“렌즈 교체 필요없다”⋯전기 신호로 세포 속까지 들여다보는 메타렌즈

연구 이미지. /포스텍 제공

현미경의 렌즈를 교체하거나 복잡한 장비를 조작하지 않고도 전기 신호만으로 세포의 겉모습과 내부 구조를 동시에 관찰할 수 있는 기술이 개발됐다.

POSTECH(포항공과대학교) 기계공학과·화학공학과 노준석 교수 연구팀은 1V(볼트) 미만의 낮은 전압으로 ‘명시야’와 ‘암시야’ 이미징을 자유자재로 전환할 수 있는 초박형 ‘메타렌즈’ 개발에 성공했다고 8일 밝혔다. 

일반적으로 세포를 관찰할 때는 빛을 통과시켜 전체 형태를 보는 ‘명시야’ 방식과 산란된 빛만 모아 내부 구조를 선명하게 보는 ‘암시야’ 방식을 사용한다. 기존에는 이 두 방식을 바꾸려면 렌즈나 필터를 물리적으로 교체해야 해 현미경의 소형화에 한계가 있었다.

연구팀은 나노 구조체로 빛을 조절하는 메타렌즈 내부에 전압에 따라 빛 투과율이 달라지는 ‘전도성 고분자’를 삽입해 이 문제를 해결했다. 

실험 결과 -0.2V에서는 렌즈 중심부가 투명해지며 명시야 모드로 작동했고 0.8V로 전압을 높이자 중심부가 빛을 차단하며 암시야 모드로 변했다.

특히 두 전압 사이의 중간 영역에서는 세포의 전체 윤곽과 내부 구조를 한 번에 볼 수 있는 ‘준암시야’ 모드까지 구현되는 것으로 확인됐다. 연구팀은 인간 심장 섬유아세포 촬영을 통해 실제 성능 검증도 마쳤다.

노준석 교수는 “전압 하나로 현미경의 관찰 모드를 바꾸는 다기능성 메타렌즈 기술을 확보했다”며 “향후 가정용 초소형 바이오 진단 기기는 물론 AR·VR 광학 시스템, 자율주행차의 라이다(LiDAR) 센서 등 다양한 분야에 응용될 것”이라고 말했다.

이번 연구 결과는 국제 학술지 ‘ACS 나노(ACS Nano)’에 게재됐다.

/단정민기자 [e-mail]