SPIE Photonics West는 매년 미국 샌프란시스코에서 개최되는 세계 최대 규모의 광학 및 포토닉스 컨퍼런스이다. 광학, 레이저, 바이오포토닉스, 양자 기술, 센서 및 디지털 이미징과 같은 다양한 주제를 다루며, 전 세계 연구자, 산업 전문가, 기업 및 스타트업들이 최신 기술을 발표하고 논의하는 자리이다. BiOS, LASE, OPTO, Quantum West 등 주요 심포지엄과 함께 1,400개 이상 의 논문 발표 및 전시회가 열렸다. 이번 행사에서는 특히 AI와 광학 기술의 융합, SERS(표면 증 강 라만 분광법), 바이오센서, 감염병 진단 기술, 환경 모니터링 기술, 나노광학 및 차세대 반도체 광소자 등이 주목받았다.

본인은 1월 25일 학회에서 "폐암 정밀진단을 위한 SERS 기반 동시 멀티바이오마커 센싱"(SERS 기반 다중 바이오마커 정밀 진단 기술)이라는 주제로 발표를 진행하였다. 해당 연구는 표면 증강 라만 분광법(SERS)을 활용하여 비침습적으로 폐암과 관련된 바이오마커를 고감도로 검출하는 기술을 다루며, 머신러닝 기반의 다중 스펙트럼 분석 기법을 적용하여 진단 정확도를 획기적으로 향상시킨 점에서 주목받았다. 발표 후에는 여러 연구자들과 심층적인 토론이 이루어졌으며, 특히 이탈리아 National Institute of Optics(NIO)의 Caterina Credi 및 Caterina Dallari 연구원과 SERS 기술의 연구 방향성과 실제 응용 가능성에 대한 논의를 진행하였다.

1월 25일 – 연구 발표 및 네트워킹 본인의 SERS 기반 폐암 바이오마커 다중 검출 기술 발표 후 이탈리아 NIO 연구진과 논의 진행. Caterina Credi 연구원과 SERS를 활용한 다양한 응용 연구 및 실시간 바이오센서 개발 가능성에 대해 논의하였으며, 향후 공동 연구 가능성도 검토. Caterina Dallari 연구원과는 SERS를 AI에 적용하는데 있어 필요한 연구 지원 툴에 대한 논의 와 이를 의료 진단에 적용하는 최적화 방안 및 분석 플랫폼 개발에 대한 의견을 교환.

1월 26일 – SERS와 의료기기의 융합 가능성 탐색 UC Irvine(캘리포니아 대학교 어바인)의 장민수 연구원과의 미팅 진행. SERS 기술을 내시경(Endoscopy) 시스템과 결합하여 실시간으로 체내 바이오마커를 분석하는 기술 개발에 대한 토론. 라만 분광법의 비침습적 성질을 활용하여 내시경 기반 실시간 조직 분석 기술을 개발하는 방안을 논의. 향후 공동 연구 및 시제품 개발 가능성에 대한 아이디어 공유.

1월 27일 – SERS와 AI 융합 기술에 대한 심층 논의 Stanford University(스탠퍼드 대학교)의 Jennifer Dionne 교수 Keynote 참석 및 연구 협력 논 의. Dionne 교수의 발표 주제: "SERS와 딥러닝을 이용한 세포 내 다중 바이오마커 분석 기술" 해당 연구에서는 SERS와 AI(특히 딥러닝 모델)를 융합하여 세포 수준에서의 바이오마커 검출을 고도화하는 방법을 제시. 발표 후 Dionne 교수와 직접 면담을 진행하며, 본인의 연구 성과에 대한 브리핑을 제공. 향후 연구 협업(collaboration) 가능성에 대해 긍정적인 논의를 진행하였으며, 공동 연구를 위 한 후속 미팅을 계획. Caterina Credi 연구원의 3D-프린팅 기반 SERS 센싱 플랫폼 포스터 발표 방문. Credi 연구원이 발표한 연구는 3D-프린팅 기술을 이용하여 고감도 SERS 센서를 제작하는 방법을 다루며, 이를 통해 센서의 제조 비용을 절감하고 신뢰성을 향상시키는 접근법을 제시. 해당 기술이 의료 진단 및 환경 모니터링 분야에서 어떻게 활용될 수 있는지에 대한 심도 있는 논의 진행.

