IBS 분자 분광학 및 동력학 연구단 최원식 부연구단장 연구팀은 다중 산란파를 활용해 관찰하려는 물체에 빛 에너지를 모으는 방법을 개발했다. 시분해 측정 방법을 활용, 물체에서 반사된 다중 산란파의 세기를 극대화하는 빛의 패턴을 찾고, 이 패턴의 빛을 다시 물체에 비춰 기존보다 약 10배 이상의 빛 에너지가 목표 물체에만 모이도록 한 원리다.
실험은 목표 물체인 은 박막(Ag disk)을 피부 조직과 유사하게 복잡한 입자로 구성한 폴리머 재질의 매질 내부 깊이 넣어 이를 현미경으로 관찰하는 방식으로 진행됐다. 연구진은 다중 산란파 중에서도 물체에서 반사되는 다중 산란파를 걸러내기 위해 시분해 측정 방법을 활용했다. 매질에서 나오는 반사 신호를 시간별로 구별해, 목표 물체에서 주로 발생하는 다중 산란파만을 선택적으로 얻는 방식이다. 이때 얻은 다중 산란파의 세기를 극대화하는 빛의 패턴을 찾아 다시 매질에 입사시킨 결과, 다중 산란의 정도가 매우 심해 일반 현미경으로는 보이지 않는 물체에도 4배 이상 빛 에너지를 모을 수 있음을 확인했다.
더 나아가 생쥐 두개골 아래에 있는 물체에 대해서도 위와 같은 방법을 적용하면 두개골의 손상 없이 10배 이상 빛 에너지를 모을 수 있음을 확인하였다. 연구진이 개발한 빛 에너지 집속 기술은 광유전학이나 광 자극 기술과 같은 연구 분야에도 접목이 가능하며, 광 치료 기술 및 체내 의료용 이식 장치의 광 충전 등 다양한 바이오 기술에 응용 가능할 것으로 기대된다.
최원식 IBS 분자 분광학 및 동력학 연구단 부연구단장은 “생체조직과 같은 산란매질의 내부에 묻혀서 보이지 않는 물체에 빛 에너지를 효율적으로 모을 수 있는 획기적인 방법으로 향후 그 응용 가능성이 기대된다”라고 밝혔다. 이번 연구결과는 국제학술지 네이처 포토닉스(Nature Photonics, IF 37.852)에 미국 동부시간으로 3월 26일 게재됐다. (논문명: Focusing of light energy inside a scattering medium by controlling the time-gated multiple light scattering)