익숙한 형광의 기묘한 능력…그 빛으로 암 쫓는 윤주영

형광(螢光)은 흔하다. 머리 위엔 형광등이 켜져 있고, 책상 위엔 형광펜이 놓여 있다. 콘서트장에서 흔드는 야광봉이나 경찰이 입는 조끼, 야광 시계에도 형광이 들어간다.

원리는 잘 모르지만 자주 쓰는 형광. 단지 아름다운 빛을 내기 위한 기술만이 아니다. 형광으로 눈에 보이지 않는 것을 찾아내고, 나아가 암세포까지 찾아 치료까지 하려는 연구자가 있다. 바로 윤주영(59) 이화여대 화학·나노과학과 석좌교수다.

윤 교수는 2014년부터 9년 연속으로 HCR(Highly Cited Researchers)에 선정됐다. 글로벌 학술기관 클래리베이트 애널리틱스가 매년 선정하는 HCR은 각 분야에서 세계 상위 0.1%의 영향력을 가진 학자를 뜻한다. 2014년부터 HCR 리스트를 발표했으니 윤 교수는 첫해부터 지금까지 한 해도 빼놓지 않고 0.1%의 석학으로 이름을 올린 셈이다.

이화여대 연구실에서 만난 윤 교수는 “정말로 대단한 게 없는 사람이라 사실 인터뷰를 거절하려고 했다”며 머리를 긁적였다. 으레 건네는 겸손의 말이려니 생각했지만, 수시로 “너무 대단한 사람처럼 쓰지 말아 달라”고 부탁했다.

그는 스스로를 낮췄지만, 9년간 세계 최고의 학자 중 하나로 꼽혀 온 것 또한 사실이다. 과연 무엇이 자칭 ‘대단하지 않은 사람’을 세계 정상급의 석학으로 만들었을까.

원하는 물질만 형광으로 검출한다

흔하게 형광을 접하지만 원리는 잘 모릅니다.

모든 물질이 색을 갖는 것은 그 물질을 이루는 분자의 특성 때문이죠. 가시광선 삼원색은 빨강·초록·파랑인데, 만약 분자가 초록색을 흡수하고 나머지를 반사시키면 빨강·파랑이 섞인 자홍색으로 보이겠죠. 그런데 형광 물질은 에너지를 흡수한 뒤 자기 고유의 빛을 냅니다. 형광 분자는 힘이 넘치기 때문에 에너지를 받으면 원자가 ‘들뜬 상태(Excited state)’로 올라가고, 그다음 ‘바닥 상태’로 내려오면서 에너지를 내놓는데, 그걸 형광색으로 우리가 보게 돼요.

다시 말하면, 다른 색에 비해 형광색이 눈에 띄고 밝게 보이는 이유는 흡수한 빛 에너지 일부를 다시 빛으로 뿜어내기 때문이다. 뜨겁게 달궈져야 빛을 내는 다른 물질과 달리 형광은 열 없이도 빛을 낸다.

지진 발생 시 사용하는 야광봉. 연합뉴스

예를 들면 어떤 게 있을까요. 

아이들이 붙이는 야광 스티커가 빛 에너지를 충분히 흡수하면 들뜬 상태가 되고, 불을 끄면 바닥으로 내려오면서 형광을 내죠. 빛 에너지가 충분치 않았다면 형광이 안 나오고요. 반딧불이나 해파리는 생물 안에서 화학에너지에 의해 들뜬 상태로 갔다가 내려오며 빛을 내죠. 콘서트장 야광봉도 용액이 분리하는 막을 꺾으면 섞이면서 반응이 일어나서 빛나죠.

형광으로 어떤 연구를 하십니까.

처음에는 원하는 물질에 형광을 내서 선택적으로 검출하는 방법을 연구했죠. 형광 화학센서 또는 형광 프로브(probe·탐침)라 부르는 기술입니다. 그러다가 검출을 넘어서서 암세포 같은 것을 검출하면서 동시에 치료 역할까지 할 수 있는 물질을 개발하고 있습니다.