경희대학교 물리학과 손석균 교수 연구팀이 정부 주도의 ‘양자과학기술 플래그십 프로젝트’에 참여하며 차세대 양자 의료센서 기술 개발에 나선다. 연구팀은 양자 자기장 센서를 활용한 차세대 양자 MRI(Magnetic Resonance Imaging)와 심자도(Magnetocardiography) 핵심 기술 확보를 목표로 바이오·의료 응용 연구를 수행할 계획이다.
경희대는 손 교수 연구팀이 과학기술정보통신부와 정보통신기획평가원이 추진하는 ‘양자과학기술 플래그십 프로젝트’(양자통신·센서 분야)에 참여한다고 밝혔다. 해당 사업은 이동헌 고려대 교수가 총괄을 맡고 있으며, 최대 8년 규모의 장기 프로젝트로 추진된다.
손 교수 연구팀은 ‘다이아몬드 NV 센터 기반 고감도·고분해능 양자 MRI·심자도 기술 개발’ 연구를 맡아 차세대 확장형 양자센싱 플랫폼과 의료·바이오 응용기술 개발을 진행한다. 핵심은 극도로 미세한 자기장 변화를 정밀하게 측정할 수 있는 양자센서를 활용해 기존 의료영상 기술의 한계를 넘어서는 초정밀 진단 체계를 구축하는 데 있다.
양자센싱은 양자 상태의 미세 변화를 활용해 자기장·전기장·온도·압력 같은 물리량을 측정하는 첨단 양자기술 분야다. 최근에는 양자컴퓨팅과 함께 미래 산업 경쟁력을 좌우할 핵심 기술 중 하나로 평가받으며 의료·바이오, 반도체, 국방, 첨단소재 산업으로 응용 범위를 넓히고 있다.
특히 연구팀이 활용하는 ‘다이아몬드 NV(Nitrogen-Vacancy) 센터’ 기술은 차세대 양자센서 플랫폼 가운데서도 주목도가 높다. 다이아몬드 내부 결함 구조를 활용하는 방식으로 상온에서도 안정적으로 작동하면서 높은 자기장 민감도와 공간 분해능을 동시에 확보할 수 있다는 장점이 있다.
현재 MRI 장비는 대형 인프라와 극저온 환경이 필요한 경우가 많고, 생체 내부에서 발생하는 극미세 자기장 신호를 국소적으로 측정하는 데 기술적 제약이 존재한다. 연구진은 양자 자기장 센서를 활용해 단세포 수준에서 발생하는 미세 자기장 변화까지 감지할 수 있는 초정밀 이미징 기술 구현을 목표로 하고 있다.
연구가 성공적으로 진행될 경우 세포 단위 생체 신호 분석과 실시간 정밀 진단으로 확장될 가능성이 제기된다. 기존 의료영상 장비로 포착하기 어려웠던 생체 변화를 보다 세밀하게 분석할 수 있어 차세대 정밀의료 플랫폼 구축에도 영향을 미칠 수 있다는 평가다.
손 교수 연구팀은 기존 NV 센터 기반 양자센싱 기술과 함께 신규 양자물질 및 하이브리드 구조 기반의 차세대 확장형 양자센싱 플랫폼 연구도 병행해 왔다. 기존 고체 결함 기반 센서를 보완할 수 있는 신규 구조와 응용 기술 확보를 목표로 생체 환경 적합성과 유연성을 높이는 방향의 연구를 이어가고 있다.
연구진은 생체 호환성, 센서 구조 유연성, 다양한 물리량 동시 측정 가능성 등을 토대로 미래형 바이오·의료 양자센서 플랫폼으로 발전시킨다는 구상이다. 향후 다양한 환경에서 활용 가능한 유연형 양자센서 기술로의 확장 가능성도 검토 중이다.
손 교수는 “양자센싱 기술은 단순한 물리량 측정을 넘어 바이오·의료 분야로 빠르게 확장되고 있다”며 “다이아몬드 NV 센터뿐 아니라 차세대 확장형 양자센싱 플랫폼까지 연구 범위를 넓혀 실제 의료 환경에 적용 가능한 기술 기반을 구축하겠다”고 밝혔다.
이어 “기존 센서 기술로 측정이 어려웠던 생체 내 미세 신호를 정밀하게 분석하는 기술 확보가 중요하다”며 “국내 양자센서 기술 경쟁력을 높이고 차세대 양자 바이오·의료 산업 생태계 조성에 기여할 것”이라고 말했다.
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