POSTECH(총장 김무환) 김철홍 IT융합·전자전기·기계공학과 교수, 박별리 IT융합공학과 박사, 한문규 통합과정, 노준석 기계·화학공학과 교수, 김홍윤 기계공학과 통합과정 공동 연구팀이 광섬유의 근접장으로 얻은 광음향 신호를 영상화하는 것을 성공했다고 25일 밝혔다.

광음향 현미경을 사용할 땐 일반적으로 광원과 샘플 사이에 일정 거리를 두고 렌즈로 빛을 모으는데, 회절 한계로 인해 빛을 한 점에 모으기 어려웠다. 회절 한계란 빛의 회절 현상에 의한 광학 현미경 해상도릐 한계이다.

연구팀은 이런 한계를 극복하기 위해 지름이 수십 나노미터(nm, 1nm=10억분의 1m)단위인 끝이 가늘어지는 광섭유를 사용해 광원과 샘플의 거리를 회절 현상이 나타나지 않는 근접장 범위(수십 nm)로 유지하는 현미경 시스템을 개발했다.

특히, 광섬유를 둘러싼 금속을 제거함으로써 최초로 광음향 현미경에 적용했다는 점에 의의가 있다. 기존 끝이 가늘어지는 광섬유는 금속의 영향으로 정확한 광음향 신호를 얻을 수 없어 현미경에 활용되지 못했다.

연구 결과, 광섬유 끝에서 소멸파 형태의 빛이 발생했으며, 샘플이 1.0±0.3마이크로미터(μm, 1μm=100만분의 1m)의 해상도로 영상화됨을 확인했다. 소멸파는 매우 짧은 거리에서만 존재하는 회절 한계보다 작은 고해상도 정보를 전달하는 파동이다. 

적혈구를 영상화할 수 있을 정도의 해상도를 보인 이번 연구 결과는 광섬유를 활용한 초고해상도 광음향 현미경 개발의 초석이 될 연구 성과로 주목된다. 연구팀은 향후 심혈관 질환과 암 등을 비롯해 다양한 질환의 근간이 되는 기초 생명 현상 연구기기로의 활용을 전망한다.

한편, 이번 연구는 한국연구재단 중견기술, BRIDGE융합연구개발사업, 미래유망융합기술 파이오니러사업, 글로벌프런티어사업, 범부처전주기의료기기연구개발사업, 산업혁신인재성장지원(R&D), BK21 사업의 지원으로 이뤄졌다.