1월 28일 – SERS와 합성생물학의 접목 가능성 연구 Duke University(듀크 대학교) Tuan Vo-Dinh 교수 연구팀의 발표 참석. Vo-Dinh 교수 연구팀에서 발표한 Hairpin Aptamer 기반 고기능성 Gold-Nanoparticle을 활용한 SERS 기술에 대한 연구 내용 청취. 해당 연구에서는 합성생물학(Synthetic Biology)적 접근법을 활용하여 SERS의 감도를 극대화하 는 방법을 제시. 연구팀과 논의를 진행하며, SERS를 합성생물학적 방법과 접목하여 어떻게 활용할 수 있을지에 대한 아이디어를 공유.

이와 같은 학회 활동을 통해 SERS 기반 다중 바이오마커 검출 기술에 대한 연구 발표를 성공적 으로 마쳤으며, 다양한 연구자들과 네트워킹을 통해 공동 연구 및 협력 가능성을 논의하였다. 특히, 딥러닝과 SERS를 접목한 기술, 3D-프린팅을 이용한 센서 개발, 내시경과 라만 분광법을 결합한 체내 실시간 분석 기술 등 다양한 응용 가능성에 대한 인사이트를 얻을 수 있었으며, 향 후 연구 방향 설정에도 큰 도움이 되는 기회였다.

​2025년 1월 25일 (토) - 개막과 혁신적인 광학 연구 올해 SPIE Photonics West 2025가 개막하면서, 첫날부터 인상적인 발표들이 이어졌다. 특히 고 감도 SERS(표면 증강 라만 분광법) 기반 진단 기술뿐만 아니라 차세대 나노광학 센서 및 환경 모니터링 기술이 눈길을 끌었다.

이 기술은 딥러닝 기반의 현장 진단(Point-of-Care Testing, POCT) 솔루션으로, 15분 내에 50μ L의 혈청 샘플에서 심근경색 진단에 중요한 바이오마커인 심근 트로포닌I(cTnI)를 정량 분석할 수 있는 시스템을 발표했다. 기존의 병원 검사법과 비교하여 검사 시간을 획기적으로 단축하면 서도, FDA 승인된 표준 검사와 높은 상관성을 보였다. 특히, 나노입자 기반 신호 증폭 기술과 AI 기반 데이터 분석 기법을 적용하여 기존 방법보다 감도와 정확도를 개선하였으며, 이를 통해 POCT 기반 심혈관 질환 조기 진단의 실용화 가능성을 확인할 수 있었다.

SESORRS(공간적으로 오프셋된 라만 스펙트로스코피 + SERS)를 활용하여 생체 조직 내 깊숙한 위 치에 존재하는 종양을 감지하는 기술이 이번 컨퍼런스에서 주목받았다. 특히, 대장암 및 뇌종양 (교모세포종)에 대한 실험 연구가 발표되었으며, 기존 라만 분광법보다 깊은 조직층까지 분석이 가능함을 입증하였다. 이를 통해 향후 실시간 수술 가이드 및 종양 절제 경계 설정에 활용될 가 능성이 높으며, 임상 적용을 위한 연구가 활발히 진행될 것으로 보인다.

