포스텍 김동성·김철홍 교수 연구

포스텍(포항공대)연구팀이 초점을 자유롭게 조절하는 액체렌즈를 개발해 수술·영상진단에서 고품질 생체영상 획득이 기대되고 있다.

한국연구재단은 포스텍 김동성·김철홍 교수 연구팀이 가변초점 액체렌즈를 개발했다고 12일 밝혔다.

액체렌즈는 서로 섞이지 않는 두 가지 액체 사이 경계면을 이용해 빛을 모으거나 분산하는 광학 렌즈다.

고정된 형태의 고체렌즈와 달리 모양을 자유롭게 바꾸고 초점거리를 유연하게 조절할 수 있어 활용범위가 무궁무진하다.

차세대 유망기술로 손꼽히는 이유다.

다만, 액체렌즈 두께와 형태를 바꾸려면 수용액에 전압을 가해야 해서 전기분해 위험성이 제기된다.

연구팀은 전기가 통하지 않는 절연성 오일의 전기수력학적 유동을 이용해 신개념 액체렌즈를 만들었다.

전기수력학적 유동은 움직이는 부품 없이도 액체 움직임을 조작할 수 있어서 작은 장치에서 유용하게 이용된다.

연구팀의 액체렌즈는 전기분해 발생을 막고, 안정적으로 초점을 자유롭게 조절할 수 있다고 재단 측은 설명했다.

이 액체렌즈는 진동·정적 등 2가지 방식으로 초점을 조절한다.

액체렌즈에 주파수 1Hz(헤르츠) 이하 교류전압을 가할 때는 공진현상으로 초점이 주기적으로 진동한다.

공진현상은 시스템 고유 주파수와 인가 주파수가 일치해 진폭이 증가하는 현상. 작은 힘으로도 큰 진동을 만들 수 있다.

이런 초점 변화는 두꺼운 3차원 피사체의 영상 정보를 스캔하는 데 적용할 수 있다.

주파수 10Hz 이상 교류전압을 가하면 ‘액체-액체’ 계면이 새롭게 바뀐 위치와 모양 상태를 유지하는 정적모드가 된다.

이때 초점을 특정 위치로 이동시킬 수 있다.

생체조직 빛 흡수에 따라 영상 정보를 얻는 광 음향영상 장치에 이 모드를 적용하면 정밀한 생체영상을 확인할 수 있을 것으로 연구팀은 보고 있다.

실제 연구팀은 액체렌즈로 살아있는 쥐의 귀와 뇌혈관에 대한 영상을 최초로 획득했다.

아울러 액체렌즈 초점과 광 음향신호 세기 연관성을 통해 광 음향영상 장치 초점을 능동적으로 조절할 수 있다는 것도 입증했다.

김동성 교수는 “이중모드 가변초점 액체렌즈를 의료영상 기술에 처음 적용한 사례”라며 “수술이나 영상진단 과정에서 생체조직·병변의 고품질 영상을 얻는 데 적용할 수 있을 것”이라고 말했다.

김 교수는 그러면서 “미세 로봇수술 기술과의 융합 등 새로운 산업에도 폭넓게 응용할 수 있을 것으로 전망된다”고 덧붙였다.

연구는 과학기술정보통신부·한국연구재단 기초연구지원사업(개인·집단연구) 지원으로 수행했다.

성과를 담은 논문은 영국왕립화학회 ‘랩온어칩’(Lab on a Chip) 7일 자에 실렸다.

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