%EC%98%B5%ED%8B%B1%EC%8A%A4+%EC%9D%B5%EC%8A%A4%ED%94%84%EB%A0%88%EC%8A%A4
-
김세정 박사, 한국물리학회 신진연구자상 수상
〈 김 세 정 박사 〉
우리대학 물리학과 출신 김세정 박사가 2017년도 봄 한국물리학회 학술논문발표회에서 광학 및 양자전자학 분야 신진과학자상을 수상했다.
김 박사는 광결정 관련 심도있는 여러 연구를 진행했고 나노 레터스, 어드밴스드 머티리얼즈, 옵틱스 레터스, 옵틱스 익스프레스3 등에 1 저자로 논문을 게재했다.
또한 제 20회 삼성휴먼테크 논문대상 은상을 수상하는 등 관련 분야에서 높은 평가를 받고 있다.
김 박사는 "명망있는 학회에서 수상을 하게 돼 진심으로 기쁘게 생각한다"며 "관련 분야에 공헌할 수 있도록 더 많이 노력하겠다"고 말했다.
2017.04.18 조회수 16073 -
박용근 교수, 세계적 논문 쓴 학부생 연이어 배출
우리 학교 물리학과 박용근 교수의 지도를 받은 학부생들이 세계적 저널에 잇따라 논문을 게재해 화제다.
이번 주인공은 물리학과 4학년 조영주 학생. 조 씨는 ‘단일 박테리아 광 산란 분석기술’에 대한 논문을 발표해 세계적 과학저널 네이처(Nature)가 발행하는 ‘사이언티픽 리포트(Scientific Reports)’ 에 게재됐다.
의료 및 식품위생 분야에서 매우 중요한 박테리아를 기존의 생화학적 방법으로 분석하려면 며칠이 걸린다. 그러나 조 씨가 이번에 개발한 빛을 이용한 방식으로 관찰하면 단 몇 초 안에 박테리아의 종류를 분석할 수 있다.
조영주 씨는 군복무 후 해외대학 진학을 계획 중인 것으로 알려졌다.
박 교수 제자들의 활약은 이번이 처음은 아니다. 2012년과 2013년 화학과 조상연씨가 주도한 논문이 셀(Cell)과 네이처(Nature) 자매지에 잇따라 게재됐다. 지난 3월 한국광학회 우수논문상을 받은 생명과학과 이서은(21, 2월 졸업) 씨도 박 교수의 지도를 받았다.
조상연 씨는 대학원생도 내기 어려운 저널에 두 번이나 논문을 실을 만큼 우수한 연구 성과를 인정받아 세계 최고 명문대학인 하버드-MIT 연합 의공학대학원, 하버드, 스탠포드, 캘리포니아대 버클리캠퍼스, 캘리포니아 공대에 동시에 전액장학생으로 합격해 화제가 되기도 했다. 조 씨는 오는 9월 하버드-MIT 연합 의공학대학원에 진학할 예정이다.
또 이서은 씨는 올해 콜럼비아 의대 생명과학 박사과정으로 진학예정이다. 학부 졸업생이 석사과정 없이 해외 명문대학으로 박사과정으로 진학하는 것은 매우 이례적이다.
이밖에 박 교수의 지도를 받은 학부생들은 옵틱스 익스프레스(Optics Express), 생의학 광학 저널(Journal of Biomedical Optics)에 연구 논문을 게재해 스탠포드 등 해외 명문대학에 진학했다.
박용근 교수는 “노벨상 수상 등 역사 속 유명한 과학자들은 20대 초반에 아무도 수행하지 않은 세계적인 성과를 거뒀다”며 “다양한 과목을 동시다발적으로 배우는 학부생 때가 창의적인 발상이 가장 많은 시기”라고 학부생 연구의 중요성에 대해서 언급했다.
이어 “KAIST는 국내 최고 연구중심대학에 걸맞게 학부생 연구 참여 프로그램이 활성화 되어있어 학부생의 실질적 실험 및 연구가 가능해 좋은 연구결과들을 많이 거둘 수 있었다”고 말했다.
조상연 씨는 “박용근 교수님은 학부생들을 대학원생과 차별하지 않고 주도적 연구기회를 주고 열정적으로 지도해 주셨다”며 “미국 대학 면접 시 세계적인 저널에 두 편이나 연구논문을 게재한 것에 대해 면접관으로 참여했던 교수들도 많이 놀라워했다”고 전했다.
바이오광학분야에서 세계적 학자인 박용근 교수는 서울대 기계항공공학부를 나와 미국 하버드-MIT 연합 의공학대학원에서 의공학 박사학위를 받은 2010년 6월 KAIST 물리학과 조교수로 부임했다.
