광미래기반 연구부

바이오-의료 광영상 기술 연구분야

OCT(OPTICAL COHERENCE TOMOGRAPHY, 광결맞음 단층영상)

빛이 생체 조직에서 산란되는 특성을 이용하여서 조직의 단층 구조를 수 um 의 분해능으로 수 mm 깊이 영역을 시각화 시키는 광영상 기술이다. OCT는 깊이 분해능을 향상시키기 위한 low coherence 광원과 여러 층으로 이루어져있는 생체 조직의 층간 경계에서 산란되어 나오는 서로 다른 빛의 간섭신호를 측정하는 광간섭계, 이클 분석 영상화하는 신호처리단으로 구성된다. 광간섭신로의 획득 속도 향상을 위해서 고속의 파장가변광원이나 고속의 분광기술을 이용하며, 사용자가 볼 수 있는 영상의 구성을 위하여 다양한 병렬 데이터 처리 기법을 사용한다. 광간섭 신호의 위상변화를 분석하여서 생체 조직의 편광특성과 유체(혈류)의 흐름을 시각화 시키는 연구가 진행되고 있다. 응용분야에 적합한 레이저 광원의 개발과 다양한 레이저 조사 방식의 연구가 함께 수행되고 있으며, 임상(안과, 신경외과, 이비인후과, 치과 등) 연구진과의 공동연구도 이루어지고 있다

PAT(PHOTOACOUSTIC TOMOGRAPHY, 광음향 영상)

빚이 파장에 따라서 생체 조직에서 선택적으로 흡수되는 현상을 이용하여서 생체 조직을 선택적으로 시각화 시키는 광영상 기술이다. 짧은 선폭(수 nsec)의 레이저 펄스가 생체조직에 흡수되고 매우 짧은 시간동안 국소적 온도의 상승과 조직의 열팽창이 초음파를 발생시키게 되는데 이때 발생하는 초음파를 측정하여서 고분해능의 광단층 영상을 얻게된다. 영상화하고자 하는 생체 조직의 광흡수 특성을 조사하고, 이에 맞는 출력 파장을 가지는 레이저의 개발과 발생되는 초음파를 측정할 수 있는 고감도 측정기술의 연구가 진행되고 있다.

WS(WAVEFRONT SHAPING FOR BIOLOGICAL SYSTEMS, 광파면제어)

고감도 광간섭계를 이용하여서 생체조직에 의한 광파면의 위상변화를 측정하고, SLM 이나 DMD 같은 광소자를 이용하여 생체조직에 의한 변화량 만큼 광파면에 반대로 보상값을 가하여서, 생체조직을 지나면서 발생하는 광파면의 변화를 상쇄하는 기술이다. 빚은 생체조직과 같이 산란이 매우 큰 매질을 지나면서 빛의 직진성이 줄어들고 광파면이 급속히 변화되기때문에, 광영상 기술로 생체의 깊은 곳을 들여다 보는데 한계가 있다. 생체 내부에서 빚이 지나가면서 산란되고 반사되는 특성을 이해한다면 생체조직에서 광영상 및 광센싱의 깊이 한계를 극복할 수 있으므로, 광간섭계의 민감도 향상과 기존 광영상 기술과의 환영방법에 관한 연구가 이루어지고 있다

단일분자 프렛 기술 개발 연구

단일분자 FRET기술은 생물분자들의 나노미터 이하 수준의 미세한 모양 변화를 실시간에서 직접 관찰할 수 있는 매우 유용한 연구기법으로 다양한 생체분자 연구에 활용되어 왔다. 하지만 실제 세포 내 환경과 유사한 환경에서 더 복잡한 생체분자의 작동과정을 연구하기 위해서는 동시에 여러 가지 거리 변화를 관찰하거나 생물분자에 주어지는 힘의 영향을 관찰할 수 있는 새로운 단일분자 기술이 필요하다. 이에 본 연구실에서는 단일분자 four-color FRET기술과 optical tweezers와 three.color FRET이 결합된 기술 등과 같이 발전된 단일분자 프렛 기술을 개발하고 있다. 또한 구조적으로 불안정한 막 단백질을 단일분자 수준에서 연구하기 위해서 membrane mimic 기술들이 융합된 단일분자 FRET 연구 기법도 개발하고 있다. 이러한 독자적인 단일분자 FRET기술들을 이용하여 본 연구실에서는 암이나 퇴행성 신경질환의 발생과 관련된 다양한 단백질의 동역학 연구를 수행하고 있으며, 이를 통해 이러한 단백질들의 분자 수준 작동 메커니즘을 규명을 위해 노력하고 있다.

