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포스텍(총장 김도연) 기계공학과 노준석 교수(사진)와 고려대 신소재공학과 이헌 교수 공동연구팀은 나노임프린팅* 방법을 기반으로 대면적(大面積)의 하이퍼렌즈(hyperlens)를 간단하게 제작하는 공정 방법을 개발, 초고해상도 이미징 기술 실용화에 한걸음 더 다가섰다.
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 하이퍼렌즈*는 광학 이미징 기술 분야의 돌파구로 여겨지며 많은 기대를 모으고 있다.
그러나 하이퍼렌즈를 제작하려면 장인이 한땀한땀 수작업 하듯 가느다란 이온이나 전자 빔을 쏘아 반구(半球) 모양의 렌즈를 일일이 깎아내야 해 많은 시간과 노력이 들어간다. 이러한 방법으로 넓은 면적에 여러 개의 하이퍼렌즈를 연속적으로 정렬해 만들기란 거의 불가능한 일이다.
연구팀은 이러한 문제를 해결하고자 기존 방식에서 벗어나 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 하이퍼렌즈를 제작해 이 문제 역시 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)에 최근 발표한 이 연구성과는 간단한 공정으로 제작 비용이나 시간을 1만 배 이상 크게 단축할뿐더러, 제작된 하이퍼렌즈 정렬체를 일반 현미경에 탈착 및 결합하는 일이 가능해 하이퍼렌즈를 이용한 초고해상도 현미경의 실용화를 성큼 앞당길 것으로 기대된다.
노 교수는 "하이퍼렌즈 제작 공정의 어려움을 극복하고 다양한 분야에서 사용될 수 있는 실용 가능성을 확인한 것에 의미가 있다. 이 성과를 바탕으로 초고해상도 현미경이 광학, 생물학, 약학, 나노기술을 비롯한 여러 분야에서 널리 사용될 수 있을 것으로 기대한다"고 말했다.
한편, 이 연구는 미래창조과학부와 한국연구재단의 신진연구자 프로그램, 선도연구센터 ERC 프로그램, 글로벌프론티어 프로그램, 미래유망파이오니아사업의 지원으로 수행됐다.
최혜영 커뮤니케이터
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