Research 1 친환경 적외선 센서의 탄생

오늘날 우리는 눈에 보이지 않는 정보를 읽어내는 기술과 함께 살아가고 있습니다. 그 중심에는 ‘중파장 적외선(MWIR)’ 검출 기술이 있는데요. 중파장 적외선은 3~5μm 범위의 적외선으로 열화상 카메라, 체온 감지, 가스 분석, 환경 모니터링 등 산업·의료 전반에서 핵심적인 역할을 수행하고 있습니다. 하지만 현재 상용화된 소자는 제작 비용이 높을 뿐 아니라 수은과 같은 독성 물질을 사용하고 있어 대량 생산과 일반 소비자 시장 확대에 큰 제약이 있다고 하죠. 대안으로 독성이 없는 텔루륨화은(Ag₂Te) 양자점이 제시되었으나, 기존 방식으로는 중파장 적외선을 감지하는 데 한계가 있었다고 하는데요. 여기서 고려대학교 정광섭 교수 연구팀은 기존 합성법의 한계를 깨기 위해 ‘후성장(post-growth) 공정’을 고안했습니다. 이는 130℃의 저온에서 작은 텔루륨화은 양자점을 씨앗으로 삼은 뒤, 180℃에서 은 전구체와 환원제를 추가 투입해 더 크게 성장시키는 방식인데요. 이렇게 탄생한 소자는 입자 크기를 정밀하게 제어할 수 있어, 그동안 감지하기 어려웠던 중파장 적외선 전 영역을 포착할 수 있다고 합니다.

• 텔루륨화은 콜로이드 양자점의 후성장 합성 과정 및 광학적 특성

제작된 소자는 미세한 체온 차이를 명확히 구별해내는 데다, 빛에 반응하는 속도도 세계 최고 기록인 523나노초(ns)에 달한다고 합니다. 또한 값비싼 진공 장비 없이 액체 상태의 소재를 도포하는 ‘용액 공정’을 통해 생산 단가도 획기적으로 낮출 수 있었다고 하죠. 이번 성과는 독성 소재와 고비용 공정에 의존했던 기존 적외선 센서의 한계를 넘어, 보다 안전하고 경제적인 차세대 광검출 기술을 제시했다는 점에서 큰 의미가 있는데요. 앞으로 다양한 분야에서 보이지 않는 정보를 밝혀내는 새로운 눈이 되어줄 것으로 기대됩니다.

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• 논문명 Non-toxic silver telluride colloidal quantum dot mid-infrared photodetector
• 등재 저널 Nature Communications(2026.4.4.)
• 연구 저자
  • 정광섭 교수(교신저자/고려대학교)
  • 엄소영 박사(제 1저자/고려대학교)
  • 이진혁 석박사통합과정생(제 1저자/고려대학교)
  • 송해민 박사(공동저자/고려대학교)
  • 손수헌 석사과정생(공동저자/고려대학교)
• 연구 요약
  친환경 소재로 구현한 차세대 적외선 센서

  • 텔루륨화은 양자점 기반 광검출 소자를 개발해 중파장 적외선 전 영역 감지에 성공했다.
  • 독성 소재와 고비용 공정의 한계를 넘어 열화상·의료·환경 분야 활용 가능성을 제시했다.

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Research 2 각막 속 숨겨진 세계를 보다

우리 눈 가장 바깥쪽에 위치한 투명한 조직, 각막. 마냥 맑고 투명한 막처럼 보이지만 사실 각막 안에는 높은 밀도의 감각 신경과 다양한 면역세포가 분포하고 있습니다. 특히 각막 신경은 안구 표면 질환과 밀접하게 관련되어 있고 시력 교정이나 백내장 수술 과정에서도 영향받을 수 있어, 상태를 정밀하게 관찰하는 것이 중요하죠. 하지만 현재 임상 및 연구에서 널리 사용되는 생체 공초점 현미경은 반사 신호 기반의 영상법을 사용하기에 잡음이 발생하거나, 신경 구조가 끊겨 보이는 등 정밀한 관찰이 어려웠는데요. 이를 해결하기 위해 포항공과대학교 김기현 교수 연구팀은 서울대학교 윤창호 교수 연구팀, 중앙대학교 김경우 교수 연구팀과의 공동연구로 차등 위상 대비(Differential Phase Contrast, DPC) 기반의 고해상도 생체 각막 영상법을 개발하였습니다. 이 기술은 반사가 아닌 세포에서 굴절되는 빛을 활용해 세포를 고대비로 시각화하는 방식으로, 각막 신경망과 면역세포를 동시에 비표지 영상화할 수 있는데요. 특히 기존 방법과 비교했을 때, 신경 섬유가 끊임없이 연속적으로 관찰되며 면역세포 형태도 명확하게 확인할 수 있다는 장점이 있습니다.