그림1. 단일 박테리아의 (a) 위상 이미지와 (b) 광 산란 패턴, 그리고 (c) 박테리아 정보 추출을 위한 정량 분석 예시
2014.05.29 조회수 16323 -
실시간 조직검사 하는 초소형 현미경 개발
지난해 대장내시경 검사를 받은 34살 직장인 문 모씨는 5mm 크기의 용종이 발견돼 제거수술을 받았다. 대장암 가족병력이 있어 일주일 후 조직검사 결과가 나온다는 말에 초초한 마음으로 밤잠을 설쳤다.
우리 학교 바이오및뇌공학과 정기훈 교수 연구팀은 내시경에 장착해 실시간 조직검사를 할 수 있는 초소형 현미경을 개발, 광학분야 세계적 학술지인 옵틱스 익스프레스(Optics Express) 3월 5일자 온라인판에 게재됐다.
지름이 3.2mm에 불과한 이 현미경은 20f/s(초당 프레임 수)의 속도로 3mm 깊이까지 3차원으로 스캔할 수 있다. 분해능(최소 식별 거리)은 머리카락 두께(100μm)의 약 1/6인 17μm(마이크로미터, 100만분의 1미터)로 암세포, 정상세포, 염증세포 등을 정확하게 구별해 낼 수 있다.
이 기술 개발로 △보통 2~3일 걸리던 조직검사를 실시간으로 수행할 수 있고 △불필요한 조직검사 횟수를 줄일 수 있으며 △점막절제술 시 정확한 위치에 대한 시술이 가능해져 합병증을 감소시킬 수 있을 것으로 기대된다.
이와 함께 현재 전 세계 의료용 내시경장비는 일본 업체들이 독점하고 있어 진입장벽이 매우 높지만 정 교수 연구팀의 초소형 현미경 개발로 우리 기술이 새로운 의료기기 시장에 진입할 수 있을 것으로 기대된다.
기존 내시경 조직검사는 의심되는 병변부위를 절제한 후 현미경으로 조직검사를 수행하기 때문에 실시간 진단이 불가능하다. 또 조직검사 과정에서 세포 염색 등을 위한 시간이 오래 걸려 정확도가 떨어진다.
이러한 문제점을 극복하기 위해 물리적인 절개 없이 실시간으로 조직을 진단하는 광간섭단층촬영술(OCT, Optical Cohrence Tomography) 등 차세대 영상기법을 내시경에 접목하는 연구가 최근 활발히 진행 중이다.
소화기 내시경(지름 약 11mm)에 최신 영상기술을 접목하기 위해서는 직경 3.5mm이내의 한정된 공간에 초소형 현미경을 구현하는 것이 핵심이다. 최근에는 압전소자와 광섬유를 이용해 직접 스캐닝하는 방식이 주로 사용됐다.
그러나 기존 광섬유 스캐너는 광섬유의 대칭적 구조로 인해 발생하는 물리적 간섭현상에 매우 취약해 임상용 의료내시경 개발에 한계가 있었다.
연구팀은 미세전자기계기술(MEMS, Micro Electro Mechanical Systems)을 이용해 문제점을 해결했다.
연구팀은 광식각공정 및 심도반응성 이온기술을 이용해 미세 실리콘 보조 구조물을 제작했다. 이를 광섬유와 결합해 구동특성을 변조함으로써 간섭현상을 해결하고 광섬유 스캐너의 안정성을 크게 향상시켰다. 또 스캔 패턴을 변화시켜 시간에 따라 연속적으로 해상도를 높일 수 있는 이미지 복원방법을 구현했다.
그 결과 관찰한 부분의 3차원 구조를 최소 0.5초 내에 측정할 수 있었다. 스캔 시간이 늘어남에 따라 연구팀은 좀 더 정밀한 이미지를 얻을 수 있었다.
정기훈 교수는 “국내 내시경 업체 및 병원과 긴밀한 협력을 통해 시제품 제품 개발에 박차를 가하고 있다”며 “동물실험 및 임상실험을 거쳐 수년 내 상용화 될 것”이라고 제품 출시에 대한 기대감을 내비쳤다.
