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세부1 연구팀
세부1 연구팀 소개
연구팀
SUB-TEAM 1
세부1 연구팀 & 핵심 장비 소개
세부1 연구팀의 연구 방향과 참여 교수진, 핵심 장비 및 연구 흐름을 소개합니다.
OVERVIEW
세부1 연구팀 소개
세부1 연구팀은 다이아몬드 NV 센터 기반의 나노 · 마이크로 MRI 핵심 기술 개발과 이미징 시스템 구축을 중심으로 연구를 수행합니다.
연구책임자와 대표 장비를 함께 소개하여 연구 방향, 장비 구축 현황, 그리고 응용 가능성을 한 화면에서 이해할 수 있도록 구성했습니다.
향후 바이오 시료 분석, 정밀 자기장 맵핑, 고해상도 이미징 플랫폼 확장으로 이어지는 연구 흐름을 보여주는 데 초점을 두었습니다.
연구 방향
고감도 양자센싱과 나노 · 마이크로 MRI 이미징 기술을 통합하여 실험실 기반 핵심 플랫폼을 구축합니다.
핵심 역량
광학계, 마이크로파 제어, 자기장 측정, 신호 해석을 아우르는 통합 실험 역량을 기반으로 연구를 수행합니다.
응용 확장
바이오 분석, 재료 특성 평가, 고분해능 자기장 이미징 등으로 확장 가능한 기반 기술을 확보합니다.
PROFESSOR
이동헌 교수
세부1 연구책임자
고려대학교 물리학과 / Quantum Sensing & Imaging Lab
연락처 - donghun@korea.ac.kr
다이아몬드 NV 센터 기반 자기공명 측정과 양자 이미징 플랫폼 구축을 중심으로 세부1 연구팀을 이끌고 있습니다.
세부1 연구팀에서는 NV 센터 기반 자기장 측정과 고해상도 이미징 플랫폼을 실험적으로 구현하고, 연구 장비 구축과 응용 방향 설정을 함께 주도하고 있습니다.
직위
세부1 연구책임자
소속
고려대학교 물리학과
연구분야
다이아몬드 NV 센터 기반 양자센싱 및 이미징 실험 연구
역할
세부1 연구 총괄, 장비 구축 방향 설정, 실험 플랫폼 운영
연구 키워드
Quantum Sensing, Diamond NV Center, Nano / Micro MRI, Wide-field Imaging
응용 방향
정밀 자기장 측정, 시료 기반 이미징, 양자센서 플랫폼 검증
EQUIPMENT
Wide-field NV Magnetic Imaging System
핵심 이미징 장비
세부1 연구팀의 대표 이미징 장비로, 시료 표면의 자기장 분포를 넓은 시야에서 정밀하게 측정할 수 있는 시스템입니다.
장비 설명
광학 현미경, 레이저 여기, 마이크로파 구동부, 자기장 제어 모듈, 형광 검출 카메라를 통합한 장비입니다. 장비 구조와 운용 목적을 교수님의 연구 방향과 함께 보여주면 세부1 연구팀 페이지에서 연구-장비 연결성이 더 명확해집니다.
활용 분야
주요 구성 및 스펙
- 측정 방식 · Wide-field magnetic imaging
- 핵심 구성 · Laser / Microwave / Objective / Camera
- 주요 활용 · 자기장 맵핑, 시료 특성 분석, 양자센서 검증
PROFESSOR
최원식 교수
세부1 공동연구자
고려대학교 물리학과 / Center for Deep Optical Imaging
연락처: wonshik@korea.ac.kr
산란 매질 내부 고해상도 광학 이미징 기술 개발을 통해 세부1 연구팀의 이미징 플랫폼 고도화에 기여하고 있습니다.
반사행렬 현미경 기술을 NV 센터 기반 이미징 시스템에 접목하여 이미징 해상도와 심도를 향상시키는 연구를 하고 있습니다.