라만 분광법과 위상 현미경을 결합한 배아 발생 과정 실시간 모니터링 연구. 이 연구에서는 배 아 발생 초기 96시간 동안 세포의 화학적, 구조적 변화를 추적하여 분화 과정의 동적 메커니즘 을 규명하고자 하였다. 이를 위해 라만 분광법을 이용한 분자 수준의 화학적 성분 분석과 위상 현미경을 통한 3D 구조 이미징을 결합하여 세포 내 주요 대사 변화 및 세포 구조의 재배열을 정 량적으로 분석하였다. 특히, 실시간 관찰을 통해 세포 간 신호 전달, 특정 단백질 및 핵산의 발 현 패턴 변화 등을 동적으로 평가하였으며, 이러한 기술이 향후 조직 공학 및 재생의학 분야에 서 배아 모델을 활용한 연구에 기여할 수 있음을 시사하였다.

본인 연구 성과 발표 진행.

결핵 진단을 위한 표면 플라즈몬 공명(SPR) 기술 연구 발표. 이 연구에서는 금 나노입자(AuNP) 를 표면 개질한 바이오센서를 이용하여 기존 대비 감지 감도를 향상시켰으며, MPT64 바이오마커 검출을 통한 결핵 조기 진단 가능성을 확인하였다. 실험 결과, 금 나노입자가 결합된 센서가 기 존 SPR 센서 대비 신호 강도가 크게 증가하였으며, 이를 통해 낮은 농도의 MPT64도 높은 특이도 로 검출할 수 있었다. 해당 기술은 빠르고 정밀한 결핵 진단을 가능하게 하며, 향후 현장 진단 (Point-of-Care) 시스템으로의 적용이 기대된다

2025년 1월 26일 (일) - 바이오센서 및 광학 기술 응용 둘째 날에는 바이오센서와 광학 기술의 융합을 중심으로 다양한 연구가 발표되었다. 특히, 섬유 광학 기반 SERS 센서를 활용한 식품 안전 기술, 나노구조 기반 플라즈모닉 센서를 이용한 수질 모니터링, 그리고 라만 분광법과 트랜스포머 모델을 결합한 피부암 진단 기술 등 다양한 응용 분야에서의 혁신적인 연구들이 주목을 받았다. 이러한 기술들은 실시간 감지 및 높은 정밀도를 제공하여 향후 바이오센서 및 광학 진단 기술의 발전에 중요한 역할을 할 것으로 기대된다.

섬유 광학 기반 SERS 센서를 활용한 식품 안전 기술 발표. 이 센서는 나노안테나 배열을 적용하 여 라만 신호를 증폭시키며, 샘플 분석 시간을 10분 이내로 단축할 수 있다. 다양한 살모넬라 균주(Enteritidis, Typhimurium 등)를 높은 특이도로 검출 가능하며, 식품 산업에서 신속하고 효율적인 병원균 모니터링 도구로 활용될 것으로 기대된다.

나노구조 기반 플라즈모닉 센서를 활용한 수질 모니터링 기술 소개. 이 기술은 실시간 감지가 가능하며, 특정 오염 물질의 농도를 정밀하게 측정할 수 있어 환경 모니터링 및 수질 관리에 효 과적이다. 또한, 기존 화학적 분석 방법보다 빠르고 간편하여 산업 및 공공 수질 감시 시스템에 서 널리 활용될 가능성이 높다.

라만 분광법과 트랜스포머 모델을 접목한 피부암 진단 기술 발표. 이 연구에서는 비침습적 피부 조직 분석을 위해 라만 분광법을 활용하고, 트랜스포머 기반 머신러닝 모델을 적용하여 피부암 의 자동 분류 및 진단 정확도를 높였다. 실험 결과, 92%의 민감도와 96%의 특이도를 기록하며, 향후 임상 적용 가능성을 제시했다. 특히, 피부암 조직의 라만 스펙트럼에서 주요 특징을 추출 하여 딥러닝 모델의 해석 가능성을 높였으며, 이는 실시간 진단 시스템 개발에 기여할 수 있을 것으로 보인다.