그림1. (A)광섬유 스캐너의 구동특성 변조를 위한 미세 실리콘 구조물의 제작공정 모식도 (B),(C)제작된 미세 실리콘 구조물 이미지 (D)미세 실리콘 구조물이 결합된 광섬유 스캐너
그림2. 현미내시경이 장착된 의료용 내시경
그림3. (A)내시현미경의 광간섭단층촬영 이미지 (B),(C),(D)개략적인 전체 구조의 파악 후 시간에 따라 정밀한 이미지를 얻을 수 있음. (E),(F)제작된 내시현미경을 통해 0.5초간 측정한 동물조직의 3차원 단층 이미징
그림4. 기존 광섬유(좌측)와 개발된 광섬유 스캐너의 1·2차원 구동 패턴(우측). 물리적 간섭현상으로 인해 깨끗한 라인스캐닝이 어려우며 나선형 스캐닝만 가능했으나 미세 실리콘 보조구조물을 이용해 간섭현상을 해결하고 스캔 패턴을 변형시킴.
2014.03.27 조회수 16745 -
3차원 고해상도 혈관내시경 시스템 개발
우리 학교 기계공학전공 오왕열 교수는 현존하는 기술보다 *이미징 속도가 최대 3.5배 빠른 광학 혈관내시경 시스템을 개발하고 이를 이용해 세계 최초로 3차원 고해상도(혈관 깊이 방향 10㎛급, 혈관 둘레 및 길이 방향 30㎛급) 생체 혈관 내부 이미지 획득에 성공했다. *이미징 : 시각적으로 인식할 수 있는 형으로 정보를 표현하는 것
이번에 국내 최초로 개발된 혈관내시경 시스템은 영상속도는 물론 해상도, 영상품질, 영상획득영역 등도 세계 최고의 성능을 갖고 있다. 또 혈관 벽의 취약여부 파악에 용이한 편광 이미징 등 기능성 이미징도 동시에 수행할 수 있어 심혈관계 질환 진단 및 치료에 새로운 전기를 가져올 것으로 기대된다.
혈관내시경 광단층영상(OCT, Optical Coherence Tomography) 시스템은 심근경색으로 대표되는 심혈관계질환 진단을 위해 가장 높은 해상도를 제공하는 장비로써 임상분야에서 주목을 받고 있다.
그러나 기존 시스템은 영상 촬영속도가 느려 빠르게 이미징을 수행해야하는 혈관 내 상황에서 자세한 파악이 불가능하고 혈관 내부를 띄엄띄엄 분석할 수밖에 없었다. 임상에서 생체 혈관 내부 광학적 영상을 위해서는 내시경을 혈관에 삽입한 다음 투명한 액체를 순간적으로 흘려보내 수초 안에 촬영을 해야 하기 때문이라고 연구팀은 전했다.
연구팀은 초고속·고해상도 광단층영상 시스템과 직경 0.8mm(밀리미터)의 유연한 고속·고해상도 내시경 및 이미징 빛을 혈관 내에서 고속으로 스캔할 수 있는 장치를 개발하고, 이를 활용해 혈관 벽 내부 구조를 영상화하는데 성공했다.
연구팀은 개발한 시스템을 활용해 사람의 관상동맥과 비슷한 크기인 토끼 대동맥 7cm 길이의 혈관을 5.8초 만에 초당 350장의 속도로 단층 촬영에 성공, 3차원 모든 방향으로 10~35㎛(마이크로미터, 100만분의 1미터)의 고해상도 이미지를 얻어냈다.
연구팀은 현재 상용화중인 혈관내시경처럼 200㎛ 간격으로 이미징할 경우에는 7cm 길이의 혈관을 1초 안에 모두 이미징할 수 있었다.
오왕열 교수는 “이번에 개발한 혈관내시경 시스템은 세계 최고의 성능을 갖는 것은 물론 살아있는 동물 혈관 내부 촬영을 통해 사람의 혈관과 비슷한 상황에서 테스트가 됐다는 점에서 크게 의미가 있다”고 연구 의의를 밝혔다.
더불어 “병원과 긴밀한 협력을 통해 올 상반기에 사람의 심장과 비슷한 크기를 가진 동물 심장의 관상동맥 촬영을 준비하고 있다”며 “이를 거쳐 향수 수년 내에 임상에서 환자에 적용할 수 있을 것”이라고 임상적용 및 상용화에 대한 강한 기대감을 내비쳤다.
이번 연구는 한국연구재단의 중견연구자지원사업(도약연구) 및 글로벌프론티어사업의 지원을 통해 수행됐으며, 연구결과는 지난 1월 바이오메디컬 옵틱스 익스프레스(Biomedical Optics Express) 지에 게재됐다.
그림1. 내시경 말단 광학부(좌측상단)
그림2. 내시경 고속 광 스캐닝 유닛(우측상단)
그림3. 고해상도로 이미징된 동물 생체 혈관 내부 영상(혈관 둘레 및 길이방향)
그림4. 고해상도로 이미징된 동물 생체 혈관 내부 영상(혈관 깊이방향)
2014.03.12 조회수 18440