성균관대학교 생명물리학과 김인기 교수 연구팀이 박별리 교수, 박종찬 교수 연구팀 및 포스텍 노준석 교수 연구팀과 협력해 메타렌즈 기반 3차원 광음향 현미경(photoacoustic microscopy) 기술을 개발했다. 

왼쪽부터 성균관대 김인기·박별리·박종찬 교수, 포스텍 노준석 교수
해당 기술은 파킨슨병과 같은 퇴행성 뇌질환 연구를 위한 핵심 도구로 주목받고 있다.

광음향 이미징은 빛과 초음파를 결합한 혁신적인 기술로, 생체 조직의 깊은 부위까지 분자 정보를 시각화할 수 있지만 기존 기술은 빛의 초점 제한으로 인해 3차원 영상화에 어려움이 있었다.

이를 극복하기 위해 연구팀은 초점심도를 대폭 확장하면서도 해상도를 유지하는 니들빔(needle beam) 메타렌즈를 설계하고, 이를 이산화 티타늄(TiO2) 소재로 구현했다.

이 렌즈는 기존 렌즈 대비 초점심도가 13.5배 이상 길어지는 성능을 보이며, 혁신적인 설계로 광음향 현미경의 성능을 크게 개선했다.


면이 고르지 않은 뇌 오가노이드의 이미지를 캡처하도록 설계된 MeD-PAM의 개략도, UST:초음파 변환기 /  논문발췌

특히, 이 기술은 뇌 오가노이드 내 주요 바이오마커인 뉴로멜라닌의 3차원 분포를 정밀히 시각화하는 데 성공했다.