직위
세부1 공동연구자
소속
고려대학교 물리학과
연구분야
고심도 광학 이미징 연구
역할
NV 센터 이미징 시스템에 반사행렬 현미경 기술 접목 연구
연구 키워드
Quantum Imaging, Reflection Matrix Microscopy, Deep Tissue Imaging
응용 방향
NV 센터 이미징 해상도 및 심도 향상, 생체 내부 양자센서 신호 관측
EQUIPMENT
Closed-loop accumulation of single scattering (CLASS) imaging system
반사 행렬을 측정하여 다른 이미징 모델들에 적용 (CLASS, MST 알고리즘, Virtual histopathology 등)
반사행렬을 측정할 수 있는 점 스캔 현미경
장비 설명
본 시스템은 시료에서 되돌아온 빛의 전기장(electric field)을 직접 측정하는 광학 영상 장비로, 515 nm 펨토초 펄스 레이저를 광원으로 사용해 시료 표면에 점 단위로 초점을 만들어 스캔합니다. 갈바노미터 미러로 빔의 방향을 빠르게 제어해 시료 표면을 한 점씩 훑고, 시료에서 반사·산란되어 돌아온 빛은 같은 갈바노미터 미러를 거꾸로 통과해 원래 경로로 정렬되는 de-scan 방식으로 다시 모입니다. 이렇게 모인 빛을 참조광(reference)과 간섭시켜 sCMOS 카메라로 기록하면 세기뿐 아니라 위상까지 포함한 복소 전기장 정보를 직접 측정할 수 있습니다. 펨토초 펄스가 갖는 매우 짧은 시간 폭 덕분에 산란 매질을 빠르게 통과한 ballistic 신호를 시간적으로 선별할 수 있어, 단순 세기 영상으로는 보이지 않는 산란체 너머의 미세 구조까지 고해상도로 영상화할 수 있다는 점이 본 시스템의 강점입니다.
EQUIPMENT
Long wavelength oblique back-illumination (OBM) system
단파장 투과가 힘든 샘플의 깊은 곳을 관측하기 위한 시스템
Confocal reflection과 OBM 영상을 동시에 얻는 35 fps 실시간 광학 영상 시스템
장비 설명
본 시스템은 폴리곤 미러(polygonal mirror)와 갈바노미터 미러를 결합한 고속 스캔 광학계로 35 fps 실시간 라이브 영상을 얻는 광학 영상 장비입니다. 폴리곤 미러가 빠른 수평 스캔을, 갈바노미터 미러가 수직 스캔을 담당하여 빔을 점 단위로 시료 표면 위에서 신속하게 이동시킵니다. 대물렌즈를 통해 시료 초점면의 confocal reflection 영상을 얻는 동시에, 대물렌즈 양 옆에 설치된 multimode fiber로 시료 내부에서 다중 산란된 빛을 수집하여 OBM 영상을 함께 얻습니다. 두 가지 imaging modality를 한 광학 경로에서 실시간으로 동시에 활용할 수 있다는 점이 본 시스템의 강점입니다.
EQUIPMENT
Multifocal fluorescence imaging system
DMD를 이용해 다수의 초점 패턴을 동시에 생성·스캔하여 시료를 고속으로 이미징하는 시스템
디지털 마이크로미러 소자(DMD)로 광 패턴을 프로그래밍 방식으로 제어해 다중 초점 병렬 스캐닝을 구현하는 광학 이미징 장비
장비 설명
본 시스템은 DMD(Digital Micromirror Device)로 시료에 다초점 광 패턴을 만들어 고속으로 영상화하는 광학 영상 장비입니다. 광원에서 나온 빛이 DMD에 입사하면 수십만 개의 마이크로미러가 픽셀 단위로 ON/OFF 스위칭하여 원하는 다초점 패턴을 형성하고, 이 패턴은 릴레이 광학계와 대물렌즈를 거쳐 시료면에 동시에 여러 지점으로 결상됩니다. DMD 패턴을 시간에 따라 빠르게 바꾸어 시야 전체를 점 단위가 아닌 패턴 단위로 스캔하고, 시료에서 발생한 신호광은 카메라로 수집되어 패턴 정보와 동기화·재구성됩니다. 이러한 방식으로 단일 점 스캐닝 대비 훨씬 빠른 속도로 고해상도 형광·광발광 영상을 얻을 수 있다는 점이 본 시스템의 강점입니다.
