[DEBUG-WINDOW 처리영역 보기]
즐겨찾기  |  뉴스레터  |  오늘의 정보 회원가입   로그인
BRIC홈 동향
설문조사
스폰서배너광고 안내  배너1 배너2 배너3 배너4
전체보기 Bio통신원 Bio통계 BRIC View BRIC이만난사람들 웹진(BioWave)
목록
조회 8917  인쇄하기 주소복사 트위터 공유 페이스북 공유 
바이오통신원   
[바이오토픽] 2018 노벨물리학상: 레이저를 생명과학 도구로 이용한 과학자 트리오
생명과학 양병찬 (2018-10-04 10:21)

왼쪽부터 도나 스트릭랜드, 제라르 모로우, 아서 애슈킨
왼쪽부터 도나 스트릭랜드, 제라르 모로우, 아서 애슈킨(출처: The Indian Express)

개요

세 명의 과학자들이 강력한 빔(beam)을 이용하여 초고속 과정을 포착하고 미세한 물체를 조작한 공로를 인정받아 2018 노벨물리학상을 수상했다. 수상자들 중에는 도나 스트릭랜드가 포함되어 있는데, 그는 55년 만에 처음으로 노벨물리학상을 수상한 여성이다. 10월 1일 아침, [바이오토픽]에서는 "만약 이번 주에 여성이 노벨물리학상을 받는다면, 그건 50여 년 만에 처음일 것이다"라고 했는데, 말이 씨가 될 줄이야(참고 1)...

캐나다 워털루 대학교의 스트릭랜드는 스승 제라르 모로우(現 파리 에콜 폴리테크니크)와 함께 노벨상의 절반을 다시 1/2씩 나눠 갖게 된다. 나머지 절반은 미국 뉴저지 주 홀름델 소재 벨연구소의 아서 애슈킨에게 돌아갔다. 노벨상의 상금은 단독으로 수상할 경우 1백만 달러이므로, 세 사람에게 각각 25만 달러, 25만 달러, 50만 달러가 수여된다.

먼저, 스트릭랜드와 모로우는 사상 최고로 짧고 강력한 광선 파동(pulses of light)을 만드는 방법을 개척했다. 이 기술은 현재 모든 과학 분야에서 (종전에는 찰나적인 것처럼 보였던) 다양한 과정들을 규명하는 데 사용되고 있다. 일례로, 레이저 시력교정 수술(laser eye surger)이나 원자에서 전자의 운동을 들 수 있다.

다음으로, 애슈킨은 광학족집게(optical tweezer; 참고 2)를 개발한 개척자인데, 광학족집게란 바이러스나 세포와 같은 미시적 물체를 움켜쥐고 제어할 수 있는 레이저빔을 말한다.

"사람들은 처음에 그걸 미쳤다고 생각했는데, 내 첫생각도 그랬다." 스트릭랜드는 10월 2일 발표한 수상소감에서 이렇게 말했다. "사실, 새로운 것이 발견되면 누구나 진위여부를 의심하기 마련이다."

선구적인 연구

노벨물리학상을 수여하는 스웨덴 왕립과학아카데미가 배포한 보도 자료에 따르면(참고 3), "수상자들의 연구결과가 응용될 수 있는 방안은 아직 완전히 밝혀지지 않았다. 그러나 그들의 경탄할 만한 발명은 우리로 하여금 지금 당장이라도 마이크로세계를 헤집고 다니게 해 준다. 그것은 '인류에게 가장 큰 혜택을 베푼다'는 알프레드 노벨의 박애정신과 부합한다."

스트릭랜드는 마리 퀴리(1903), 마리아 괴퍼트 메이어(1963)에 이어 세 번째로 노벨물리학상을 수상한 여성이다.

"나는 더 이상의 여성 수상자가 나오지 않을지도 모른다고 생각했다." 스트릭랜드는 사상 세 번째 여성 노벨물리학상 수상자가 된 소감을 이렇게 말했다. "분명히 말하지만, 우리는 여성 물리학자들을 올바로 평가해야 한다. 왜냐하면 그녀들이 거기에 있기 때문이다. 그리고 빠른 시일 내에 더 많은 여성들이 노벨물리학상을 수상하기 바란다. 내가 그런 여성 중 하나가 되었다니, 몸 둘 바를 모르겠다. 무한한 영광으로 생각한다."

