국내 연구팀이 자유롭게 변형 가능한 홀로그래피 기술을 개발했다. KAIST 물리학과 박용근 교수 연구팀은 세포와 같이 복잡한 3차원 물체를 빛을 통해 자유자재로 제어할 수 있는 홀로그래피 기술을 개발하는 데 성공했다. 이번 연구 성과는 네이처 커뮤니케이션즈 5월 22일자 온라인 판에 게재됐다.

‘광학 집게’라고 불리는 기존 광 제어 기술은 레이저로 광 초점을 만들어 초점에 구형 물체를 포획하는 방식이다. 렌즈를 이용해 작은 레이저 광 초점을 만들면 이 광초점에 자석에 철가루가 끌려오듯 주변 미세 물체를 달라붙게 하는 기술이다. 이 기술은 초점의 위치를 옮기거나 힘을 가하는 방식으로 포획된 구형 물체의 3차원 위치를 조절할 수 있다.

1997년 노벨 물리학상의 공적인 이 기술은 물리학 및 광학 분야 등에 널리 이용되고 있지만 물체의 모양이 복잡해지는 경우에는 물체를 안정적으로 포획하기 어렵다. 또 제어할 수 있는 물체의 방향이 제한적이기 때문에 생명 세포처럼 복잡한 3차원 형상을 가진 미세 물체를 광 제어하는 데 한계가 있다.

연구팀은 임의의 형상을 가진 복잡한 물체도 포획할 수 있는 새로운 레이저 포획 기술을 개발해냈다. 3차원 홀로그래픽 현미경을 이용해 물체의 3차원 정보를 실시간 측정한 뒤 그 정보를 바탕으로 물체를 제어할 수 있는 광학 패턴을 정밀히 계산해 입사하는 방식이다. 기존 광학 집게 기술이 단순한 광 초점을 이용한 수동적 방식이라면 이 기술은 물체에 따라 능동적으로 적용할 수 있다.

연구팀은 빛과 물체의 모양이 같아질 때 물체가 갖는 에너지가 최소화돼 복잡한 형상의 물체더라도 안정적으로 포획할 수 있음을 확인했다. 개발된 기술은 안정적인 상태에서 세포를 원하는 모양으로 변형시킬 수 있어 세포에 힘을 가해 변형시킬 때의 세포 반응을 정량적으로 분석할 수 있는 기술이다. 논문의 1저자인 김규현 박사는 “생물 물리학 연구, 부유 물질 및 나노 물체 조립 등의 다양한 분야에 응용 가능할 것이다”라고 말했다.

강정의 기자 justice@ggilbo.com