EQUIPMENT
Laser Ultrasound (LUS) imaging system
빛으로 음파를 만들고 다시 빛으로 측정해 산란층 안쪽을 들여다보는 비접촉 초음파 영상 시스템
레이저로 발생시킨 음파를 홀로그래피로 측정해 산란체 너머의 물체 영상을 얻는 비접촉 초음파 시스템
장비 설명
본 시스템은 시료에 직접 닿지 않고 레이저만으로 초음파를 발생시키고 측정하는 비접촉 영상 장비로, 펄스 레이저와 DMD를 이용해 광흡수층에 다양한 광 패턴을 조사하면 광음향 효과로 음파가 만들어집니다. 이 음파는 시료를 통과해 반대편 표면에 미세한 변위를 일으키며, 프로브 레이저를 표면에 비춘 뒤 반사광을 reference 광선과 비스듬히 간섭시켜 고속 카메라로 off-axis hologram을 기록합니다. 기록된 홀로그램에서 표면 변위의 시공간 분포를 추출하고, 여러 광 패턴에 대한 측정 결과를 영상 재구성 알고리즘으로 합치면 시료 내부의 영상을 얻을 수 있습니다. 음파에는 매질을 통과하며 마주친 구조 정보가 모두 담기므로, 산란 보정 알고리즘과 결합하면 산란체 너머의 물체까지 비접촉으로 영상화할 수 있다는 점이 본 시스템의 강점입니다.
PROFESSOR
정근홍 교수
세부1 공동연구자
서강대학교 / AI-Quantum Fusion Chemistry Lab
연락처: 02-705-8443 / doas1mind@sogang.ac.kr
위탁연구를 담당하면서 다이아몬드기반 양자 플레그십 공동연구에 기여하고있습니다.
파라수소 기반 초분극 신호 증폭 연구를 통해 다이아몬드 양자센싱에의 적용을 고려하고 있습니다
직위
세부1 공동연구자
소속
서강대학교 화학과
연구분야
파라수소 기반 초분극 신호 증폭 연구
역할
위탁연구
연구 키워드
Parahydrogen, Hyperpolarization, NMR Quantum Sensing
응용 방향
실시간 물질 감지, 극미량 물질 측정
EQUIPMENT
50% Parahydrogen Generator
장비는 수소와 단열이 잘 되는 액체 질소 탱크, 촉매인 Fe(III) Oxide와 이 촉매를 충진한 구리관으로 구성되어 있습니다.
장비 역할 설명
세부1 연구팀의 50% Parahydrogen은 액체 질소를 이용하여 온도를 78K 까지 낮추어, 상온, 고압으로 저장되어 있는 Orthohydrogen을 촉매인 Fe(III) Oxide와 반응하여 Parahydrogen으로 변환하며, 손쉽고 Portable 하게 사용할 수 있습니다. 이 장비를 활용하여 Parahydrogen을 이용한 초분극 증폭 등을 연구할 예정입니다.
활용 분야
주요 구성 및 스펙
- 운용 방식 - : 액체 질소 탱크에 액체 질소를 충전하고 수소 탱크에서 수소를 공급하여 원하는 유량과 압력으로 측정 샘플에 공급하여 초분극 증폭을 발생시킵니다
- 간단 원리 - 상온에서 25% 불과한 파라수소의 비율은, 온도를 낮출 수록 열역학적으로 파라수소가 더 안정한 상태가 되어 변환되게 됩니다. 단순 온도를 낮출 경우 파라수소로 변환 되는 데 시간이 오래 걸리므로, 관 내부에 Fe(III) 촉매를 채워 넣어 빠르게 변환될 수 있게 합니다.
- 주요 활용 - 측정 샘플에 50% 파라수소를 설정된 유량과 압력으로 지속 공급하여, NMR 장비의 신호를 증폭시키는 파라수소 생성원으로 활용
EQUIPMENT
Automated Microfluidic Hyperpolarization System
본 장비는 미세유체 제어 파트(솔레노이드 밸브, 미세유체 채널), 샘플을 이송하는 로봇팔, 샘플을 이송하는 연동펌프와 스펙트럼 측정을 위한 벤치탑 NMR 기기로 구성되어 있습니다.
