동시 형광법을 이용한 형광 단분자의 나노미터 스케일 3차원 위치 측정

Abstract

본 연구는 형광 측정법을 이용하여 단일 형광 나노입자의 3차원 나노미터 스케일 위치 측정 시스템 개발이 목표이고, 구체적으로는 공간 분해능 수 nm, 시간 분해능 수 십 msec 이하로 측정하는 것이다. 이를 위해 시스템이 비교적 간단한 동시 형광법을 이용하여 형광입자의 3차원 위치를 측정하는 방법을 제안하고 이 방법에 대한 이론적인 측정 정확도를 예측한다. 또 실험을 통해 3차원 위치 측정 오차를 정량적으로 분석한다. 동시 형광법을 사용한 이유는 시스템이 간단하여 일반적인 광학 현미경에서도 구현 가능하고, 기존의 공초점 현미경의 강한 레이저 광원의 출력으로 인해 생체분자에 생기는 열 손상을 줄이며, 전반사 형광 현미경의 단점인 좁은 관찰 영역과 3차원 영상 추출의 제약을 해결하고, 스캐닝 필요 없이 한 장의 형광 이미지로부터 형광 입자의 3차원 위치를 측정하기 위함이다. 이 기술의 적용 예로 최근 단일 생체분자의 조작 및 기계적 특성 분석을 위한 나노 소재로 각광 받고 있는 탄소나노튜브(CNT, Carbon Nano-Tube) 끝단에 형광 나노입자를 부착시키고, 정전기력을 이용하여 탄소나노튜브에 굽힘 변위를 가하고 본 형광 측정법을 이용하여 나노조작 과정을 모니터링 한다. 이렇게 제작된 나노튜브 캔틸레버와 본 측정법이 결합하여 기존에는 측정할 수 없었던 극미세 힘(수 pN 정도) 측정 센서로 사용될 수 있음을 보이고 최소 힘측정 분해능을 계산한다. 또한 나노 스테이지를 이용하여 생체분자의 3차원 운동을 모사하고 이를 본 연구에서 제안한 방법으로 측정함으로써 생체분자의 3차원 운동 궤적 측정이 가능함을 보인다. ■ 형광 나노입자의 2차원 위치측정 · 평면에서 단일 형광입자의 위치측정 오차 분석 · 실험을 통한 나노미터 스케일 위치측정 오차 검증 · 평면에서 형광입자의 위치 측정 응용 : 나노 캔틸레버 굽힘변위 측정 ■ 형광 나노입자의 수직 방향 위치측정 방법 제안 · 광축 방향 변위에 따른 형광의 세기 분포 모델링 · 형광 이미지 분석을 통한 광축 방향 위치 측정법 제안 · 형광입자의 수직 방향 위치측정 오차 분석 ■ 생체 단분자의 3차원 운동 분석 가능성 검증 · 생체 단분자의 3차원 운동 모사 · 생체 단분자에 대한 3차원 운동 궤적 측정 가능성 검증``