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포스텍·고려대 연구팀, 초고해상도 광학현미경 실용화 공정 개발

성민규 기자입력 : 2017.04.21 16:38:31 | 수정 : 2017.04.21 16:37:58

노준석 포스텍 교수. 포스텍 제공

[쿠키뉴스 포항=성민규 기자] 포스텍 기계공학과·화학공학과 노준석 교수와 고려대 신소재공학과 이헌 교수 공동연구팀이 나노임프린팅(한 번에 크고 많은 나노패턴을 만들 수 있는 나노구조제작 방법)을 기반으로 대면적(大面積)의 하이퍼렌즈(물질의 유전율을 인위적으로 조절할 수 있는 쌍곡선형 메타물질을 이용하는 렌즈)를 간단하게 제작하는 공정 방법을 개발했다.

흔히 알려진 현미경은 유리렌즈를 사용하는 광학현미경이다.

광학현미경의 문제는 빛 파장의 절반보다 작은 물질은 볼 수 없다는 점이다. 이는 '회절한계'라고 한다. 회절한계를 극복하고 그 보다 작은 물질을 볼 수 있게 하는 하이퍼렌즈는 광학 이미징 기술 분야 돌파구로 여겨지며 많은 기대를 모으고 있다.

하지만 하이퍼렌즈 활용은 공정 과정의 어려움으로 인해 아직 요원한 일이다.

가느다란 이온이나 전자 빔을 쏘아 반구(半球) 모양의 렌즈를 일일이 깎아내듯 만드는 공정은 그야말로 장인이 '한 땀 한 땀' 수작업 하듯 많은 시간과 노력이 들기 때문이다.

더욱이 그런 방법으로 넓은 면적에 여러 개의 하이퍼렌즈를 연속적으로 정렬해 만들기란 불가능으로 여겨졌다.  

(a)구형의 하이퍼렌즈 모식도. (b) 제작된 하이퍼렌즈 어레이의 단면 투과전자현미경 사진. (c)나노임프린트를 이용한 기판의 어레이 패턴. (d)복제된 기판의 어레이 패턴. (e)하이퍼렌즈 위에 새겨진 회절한계 이하의 물체. (f)410nm 가시광선 영역에서의 하이퍼렌즈를 통한 초고해상도 이미징 결과. 포스텍 제공

연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 기존 방식에서 벗어나 하이퍼렌즈의 정렬틀 모형을 만들고 도장 찍듯이 다량으로 찍어내는 새로운 접근법을 제시했다.

특히 대면적 하이퍼렌즈 제작을 통해 실용화를 가로막는 어려움 중 하나인 살아있는 세포 등 관찰하고자 하는 샘플을 원하는 위치에 정확히 배치하는 문제를 간단히 해결했다.

다수의 하이퍼렌즈들이 일정하게 정렬된 기판을 만들어 기판 어느 곳에 샘플을 놓아도 가시광선 영역에서 회절한계 이하의 작은 물체를 관찰할 수 있게 한 것이다.

네이처가 발행하는 학술지 '사이언티픽 리포트(Scientific Reports)'를 통해 최근 발표된 이 연구성과는 간단한 공정으로 제작 비용이나 시간을 1만배 이상 크게 단축할 수 있다.

또 하이퍼렌즈 정렬체를 일반 현미경에 탈착·결합하는 일이 가능해 하이퍼렌즈를 이용한 초고해상도 현미경 실용화를 앞당길 것으로 기대된다.

연구를 주도한 노준석 교수는 "이번 연구는 하이퍼렌즈 공정의 어려움을 극복하고 다양한 분야에서 사용될 수 있는 실용 가능성을 확인했다는 점에서 큰 의의가 있다"며 "초고해상도 현미경이 광학, 생물학, 약학, 나노기술을 비롯한 여러 분야에서 널리 사용될 수 있는 기반을 마련했다"고 설명했다.

한편 이 연구는 미래창조과학부와 한국연구재단의 신진연구자 프로그램, 선도연구센터 ERC 프로그램, 글로벌프론티어 프로그램, 미래유망파이오니아사업의 지원으로 수행됐다.

smg511@hanmail.net

 

 

 

 

 

 

 




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