테라헤르츠파 분광과 영상을 이용한 동물 조직의 수분 함량 분석

Abstract

테라헤르츠파는 마이크로파와 적외선 사이에 존재하는 전자기파로, 테라헤르츠파 분광법과 영상 시스템을 이용하여 물질의 분자 간 진동 모드에 대한 정보를 얻을 수 있다. 그 대역의 에너지는 물구조체의 약한 수소 결합에 해당하므로 다른 물질에 비해 물에 높은 흡수율을 보인다. 따라서 테라헤르츠파의 물에 대한 민감한 특성은 물질 내의 수분함량에 대한 정보를 얻는 데에 효과적으로 이용될 수 있다. 특히 테라헤르츠파는 자외선이나 X선에 비해 에너지가 작기 때문에, 물질의 손상을 최소화하면서 물질을 분석할 수 있다는 장점을 가지고 있다. 이러한 테라헤르츠파의 장점으로 인해 테라헤르츠파 분광법 및 영상 시스템을 의료 진단 분야에 적용시키려는 연구가 많이 진행되고 있

다. 또한 테라헤르츠파 분광법은 Fourier Transform Infrared(FTIR) 분광법과 다르게 진폭과 위상을 포함하는 시간축 분광이 가능하기 때문에 sum rule이나 Kramers-Kronig 관계식 등을 사용하지 않고도 손쉽게 굴절율과 흡수율과 같은 복소 광학 상수를 직접 구할 수 있다는 장점을 가지고 있다.

본 논문에서는 테라헤르츠파 분광 및 영상 시스템을 이용하여 동물 조직 내의 수분 함량에 대하여 연구하였다. 대부분의 식품이나 생체 물질은 수분을 포함하고 있으므로 수분함량은 물질의 상태를 나타낼 수 있는 지표로 사용될 수 있다. 따라서 물질 내 수분 함량의 정량적인 측정 및 분석은 물질의 기본적인 물리화학적 특성뿐만 아니라 식품의 안정성, 유통기한, 그리고 생체 물 질의 질병 상태 등을 알려줄 수 있다. 이러한 이유로 식품이나 의학 진단 분야에서 물질 내의 수분함량에 대한 연구가 필요하며, 수분에 민감한 테라헤르츠파의 특성을 이용하면, 물질 내의 수분 함량을 지표로 하여 생체 물질이나 식품에 대한 분석이 가능할 것이다. 테라헤르츠 시스템을 이용하여 동물 조직의 정량적인 수분함량 분석이 가능한지에 대하여 연구하기 위하여 본 연구에서는 동물 조직을 물과 물을 제외한 물질로 분류하였다. 동결 건조(lyophilization)방법을 이용하여 물을 제거하기 전후의 동물 조직의 테라헤르츠파 흡수율을 측정하였고 이를 이용하여 조직 내의 수분 함량을 계산하였다. 테라헤르츠파 실험을 통해 얻은 수분 함량은 동결 건조 전후의 동물 조직의 질량 차이를 측정하여 얻어진 수분의 질량분율과 비교하여 분석하였다.