라만분석-나노 소재, 바이오등 분자의 성분 분석
최근 산업계의 유기물 검사 등이 증가하는 가운데 의료기기분야의 라만분석을 이용한 암진단 및 질병과 혈당측정 등 진단 연구가 활기를 띄고 있다. MIT 스타트업 나노베이스(대표 정진섭 www.nanobase.co.kr)는 자체 기술을 통해 제작한 라만분석기 보급에 나서면서 국내 광학분야 연구 활성화 제고와 산업적 가치 창출면에서도 주목을 받고 있다.
우리의 세계는 원자로 구성돼 있다. 광학이나 전자 혹은 원자현미경은 아주 작은 물질의 형태를 관측할 수가 있고, XRD(X선회절)는 결정의 구조를 분석한다. 하지만, 이러한 분석은 형태와 모양은 알 수 있어도 성분을 알기는 쉽지않다.
여러 물질이 섞여있는 복잡한 유기화합물을 쉽게 성분을 알아낼 수 있는 `라만효과`는 인류역사에서 발견된 지, 백 년이 되지 않은 물리적 현상이고, 1928년 인도 물리학자 라만(Raman)이 처음 발견해 3년 뒤 1931년에 노벨 물리학상을 받았다.
하지만 이 현상을 실제 분석장비로 사용하기에는 크기와 비용, 성능에 한계가 있었으나, 최근 레이저 및 반도체기술의 발전으로 제품의 성능 및 기능이 향상됐다.
국내에서는 나노 소재 및 바이오, 화학, 물리학의 과학연구분야와 산업계 등의 분야에서 수요가 증가함에도 불구하고 가격적인 측면에서 접근이 어렵고 대부분 글로벌 외국기업(Horiba, Renishaw 등)이 점유하고 있는 실정이다.
빛의 산란을 통해 분석하는 원리
원리는 간단해 빛의 색깔을 보는 것과 같다. 빛을 물질에 쪼여주면 흡수를 한 나머지는 대부분 반사를 한다. 빨간색 빛을 쪼여주면 빨간색이 반사되고, 파란색 빛을 쪼여주면 파란 빛이 반사된다. 이 빛을 탄성산란광이라고 한다.
그런데 자세히 살펴보면 원래 쪼였던 빛의 색깔과는 다른 여러 색깔의 빛들이 매우 적게 포함돼 있고, 이 빛들은 비탄성 산란광이라 하는데 물질마다 고유한 색깔로 표현되고 있다는 것이다. 이 색깔이 어느 만큼의 원래의 빛과 차이가 있는 지를 알아내면 물질을 구성하고 있는 분자의 구성을 알 수 있다는 원리다.
실제 라만분석기는 고순도의 다양한 레이저 파장을 가지고, 복잡한 광학계 및 자동차 한 대 가격의 카메라 등 전자적 회로와 소프트웨어로 구성된다.
미국 MIT 공대에서 스타트업 후 펀딩을 통해, 광학산업이 열악한 국내에서 세계적인 기술력을 가지고 `라만분석기`를 직접 제작 공급하는 나노베이스는 2008년 설립 후 4년여 연구 개발을 통해, 고순도 파장가변 레이저와 고해상도 분광기(f/1.4)를 개발 후 외국 고가의 제품 성능을 추월하고도 가격은 절반정도에 공급할 수 있는 라만분석기 `XperRam`을 시장에 공급했다.
서울대 물리학과와 화학생명공학과, 이화여대 물리학과, 성균관대 에너지과학과, 표준과학연구원, 생명공학연구원, 기초과학지원연구원, 재료연구소 등의 연구소 및 학계와 삼성전자와 LG이노텍과 같은 산업계 대기업에 납품이 이뤄졌고, 최근 대만과 중국의 대학으로도 수출됐다.
성균관대학교 에너지과학과 정문석 교수는 “외국기업의 점유로 늘 갈증이 있었던 국내 광학연구 분야에 신선한 충격이었고, 최근 2년간 국내에서 무서운 속도로 시장확대를 하는 나노베이스의 평가는 세계적인 기술력을 검증했다는 것”이라고 밝혔다.
업체 관계자에 따르면 올해 하반기에는 고성능의 보급형 라만 분석기를 시장에 선 보일 계획으로 기존의 현미경에 쉽게 장착하여 사용하는 2세대 라만분석기는 높은 라만 분석기 시장 진입을 한번 더 낮추는 의미가 있다고 전했다.
