빛은 물체에 힘을 가해 3차원 입자를 움직일 수 있다.

미시적인 규모에서 이런 광압을 이용해 마이크로미터(㎛, 100만 분의 1m) 단위의 작은 물체들을 집어 위치를 옮길 수 있는데, 이를 '광학 집게'라 부른다.

하지만 기존 광학 집게 기술은 물체의 모양이 복잡해지면 물체를 안정적으로 포획하기 어렵다는 한계가 있다.

제어할 수 있는 물체의 방향이 제한적이어서, 인체 세포처럼 복잡한 3차원 형상을 가진 미세한 물체는 광 제어가 어려웠다.

연구팀은 3차원 홀로그래픽 현미경으로 물체의 3차원 정보를 실시간 측정한 뒤 이를 바탕으로 물체를 제어할 수 있는 광학 패턴을 계산, 레이저를 쪼이는 기술을 개발했다.

기존 광 제어 기술은 레이저로 광 초점을 만든 뒤 초점에 미세한 입자들이 달라붙도록 만드는 수동적인 방식으로 이뤄진다.

이 기술을 이용하면 물체의 모양에 따라 능동적으로 빛을 제어할 수 있다.

빛과 물체의 모양이 같아지면 물체의 에너지가 최소화되면서 복잡한 형태의 물체라도 안정적으로 포획이 가능하다고 연구팀은 설명했다.

이를 통해 물체가 다양한 위치, 방향, 모양을 같도록 제어해 물체의 3차원 운동을 자유자재로 제어하고 원하는 모양으로 만들 수 있다. 거푸집의 모양을 다양화해 원하는 석고상을 만들어내는 원리다.

연구팀은 이번 기술을 이용해 적혈구 세포를 집어 올려 원하는 각도로 회전하거나 기역자 모양으로 변형하고, 두 개의 적혈구를 조립해 새로운 구조물을 만드는 데 성공했다.

생물 물리학 연구, 부유물질과 나노물체 조립 등 분야에 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

이번 연구 결과는 국제 학술지 '네이처 커뮤니케이션즈'(Nature Communications) 지난 22일 자 온라인판에 실렸다.