매우 작은 힘을 측정할 수 있는 세계에서 가장 작은 센서 World's smallest sensor measures growth force of plants, animals and humans

매우 작은 힘을 측정할 수 있는 세계에서 가장 작은 센서  

World's smallest sensor measures growth force of plants, animals and humans

   네덜란드 바헤닝언 대학(Wageningen University & Research)의 연구진은 아주 작은 힘을 시각화할 수 있는 새로운 센서를 개발했다. 레이저 기술과 화학적 지식이 결합된 이 센서는 한 알의 모래가 사람의 어깨를 누르는 힘을 측정할 수 있다.

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분자에 작용한 약한 기계적 힘은 다양한 화학적 및 물리적 과정을 제어한다. 이러한 힘의 공간적 비균일성은 연질 및 생물학적 재료의 구조 및 역학에 큰 영향을 끼친다. 이번 연구진은 센서 역할을 하는 반도체성 폴리머를 광학과 결합시킴으로써 단일 분자의 힘을 감지할 수 있었다.

세포 속의 분자와 같은 매우 작은 것들은 너무 작아서 기존의 측정 장비로는 힘의 정도를 전혀 측정할 수 없다. 이번 연구진은 나노 측정 장치를 개발해서 분자 수준의 힘을 탐지하는데 성공했다.

1 개의 분자는 100 펨토뉴톤(femtoNewton)의 해상도를 가져야 측정할 수 있다. 이것은 0.000,000,000,001 뉴턴에 해당한다. 분자는 믿을 수 없을 정도로 작다. 따라서 1 나노미터의 분자가 누르는 힘은 매우 작아서 측정하는 것이 불가능했다. 이번 연구진은 레이저를 이용해서 이것을 측정할 수 있는 새로운 기술을 개발했다.

이 새로운 측정 방법은 식물, 동물, 인간의 살아있는 세포에서 발생하는 분자 수준의 힘에 대해서 새로운 통찰력을 제공할 것이다. 예를 들어, 식물 세포의 배아 발달에서, 매우 작은 힘이 세포 분열 시기와 방향을 결정한다는 것을 알 수 있을 것이다. 장기적으로 이러한 센서는 특정 질병을 예방하는데 적용될 수 있을 것이다.

이번 연구는 300 fN의 해상도에서 그래이스케일(grayscale) 힘을 검출할 수 있었다. 이 방법은 전례 없는 해상도로 분자 역학을 조사하고 정량화할 수 있는 새로운 길을 열어줄 수 있을 것이다.

이 연구결과는 저널 Chem에 “Light from within: Sensing Weak Strains and FemtoNewton Forces in Single Molecules” 라는 제목으로 게재되었다(https://doi.org/10.1016/j.chempr.2017.12.016).

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