생물 물리와 플라즈마

Biophysics and Plasma

<생물물리>
현재의 지식으로 생명현상은 드넓은 우주 중 지구에서만 유일하게 관찰되는 특수한 현상으로 우주 전체에서 일어나는 다양한 현상을 그 연구 대상으로 다루는 물리학의 입장에서 볼 때 아주 작은 부분을 차지합니다. 하지만 과학 연구의 최종 목적이 우리 자신을 이해하는 것이라고 할 때 생명 현상의 이해는 모든 과학연구의 중심에 있다고 볼 수도 있습니다. 생물물리는 무생물 현상과는 확연히 구별되는 생명현상의 작동원리를 통계역학, 전산물리, 나노과학, 최첨단 광학기술 등을 이용하여 정량적으로 이해하고 하는 연구분야로 작게는 단일분자에서 시작해서 크게는 생명체에서 일어나는 신비한 생명현상을 그 연구 대상으로 가집니다. 뿐만 아니라 이 과정에서 얻어진 지식과 기술을 이용하여 실생활에 이용될 수 있는 분자 센싱 및 의료용 진단/분석 기술을 개발하는 노력도 같이 이루어지고 있습니다.

<테라헤르츠파 물리>

  • 새로운 전자기파의 발견은 역사적으로 늘 새로운 의료영상시스템들의 발명으로 이어졌고 질병의 조기진단 및 치료등 과학적, 산업적 및 사회적 혁신을 이루었다. NMR, CT PET 들은 RF, X-ray gamma ray를 이용한다. 이러한 의료영상시스템들은 좀 더 향상된 구분능력으로 인류의 건강한 삶에 기여하고 있다. 이러한 기여는 노벨상으로 이어져왔다. 물질과의 상호작용시 각 전자기파들의 독특한 특성은 각 전자기대역의 파장 즉 에너지에 기인된다.
  • 테라헤르츠파를 이용한 영상의 독특한(unique) 강점은 분자간(inter-molecular)의 움직임에 대한 구분능력이다. 스펙트럼 이미징으로 인한 지문은 생체 의학 시스템에 새로운 가능성을 제시하고 있다. 그러나 THz 파에 대한 큰 도전은 조직의 물에 의한 감쇠와 그로 인한 침투 깊이의 감소이다. 테라헤르츠파를 이용한 생체의학 시스템에서 물은 인가 친구일까?
  • 체온이 6THz 에 해당한다는 것은 실제로 인체의 60% 이상을 차지하는 물은 서브피코초 혹은 피코초로 운동한다. 이러한 물은 대부분의 생체분자들의자기조립으로 생체분자의 구조 그리고 기능을 결정한다. 테라헤르츠파를 이용하여 물의 동역학을 진단하고 조절하는 것은 다양한 생의학시스템의 중요한 비밀을 밝히는데 기여할 것이다.
  • 이러한 목표를 이루기 위해 광학, 전자공학적 기술을 이용한 강력한 테라헤르츠파원이 필요하다. 서브피코초 혹은 피코초의 운동을 구분할 각종 펌프-프로브기법이 필요하다. 가속기기반 상대론적 전자빔을 이용한 tunable FEL, 테라헤르츠파의 집속 및 제어를 위한 메타물질개발, 그래핀음극을 이용한 강력한 전자빔개발, 레이저기반 펌프-프로브시스템, 분자레벨 현상을 규명하기 위한 분자동역학 시뮬레이션의 연구가 필요하다.