한국일보 애틀랜타 전자신문

2020년 11월 3일 (화요일) D10 물리학으로의 초대 지 난 9월하순, 코로나19 바이러스 를 바늘로 100번찔러도 멀쩡하 다는과학기사가각언론에보도된바 있다. 헝가리연구팀의발표 논문을 보 도한이기사들에는코로나바이러스는 미세바늘로 100번을찔러도원래모양 을 유지했고 90도의온도에노출해도 큰 변화가없다는 내용이담겨있었다. 흡사 코로나 바이러스를 바늘로 마구 공격하거나온도를높여도바이러스는 천하무적이라는뉘앙스를주기에충분 한내용들이었다. 그런데 필자에겐 기사의 내용이 좀 이상했다. 아무리 ‘미세 바늘’을 썼다 지만기껏약 80 나노미터 ( 1㎚=10억분 의 1m ) 의직경을 가진 코로나 바이러 스를 바늘로 찔렀다니…궁금증을 참 지 못하고 논문 원본을 확인한 결과, 연구에 사용한 실험기법이 나노역학 ( nanomechanics ) 에서 광범위하 게 사용되는 원자힘 현미경 ( atomic force microscopy, AFM ) 임을알수 있었다. 헝가리연구팀은 AFM을활용 해바이러스의형상과탄성특성을조사 한것이었다. 힘과 변형의물리학 과학자들이미지의대상을연구하는 방법중하나는연구대상에힘을가해 형태를 변형해보는 것이다. 가장 쉬운 예는 스프링이다. 스프링끝에달린물 체에힘을가해스프링을눌러보자. 힘 을 받은 스프링의길이는 줄어든다. 줄 어드는 길이는 가한 힘에비례해서커 진다. 누르는힘이라는 ‘자극’에대해스 프링은 자신의길이를 변형하며‘반응’ 하는 것이다. 가한 힘을 서서히제거하 면스프링은 원래길이로 돌아온다. 힘 을 주면변형되고 힘을없애면원래형 태로 돌아오는 물질의특성을 ‘탄성’이 라한다. 부드러운스프링이라면작은힘을주 어도쉽게변형되지만매우딱딱하고변 형이힘든재질의스프링의경우는힘을 많이주어도 변형되는정도가 작다. 즉 동일한힘을가한상태에서스프링의변 형된 길이를 측정하면 스프링을 구분 할수있는기준이생긴다. 단위길이만 큼스프링을변형하기위해필요한힘을 ‘스프링상수’라부른다.스프링상수가 작을수록더유연하고쉽게변형되는스 프링에해당한다. 이런힘과변형의물리학은스프링에 국한되지않는다. 강철과 같은 다양한 재질들도외부힘에의해변형되는정도 를연구해스프링상수와 비슷한 물성 을구할수있다.이런특성은건축물의 설계를 포함한 다양한 공학 분야에서 필요로 하는 중요한 물성으로서, 설계 의필수요소로활용된다. 그렇다면바 이러스와같은나노물질에도스프링과 비슷한방식의변형을일으켜그들의탄 성특성을연구할수있을까?나노스케 일에서미세물질들의변형을연구하는 분야를나노역학이라한다.이분야에서 유용하게사용되는도구가바로AFM, 즉원자힘현미경이다. 원자힘현미경과 나노역학 빛을이용하는일반광학현미경으로 는약 200㎚보다 작은 구조를 보기힘 들다.이는빛의파장이수 백 ㎚정도로 긴데다가 파동인빛의 퍼 지는 특성 ( 회 절 ) 에기인한다. 따 라서과학자들은 전 자현미경,AFM 등 원자수준까지구분 할수있는분해 능력 을가진실험기법 들을 개 발해나노스케일에서물질들을 연구해 왔 다. AFM의 핵심 부 품 은 캔틸 레버 ( canti l e v er ) 라 불 리는미세한직 사각형 판 과 그 끝에부 착 되어아래로 갈 수록끝이가늘어지는 탐침 이다. 탐침 의끝은보 통곡률 반지 름 이수㎚인 곡 면을이 룬 다. 이제AFM이어 떻 게물체표면의 3차 원형상을 측정하는지비유를 들어설 명 해보자. 앞 을못보는사 람 이 팔 도구 부 릴 수없는 상태로어 떤 물체의형상 을 조사한다고 하자. 물체의이 곳저곳 을더 듬 는경우,구부 릴 수없는 팔때 문 에그 사 람 은 물체의 굴곡 이바 뀔때 마 다 상체를 움 직여표면을 더 듬 어야 한 다. 물체의위 치별굴곡 변화에 따 라조 사자의상체가 움 직이는정도를측정하 면해당 물체의 3차 원형상을 구할 수 있다.여기서조사자의상체를 캔틸레버 , 팔 과 손 을 탐침 에비유하면AFM의원 리를이해할수있다. 탐침 이물체에다가가면표면의원자 들과 탐침 사이에작용하는 힘에의해 탐침 이부 착 된 캔틸레버 가 휘 는데이를 측정하면 탐침 과표면사이의힘을구할 수있다. 굴곡 진물체표면을 따 라 탐침 을 옮 기면위 치별 로 탐침 까지의거리가 달라 져둘 사이의힘도 변하는데,이변 화를 감 지해원래설정된힘이되도록물 체아래의지지대를미세조정, 탐침 과표 면사이의거리를일정하게유지 시킨 다. 