600MHz 고해상도 NMR microscopy 개발

Abstract

고해상도 자기공명영상을 얻기위해서는 높은 정자기장, 강한 경사자기장, 신호대 잡음비가 높은 rf 코일등이 요구된다. 이를 위해 처음으로 14.1 T의 정자기장에서 마이크론 해상도의 영상을 얻기위한 Probe를 제작하였다. 경사자기장 코일의 직경은 13 mm이고, 40 A에서 1200 G/cm의 강한 경사자기장을 만들어낼 수 있으며 수냉식이다. 수냉시 냉각효율을 높이기 위해서 알루미늄 가루를 섞은 에폭시 접착제를 사용하여 코일을 원통형틀에 고정 시켰다. rf 코일의 직경은 0.3 ~ 0.5 mm이며, 전선의 굵기와 감은수를 최적화시켰다. Q 인자를 높이기 위하여 tuning 축전기를 되도록 rf 코일에 가깝게 연결시켰다. 시료 튜브는 filling factor를 높이기 위해서 rf 코일이 내재되는 형태를 사용하였다. 동축케이블에서의 신호감쇠를 줄이기 위해서 Preamplifier를 되도록 rf 코일에 접근 시켜 놓았다. 이와같이 초고해상도를 지닌 MRI 현미경을 제작하기 위한 물리적인 연구를 수행했으며 이를 바탕으로 직접 MRI 현미경을 제작하였다. 이를 사용하여 지금까지 알려진 어떠한 MRI 영상보다도 평면 해상도가 높은 Phantom 영상( 평면 해상도 $1.4 \mu m \times 1.4 \mu m$ )과 Voxel 크기가 가장 작은 식물 시료영상($200 \mu m^3$)과 반도체 산업에서 중요한 위치를 차지하고 있는 실리콘 웨이퍼 시료 영상을 획득하였다. Phantom 영상으로부터, MRI 현미영상의 해상도가 $1 \mu m$내지는 그 이하에 근접해 있음을 확인했다. 식물 시료 영상으로부터, 생물체의 세포핵을 영상화하고 이를 바탕으로 localized spectroscopy를 세포핵의 범주에까지 확장할 수 있는 가능성을 확인했다. 식각된 실리콘 웨이퍼 시료 영상으로부터, 반도체 산업에서 식각된 웨이퍼에 대한 비파괴 검사방법으로서의 응용가능성을 확인했다. 본 실험을 통해서 개발된 MRI 현미경은 식각된 반도체 웨이퍼에 임의의 단면의 식각형태를, 시료를 쪼개지 않고서도 골라서 볼 수 있는 장점을 지니고 있다. 획득된 실리콘 웨이퍼의 MRI 현미 영상으로부터 식각형태를 확인했으며 이에 대한 원인을 알려져있는 이론으로 설명해보았다.