2025년 1월 27일 (월) - 광학적 이미지 센서 및 디지털 이미징 셋째 날에는 광학적 이미지 센서와 디지털 이미징 기술이 주요한 주제로 다루어졌다. 특히, AI 기반 영상 처리 기술, 초고해상도 광학 부품, 바이오 이미징 및 의료 진단을 위한 비침습적 광 학 기법 등에 대한 연구가 집중적으로 발표되었다. 이와 함께 라만 분광 기술을 활용한 질병 진 단 및 세포 대사 분석에 대한 최신 연구도 소개되며, 차세대 의료 이미징 및 생명과학 응용 분 야에서의 광학 기술의 중요성이 강조되었다.

메타표면 기반 초고해상도 광학 이미징 기술 연구 발표. 미세 구조 조작을 기반으로 한 초고해상도 및 고대비 영상 구현 가능성 분석을 수행하고, 이를 통해 차세대 광학적 영상 기술의 발전 가능성을 탐색하며, 실험적 검증을 통한 최적화 방안을 제시.

 극한의 생체 감지를 위해 Mach-Zehnder 간섭계에 통합된 단일 입자 플라즈몬 예외 포인트 센서​

단일 입자 플라즈모닉 공명점을 이용한 초고감도 생체 센서 연구. 실리콘 나이트라이드 기반 광 소자와 결합한 바이오센싱 플랫폼을 소개하며, 이 플랫폼은 나노스케일에서 빛과 물질 간의 강 한 상호작용을 활용하여 단일 분자 수준의 고감도 생체 검출이 가능하다. 특히, 마하-젠더 간섭 계와 통합되어 실시간 검출이 가능하며, 기존 바이오센서 대비 높은 신호 대 잡음비(SNR)를 제 공한다. 이를 통해 단일 나노입자 수준의 생체 분자 감지가 가능하며, 암 진단, 감염병 모니터 링, 환경 감지 등 다양한 응용 분야에서 활용될 수 있다.

세포 소기관의 대사 과정 시각화를 위한 초고해상도 다중 모드 이미징 기술 개발. 라만 분광법 을 기반으로 형광 이미징 및 초고해상도 이미지 복원 기술을 결합하여, 세포 소기관 내 대사 반 응을 정밀하게 시각화하는 연구. 이를 통해 세포 내 물질 대사의 동적 변화를 고해상도로 추적 하며, 노화 및 질병과 연관된 세포 수준의 대사 네트워크를 분석하는 데 활용됨

비침습적 연속 혈당 모니터링을 위한 소형화된 라만 분광 기술 발표. 본 연구에서는 기존 혈당 측정 방식의 한계를 극복하고 신뢰성과 정확도를 획기적으로 향상시킨 새로운 비침습적 연속 혈 당 모니터링 시스템을 소개하였다. 해당 기술은 광학 기반 라만 분광법을 활용하여 혈당 수치를 실시간으로 측정하며, 기존 침습적 방법과 비교해 높은 정확도를 유지하면서도 사용자의 편의성 을 극대화하였다. 또한, AI 기반 신호 처리 기법을 적용하여 배경 노이즈를 효과적으로 제거하 고, 혈당 수치의 변동을 정밀하게 추적할 수 있도록 설계되었다. 이를 통해 기존 방식 대비 더 신속하고 안정적인 혈당 모니터링이 가능하며, 당뇨 환자의 건강 관리에 혁신적인 변화를 가져 올 것으로 기대된다.

​딥러닝과 초분광 자극 라만 이미징을 결합하여 세포 소기관을 정밀하게 분석하는 기술을 연구. 이 기술은 초고해상도 라만 스펙트럼 데이터를 기반으로 세포 내 미세 구조를 시각화하고, AI 기반 알고리즘을 활용하여 세포 대사 및 구조적 변화를 자동으로 분류 및 예측할 수 있도록 설 계됨. 이를 통해 질병의 조기 진단 및 생물학적 연구에서의 활용 가능성을 높이며, 기존의 전통 적인 형광 이미징 기법과 비교하여 비표지 방식으로 세포 내부 변화를 실시간으로 모니터링할 수 있는 장점을 가짐.

