광학현미경의 한계를 뛰어넘은 '초고해상도 형광 현미경 기술'의 발전으로 기술 혁신의 바람이 불고 있다.

지난 9일 '제2회 세계 한인 과학기술인대회'에서 열린 '차세대 리더스 포럼' 행사에서 세 번째 발제자로 나선 김두리 한양대학교 화학과 교수는 '차세대 리더의 미래를 형성하는 최첨단 기술과 융합 혁신:초고해상도 현미경 기술 기반의 융합 연구 사례'를 주제로 발표에 진행했다.

김 교수는 하버드 박사 시절, 지도교수인 샤오웨이 장(Xiaowei Zhuang) 하버드 화학과 교수가 개발한 초고해상도 형광 현미경 기술의 'STORM' 기술을 중점적으로 연구했다. 현재는 차세대 초고해상도 현미경 기술을 개발 연구를 이어가고 있다.

김 교수는 "초고해상도 형광 현미경 기술을 활용하면 높은 공간 해상도의 이미지를 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 다양한 공간적, 분광학적 정보를 아주 미세한 수준까지 얻을 수 있다"고 설명했다.

초고해상도 형광 현미경 기술은 광학 현미경의 해상도를 30배 이상 향상시켜 기존의 광학현미경으로 관찰하지 못했던 나노미터(nm=10억분의 1m) 수준의 작은 구조까지 관찰할 수 있는 기술이다. 1nm는 성인 머리카락 굵기의 10만분의 1에 해당하며, 이 기술은 2014년도에 노벨 화학상을 수상한 바 있다. 기존 광학 현미경으로 관찰하기 어려웠던 바이러스, 박테리아 등 미생물도 단일 입자 수준에서 관찰할 수 있다.

김 교수는 "기술 발달로 아주 미세한 수준까지 관찰이 가능해지자 바이오 분야 외에 나노, 재료, 화학 분자 등 다양한 분야에서 기술 활용에 대한 관심이 높아지고 있는 추세"라며 "단순히 화학 반응이나 고분자를 보는 데 쓰일 수도 있지만, 정교해진 반도체를 나노 구조로 검사하는 기술을 개발하는 데 활용할 수 있다"고 덧붙였다.

김 교수는 다양한 분야와 협업하기 위해 연구개발을 꾸준히 해오고 있다. 나노 재료에서 일어나는 현상을 관찰할 수 있는 고해상도 광학 현미경 기술인 'In-situ STORM' 기술과 반도체 멀티컬러 나노이미징이 가능한 초고해상도 광학 현미경 기술을 세계 최초로 개발했다.특히 광학 현미경 기술을 다양한 분야와 접목하기 위해 "삼성전자나 LG를 비롯해 다양한 기업들과 협력해 연구를 진행했다"고 밝히면서 "앞으로 배터리나 미세먼지 등 아직 기술이 적용되지 않은 다양한 분야에 기술을 적용해 볼 계획"이라고 밝혔다.

김 교수에 따르면 초고해상도 형광 현미경 기술은 지속가능한 미래를 위한 탄소중립으로도 나아가는 데 조력할 수 있다. 그가 개발한 '단분자 분광 이미징 기술'은 초미세량의 화학 성분을 구별해 이미지로 측정할 수 있다. 대기 중 이산화탄소를 포집해 연료·화학 원료로 활용하는 과정에서 반응물, 중간물, 생성물의 변화를 이미지화하여 좀 더 쉽게 측정가능하다.

마지막으로 김 교수는 "초고해상도 형광 현미경 기술 등과 같은 최첨단 기술을 다양한 분야와 융합해 꾸준히 연구한다면 결국 우리나라 미래의 과학기술 발전에 기여할 수 있을 것"이라고 연구 목표를 밝혔다.