알려지지 않은 화학물질 껍질 벗기기: 과학자들은 나머지 99%를 찾고 있습니다

작성자: Pacific Northwest National Laboratory 2023년 8월 27일

에너지부 산하 태평양 북서부 국립 연구소(Pacific Northwest National Laboratory)의 과학자들은 아직 특성화되지 않은 화합물의 99%를 식별하기 위한 새로운 질량 분석 기술을 개발하고 있습니다. 두 개의 고해상도 장비를 결합하여 질병에 대한 잠재적인 치료법을 찾고, 기후 변화에 대처하고, 새로운 화학적 위협을 식별하는 것을 목표로 합니다.

우주에는 수십억 가지의 화학 물질이 넘쳐납니다. 사용할 수 있는 첨단 기술이 풍부함에도 불구하고 연구자들은 이러한 화합물 중 극히 일부, 아마도 약 1%의 분자 구성만을 확인했습니다.

에너지부 산하 태평양 북서부 국립 연구소(PNNL)의 과학자들은 나머지 99%를 목표로 하고 있으며, 알려지지 않은 화합물의 광대한 바다에 대해 더 많은 것을 배울 수 있는 새로운 방법을 만들고 있습니다. 질병 치료법, 기후 변화에 대처하기 위한 새로운 접근 방식, 화학 세계에 숨어 있는 새로운 화학적 또는 생물학적 위협이 있을 수 있습니다.

이 작업은 m/q 또는 "m over q"(질량을 전하로 나눈 값)로 알려진 계획의 일부입니다. 이는 과학자들이 질량 분석계에서 화학적 특성을 측정하는 방법 중 하나를 의미합니다.

m/q 이니셔티브를 이끌고 있는 Thomas Metz는 “지금 당장 우리는 토양에서 샘플을 채취할 수 있는데, 토양 유형에 따라 단 티스푼의 가치에도 수천 개의 화합물이 있을 수 있습니다.”라고 말했습니다. “그리고 우리는 대부분의 화학 구조가 무엇인지 모릅니다. 우리는 거기에 무엇이 있는지 전혀 모릅니다.”

과학자들은 일반적으로 물질을 식별하기 위해 수천 개의 분자에 대한 정보가 포함된 참조 라이브러리에 의존합니다. 연구자들은 토양, 신체 또는 다른 곳에서 샘플을 분류하고 실험적으로 측정한 내용과 도서관에 있는 내용을 비교합니다. 이는 도움이 되지만 과학자들은 예를 들어 화학 공급업체로부터 구매한 표준 화합물 분석을 통해 이전에 본 분자만을 구조적으로 식별하는 것으로 제한됩니다.

Pacific Northwest National Laboratory에서 제작한 SLIM 장치를 사용하는 Adam Hollerbach. 크레딧: 안드레아 스타 | 태평양 북서부 국립 연구소

m/q 과학자들은 아직 확인되지 않은 나머지 99%를 목표로 삼고 있습니다.

최근 개발에서 과학자 Adam Hollerbach가 이끄는 팀은 두 개의 고해상도 장비를 하나의 시스템으로 결합하여 전례 없는 세부 사항으로 분자 크기를 측정했습니다. 이번 연구 결과는 6월 12일 Analytical Chemistry 저널에 온라인으로 게재되었습니다.

이제 과학자들은 한 번의 실험으로 화합물에 대한 몇 가지 중요한 측정을 수행하여 이전보다 더 빠르고 편리하며 정확하게 중요한 정보를 얻을 수 있습니다.

Hollerbach의 기술은 양전하 또는 음전하를 띠는 분자인 이온에 적용됩니다. 이를 통해 질량 분석기를 사용하여 제어하기가 더 쉽고 감지가 가능해졌습니다.

이온을 연구하는 사람들처럼 이온도 서로 구별되는 많은 특징을 가지고 있습니다. 사람의 경우 체중, 머리 색깔, 크기, 모양, 눈 색깔 및 기타 여러 특성을 통해 누가 누구인지 알 수 있습니다. 이온의 경우 식별 특성에는 질량, 모양, 크기, 전하 및 화학적 구성이 포함됩니다. 이는 식별자 역할을 할 뿐만 아니라 관련 분자의 행동에 대한 가이드 역할도 합니다. 예를 들어 질병을 치료하거나 오염 물질을 흡수할 수 있는 잠재력에 대한 단서입니다.

이러한 이해는 미생물이 기후에 미치는 영향을 이해하는 데 중점을 두고 있는 PNNL의 수많은 과학자들의 노력에 도움이 될 것입니다. 미생물은 탄소와 같은 원소를 지구에 중요한 다른 형태로 변환하는 데 핵심적인 역할을 합니다. 지구를 온난화하거나 냉각시키는 데 미치는 영향은 강력합니다. 그러나 과학자들은 배울 것이 많습니다.

“단지 1g의 토양에도 수백만 개의 미생물이 있을 수 있지만 우리는 이들 중 대부분이 누구인지, 무엇을 하는지 모릅니다. 아직 발견해야 할 것이 많이 있습니다.”라고 Metz는 말했습니다. “도전적인 과학의 관점에서 보면, 어떻게 보느냐에 따라 최악의 시나리오일 수도 있고 가장 큰 기회 중 하나일 수도 있습니다.”