• 각막 신경 및 면역세포 영상화를 위한 차등 위상 대비(DPC) 기반 광학 영상 시스템 개략도

현재 본 기술의 성능은 동물모델에서 검증되었으며, 연구팀은 인체 적용을 위한 시스템 최적화, 임상 연구 수행 등으로 정밀 의료 진단 플랫폼으로 발전시킬 계획이라고 하는데요. 안구 표면 질환 진단, 신경 회복 추적, 말초신경 퇴화 질환 조기 진단 등 다양한 분야에서 활용될 그날까지, 많은 응원과 관심 부탁드립니다.

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• 논문명 High-resolution high-contrast in vivo phase imaging of corneal nerves and immune cells in mice
• 등재 저널 The Ocular Surface(2026.2.2.)
• 연구 저자
  • 김기현(공동교신저자/포항공대)
  • 윤창호(공동교신저자/서울대학교병원)
  • 김경우(공동교신저자/중앙대)
  • 전수일(제1저자/포항공대)
• 연구 요약
  각막 속 변화를 포착하는 고해상도 생체 영상 기술

  • 각막 속 신경과 면역세포를 동시에 관찰할 수 있는 광학 영상 기술을 개발했다.
  • 신경 손상과 면역 반응을 정밀하게 분석해 안구 질환 진단 및 치료 연구에 활용될 것으로 기대된다.

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Research 3 분자 하나까지 선명하게 포착하다

우리 몸속에서 일어나는 다양한 생명 현상을 이해하기 위해서는 세포보다 작은 ‘분자’ 단위의 움직임을 살펴보는 것이 중요합니다. 특히 최근에는 질병의 발생 원리를 밝히고 신약 개발의 실마리를 찾기 위해 개별 분자의 거동을 직접 관찰하는 ‘단일 분자 현미경’ 기술이 주목받고 있는데요. 하지만 기존 단일 분자 현미경 기술에 널리 쓰이는 형광 현미경은 신호 폭이 넓어 한 번에 여러 종류의 분자를 구분하기 어렵고, 복잡한 실험 절차가 필요하다는 한계가 있었습니다. 이러한 상황 속, 고려대학교 심상희·우한영·박성남 교수 공동연구팀은 개별 분자의 거동을 실시간으로 확인할 수 있는 차세대 단일 분자 라만 현미경 기술을 개발했습니다. 기존 한계를 극복하기 위한 전략으로 전자 공명 유도 라만 산란(ER-SRS)* 기술과 비형광 분자 프로브(RANMP)**를 결합해, 형광에 의한 배경 신호를 효과적으로 억제했는데요. 그 결과 라만 신호를 200배 이상 증폭시키며 단일 분자 수준의 감도를 실험적으로 입증해 냈다고 합니다.

전자 공명 유도 라만 산란(ER-SRS): 레이저 주파수를 분자의 전자전이(흡수) 영역과 진동 주파수에 맞춰 라만 신호를 증폭시키는 기술 비형광 분자 프로브(RANMP): 강한 라만 신호를 내고 강한 근적외선 흡수를 가지면서도 형광을 거의 내지 않도록 설계된 분자

• 전자 공명 라만 현미경 전반적인 개요

지금까지 단일 분자 라만 이미징은 약한 신호를 보완하기 위해 형광 검출 방식이나 근접장 증폭 기술에 의존해 왔습니다. 본 연구성과는 라만 신호만으로 단일 분자 이미징을 구현하며, 기존 바이오 이미징 기술의 한계를 넘어서는 새로운 가능성을 제시했다는 점에서 큰 의미가 있는데요. 앞으로 연구팀은 생체 적합성을 개선한 라만 탐침을 개발하고, 다양한 기능기를 도입한 분자 라이브러리를 구축해 초다중 단일분자 이미징 기술을 더욱 고도화할 계획입니다.

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• 논문명 Fluorescence-free single-molecule microscopy via electronic resonance stimulated Raman scattering
• 등재 저널 Nature Communications(2026.1.29.)
• 연구 저자
  • 심상희 교수(교신저자/고려대학교)
  • 우한영 교수(교신저자/고려대학교)
  • 박성남 교수(교신저자/고려대학교)
  • 오수민 박사과정(공동 제1저자/고려대학교)
  • 엄윤지 석사졸업(공동 제1저자/고려대학교)
  • 김하연 박사과정(공동 제1저자/고려대학교)
• 연구 요약
  분자 하나까지 관찰하는 차세대 라만 현미경 기술

  • 전자 공명 유도 라만 산란 기술과 비형광 분자 프로브를 결합해 단일 분자 관측에 성공했다.
  • 형광 검출에 의존하지 않는 초고해상도 바이오 이미징 플랫폼의 가능성을 제시했다.

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