목표 지점에 직접 주사하거나 이식할 수 있어 광범위하게 사용 가능
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(왼쪽부터) 이상석 박사과정, 김신현 교수, 김종빈 박사과정
이제는 머리카락 굵기의 캡슐을 치료 부위에 직접 주사해 레이저 치료를 하거나 조사 할 수 있게 될 것으로 보인다.
KAIST(총장 신성철)는 KAIST 생명화학공학과 김신현 교수 연구팀이 한국화학연구원 김윤호 박사와의 공동 연구를 통해 머리카락 굵기 수준의 캡슐형 레이저 공진기를 개발했다고 밝혔다.
캡슐형 레이져 공진기는 크리슈나 글로리오사 풍뎅이(Chrysina gloriosa, 이하 글로리오사 풍뎅이)의 외피와 동일한 구조를 미세 캡슐에 탑재한 기술로 치료용 레이저 등 광범위한 분야에 적용 가능할 것으로 기대된다.
글로리오사 풍뎅이 외피에는 왼쪽 방향으로 휘감아 도는 나선구조가 있는데, 동일한 방향의 원편광 빛만을 선택적으로 반사해 반사색을 보인다. 이런 나선구조를 활용하면 인공적으로 액정(Liquid crystals)을 구현하는 것이 가능하다.
액정 나선구조를 이용해 특정 파장의 빛을 제어할 수 있기 때문에 거울 없이도 레이저 공진기를 구현 할 수 있다. 따라서 액정 레이저 공진기를 머리카락 크기 수준의 캡슐 내부에 제작해 목표 지점에 주사하거나 이식할 수 있게 됐다. 기존의 액정을 활용한 레이저 공진기는 필름 형태로 구현됐는데 필름 형태의 공진기는 레이저의 발광 방향이 고정돼 있고 크기가 커 미세한 부분에 사용하기에는 한계가 있었다.
캡슐형 레이저 공진기는 삼중 구조로 구성된다. 코어의 액정 분자와 발광 분자의 혼합물을 액체 상태의 배향층과 고체 상태의 탄성층이 겹으로 감싸는 형태이다.
또한 공기 중에서도 안정적으로 구형을 유지하며 레이저 발광이 캡슐 표면을 따라 수직으로 발생해 3차원의 전방향(omnidirectional) 레이저 발광이 가능하다. 캡슐형 공진기를 기계적으로 변형시켜 발광 방향과 레이저의 세기를 조절할 수 있고 온도조절을 통해 액정의 나선구조 간격을 변화시켜 레이저 발광의 파장도 조절 가능하다.
김 교수는 “개발한 새로운 형태의 캡슐형 레이저는 작은 크기와 높은 기계적 안정성을 가져 주사 및 이식이 가능하며 국부적인 영역에만 조사할 수 있는 치료용 레이저로 사용 가능하다”고 말했다.
이번 연구는 한국연구재단의 중견연구자지원사업과 X-project 사업의 지원을 받아 진행됐다.
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