대표연구실적

Young_Sik Yoo Kvung_Sun Na Young_Soo Bun _Jun Goun Shin. Rveong Hales Gounvoung Yoon. Tae loong Fom* and Choun_Ki loo "Examination of gland dropout detected on infrared meibogranhy by using optical coherence tomogranhy meibography". The Ocular Surface, 15(1),130-138,(2017)

초고감도 광센싱 기술

초분광 현미경에 기반한 LSPR 바이오 센싱

LSPR 바이오센싱 기법은, 금속 나노입자의 표면에 부착되는 바이오분자에 의해 변화된 굴절율 차이를, 산란이나 흡수 스펙트럼을 관측하여 센싱하는 비표지 기법이다. 일반적으로, 매우 많은 수의 나노입자에서 발생하는 LSPR 신호의 앙상블 값을 검출하는데, 본 연구실에서는 초분광 이미징 현미경에 기반한 이미징 타입 바이오센싱 기법 개발에 성공하여, 개별 금속 나노입자의 산란 스펙트럼을 동시에 측정할 수 있게 되었다. 이 기법을 이용하면, 개별 금속 나노입자가 하나의 바이오센서로서 작동하므로 동시 검출이 가능하고, 앙상블에 묻혀있던 미세한 신호를 검출할 수 있다. 단백질, 바이오마커, 독성물질 등의 초고감도 바이오센싱연구를 진행 중이다.

콜로이드 입자를 템플릿으로 이용한 고효율 플라즈모닉 나노구조체 제작

본 연구실에서는 콜로이드 입자를 템플릿으로 활용한 bottom-up 방식의 새로운 금속 나노구조체 제작 방법을 연구하고 있으며, 이를 통해 다양한 플라즈모닉 광특성을 가지는 금속 나노구조체를 제작하고 이클 고감도 바이오 센싱, 고효율 광촉매 등에 활용하기 위한 연구를 진행하고 있다. 또한 템플릿으로 활용되는 콜로이드 필름의 결정 구조 및 결함 확인을 손쉽게 할 수 있는 비표지 방식의 고대비 이미징 기술도 함께 개발하고 있다.

실시간 광산란 기술을 이용한 생체 계면 및 나노 입자 연구

선형/비선형 산란광 및 반사광 신호의 세기 및 편광 특성 등의 변화를 실시간으로 측정함으로써, 생체계면에서 일어나는 분자들의 흡착/투과 현상, 용액 속의 나노입자들의 응집 및 구조 변화 등의 다양한 동역학 현상 연구 및 이를 활용한 바이오 센싱 기술 연구

대표연구실적

Sang-Youp Yim. Jin-Ho Park. Min-Gon Kim. "Dark-field spectral imaging microscope for localized surface plasmon resonance-based biosens ing " Proc. SPIF 9523 International Conference on Nano_Bio Sonsing. Imaging and Spectrosconv 201 5 952307 (201 5)

Joon Heon Kim* and lung Su Park «Partial dark_field microsconvfor investigating domain structures of double.laver microsnhere film" Sci
Rep., 5, 10157 (2015)

Joon Heon Kim*, Jung Su Park, and Min-Gon Kim, "Time-dependent change of Hyper-Rayleigh scattering from silver nanoparticle aggregates induced by salt". Chem. Phys. Lett., 600, 15 (2014)

Joon Heon Kim* Sang-Youp Yim. Myoung-Kvu Oh. Minh Dinh Phan. and Kwanwoo Shin. "Adsorption behaviors and structural transitions of organic cations on an anioniclinid monolaver at the air-water interface" Soft Matter 8. 6504 (2012)

기능성 나노 / 바이오 광소자 기술

본 연구팀은 유기물 (공액 고분자) 및 유-무기 양자점을 이용한 고품위 반도체 소자 (전기발광소자, 태양전지등) 및 센서 개발에 관한 연구를 수행하고 있음


> 유기물 반도체 소자 동력학 연구
고품위 유기물 반도체 소자를 구현하기 위해서는 반도체 내에서의 여기자 생성, 이동, 소멸 등에 관한 원천적인 정보와 박막 표면에서의 전하 수송 및 에너지 손실 기작에 대한 이해가 필요함. 본 연구팀에서는 Photo-Induced Absorption (PIA)과 같은 초고속 분광 분석법을 이용, 유기물 반도체의 여기자 동력학에 관힌 연구를 통해 고품위 반도체 소자 개발 연구를 수행하고 있음.


