초록 ▼

연구의 목적 및 내용
단일 극초단 레이저를 이용하여 비선형 라만 분광 현미경인 간섭성 반 스톡스 라만 산란(CARS), 라만 유도 커 효과 분광학(RIKES), 그리고 유도 라만 산란 (SRS)을 한 시스템에서 구현 할 수 있는 ‘복합 비선형 라만 분광 현미경’ 기술을 개발한다. 이 기술을 이용하여 살아있는 세포의 무표지(label-free) 이미징을 구현하고, 바이오 샘플의 스펙트럼과 이미지를 고속, 고분해능으로 실시간 측정하여 생체 세포의 다이나믹스를 3차원 영상으로 구현한다.
연구결과
■ 라만 분광학을 이용한

연구의 목적 및 내용
단일 극초단 레이저를 이용하여 비선형 라만 분광 현미경인 간섭성 반 스톡스 라만 산란(CARS), 라만 유도 커 효과 분광학(RIKES), 그리고 유도 라만 산란 (SRS)을 한 시스템에서 구현 할 수 있는 ‘복합 비선형 라만 분광 현미경’ 기술을 개발한다. 이 기술을 이용하여 살아있는 세포의 무표지(label-free) 이미징을 구현하고, 바이오 샘플의 스펙트럼과 이미지를 고속, 고분해능으로 실시간 측정하여 생체 세포의 다이나믹스를 3차원 영상으로 구현한다.
연구결과
■ 라만 분광학을 이용한 이미징 방법 연구 - 간섭성 반 스톡스 라만 산란 (Coherent anti-Stokes Raman Scattering, CARS), 라만 유도 커 효과 (Raman Induced Kerr Effect, RIKES), 유도 라만 산란 (Stimulated Raman Scattering, SRS)
■ 비선형 복합 라만 분광 현미경 시스템에 최적인 근 적위선(Near IR) 광 소스 개발 및 PCF (Photonic Crystal Fiber)를 이용하여 스톡스 광원 개발
■ 한 번에 초광대역 (300 cm-1 ~ 3500 cm-1) 밴드를 측정할 수 있는 고분광, 고분해 능 Mutiplex-CARS 마이크로 분광기 개발
■ CARS 분광기술을 현미경에 적용하여 고속, 고분해능 CARS 현미경 이미징 연구 및 실시간으로 분자진동 밴드의 스펙트럼과 이미지 측정
■ 유도 라만 산란 (Stimulated Raman Scattering, SRS) 현미경 시스템 개발 및 스펙트럼과 이미징 측정
■ 라만 유도 커 효과 분광학 (Raman-Induced Kerr-Effect Spectroscopy, RIKES) 현미경 시스템 개발 및 스펙트럼과 이미징 측정
■ 현미경의 대물렌즈 마운트에 수 nm의 높은 정밀도를 가진 PZT(piezo stage)를 설치하여 3차원 복합 라만 분광 현미경 시스템 구축
■ 복합 비선형 라만 분광 현미경을 이용한 살아있는 무표지 바이오 샘플의 3차원 영상구현 기술 개발
연구결과의 활용계획
비선형 라만 분광 현미경은 다음 세대를 대표할 수 있는 강력한 광학현미경 기술로써 바이오, 의료, 산업 영역에서 많은 역할을 할 것으로 기대된다. 무표지 이미징을 통하여 살아있는 세포의 지질막 모델 시스템, 지질 뗏목(raft) 그리고 나노입자 부유물 등 화학적이미징 연구를 할 수 있을 것이다. 또한 세포안에서 일어나는 다이나믹스의 물리적, 화학적 연구, 및 세포 상호작용의 화학적 연구에 활용 될 수 있다. 라만 분광 현미경의 개발로 미세한 암이나 종양을 정확하게 판별하여 조기에 진단 할 수 있을 것이다. 또한 내시경이 개발된다면 혈관을 실시간으로 모니터링 하여 동맥경화를 진단하는데 사용될 수도있으며, 신약개발을 위한 장비에 활용 되어 약물이 반응하는 과정을 실시간으로 모니터링하여 신약개발 시간을 단축시킬 수 있을 것이다.

Abstract ▼

Purpose&contents
Development of a new 'multiplex nonlinear Raman spectroscopic microscope'including CARS, SRS, and RIKES technique by using one ultrafast laser. The system will be applied to label-free imaging of live cells, high speed, high resolution,nonlinear spectroscopy for study of chemistr

Purpose&contents
Development of a new 'multiplex nonlinear Raman spectroscopic microscope'including CARS, SRS, and RIKES technique by using one ultrafast laser. The system will be applied to label-free imaging of live cells, high speed, high resolution,nonlinear spectroscopy for study of chemistry, biology, and medicine.
Result
■ Study about imaging technique using Raman spectroscopy-Coherent anti-Stokes Raman Scattering(CARS), Raman Induced Kerr Effect(RIKES), Stimulated Raman Scattering(SRS)
■ Development of near IR light source and Stokes light source using a PCF(Photonic Crystal Fiber) for nonlinear Raman spectroscopic microscope
■ Development of Multiplex-CARS microspectroscopy with high spectral resolution
■ Development of CARS microscopy system combined CARS microspectroscopy with high speed and high resolution
■ Development of Stimulated Raman Scattering(SRS) microscopy and measure the spectrum and image of SRS signal
■ Development of Raman Induced Kerr Effect(RIKES) microscopy and measure the spectrum and image of RIKES signal
■ Development of 3-D multiplex nonlinear Raman microscope system by using a PZT(Piezo stage)
■ Measurement of 3-D live bio-cells dynamics imaging
Expected Contribution
Multiplex nonlinear Raman microscope is expected to be a next generation microscopy for live cells imaging technology, which will considerably contribute to chemistry,biology, and medicine due to the excellent flexibility in many bio-medical applications and spectroscopic analysis. And it will contribute to the study of live cells, lipids raft,cell dynamics. The developed microscope system can be applied to study of cell-to-cell interaction, the diagnosis of incipient cancer with micro-size. And also it can monitor drug distribution and perform medical diagnostics rapidly using the new 3D imaging technique.

목차 Contents

• 핵심연구사업 최종보고서(평가용) ... 1
• 목차 ... 3
• 연구계획 요약문 ... 4
• 연구결과 요약문 ... 5
• 한글요약문 ... 5
• SUMMARY ... 6
• 연구내용 및 결과 ... 7
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 7
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 10
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 16
• 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 40
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 41
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 42
• 7. 주관연구책임자 대표적 연구실적 ... 43
• 8. 참고문헌 ... 44
• 9. 연구성과 ... 45
• 10. 기타사항 ... 49
• 끝페이지 ... 62