2025년 1월 28일 (화) - 나노광학 및 첨단 센서 기술 넷째 날에는 나노광학과 첨단 센서 기술이 주요한 주제로 다루어졌다. 특히, 고해상도 나노광학 기술, 메타표면 기반 광학 소자, 그리고 라만 분광법을 활용한 고감도 센서 기술 등이 집중적으 로 발표되었다. 이와 함께, 차세대 식품 및 환경 모니터링 기술, 농업 분야의 실시간 감지 기술 등 다양한 응용 연구들이 소개되며, 나노광학이 다양한 산업 분야에서 어떻게 혁신을 이끌어갈 수 있는지 논의되었다.

DUV 라만 분광법을 활용한 식품 분석 및 살균 기술 발표. 본 연구에서는 심층 자외선(DUV) 영역 에서의 공명 라만 분광법(Deep Ultraviolet Resonant Raman Spectroscopy, DUVRR)을 이용하여 식품 및 농업 샘플의 정밀 분석과 효과적인 살균 기술을 개발하였다. DUV 라만 분광법은 유기물 내 특정 화학 결합의 강한 라만 신호를 증폭하여, 기존의 분석 방법보다 감도가 뛰어나며, 고해 상도 화학적 이미징이 가능하다는 장점이 있다. 본 연구에서는 DUVRR을 활용하여 식품 내 유해 미생물, 독소 및 화학적 오염 물질을 정량 분석하고, 동시에 UV 광을 이용한 광살균 효과를 평 가하였다. 실험 결과, 살모넬라, 대장균 및 곰팡이 독소 등의 검출 한계를 기존 방법 대비 최대 10배 이상 개선할 수 있었으며, 특정 파장의 DUV 광 조사를 통해 미생물 살균 효과를 입증하였다. 이 기술은 식품 안전성 확보 및 농산물 품질 관리에 중요한 역할을 할 것으로 기대되며, 향 후 식품 산업 및 환경 모니터링 분야에서 광범위한 응용 가능성을 제시한다.

​식물 병원균을 실시간 감지하는 휴대용 라만 센서 연구 발표. 본 연구에서는 라만 분광법을 활 용하여 식물 병원균을 현장에서 신속하게 검출할 수 있는 휴대용 센서 시스템을 개발하였다. 기 존의 병원균 감지 방식은 실험실 기반으로 시간이 많이 소요되는 단점이 있었으나, 본 연구에서 제안한 라만 기반 센서는 휴대성이 뛰어나고 비표지(label-free) 방식으로 신속하게 병원균의 존재 여부를 판별할 수 있다. 실험 결과, 특정 파장의 라만 신호를 활용하여 다양한 병원균을 높은 특이도로 구별할 수 있었으며, 이를 통해 농작물의 건강 상태를 실시간으로 모니터링하고, 질병 확산을 사전에 방지할 수 있는 기술적 가능성을 확인하였다. 향후 이 기술은 스마트 농업 및 환경 모니터링 시스템에 적용될 수 있을 것으로 기대된다.

2025년 1월 29일 (수) - 메타표면 및 양자광학 다섯째 날에는 메타표면과 양자광학 기술을 활용한 첨단 광소자 연구가 집중적으로 논의되었다. 메타표면 기반의 고감도 광학 센서, 중적외선 파장에서의 강한 광-물질 상호작용, 그리고 양자 기반 광소자의 최신 연구들이 발표되었으며, 이를 통해 차세대 광학 기술의 방향성이 제시되었다.

IR 영역에서의 메타표면 기반 광-물질 상호작용 연구 발표. 본 연구에서는 중적외선(IR) 영역에 서 메타표면을 이용한 빛-물질 상호작용을 탐구하였으며, 특히 나노구조 기반의 광학적 특성을 활용하여 강한 국소 전자기장 증폭을 실험적으로 확인하였다. 연구팀은 실리콘 기반 고굴절률 메타표면을 설계하여 특정 주파수 대역에서의 비선형 광학 효과를 최적화하였으며, 이를 통해 적외선 감지, 고해상도 분광 분석 및 양자광학 응용 가능성을 검토하였다. 실험 결과, 특정 구 조의 메타표면이 IR 영역에서 강한 광-물질 결합을 유도할 수 있음을 입증하였으며, 향후 광학 센서 및 초정밀 분광기술에 적용될 가능성이 크다.

