신약 개발, 식품 안전 등 다양한 분야의 핵심 기술인 '카이랄' 입자를 빛으로 분류하고 검출하는 최신 기술 동향을 집대성한 연구 결과가 나왔다.
중국 퉁지대학교 연구팀은 광학 기술을 이용해 카이랄 입자를 정밀하게 분석하는 최신 연구들을 종합 분석한 리뷰 논문을 국제 학술지 '옵토-일렉트로닉 어드밴시스' 6월호에 발표했다고 19일 밝혔다.
카이랄은 거울에 비춘 모습처럼 서로 대칭이지만 겹쳐지지는 않는 분자 구조를 말한다. 왼손과 오른손의 관계와 같아 '손대칭성'이라고도 불린다. 동일한 화학 성분이라도 카이랄 구조가 다르면 인체에 미치는 영향이 전혀 달라 신약 개발 등에서 이를 구별하는 기술이 매우 중요하다.
기존의 카이랄 분석 기술은 화학적 방법 등에 의존해 과정이 복잡하고 많은 시료가 필요하다는 한계가 있었다. 반면 빛을 이용한 광학 기술은 비접촉·비파괴 방식으로 실시간 분석이 가능해 주목받아 왔다. 하지만 빛과 카이랄 물질의 상호작용이 매우 미미해 신호가 약하고 선택성이 낮다는 기술적 난제가 있었다.
이번 논문은 이러한 한계를 극복하기 위한 최신 연구 성과를 '광학적 분류'와 '광학적 검출' 두 가지 방향으로 나눠 체계적으로 정리했다.
광학적 분류 분야에서는 특수하게 설계된 빛이나 메타표면, 광결정 등 나노광학 플랫폼을 이용해 카이랄 입자에 선택적으로 힘을 가해 분리하는 기술들이 소개됐다.
광학적 검출 분야에서는 플라스몬 구조, 광학 마이크로 공진기, 메타표면 등을 활용해 미약한 카이랄 신호를 증폭시키는 연구들이 다뤄졌다. 특히 인공지능(AI)과 머신러닝을 접목해 복잡한 시료 속 여러 종류의 카이랄 성분을 고속으로 식별하는 새로운 기술 경로도 제시됐다.
연구팀은 "나노광학, 미세유체, 인공지능 기술의 지속적인 융합이 광학 기반 카이랄 기술의 효율성과 정확도를 더욱 향상시킬 것"이라며 "아직 높은 제작 비용, 시스템 안정성 등의 과제가 있지만, 미래 과학 연구와 실제 응용 분야에 새로운 길을 열어줄 것으로 기대한다"고 밝혔다.