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  • 기사등록 2021-01-22 14:27:50
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▲ 한국기초과학지원연구원(KBSI) 연구장비개발부 한철수 박사 연구팀이 그동안 전량 수입에 의존하던 투과전자현미경의 국산화에 성공했다. 사진은 텅스텐 필라멘트 투과전자현미경



[기계신문] 한국기초과학지원연구원(KBSI) 연구장비개발부 한철수 박사 연구팀이 그동안 전량 수입에 의존하던 투과전자현미경의 국산화에 성공, 동시에 ‘KBSI 투과전자현미경 개발 플랫폼’까지 구축함에 따라 국산 연구장비 산업 생태계 조성에 한 걸음 더 다가서게 됐다.


투과전자현미경은 기초과학 연구에서 가장 많이 활용되는 장비로, 나노미터(nm) 수준의 분해능(식별 능력)으로 시료의 내부구조를 영상화하고 분석할 수 있다. 그러나 일본과 미국 업체들이 전 세계 투과전자현미경 시장의 97%를 점유하고 고가의 중·대형 모델만을 판매하고 있어, 국내 수요자들은 필요 이상의 고성능 모델을 높은 가격에 도입해야 하는 어려움을 겪어왔다.


이번에 연구팀이 개발한 ‘KBSI 30kV 보급형 투과전자현미경’은 ‘텅스텐 필라멘트 전자원 모델’과 ‘전계방출형 전자원 모델’이다. 이들 두 가지 모델의 현미경은 모두 낮은 전압에서 나노미터 수준의 분해능으로 세포 등의 생체 바이오 시료 및 그래핀과 같은 연성 소재 분석에 효과적이다.



▲ 텅스텐 필라멘트 투과전자현미경으로 관찰한 시료. (왼쪽 바이오 시료) 실험쥐 뇌 속 해마를 이용한 테스트, (오른쪽 소재 시료) 표준 시료를 이용한 이미지 및 회절 패턴 테스트



또한 연구팀은 투과전자현미경의 핵심 요소 장치인 5-자유도 시료 스테이지, 복수 시료 교환 장치, 고니오미터 및 전자빔 영상 검출기도 개발했다.


이번 성과는 KBSI가 주도적으로 사업을 추진하면서 정부출연(연)인 한국표준과학연구원, 한국기계연구원과 융합연구를, 민간에서는 전자현미경 전문 중소기업인 ㈜코셈과의 협력을 통해 도출해냈다는 점에서도 의의가 있다.



▲ 5-자유도 시료 스테이지, 복수 시료 교환 장치



또한, 연구팀은 투과전자현미경 시작품 개발에 그치지 않고, 향후 지속가능한 장비 개발 환경을 위한 ‘KBSI 투과전자현미경 개발 플랫폼’을 구축했다. 이 플랫폼은 향후 KBSI 내·외부 연구자 또는 국산 연구장비 업체가 투과전자현미경의 핵심 구성품을 개발했을 때, 그 구성품에 대한 신뢰성 평가를 제공하여 후속개발을 촉진할 것으로 기대된다.


KBSI는 이 플랫폼을 활용해 해당 연구자가 초기 투자비용이 높은 투과전자현미경 전체 시스템을 갖추지 않고도, 개발품의 호환성, 기본 성능, 내구성 등의 성능 검증을 받아 안정적으로 연구개발을 진행할 수 있도록 지원할 계획이다.


한철수 박사는 “국내에서 자체적으로 투과전자현미경의 주요 구성품과 프로그램을 설계 및 제작했다는 데 큰 의의가 있다”며 “단발적인 장비 개발이 아닌, 투과전자현미경 장비개발-신뢰성평가-성능개선-인력양성-연구개발 지원으로 이어지는 선순환 고리를 만들어 국내 기술력을 향상시킬 계획”이라고 밝혔다.



▲ KBSI 연구장비개발부 한철수 박사(아랫줄 오른쪽) 연구팀



KBSI 연구팀은 이번에 구축한 ‘KBSI 투과전자현미경 개발 플랫폼’을 기반으로 오는 2025년까지 향상된 성능의 ‘KBSI 60kV 수차보정 투과전자현미경’ 및 핵심요소기술을 개발하여 국산 연구장비의 수준을 한 단계 더 높일 계획이다.


KBSI 신형식 원장은 “그동안 축적한 분석과학기술 노하우와 연구장비 전문 인력을 바탕으로, 보급형 투과전자현미경 연구개발 사업에서 불과 5년 만에 국산화 성과를 도출해냈다”며 “국산 투과전자현미경의 성능 및 신뢰성 향상을 위한 후속연구를 통해 국산 연구장비 생태계 조성을 위해 노력할 것”이라고 밝혔다.


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오상미 기자 osm@mtnews.net

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