100nm 세포 내 구조 관찰할 수 있는 슈퍼렌즈 개발

[백나영기자] 국내 연구진이 기존 광학렌즈보다 3배 가량 뛰어난 해상도를 갖는 나노입자 기반의 신개념 슈퍼렌즈 기술을 개발했다.

한국과학기술원(KAIST) 물리학과 박용근 교수와 조용훈 교수 연구팀은 빛의 산란을 이용해 기존 광학렌즈의 한계를 극복한 슈퍼렌즈 기술을 개발했다고 29일 발표했다.

빛의 굴절을 이용한 기존의 광학렌즈는 빛의 파장보다 작은 초점을 만들 수 없는 '회절한계' 특성이 있어 가시광선 영역에서 200~300nm보다 작은 물체는 관찰할 수 없었다.

연구팀은 빛의 굴절 대신 빛의 산란을 이용해 회절한계가 없는 산란 슈퍼렌즈에 대한 개념을 제안하고 실험적으로 구현해냈다. 이 렌즈는 100nm 크기의 세포내 구조와 바이러스 등을 볼 수 있도록 해준다.

빛이 물체에 부딪혀 나오는 산란광의 대부분은 물체 주변에서 머물다가 아무런 정보도 전달하지 못하고 소멸된다. 특히 빛의 파장 절반 크기보다 작은 나노크기 물체의 경우, 이미지를 형성이 가능한 주요정보를 포함하고 있는 산란광 대부분이 물체 주변에만 머물러 있어 광학현미경으로는 분간이 어려웠다.

연구진은 나노입자 주변에서 소멸되는 산란광을 줄이려는 기존의 방식에서 탈피해, 산란광들을 정밀하게 조절하는 방식으로 응용성이 높은 초고해상도 이미징 기술을 개발했다.

산란 슈퍼렌즈는 락카 스프레이를 유리에 뿌리는 방식으로 제작됐다. 빛이 나노입자 층을 통과해 나오는 산란광의 분포를 파악하고, 임의로 빛의 위상을 제어할 수 있는 파면조절기를 통해 정밀하게 빛의 위상을 조정해 초고해상도 초점을 형성했다.

박충현 박사는 "이번에 개발한 슈퍼렌즈가 나노광학 산업계에 종사하는 연구자에게 실질적인 도움이 될 것으로 기대한다"며 "이미징 외에도 반도체 공정의 리소그래피, 광통신 등의 분야에서도 적극 활용될 수 있을 것"이라고 말했다.

이번 연구결과는 '네이처 포토닉스(Nature Photonics)' 28일자 온라인판에 게재됐다.

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