[파이낸셜데일리 강철규] 성균관대 생명물리학과 김인기 교수 연구팀은 다중초점 메타렌즈를 이용한 초고해상도(super-resolution) 이미지 스캐닝 현미경(MMISM, Multifocal Metalens-based Image Scanning Microscopy) 기술을 개발했다고 14일 밝혔다.

이번 기술은 줄기세포로 만든 미니 장기인 '뇌 오가노이드(brain organoid)'와 같은 복잡한 3차원 생체 조직 내부를 기존보다 약 2배 이상 높은 해상도로 관찰할 수 있는 광학 시스템이다.

김 교수 연구팀은 새로운 '하이브리드 다중화(hybrid multiplexing)' 방식의 메타렌즈 설계 전략을 도입했다.

이를 통해 기존 마이크로렌즈 배열이나 디지털 마이크로미러 장치(DMD) 기술이 가진 낮은 개구수(NA) 및 초점 간 간섭 문제를 극복했다. 또한 1600개의 초점을 정밀하게 배열한 고성능 메타렌즈 제작에 성공, 초고해상도 이미징의 한계를 돌파했다.

연구팀은 다중초점 메타렌즈에 디지털 핀홀링(digital pinholing) 기술을 결합해, 산란이 심한 두꺼운 생체 조직에서도 배경 신호를 효과적으로 제거하고 선명한 이미지를 얻을 수 있음을 실험적으로 입증했다.

또한 좌·우 원편광을 독립적으로 제어하는 편광 기반 하이브리드 다중화 기법을 제시해 초점 간 간섭 없이 더 좁은 간격의 고밀도 초점 배열을 구현할 수 있음을 확인했다.

김 교수는 "이번에 개발한 하이브리드 다중화 설계 전략은 다양한 다기능 광학 소자에도 폭넓게 적용 가능한 기반 기술"이라고 설명했다.

이번 연구 성과는 광학 분야 세계적 권위 학술지 '빛: 과학과 응용(Light: Science & Applications)'에 10월13일 게재됐으며 삼성미래기술육성사업, STEAM 글로벌융합연구지원사업, 뇌과학 선도융합기술개발사업 등의 지원으로 수행됐다.