권두언│새로운 시대의 창의적 연구 문화 : 집중에서 협업과 분산으로 권면 (국가핵융합연구소)

특집│포항가속기연구소 10A Nanoscopy 빔라인 김봉수 (포항가속기연구소)

밝은빛이용 우수연구논문

- 원핵생물에서 SMC-kleisin 복합체의 비대칭적 구조 신호철, 오병하 (한국과학기술원)

- Ag와 Au nanoparticle에 대한 전하 선택적 SERS 특성 연구 박정희 (고려대학교)

- 리포좀과 탄소나노튜브의 정전기적 상호작용을 이용한 자기조립 탄소나노튜브 초구조체 제조 연구 김태환 (한국원자력연구원), 최성민 (한국과학기술원)

- Cr 도핑에 의한 Li4Ti5O12의 이례적인 구조적 무질서도 감소 및 전지 성능 향상에 관한 연구 송한나, 김용태 (부산대학교)

- HIV-1 추출 펩타이드의 세포막 투과 메카니즘의 모델 신관우 (서강대학교)

VOL.20/NO.1/Spring 2013

35

밝은빛 제언

1995년 포항가속기연구소가 이용

자 지원을 개시한지도 20년이 되어

가고 PLS-II 성능향상으로 개선된

빔을 성공적으로 이용자에게 제공한

것도 1년 가까이 되었다. 그동안 포

항가속기연구소는 국내 유일의 방사

광가속기로써 수 없이 많은 연구자

들에게 안정된 빔을 제공함으로써

국내 최대 거대과학설비로써의 역할

을 훌륭하게 수행해왔다고 생각된

다. 국내에서 도출되는 우수 연구성

과의 많은 부분을 포항가속기연구소

가 담당하여 왔으며 이제는 포항방

사광가속기가 없는 한국 첨단과학은

상상할 수도 없다는 것은 누구도 부

정할 수 없는 한국 과학계의 일반화

된 상식이 되었다.

특히, 구조생물학 연구분야는

2000년 이용자지원을 시작한 이후

눈부신 발전을 거듭하였다. 이용자

지원을 시작할 당시에 약 7개 그룹

에 지나지 않던 이용자그룹 수가 10

배 정도 증가하여 지금은 70개 그룹

에 육박할 정도로 그 그룹수가 증가

하였으며 그 동안 수 없이 많은 우수

연구결과도 도출하였다. Cell, Natu

re, Science를 포함 세계적 최고 우

수논문에 많은 연구결과를 게재함으

로써 국내 생명공학 연구계 전체에

서 구조생물학 분야가 차지하는 비

중 또한 비약적인 발전을 하였다.

이러한 국내 구조생물학 분야의

발전은 포항가속기연구소의 단백질

결정학빔라인의 발전과 그 맥을 같

이하고 있다. 초기 1기의 휨자석 빔

라인에서 시작하여 지금은 2기의 삽

입장치 단백질결정학 전용빔라인이

이용자지원에 사용되고 있으며, 소

분자 결정학 전용빔라인으로 1기의

휨자석 빔라인이 따로 운영되고 있

다. 또한 2013년부터는 1기의 삽입

장치 빔라인의 건설이 시작될 예정

이며 이는 국내 구조생물학 이용자

의 증가하는 양질의 엑스선에 대한

요구를 충족하고 구조생물학 분야의

계속적인 발전을 견인할 중요한 설

비가 될 것으로 기대된다.

이러한 포항가속기연구소 단백질

결정학 빔라인의 비약적인 발전 및

그 역할증대에도 불구하고 새로이

대두되는 이용자들의 다양한 요구를

충족하고 세계 최고 수준의 단백질

결정학 빔라인으로 발전해 가기위해

서 필요한 몇 가지 부분을 다음과 같

이 제언 드리고자 한다.

먼저, 보다 작고 강한 엑스선에 대

한 요구이다. 현재 포항가속기연구

소는 PLS-II 성능향상 사업의 성공

적인 수행으로 이전 빔라인에 비해

매우 향상된 성능을 보여주고 있다.

증강된 에너지나 작아진 이미턴스

등 저장링의 성능향상뿐만 아니라 2

기의 진공언듈레이터 빔라인으로 새

로이 설치됨으로써 이전의 약 500

마이크로미터 이상 크기의 엑스선을

잘라서 사용하던 것이 지금은 200

× 80 마이크로미터 정도의 작은 엑

스선의 인출이 가능해졌다. 이러한

양질의 엑스선은 이전에 불가능했던

실험들을 가능하게 하고 양질의 실

험데이터를 얻을 수 있게 해주었다.

