일본산업뉴스요약

복합재를 원료 별로 관찰
RIKEN, 광음향 현미경으로 실현

RIKEN(이화학연구소)의 마루야마(丸山) 연구원과 그 연구그룹은 재료 내부의 물질의 종류를 구별해 관찰할 수 있는 현미경을 개발했다. 대상물에 레이저광을 조사(照射)했을 때 발생하는 초음파를 측정해 3차원 이미지로 만드는 방법을 개량해 복수 종류를 동시에 볼 수 있도록 했다. 섬유를 혼합한 플라스틱 등 복합재료의 구조 해석이 쉬워져 신재료 개발에 활용할 수 있다. 생체 내부도 보이기 때문에 실험 동물의 관찰에도 이용할 수 있다.

‘광음향 이미징’이라는 방법을 사용한다. 물질은 특정 파장의 빛을 받으면 초음파를 내는 성질이 있다. 이 초음파를 센서로 읽어 이미지로 구성하는 방법이다. 파장에 따라서 반응하는 물질은 다르다.

기존의 광음향 이미징을 사용한 현미경은 광학부품의 프리즘을 사용해 빛을 1곳에 집광(集光), 그 부분의 물질만을 가시화해서 조사하는 시스템이었다. 파장을 바꿀 수 없고 하나의 물질밖에 촬영하지 못했다.

연구그룹은 광음향 현미경에 고속으로 파장을 바꾸는 독자의 기술을 내장했다. 빛의 파장을 바꾸면 빛의 경로가 바뀌면서 벗어나는 문제가 있었다. 그러나 프리즘을 반사경으로 대체하는 등의 개량을 거쳐 파장을 바꿔도 같은 장소에 집광할 수 있도록 했다. 해상도는 수십 ㎛(마이크로미터, 마이크로는 100만분의 1)였다.

유리섬유강화플라스틱(GFRP) 등의 복합재 구조를 조사할 때는 일반적으로 초음파를 사용해 검사하고 있다. 해상도는 비슷한 수준이지만 흑백 이미지였다. 새로운 광음향 현미경의 경우는 그들에 색을 입혀 구별할 수 있는 가능성이 있다. 내부의 구조를 보다 상세하게 알 수 있다면 고기능 복합재 개발 등에 활용할 수 있다.

연구그룹은 광음향 이미징을 응용한 컴퓨터단층촬영장치(CT)의 개발에 관여한 경험이 있다. 주로 혈관을 조사해 동맥경화나 피부암, 유방암 등을 검사할 수 있다. 그러나 센서를 많이 사용하기 때문에 고액이었다. 새로운 광음향 현미경의 센서는 하나다. 또한 다른 부품도 양산품을 사용함으로써 비용을 억제했다.

보급을 위해서는 용도별로 과제가 있다. 작은 동물을 관찰할 때는 몸의 깊은 곳까지 관찰할 수 있는 편이 좋다. 그러나 현재는 약 1cm의 깊이가 한계라고 한다. 재료를 볼 때는 해상도가 중요하다. 현재는 수십 ㎛지만 수 ㎛가 되면 보다 작은 구조의 차이를 구분할 수 있어 응용이 확산된다. 초음파 검출 기술이나 데이터를 3D 이미지로 재구성하는 기술의 개량이 필요하다고 한다.

연구그룹은 앞으로 그러한 분야의 전문가나 기업과 협력해, 2~3년 후를 목표로 복합재 검사나 실험 동물 관찰 등의 용도로 실용화를 목표하고 있다.

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