포스텍, 초고해상도 광학현미경 실용화 공정 개발

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구형의 하이퍼렌즈 모식도.
<구형의 하이퍼렌즈 모식도.>

대학 연구팀이 대면적 하이퍼렌즈를 간단하게 제작할 수 있는 공정 방법을 개발했다. 초고해상도 이미징 기술의 실용화를 앞당겼다는 평가다.

포스텍은 노준석 기계공학과·화학공학과 교수와 이헌 고려대 신소재공학과 교수 공동연구팀이 나노임프린팅 방법을 기반으로 하이퍼렌즈를 손쉽게 제작하는 공정방법을 개발했다고 23일 밝혔다.

흔히 알려진 현미경은 유리렌즈를 사용하는 광학현미경이다. 광학현미경의 문제는 빛 파장의 절반보다 작은 물질은 볼 수 없다는 점인데, 이를 '회절한계'라고 한다. 회절한계를 극복하고 그보다 작은 물질을 볼 수 있게 하는 하이퍼렌즈는 광학 이미징 기술 분야의 돌파구로 여겨지고 있다.

하지만 하이퍼렌즈는 공정 과정의 어려움으로 상용화가 더디다. 가느다란 이온이나 전자 빔을 쏘아 반구 모양 렌즈를 일일이 깎아내듯 만들어야하기 때문이다. 그런 방법으로 넓은 면적에 여러 개 하이퍼렌즈를 연속적으로 정렬해 만들기는 불가능했다.

노 교수팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 하이퍼렌즈의 정렬틀 모형을 만들고 도장 찍듯이 다량으로 찍어내는 새로운 접근법을 제시했다.

특히 하이퍼렌즈의 실용화를 가로막는 어려움 중 하나는 살아있는 세포 등 관찰하고자 하는 샘플을 원하는 위치에 정확히 배치하는 것인데, 연구팀은 대면적 하이퍼렌즈 제작을 통해 이 문제를 간단히 해결했다. 다수의 하이퍼렌즈들이 일정하게 정렬된 기판을 만들어 기판 어느 곳에 샘플을 놓아도 가시광선 영역에서 회절한계 이하의 작은 물체를 관찰할 수 있게 했다.

간단한 공정으로 제작 비용이나 시간을 크게 줄였을 뿐만 아니라 제작된 하이퍼렌즈 정렬체를 일반 현미경에 탈착 및 결합할 수도 있다. 하이퍼렌즈를 이용한 초고해상도 현미경 실용화를 크게 앞당길 수 있게 됐다.

노준석 포스텍 교수
<노준석 포스텍 교수>

노준석 교수는 “하이퍼렌즈 공정의 어려움을 극복하고 다양한 분야에서 사용될 수 있는 실용 가능성을 확인했다는 것에 큰 의의가 있다”면서 “초고해상도 현미경이 광학, 생물학, 약학, 나노기술을 비롯한 여러 분야에서 널리 사용될 수 있는 기반을 마련했다”고 설명했다.

이번 연구는 최근 네이처가 발행하는 학술지 '사이언티픽 리포트(Scientific Reports)'에 게재됐다. 미래창조과학부와 한국연구재단의 신진연구자 프로그램, 선도연구센터 ERC 프로그램, 글로벌프론티어 프로그램, 미래유망파이오니아사업의 지원으로 수행됐다.

포항=정재훈기자 jhoon@etnews.com