 제공.