▲ 다방향 입사광 변조 시스템과 유도된 극소 부피 빛의 개략도 = 유리기판 위에 제작된 금 나노섬 구조를 활용하여 나노미터 크기의 극소 부피 빛이 유도됨. 하나의 입사조건에서는 빛의 분포가 특정위치에 고정되지만, 다방향 입사 변조 시스템을 이용하여 극소 부피 빛의 위치를 이동이 가능하게 함.

연세대 김동현 교수와 손태황, 문귀영 연구원은 빛의 다방향 입사를 이용해 극소 부피의 빛이 금속 나노칩 위의 모든 물질에 비추는 기술을 개발해 이를 일반 광학 현미경에 장착해 생체물질을 보다 명확히 관찰할 수 있도록 하는 나노등대를 개발했다.

일반적으로 쓰이는 전반사 형광현미경은 수백 나노미터 크기까지 밖에 분별할 수 없는 해상도로 바이러스 이동이나 암세포 형태 변화 등을 구체적으로 분석하기에는 물리적 한계가 있다.

연구팀은 금속 나노칩의 거의 모든 부분에 빛을 쪼이는 다채널 광변조 시스템, 이른바 나노등대를 구축했다.

마치 바닷가의 등대가 전등을 회전시키며 어둠 속에서 바다의 곳곳을 비추듯, 나노등대는 입사광의 각도와 방향을 변조하여 금속 나노칩 위의 다양한 위치에 극소 부피의 빛을 형성한다.

나노등대는 금속 나노칩 위의 관찰 가능한 영역을 획기적으로 확대해준다.

▲ 김동현 교수

측정 결과, 한 방향 입사조건에서는 나노칩 표면의 25%만 빛이 조사되는 반면 여러 방향 입사조건에서는 나노칩의 90%를 관찰할 수 있게 되었다.

개발된 기술은 일반 현미경에 접합함으로서 활용할 수 있기 때문에 고가의 특수 장비가 불필요하며, 쉽고 간편하게 바이러스와 단백질 등을 관찰하고 영상화할 수 있다.

김동현 교수는 “이 연구는 전반사 형광현미경에 금속 나노칩을 접목하여 잉여공간 없이 나노칩 상의 모든 물질을 관찰할 수 있다는 점에서 큰 장점을 가진다”라며 “암세포를 비롯한 특정 세포와 세포 내에서 움직이는 기질 및 단분자를 영상화하는 데 기여할 것”이라고 연구의 의의를 설명했다.

이 연구 성과는 국제학술지 어드밴스드 옵티컬 머티리얼스(Advanced Optical Materials) 5월 22일 표지논문으로 게재되었다. (논문명 : Metallic 3D Random Nanocomposite Islands For Near Field Spatial Light Switching)