한양대학교 에너지공학과 정문석 교수 공동연구팀이 관찰대상에 따라 카멜레온처럼 관찰 방법자 자유자재로 변화하는 나노광학현미경을 개발했다. 개발된 현미경을 통해 특정 방향으로 굽혀진 분자만 골라 관찰하거나 모드를 바꿔 다양한 물질의 광 신호를 검출할 수 있다. 정 교수팀은 UNIST 박경덕 교수팀의 연구에 사용된 시료의 제작에 참여했다. 논문명은 'Adaptive tip-enhanced nano-spectroscopy'로 연구결과는 국제학술지 네이쳐 커뮤니케니션즈(Nature Communications)에 6월 8일자로 출판됐다.

탐침증강 나노현미경은 뾰족한 탐침으로 시료를 훑어 형태 정보를 알아내는 동시에 탐침에 모인 빛을 시료에 쏴 시료의 광 특성도 분석할 수 있는 자체 개발 장비다. 탐침으로 형태 정보도 읽어낼 수 있어 프리온처럼 굽혀진 단백질의 3차원 모양과 단백질의 화학결합 변화를 동시에 읽어내는 것이 가능하다. 하지만 기존 탐침증강 나노현미경은 탐침에서 시료로 전달되는 빛의 편광을 조절할 수 없어 이 때문에 분자의 정렬방향을 골라 관찰하기 어려웠다.

연구팀은 컴퓨터 알고리즘을 적용해 맞춤형 레이저빔을 만드는 적응광학 방식을 접목해 이 문제를 해결했다. 적응광학 기술을 접목해 이 문제를 해결했다. 적응광학은 빛의 파면을 조절해 산란 등에 의한 파면왜곡을 상쇄하는 기술이다. 탐침에 쏘아주는 레이저빔의 파면이 고정된 기존 기술과 달리 탐침 모양에 맞춰 파면을 조절하는 기술이다. 이 기술로 15나노미터 (10-9m)크기의 분해능으로 편광 방향을 자유롭게 조절 할 수 있었으며, 배향이 서로 다른 단일분자를 구분해서 측정함으로써 기술을 검증했다.

레이저빔으로 가시광선 대역 빛을 씀에도 불구하고 적외선 흡수분광 신호를 얻을 수 있는 것도 또 다른 장점이다. 전자기장의 기울기가 매우 작은 공간에서 급격하게 달라지기 때문에 가능한 현상이다. 이를 응용하면 개발한 장비 하나로 가시광선을 이용한 라만분광 신호와 적외선 흡수분광 신호를 목적에 따라 선택적으로 얻을 수 있다. 고가의 적외선 레이저와 탐지기 없이 가시광선 나노현미경으로 매우 다양한 종류의 미세 입자를 연구할 수 있다.

한편 해당 연구는 적응형 탐침증강 나노현미경에 관한 원천기술은 국내 및 유럽 특허(PCT)로 출원됐다. 연구수행은 한국연구재단, UNIST 등의 지원을 받아 이뤄졌다.