"초점을 자유롭게 조절" 액체렌즈 개발

김동성·김철홍 POSTECH 교수 "고품질 생체 영상 획득 기대"
액체렌즈를 이용해 살아있는 쥐의 광음향영상을 얻는 모식도.<사진=한국연구재단 제공>액체렌즈를 이용해 살아있는 쥐의 광음향영상을 얻는 모식도.<사진=한국연구재단 제공>

국내 연구팀이 초점을 자유롭게 조절하는 액체렌즈를 개발했다.

한국연구재단(이사장 조무제)은 김동성·김철홍 POSTECH 교수 공동 연구팀이 가변초점 액체렌즈를 개발하고 광음향영상 장치에 적용해 고품질 생체영상을 획득하는데 성공했다고 12일 밝혔다.

액체렌즈란 서로 섞이지 않는 두 가지 액체 사이의 경계면을 이용해 빛을 모으거나 분산시키는 광학 렌즈를 말한다. 광음향영상은 빛을 받으면 열이 발생되는 원리를 이용해 생체조직 빛 흡수에 따라 영상 정보 얻을 수 있는 기술이다.

고정된 형태의 고체렌즈와 달리 액체렌즈는 모양을 자유롭게 바꾸고 초점거리를 쉽게 조절하는 유연성이 있다. 액체렌즈는 차세대 유망기술로서 연구가 활발히 진행되고 있지만 기존 기술은 주로 액체렌즈의 두께와 형태를 바꾸기 위해 수용액에 전압이 가해지므로 전기분해 위험성이 제기됐다.

연구팀은 전기가 통하지 않는 절연성 오일의 전기수력학적 유동을 이용해 전기분해의 발생을 막고, 안정적으로 초점을 자유롭게 조절할 수 있는 신개념 액체렌즈를 개발했다.

전기수력학적 유동은 전기장을 인가했을 때 발생하는 액체의 움직임이다. 움직이는 부품 없이도 액체의 움직임을 조작할 수 있어서 작은 스케일의 장치에서 유용하게 이용된다.

연구팀이 개발한 액체렌즈는 진동모드와 정적모드의 2가지 방식으로 초점을 조절한다. 액체렌즈에 주파수 1헤르츠(Hz) 이하의 교류전압을 가할 때는 공진현상에 의해 초점이 주기적으로 진동하는 진동모드가 된다. 이러한 초점 변화는 두꺼운 3차원 피사체의 영상 정보를 스캔하는 데 적용된다.

또 액체렌즈에 주파수 10헤르츠(Hz) 이상의 교류전압을 가하면 액체-액체 계면이 새롭게 바뀐 위치와 모양 상태를 유지하는 정적모드가 된다. 이때 초점을 특정 위치로 이동시킬 수 있다. 광음향영상 장치에 적용하면 정밀한 생체영상을 획득할 수 있다.

연구팀은 액체렌즈로 살아있는 쥐의 귀와 뇌의 혈관에 대한 영상을 획득했다. 액체렌즈 초점과 광음향신호 세기의 연관성을 통해 광음향영상 장치의 초점이 능동적으로 조절될 수 있음을 입증했다.

김동성 교수는 "이중모드 가변초점 액체렌즈를 의료영상 기술에 처음 적용한 사례"라며 "향후 수술과 영상진단 과정에서 생체조직이나 병변의 고품질 영상을 얻는데 적용할 수 있을 것"이라고 말했다.

한편, 이번 연구 성과는 영국왕립화학회에서 발간하는 '미세유체역학 분야 권위지 랩온어칩(Lab on a Chip)'에 7일자에 뒷표지 논문으로 게재됐다.
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