"우리는 더 많은 여성 과학자들이 지명되도록 하기 위해 다양한 조치를 취하고 있다. 왜냐하면 우수한 과학자를 한 명이라도 놓치는 것을 바라지 않기 때문이다"라고 스웨덴 왕립과학아카데미의 사무총장 괴란 K. 한손은 말했다. 그러나 아카데미의 조치가 2018 노벨물리학상에 영향을 미친 것은 아니라고 한다. "이것만 기억해주기 바란다. 노벨상은 발견(discovery)과 발명(invention)에 주어지며, 노벨상을 받는 사람은 인류에 큰 기여를 한 것으로 인정된다. 수상자들이 노벨상을 받는 것은 바로 그 때문이다."

시간을 잡아 늘이다

수명이 짧은 레이저 펄스(short-lived laser pulse)는 과학자들로 하여금 한 번의 심장박동 과정을 엿볼 수 있게 해 준다. 그러나 스트릭랜드와 모로우가 혁명적 기법을 개발하기 전에는, 그런 레이저 펄스의 용도가 제한적이었다. 왜냐하면 강력한 힘이 (그런 레이저 펄스를 만드는 데 필요한) 증폭기를 파괴할 위험이 있기 때문이다.

그들의 획기적인 점은, 격자(grating)를 이용하여 레이저 빔 펄스의 시간을 잡아 늘였다는 데 있다. 그렇게 되면 광선의 힘이 줄어들므로, 펄스를 압축하여 짧고 강력한 빔으로 되돌릴 때까지 전통적인 증폭기가 사용될 수 있다는 것을 의미한다. 이러한 과정을 처프펄스증폭(CPA: chirped pulse amplification)이라고 한다.

스트릭랜드가 1985년 박사학위 논문에서 개괄적으로 제시한 독창적 방법 덕분에(그것은 그녀의 첫 번째 과학논문이었다; 참고 4), 오늘날 과학자들은 아토초(1백경분의 1초) 규모의 레이저 펄스를 만들 수 있게 되었다. 1초당 훨씬 더 많은 프레임을 포착하는 초고속 비디오카메라처럼, 그러한 펄스는 신속하게 진행되는 과정(예: 광합성의 화학)을 연구하는 데 사용될 수 있다. 더욱이 '찰나적인 펄스'는 '좀 더 긴 펄스'보다 손상을 덜 야기하므로, 초단광펄스(ultra-short light pulse)는 레이저 시력교정 수술뿐만 아니라, 데이터 저장 물질에 (보다 효율적인 메모리를 가능케 하는) 매우 예리한 구멍을 뚫는 데도 사용될 수 있다.


☞ Vox(참고 5)

"스트릭랜드와 모로우의 CPA는 '기초과학 발전'은 물론 '과학기술 발달'을 위해서도 획기적인 업적이다. 노벨상은 발견이나 발명에 주어지는데. CPA는 발견과 발명을 잇는 가교라고 할 수 있다"라고 프랑스 프랑슈-콩테 대학교의 존 두들리(광물리)는 말했다.

"두 사람은 상아탑에만 머물지 않았다. 특히 모로우는 엘라이(ELI: Extreme Light Infrastructure)의 추진세력으로 활동해 왔다"라고 두들리는 덧붙였다." ELI란 체코 힐라세(HiLASE)에서 생산되는 세계적 수준의 레이저 빔을 공급받는 레이저 빔 이용자 연구시설이다.


☞ Vox(참고 5)

모로우는 박식가(polymath)로서, 음악을 작곡하는가 하면 광범위한 인문학적 소양을 보유하고 있다.

스트릭랜드가 대학원생 때 수행한 연구의 공로를 인정받았다는 것은 특히 중요하다. 이는 조슬린 벨 버넬의 사례와 극명하게 대조된다. 버넬은 펄사(pulsar)를 발견한 천체물리학자이지만, 1974년 그녀의 지도교수가 노벨물리학상을 공동수상했을 때 패싱되었다(참고 6). "노벨위원회가 학계의 여론과 '당시의 결정에 대한 부정적 반응'에 귀를 기울인 것은 환영할 만한 일이다"라고 두들리는 말했다.

미세한 손가락

애슈킨은 아흔여섯 살의 나이에 노벨상을 받음으로써 최고령 수상자 기록을 경신했다. 그에게 노벨상을 안겨준 연구는 1960년 레이저가 발명된 직후 시작되었다. 레이저는 미세한 물체에 약한 압력을 가하는데, 애슈킨은 '이것을 이용하면 물체에 손상을 주지 않고 조작할 수 있겠다'는 생각이 들었다. 그는 1960년대에 마이크로미터 크기의 구(球)를 이용한 실험에서, 입자들이 광선의 빔에서 강도가 가장 높은 곳으로 몰린다는 사실을 입증했다. 이는 레이저 빔으로 하여금 물체를 잡고/공중에 띄우고/움직이게 하는 방법으로 이어졌다. 애슈킨은 이러한 고집중 레이저 손가락(highly focused laser finger)이 세균, 바이러스, 살아있는 세포를 움켜쥘 수 있음을 발견했다.


