성균관대 김인기 교수 연구팀, 단일 메타렌즈로 ‘3-in-1’ 메타 현미경 시스템 개발
- 명시야·엣지강조·광시야 이미징…편광 전환만으로 자유롭게 구현
- 차세대 초소형 바이오 이미징·광 컴퓨팅 활용 기대 높아져

□ 성균관대학교(총장 유지범)는 생명물리학과 김인기 교수 연구팀이 단일 평면 메타렌즈로 세 가지 이미징 모드를 구현하는 다기능 메타 현미경 시스템을 개발했다고 밝혔다. 이번 연구는 기존 현미경 대비 구조를 획기적으로 단순화하면서도 고성능 다중 이미징을 가능하게 하는 차세대 광학 플랫폼 기술로 주목받고 있다.

□ 연구팀이 개발한 메타렌즈는 입사광의 편광 상태 변화만으로 명시야, 엣지 강조, 광시야 이미징을 각각 구현할 수 있는 편광 감응형 위상 구조를 갖춘 것이 특징이다. 우원편광에서는 명시야 모드, 좌원편광에서는 엣지강조 모드, 선편광에서는 광시야 모드가 동작하며 별도의 기계적 구동 장치나 복잡한 광학계 없이도 순간적인 모드 전환이 가능하다. 이는 하나의 개구부 내에서 공간 및 편광 다중화 방식을 적용해 서로 다른 위상 기능을 결합한 핵심 설계 덕분이다.

□ 직경 100 μm의 초소형 평면 구조임에도 불구하고 해당 메타렌즈는 세 가지 이미징 모드 모두에서 3.91 μm의 해상도, 최대 개구수(NA) 0.8, ±40° 광시야각 등 대물렌즈 수준의 광학 성능을 동시에 충족한다. 이는 단일 메타표면 소자만으로도 기존 고급 현미경 시스템의 역할을 대체할 수 있음을 보여주는 중요한 성과다.

□ 또한 모드별 기능적 차별성도 분명하다. 명시야 모드에서는 세포의 구조와 형태를 선명하게 관찰할 수 있으며, 엣지강조 모드에서는 세포 경계·핵·막 손상 등 미세 구조가 두드러지게 표현된다. 광시야 모드의 경우 ±40°의 넓은 시야각과 이중 초점 기능을 활용해 조직 절편이나 대면적 샘플 분석에 적합한 이미징 환경을 제공한다.

□ 김인기 교수는 “이번 메타 현미경 시스템은 단일 평면 메타렌즈만으로 다양한 고해상도 이미징 기능을 구현한 혁신적 사례”라며 “초소형·경량·저전력 장점을 바탕으로 모바일 헬스케어, POC(현장진단), 내시경, 랩온어칩 등 다양한 미래 의료·바이오 플랫폼에 적용될 잠재력이 크다”고 밝혔다.

□ 이번 연구는 응용 물리 분야 세계적 학술지 『Advanced Functional Materials』에 11월 12일자로 게재되었으며, 삼성미래기술육성사업, STEAM 글로벌융합연구지원사업, 세종과학펠로우십의 지원을 받아 수행되었다.

※ 논문명: MetaScope: Metasurface Based Multimodal Imaging System
※ 학술지: Advanced Functional Materials (IF: 19.0)
※ 논문 링크: https://doi.org/10.1002/adfm.202524783

11월 18일 월요일자 보도자료 - 첨부파일 참조