하지만 구조생물학자들이 연구방향

이 거대복합단백질을 포함하는 보

다 어려운 실험들을 시도하고 있기

때문에 성장시킬 수 있는 결정의 크

기가 매우 작고 엑스선회절력이 약

한 시료들을 대상으로 하는 실험들

이 증가하고 있다. 이러한 실험들은

보다 작고 강한 엑스선의 인출을 요

구하고 있다. 세계 첨단 빔라인에서

운영하는 엑스선의 크기가 10 마이

크로미터 정도인 것을 감안하면 포

항가속기연구소에서 새로이 건설되

는 진공 언듈레이터 빔라인인 경우

인출되는 엑스선의 크기가 적어도

10~30 마이크로미터 정도는 되어야

할 것으로 여겨진다.

구조생물학의 지속적인 발전을 위한 빔라인의 역할

김 경 진 (경북대학교)

36 │방사광과학과기술│

밝은빛 제언

인출되는 엑스선의 크기와 동시

에 개선되어야할 부분은 회절기의

정밀도이다. 현재 포항가속기 단백

질결정학 빔라인에서 사용하고 있

는 회절기는 이전의 상대적으로 큰

엑스선에 적합하게 제작된 것이며

엑스선의 크기가 작아지고 세기가

강한 엑스선에서 사용하기에는 한

계가 있다. 엑스선의 크기가 작아지

면 작은 엑스선에 결정의 회전축을

섬세하게 정렬하는 것이 요구되며

특히 결정의 크기가 작은 경우에는

결정의 회전축이 마이크로미터 단

위 내에서 정밀하게 움직이는 것이

필요하다. 또한 작은 엑스선에서는

미세한 엑스선의 움직임을 관측하

고 이러한 움직임에 따라 미세하게

빔을 정렬할 수 있는 장치 또한 필

요하게 된다. 더하여 엑스선의 세기

가 강해지면 1장의 회절이미지를 얻

기 위해 필요한 엑스선 노출시간이

매우 작아진다. 이 경우 각 회절이

미지 마다 일정량의 엑스선을 노출

시키는 것이 전체 회절데이터의 질

을 높이는데 반드시 필요하며 이를

위해서는 정밀도가 높은 셔터의 사

용이 선행되어야 한다. 이러한 점들

을 감안하면 작고 강한 엑스선의 인

출과 더불어 향상된 엑스선을 유용

하게 사용하고 실험 성공률을 높이

기위해서는 회절기를 포함하는 부대

장치가 고정밀도로 개선되어야 할

것으로 생각된다.

개선된 빔라인의 효율을 극대화

하기 위해 또 한 가지 고려되어야

할 부분이 엑스선회절 데이터 획득

과 중극속을 이용하여 엑스선 흡수

를 측정하는 실험 등을 포함하여 빔

라인에서 이용자들이 실험을 수행하

는데 사용하는 프로그램의 보완이

다. 구조생물학 분야 이용자들은 연

구의 특성상 복잡하지만 잘 정렬된

실험설비를 이용하여 반복적인 실험

을 수행하기 때문에 빔라인에서의

실험을 안전하고 편리하며 효율적

으로 수행하기 위한 이용자 친화 프

로그램이 절실히 요구된다. 이러한

이유로 미국이나 유럽, 일본 가속기

의 단백질결정학 빔라인에서는 자체

적으로 개발한 통합 프로그램을 사

용하고 있다. 현재 포항가속기연구

소 단백질결정학 빔라인에서도 자체

적으로 개발된 프로그램을 사용하고

있긴 하지만 전체적으로 통합되어있

지 않고 일부 프로그램은 매우 불안

정하게 돌아가기 때문에 이용자들은

가끔 실험에 불편함을 느끼고 있는

실정이다. 따라서 위에서 제언한 양

질의 엑스선과 고정밀도의 실험장치

를 안정적으로 운영하고 빔라인에서

의 실험효율을 극대화하기위한 운영

프로그램의 보완이 필요하다고 생각

된다.

현재 운영되고 있는 포항가속기

연구소 단백질결정학 빔라인은 그동

안 포항가속기연구소의 노력과 투자

에 힘입어 세계 최고수준에 근접한

수준으로 발전하였다. 그 노력의 대

가로 국내 구조생물학 이용자들이

좋은 결과를 내고 이 분야가 계속적

으로 발전할 수 있는 초석이 되었다

고 확신한다. 이러한 발전을 지속시

키고 세계 최고수준의 빔라인이 되

기 위해서는 가속기연구소와 구조생

물학 이용자들의 다 방면에서의 상

호 협력이 반드시 필요하다. 포항가

속기연구소와 단백질결정학 빔라인

이 ‘한국 첨단과학의 심장’의로서

의 역할을 계속할 수 있기를 바라면

서 짧은 제언의 글을 마친다.

―저 자 약 력

김경진 교수는 1999년 일리노

이공대에서 박사학위를 받고,

Advanced Photon Source와 포

항가속기연구소에서 연구활동을

하였으며 현재 경북대학교 생명

과학부에 재직 중이다.

kkim@knu.ac.kr