영상 유도 수술을 위한 MOEMS 기반 소형 SERS 라만 검출 시스템(PAPER 13382-38) MEMS(Micro-Electro-Mechanical Systems) 기반의 SERS(표면 증강 라만 분광) 라만 검출 시스템 을 활용한 실시간 수술 가이드 솔루션 발표. 이 기술은 미세 전자 기계 시스템을 활용하여 초소 형화된 라만 센서를 구현하며, 종양 절제 시 실시간으로 조직의 화학적 특성을 분석하여 외과의사가 보다 정밀한 절제 결정을 내릴 수 있도록 지원한다. 특히, 기존의 병리학적 검사를 보완하 여 빠르고 정확한 수술 경계 설정이 가능하며, 임상 적용을 위한 다양한 테스트가 진행 중이다.

2025년 1월 30일 (목) - 최종 세션 및 미래 전망 마지막 날에는 최신 메타표면 및 양자광학 연구 발표가 이어졌다.

기계적 연속체에서의 결합 상태(BIC)를 활용한 고품질 인공 광결정 연구 발표. 본 연구에서는 연속체 내에서 BIC를 형성하여 손실을 최소화하고, 높은 Q-인자를 갖는 광결정 구조를 구현하는 방안을 제시하였다. 이를 통해 기존 광결정 설계의 한계를 극복하며, 중적외선 및 테라헤르츠 대역에서의 고효율 광학 소자 개발 가능성을 탐색하였다. 실험적으로 설계된 나노구조에서 강한 공진 효과를 확인하였으며, 이를 활용한 광센서 및 통신 기술 응용 가능성도 논의되었다.

자유 부유형 실리콘 멤브레인 메타표면을 이용한 중적외선 강진동 결합 기술 발표. 이 연구에서 는 실리콘 기반의 부유형(membrane-type) 메타표면 구조를 활용하여 중적외선(MIR) 영역에서의 강진동 결합(strong vibrational coupling)을 구현하는 새로운 방법을 제시하였다. 기존의 고정 형 메타표면과 달리, 자유 부유형 실리콘 멤브레인은 기계적 변형을 통해 동적으로 공명 특성을 조절할 수 있어, 특정 진동 모드와 광학적 모드 간의 상호작용을 최적화할 수 있다. 연구팀은 실험적으로 메타표면의 주기적 패턴과 멤브레인 두께를 조정함으로써 중적외선 영역에서 극한의 광-물질 결합을 실현하였으며, 이를 통해 고감도 분광 분석 및 비선형 광학 응용에서의 활용 가 능성을 제시하였다. 이 기술은 적외선 센서, 환경 모니터링, 양자 광학 시스템 등 다양한 분야 에서 혁신적인 응용이 기대된다.

이번 SPIE Photonics West 2025에서는 SERS 기술이 AI와 융합하여 정밀한 바이오센싱 및 조기 진단을 가능하게 하는 연구들이 주를 이루었다. 특히 나노광학 및 메타표면 기술의 발전이 기존 의 광학적 한계를 뛰어넘으며 센서, 의료진단, 환경 모니터링 등 다양한 응용 분야에서의 활용 가능성을 높이고 있다. 또한, 양자광학과 초고해상도 광학 시스템이 결합된 차세대 기술들이 소 개되며, 향후 산업적 파급력이 클 것으로 기대된다.

학회명: SPIE Photonics West 2025

개최일: 2025년 1월 25일 ~ 2025년 1월 29일

발표 제목: SERS-based simultaneous multibiomarkers sensing for precision diagnosis of lung cancer (발표)

작성 : 서동권