상체의 움 직임으로물체형상을알아 낸 것 처럼 지지대의 움 직임은바로물질표 면의 3차 원형상을㎚수준으로나 타낸 다.이를이용하면바이러스의 3차 원형 상도측정할수있다. 물체의탄성은어 떻 게조사할수있을 까. 물체의이 곳저곳 을 손 가 락 으로 눌 러보는 것이한 방법이다. 일정한 힘으 로 누를 때 어 느 정도 변형되는지조사 함으로 써 물체의스프링상수와 탄성 을조사할수있다.생물학에서도AFM 의 탐침 을이용해생체조직에힘을가한 후 대상의변형을측정함으로 써 생체조 직의탄성특성을연구할 수있다.게다 가어 느 정도의힘이주어 져 야생체조직 을이 루 는분자들의결 합 이 깨 지면서 안 정성이 붕괴 되는지도확인할수있다.이 방법은이미여러 종류 의바이러스에대 해적용되어해당바이러스의탄성특성 및 스프링상수 값 이보고된바있다. 코로나바이러스 관련보도의문제점 이제과학기사의내용으로돌아가보 자.헝가리연구팀은코로나바이러스를 단단한표면에생물학적방법으로고정 시킨후 AFM을이용해바이러스의형 태를조사했고바이러스표면에서 튀 어 나온스파이 크 ( 돌기 ) 의수도확인할수 있었다.아 울 러AFM의 탐침 으로코로 나바이러스를눌러반발 력 이작용할 때 , 탐침 이가하는힘과바이러스의변형사 이의 관 계를구해코로나바이러스의스 프링상수를구했다. 이들의연구에 따 르면힘과변형의 관 계에서유도되는 코로나바이러스의스 프링상수는 그 간 연구되어온 바이러 스들중가장작은그 룹 에 속 한다.이는 이바이러스가외부에서가해지는변형 력 에대해매우유연하게반응하며형상 을바 꿀 수있다는것이다.게다가바이 러스를고정한기 판 에 닿 을정도로 탐침 을내 려 바이러스를 크 게변형 시킨후 에 올 리는과정을 100번반 복 하더라도바 이러스가원래의구의형상으로돌아 옴 을 확인했다고 한다.이결과의재현성 이확인된다면외부힘에대한코로나바 이러스의유연성과탄성을 잘 드러내는 연구가 될 것이다.결국AFM의 탐침 을 이용한변형과탄성의측정결과라는과 학적설 명 이 뒷 받 침 되지도않은상 황 에 서바늘로바이러스를찔렀다는설 명 은 독 자들의오해를 불 러일으 킬 무리한비 유에해당한다. 또 한상당수의언론은코로나바이러 스가 90도의온도로 가 열 해도 멀쩡했 다는기조로보도했지만필자 처럼 생물 학에문외한인사 람 도 논문 원문만 확 인하면해당 보도가 논문결과를 잘 못 해 석 한것임을알수있다.연구팀은 90 도의온도에노출된바이러스가원형의 형태는유지했으나스파이 크 단 백 질의 다수를 잃 어 버렸 기에비활성화 됐 을것 이라결론내리고있다. 결국 9월 말 각 종 언론에보도된 코 로나바이러스의 안 정성에대한 기사는 매우성 급 하고성의없는 보도 였 다. 아 울 러이연구 결과를 논의할 때 주의해 야할 점 은해당논문이아직동 료평 가 ( peer re v ie w ) 를거 치 지않 았 다는 점 이다. 과학계에서논문을 발표할 때 는 반드 시 해당분야 전 문가들의 엄 정한 심 사를거 친 다. 심 지어그것이대가라 손꼽 히는 유 명 학자 의논문일지라도비 판 과 검 증의대상에서는예외가아니다.이를 통 해연구 방법과결과의정확성 등 다 양한측면에대한 검 증이끝나야신 뢰 성 있는 결과로 학계에유 통 된다. 게다가 동 료평 가가끝나정식으로출 판 되더라 도결과의재현성에문제가생기면해당 논문이철 회 되기도 한다. 모든 결과와 이론이 끊 임없는 회 의와 검 증의대상이 라는 점 은과학 활동의본질적 속 성중 하나다. 새 로운내용을 시 의성있게 전 달하는 것이언론의사 명 중하나지만 검 증되기 전 의연구결과가 선 정적인제 목 과부정 확한 내용으로 보도되면 독 자들은이 를오도하게된다. 전 문가적 견 해를바 탕 으로 엄밀 성을 추 구하는 과학 기사 가늘어나길기원한다. 코로나바이러스를전자현미경으로찍은모습. ● 위키피디아 고재현 한림대나노융합스쿨교수 지난달헝가리연구팀논문인용 국내언론앞다퉈보도했지만 과학적설명뒷받침안된무리수 원자힘현미경의탐침이용 코로나변형^탄성측정결과일뿐 90도온도에서형태유지는 ‘고온에도멀쩡’으로잘못해석 원자힘현미경의구성도 레이저 광센서 샘플표면 검출기와 피드백회로 캔틸레버와탐침 ● 자료 위키피디아 탐침밑에 코로나 바이러스가 놓인다 탐침의 이동방향 코로나19 바이러스바늘로찔러도멀쩡하다고?