☞ Vox(참고 5)

"나는 매우 흥분했다. 그분은 매우 멋진 사나이다"라고 영국 글래스고 대학교의 마일스 파젯(광물리학)는 말했다.

애슈킨의 발명은 보편적으로 인정되는 영향력을 행사했으며, 특히 생물물리학(biophysics) 분야에서 그러했다. 오늘날 광학족집게는 수많은 응용분야에서 사용된다. 감염된 혈액세포에서 건강한 혈액세포를 분리해 낸다든지, 나노 수준의 물질을 가공한다든지...

파젯은 애슈킨이 광학족집게 기술을 지속적으로 개량하여 장비를 단순화한 과정을 높이 평가한다. "사소한 어려움을 핑계로 뭔가를 포기하는 사람들을 볼 때마다 나는 감탄을 금치 못한다. 애슈킨은 어떠한 어려움에도 굴하지 않고, 광학족집게를 지속적으로 개량해오지 않았던가!"

파젯을 비롯한 광학족집게 분야의 많은 사람들은 '1997년 노벨상이 애슈킨을 비켜갔다'고 생각했다. 관련분야의 스티븐 추가 노벨물리학상을 받았기 때문이다. "말하자면, 나는 그의 노벨상 수상이 물 건너갔다고 생각했었다"라고 그는 말했다.


☞ Phys.org(참고 7)

※ 참고문헌
1. http://www.ibric.org/myboard/read.php?Board=news&id=298099&SOURCE=6
2. https://www.nature.com/articles/nature01935
3. https://www.nobelprize.org/uploads/2018/10/press-physics2018.pdf
4. Strickland, D. & Mourou, G. Opt. Commun. 56, 219 (1985); https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/0030401885901208?via%3Dihub
5. https://www.vox.com/science-and-health/2018/10/2/17927356/nobel-prize-2018-physics-woman-laser-optical-tweezer-chirped-pulse-amplification
6. https://www.nature.com/articles/d41586-018-06210-w
7. https://phys.org/news/2018-10-tools-nobel-winning-laser-science.html

※ 출처: Nature 562, 20 (2018) https://www.nature.com/articles/d41586-018-06752-z

  추천 0
  
인쇄하기 주소복사 트위터 공유 페이스북 공유 
  
양병찬 (약사, 번역가)
서울대학교 경영학과와 동대학원을 졸업하고, 은행, 증권사, 대기업 기획조정실 등에서 일하다가, 진로를 바꿔 중앙대학교 약학대학을 졸업하고 약사면허를 취득한 이색경력의 소유자다. 현재 서울 구로구에서 거주하며 낮에는 약사로, 밤에는 전문 번역가와 과학 리포터로 활발하게 활동하...
다른 연재기사 보기 전체보기 >
[바이오토픽] 알츠하이머병의 전염 가능성 재차 확인
신경과학자들은 "특정한 조건에서, 신경퇴행질환(neurodegenerative disease)의 전형적 특징인 '끈끈한 단백질'이 사람 사이를 이동할 수 있으며, 수취인의 뇌를 손상시킬 수 있다(참고 2)"는 가설에...
[바이오토픽] 아기의 유전자 편집, 여러 가지 형질에 영향 미칠 수 있어
HIV에 대한 저항성 때문에 겨냥했던 CCR5 유전자는 다른 감염병의 중증도(severity)와도 관련되며, 생쥐의 학습능력에도 관여하는 것으로 밝혀진 바 있다. 중국의 과학자 허 지안쿠이(贺建奎)...
[바이오토픽] '기억된다'는 것과 '잊혀진다'는 것에 대하여
세상의 관심은 수학법칙에 따라 사그러든다. 즉, 대중음악에서부터 테니스 스타에 이르기까지, 사회가 뭔가를 망각하는 방식은 대상과 무관하게 보편적이다.
본 기사는 네티즌에 의해 작성되었거나 기관에서 작성된 보도자료로, BRIC의 입장이 아님을 밝힙니다. 또한 내용 중 개인에게 중요하다고 생각되는 부분은 사실확인을 꼭 하시기 바랍니다. [기사 오류 신고하기]
 
  댓글 0
등록
포스텍 I-BIO
최근 관련 뉴스
위로가기
동향 홈  |  동향FAQ  |  동향 문의 및 제안
 |  BRIC소개  |  이용안내  |  이용약관  |  개인정보처리방침  |  이메일무단수집거부
Copyright © BRIC. All rights reserved.  |  문의 member@ibric.org
트위터 트위터    페이스북 페이스북    RSS서비스 RSS
머크