| 초록 |
□ 연구개요 생체조직의 역학 구조적 정보를 얻기 위해서 탄성 비탄성 산란에 의한 미세한 분광 신호를 측정하는 고효율 고해상도의 분광 측정 기술을 개발하고, 고심도 빛의 집속으로 고심도 생체역학 정보를 얻는 기술의 필요성이 절실하다. 본 과제에서는 고효율 고해상도의 분광 측정 기술을 개발하고, 빛의 파면 제어 기술을 이용하여 빛을 생체조직 속 고심도 집속을 함으로써 생체역학 이미징 가능 깊이를 극대화하고자 한다. 이를 통해 생체역학 심층영상 기술을 완성하고 이는 단기적으로 생체 및 생체재료의 역학적 성질 측정에 획기적인 발전을 가져올 것이며, 물리학, 광학 뿐 아니라 의생명과학, 재료과학 등, 다양한 기초 및 응용과학에 커다란 파급효과를 가져올 것이다. □ 연구 목표대비 연구결과 고해상도 고효율 고해상도 분광 측정 기술 - 다양한 기초과학 연구 및 의생명 응용을 위해 샘플의 나노 구조 역학적 성질을 비파괴 방식으로 얻는 것은 매우 중요하다. 생체조직에서 탄성 비탄성 산란되어 나온 빛의 스펙트럼의 변화는 파장 0.01 nm, 진동수 10 GHz 정도로 변화량이 매우 적어 측정에 필요한 광신호는 원하지 않는 배경 잡음으로 인해 분간해 내기 어렵다. 이러한 문제를 해결하는 고효율 고해상도의 분광기술을 개발하였다. 빛의 파면 제어로 고심도 집속 및 매질의 생체역학 광신호 극대화 -생체조직과 같이 복잡매질에 제어하지 않은 평면파 빛을 집속 시키면 매질 내부에서 일어나는 다중산란으로 빛의 집속이 깨져 광신호에너지가 급격히 감소하고 파면이 왜곡되어 일반적인 공초점 현미경의 경우 이미징 가능 깊이가 심각하게 제한된다. 이러한 문제를 해결하는 빛의 파면제어 기술과 수치적인 연산처리를 통하여 초점광신호를 극대화하는 알고리즘을 개발하였다. 고심도 고해상도 나노구조역학 생체영상 기술 -고심도 3차원 생체역학 영상을 얻기 위하여, 이미징 가능 깊이를 증가시키고 동시에 이미징 가능 면적을 증가시키기 위하여 행렬 연산을 이용한 광학 수차 제거 방법론을 개발하였다. 특히 수치적인 파면제어 왜곡보정과 스페트럼 분석 기술을 통하여 고차광학 왜곡을 극복할 수 있음을 증명하였다. 이를 이용하여쥐의 뇌, 지브라피쉬의 중추신경계 등의 고해상도 영상을 획득하는 의생명 응용 연구를 수행하여 신경계의 나노구조를 관찰할 수 있음을 보였다. □ 연구개발결과의 중요성 국내외 의생명 광공학 분야의 선도 그룹들이 광학 현미경을 이용하여 생체의 구조역학적 기능적 영상 등을 측정하여 다양한 의생명 연구에 응용하기 위하여 노력하고 있다. 특히 생체조직에서 일어나는 파면 왜곡에 의한 이미징 한계를 극복하는 문제는 가장 큰 관심 주제이다. 그러나 현재까지 이러한 방법은 모두 매질의 구조적인 정보만 구분하여 추출하지 못하고 잡음이 광신호에 동반되어 함께 증가하여 이미징 깊이와 해상도 증가에 큰 변화를 주지 못하고 있다. 물리적으로 새로운 접근법으로써 본 연구를 통해 개발한 기술이 독보적이라 할 수 있다. 본 연구의 결과는 학문적인 측면으로는 매질 속에서 일어나는 빛의 다중 산란을 극복하고, 매질과 상호작용으로 얻는 분광신호를 이용하여 역학적 정보를 알아내는 분광현미경의 새로운 분야를 열 것이다. 또한 응용적인 측면에서 의학적으로 암이나 뇌질환 등 다양한 질병의 조기진단에 적용할 수 있는 가능성이 크다. (출처 : 연구결과 요약문 2p) |