장비 역할 설명
세부1 연구팀의 자동화 미세유체 초분극 측정 시스템은 앞서 생성된 고농도 파라수소 가스와 측정 샘플을 미세유체 채널 내에서 정밀하게 혼합, 버블링하여 초분극(Hyperpolarization) 현상을 유도하고, 이를 NMR 기기로 자동 이송하여 스펙트럼을 측정하는 장비입니다. 이 장비를 활용하여 사용자 숙련도와 무관하게 높은 재현성을 갖는 초분극 증폭 기법(PHIP, SABRE 등)을 연구할 예정입니다.
활용 분야
운용 방식 및 간단 원리
파라수소 발생기에서 공급된 가스를 미세유체 채널 내부로 주입하여 샘플과 정밀하게 버블링 및 믹싱을 진행합니다. 이 과정을 통해 샘플의 NMR 신호가 증폭되어 초분극 상태가 유도됩니다. 이후 자동 제어를 통해 밸브와 펌프 및 로봇팔 동작이 연동되어 초분극 완료된 샘플을 NMR 기기로 전송합니다. 파라수소 주입부터 혼합, 이송, 측정에 이르는 전 과정을 자동화하여 인적 오차를 배제하고 실험의 안정성을 극대화 하였습니다.
주요 구성 및 스펙
- 측정 방식 - Flow 방식의 수소 가스 연속 공급 및 극저온 냉각 촉매 반응 (상온 Orthohydrogen에서 극저온 50% Parahydrogen로 실시간 변환)
- 핵심 구성 - 초저온 용기 (액체 질소 보관용 듀어병), 상자성 스핀 변환 촉매 (Fe(III) Oxide) 및 충진용 구리 튜빙, 수소 가스 유량 및 압력 제어 시스템
- 주요 활용 - 측정 샘플에 50% 파라수소를 설정된 유량과 압력으로 지속 공급하여, NMR 장비의 신호를 증폭시키는 파라수소 생성원으로 활용
EQUIPMENT
다채널 초정밀 자동 배합 및 이송 시스템
자율 주행 실험실(Self-Driving Lab) 구현을 위한 핵심 자동화 모듈
본 시스템은 사용자가 설정한 다변수 레시피(DoE)에 따라 최대 4종의 화학 물질을 정밀하게 자동 배합하고, 이를 NMR 등 분석 장비로 즉각 이송 및 세척하는 장비입니다. 기존 수작업으로 진행되던 반복적인 화학 물질 배합 및 이송 과정을 100% 자동화한 커스텀 자체 개발 장비입니다
장비 설명
구성: 정밀 3축 CNC 스테이지, 4채널 마이크로 정량 토출 펌프(Pico), 이송용 흡입 펌프, 커스텀 5구 트레이 및 통합 제어 SW(Python).
원리: UI 패널을 통해 바이알별 목표 투입량(mg)을 설정하면, 장비가 지정된 좌표로 이동하여 정량 토출 후, 자동 이송 노즐을 통해 NMR 장비로 샘플을 다이렉트 주입합니다.
특징: 이송 완료 후 지정된 위치에서 호스 내부를 자동 순환 세척하여 교차 오염없이 무인 연속 루프 가동이 가능합니다.
활용 분야
주요 구성 및 스펙
- 측정 방식 - Python 기반 Serial 통신을 이용한 3축 G-code 절대 좌표 제어 및 마이크로 펌프 멀티플렉싱 제어.
- 핵심 구성 - 개조형 3018 CNC 프레임, 4채널 액체 펌프 모듈, 독립 이송/세척 펌프 모듈, Python 기반 마스터 컨트롤 UI.
- 주요 활용 - 점도/특성이 다른 다양한 용매의 다변수 자동 혼합, 데드 볼륨 최소화 정밀 이송, 오염 없는 분석 장비 주입.
세부1 연구 흐름
세부1 연구팀은 양자센싱 원리 검증에서 시작해 이미징 시스템 구축, 그리고 바이오 · 정밀 측정 응용으로 이어지는 흐름으로 연구를 전개합니다.
양자센싱 원리 검증
NV 센터 기반 자기공명 측정 원리와 신호 검출 성능을 실험적으로 검증합니다.
이미징 시스템 구축
광학계와 제어계를 통합하여 나노 · 마이크로 MRI 이미징 시스템을 단계적으로 고도화합니다.
응용 플랫폼 확장
바이오 및 정밀 측정 응용으로 이어질 수 있도록 패키지형 연구 플랫폼으로 확장합니다.