사과가 잘 익었는지 궁금하다면? 이젠 '이것'으로 측정한다

'고체 잠입 회절판 구조' 처음으로 도입
휴대용 분광 센서로 과일의 품질 검증 진행

↑ 고체잠입회절판구조 마이크로분광기 기반 휴대용 분광 센서/사진=연합뉴스

이젠 휴대용 분광기를 통해 잘 익은 사과의 당도 등을 정확하게 예측할 수 있습니다.

오늘(24일) 한국과학기술원(KAIST)에 따르면 바이오및뇌공학과 정기훈 교수 연구팀은 가시광선 및 근적외선 분광을 바탕으로 현장에서 사용할 수 있는 고해상도의 휴대용 분광 센서를 개발했습니다.

분광측정은 물질이 반사 또는 흡수하는 빛의 파장 분포를 통해 고유의 성분을 분석하는 것입니다.

따라서 다양한 응용 분야 비파괴 시료 분석에 사용되고 있습니다.

최근 분광 센서의 크기를 줄였으나 내부 광부품들이 간소화되면서 광학 성능이 크게 떨어져 시료 분석의 정확도가 낮다는 평가를 받았습니다.

따라서 광학 성능이 저하되지 않으면서 동시에 크기를 줄이는 것이 중요해졌습니다.

연구팀은 수 밀리미터(mm) 두께의 분광기 내로 들어온 가시광선이 석영(Quartz) 속에 제작된 회절판을 거치며 짧은 거리에서 넓게 분산시키는 '고체 잠입 회절판 구조'를 처음으로 도입했습니다.

또한 회절판과 굴절률이 유사한 렌즈를 접합해 분산된 빛이 이미지 센서에 평면 초점을 맺도록 설계해 가시광선 전 영역에서 균일한 분광 분해능을 갖도록 제작했습니다.

마이크로 분광기 모듈은 8mm×12.5mm×15mm 크기로 제작됐으며 이는 기존 상용분광기를 1000배 이상 축소한 크기지만, 상용분광기 성분과 비슷한 평균 5.8mm의 고해상도와 작동 파장 범위 내 76% 이상의 고감도를 나타냅니다.

연구팀은 이를 검증하기 위해 휴대용 분광 센서를 설계·제작해 과일의 품질 검증을 진행했습니다.

분광 신호의 형태를 분석하고 과일의 성숙도를 예측해 실제 성숙도와 비교, 0.91 이상의 높은 상관 계수로 신뢰도 높은 예측 모델을 정립했습니다.

정기훈 교수는 "이번에 개발한 초박형·고해상도의 마이크로 분광기는 식음료 품질검사는 물론 현장 검사·진단이 필요한 농수산물·헬스케어 분야뿐 아니라 고속 품질분석이 필요한 제약·바이오·반도체 검사 분야에 폭넓게 활용할 수 있을 것"이라고 말했습니다.

이번 연구 결과는 국제 학술지 '어드밴스드 사이언스'(Advanced Science)에 게재됐습니다.

[장나영 디지털뉴스부 인턴기자 jangnayoungny@gmail.com]