동위원소 연구의 새 지평을 여는 유럽입자물리학연구소(CERN)

[미래부특별취재단, 아시아경제 노미란 기자]스위스 제네바 외곽의 메랭 지역에 위치한 유럽입자물리학연구소(CERN). 24일(현지시간) 취재단이 찾은 CERN의 핵물리학 관련 연구시설인 ISOLDE(이졸데)는 2019년 대전 국제과학비즈니스벨트에 들어설 예정인 중이온가속기 ‘라온’과 규모나 연구 목표 등에서 비슷한 점이 많았다. 적은 예산으로 핵물리학의 기초가 되는 연구에서부터 산업적 응용까지 다양한 연구를 동시에 수행할 수 있다.

ISOLDE는 동위원소를 실시간으로 검출하는 장치다. CERN의 선형 가속기 가운데 하나인 리낙2(Linac2)로부터 양성자를 받아 이온들과 충돌시켜 동위원소를 생산하고, 이를 검출함으로써 생산된 동위원소의 특성을 파악할 수 있다.

동위원소는 핵을 구성하는 양성자의 수는 동일하지만 중성자 수에서 차이가 나는 원소를 일컫는다. 하나의 원소에도 수십 개의 동위원소가 존재할 수 있다.ISOLDE 연구팀은 CERN 전체에서 생성된 양성자의 절반을 가져다 쓰는 대신 전 세계에서 가장 다양한 동위원소를 만들어 내고 있다. 연구팀은 지금까지 70여개 원소(element)에서 700여개의 동위원소(핵종)를 찾아냈다.

스페인 출신의 연구책임자인 마리아 보르지 박사는 “동위원소에 대한 연구결과는 새로운 물질의 연구나 암 치료, 생명과학 등에 응용할 수 있다”고 말했다.

이곳에서 진행되는 연구는 천체물리학과도 연결된다. 우주의 중성자별에는 아연 동위원소 중에서도 Zn-82가 풍부한 것으로 파악되고 있다. 아연의 동위원소는 분리하기 까다롭다고 알려졌지만 ISOLDE연구팀이 체로 걸러내듯이 따로 분리해 개별 특성을 연구하고 있다. 핵 속의 양성자와 중성자 숫자가 달라질 때 어떤 특성을 갖는지를 파악하고 있다.

연구팀에서는 공처럼 생긴 원자핵이 아닌 서양 배(pear) 모양의 원자핵을 가진 동위원소를 찾는 연구도 진행하고 있다. 연구팀은 라듐(Ra-224)이나 라돈(Rn-220) 등에서 이처럼 특이한 모양의 원자핵을 찾아냈다.

생명과학과 관련된 연구도 진행하고 있다. 암 진단을 위해 무당개구리에서 봄베진(bomesin)이란 펩타이드(짧은 단백질)를 추출해내고, 여기에 방사성 동위원소를 부착한 뒤 이를 환자에게 주사하는 방식을 연구 중이다. 밤베진이 암세포를 찾아내 달라붙으면 방사성 동위원소가 내는 방사선을 PET(양전자단층촬영)로 촬영해 암세포의 위치, 크기 등을 파악하게 된다. 암진단에 사용되는 방사성 동위원소는 단백질(펩타이드)에 잘 붙어야 하고, 반감기가 너무 길지도 짧지도 않아야 한다.

스토라 박사는 “방사성 동위원소를 활용한 암치료 방법은 앞으로 스위스 제네바대학 등과 공동연구를 진행할 예정”이라며 “의약품으로 개발하기 위한 임상단계별로 적절한 외부기관과 협력하게 된다”고 덧붙였다.