> 유무기 양자점을 이용한 고품위 전기발광소자 개발
높은 양자효율, 좁은 FWHM 및 뛰어난 색좌표 등의 장점으로 최근 디스플레이 소재로 각광을 받고 있는 페로브스카이트 양자점을 발광층으로 이용한 고품위 삼색 페로브스카이트 양자점 디스플레이 소자를 개발하는 연구를 수행하고 있음. Time-Correlated Single Photon Counting (TCSPC)과 같은 초고속 분광 분석법을 이용, 페로브스카이트 양자점에서의 defect trap 밀도 계산과 같은 연구를 통해 소재 및 소자의 효율을 향상시킬 수 있는 원천적인 연구를 수행하고 있음.


> 정전기적자가 조립을 통한 공액 고분자 구조 제어, 압전, 점도, 바이오 및 중금속 측정을 위한 휴대용 필름 타입 센서 개발
정전기적 자가조립 현상을 이용하여 패턴된 공액 고분자 (전해질) 박막을 제작하고 이클 이용하여 리트머스 종이처럼 손쉽게 외부 환경변화 (압력, 점도, 바이오 및 중금속 변화)를 감지할 수 있는 필름타입의 형광센서를 개발하고 있음. 필름타입의 센서는 높은 휴대성 뿐만 아니라 측정시료를 오염시키지 않고 매우 소량의 샘플만으로도 정밀 측정이 가능하다는 장점을 가지고 있음.

대표연구실적
J.W. Kim, H.-J. Jeon, C.-L. Lee* and C. W. Ahn*, "Fabrication of 3-Dimensional Hybrid Nano-Structures Embedded ITO and Its Application as Transparent Electrode for High Efficient Solution Processable Organic Photovoltaic Device", Accepted at Nanoscale.

S.-C. Lee, J. Heo, J.-W. Ryu, C.-L. Lee*, S. Kim*, J.-S. Tae, B.-O. Rhee, S.-W. Kim and O.-P. Kwon,* "Pyrrolic Molecular Rotors Acting as Viscosity Sensors with High Fluorescent Contrast", Chem. Commun., 52, 13695-13698, (2016)

J. K. Kim, S. Bae, Y. Y, M. J. Park, S. J. Kim, N. Myoung, C.-L. Lee*, B. H. Hong* and J. H. Park*, "Origin of White Electroluminescence in Graphene Quantum Dots Embedded Host/Guest Polymer Light Emitting Diodes", Sci Rep., 5, 11032, (2015).

H. Cho, S.-H. Jeong, M.-H. Park, Y.-H. Kim, C. Wolf, C.-L. Lee, J. H. Heo, A Sadhanala, N. Myoung, S. Yoo, S. H. Im, R. H. Friend and T.-W. Lee*, «
Overcoming the Electroluminescence Efficiency Limitations of Perovskite Light-Emitting Diodes", Science, 350, 1222, (2015).

W.-E. Lee, Y.- J. Jin, B. S.-I. Kim, G. Kwak*, T. Sakaguchi, H. H. Lee, J. H. Kim, J. S. Park, N. S. Myung and C.-L Lee*, "In-situ Electrostatic Self-As sembly of Conjugated Polyelectrolytes in a Film", Adv. Mater. Inter., 1, 1400360, (2014)

C.-L. Lee*, I.-W. Hwang, C. C. Byeon, B. H. Kim and N. C. Greenham, "Triplet Exciton and Polaron Dynamics in Phosphorescent Dye Blended Polymer Photovoltaic Devices", Adv. Funct. Mater., 20, 2945, 2010. Selected as Hot Topics in Wiley-VCH (Organic Electronics, Solar Cells).