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Research Overview 1: Practical Technologies for Microplastic Analysis
Research Overview 1: Practical Technologies for Microplastic Analysis
Our research group is pioneering innovative solutions for microplastic detection by integrating world-class Raman spectroscopy with advanced fluidic control systems.
High-Speed Analysis via Wide-Area Line-Scan Raman Technology
High-Speed Analysis via Wide-Area Line-Scan Raman Technology
The primary bottleneck in microplastic analysis is the excessive time required for scanning. To overcome this, we developed a world-leading Raman line-scan technology capable of rapid, large-scale sample analysis.Based on a novel method for uniform linear laser irradiation, our system reduces analysis time by up to dozens of times compared to conventional methods.
Key Reference: Journal of Hazardous Materials, 463, 132861 (2024), Journal of Hazardous Materials, 499, 140104 (2025)
Real-time Underwater Capture and Analysis System
Real-time Underwater Capture and Analysis System
In 2026, we developed the world’s first Raman monitoring and machine vision system for the comprehensive analysis of microplastics within fluidic environments.
Real-time Underwater Detection: By implementing Raman spectroscopy with suppressed background noise into a microfluidic chip, we enabled the direct analysis of every plastic particle flowing through the channel.
Linear Optical Tweezers: By employing linear laser tweezers to trap and concentrate particles, we enhanced detection sensitivity to the nanoplastic level. This is expected to be a game-changing methodology for future underwater plastic monitoring.
Key Reference: This research was published in ACS Sensors (2024 JCR Top 3.6%) in 2026.
연구 1: 미세 플라스틱 분석 및 실용화 기술
연구 1: 미세 플라스틱 분석 및 실용화 기술
본 연구진은 환경 오염의 핵심 과제인 미세 플라스틱 문제를 해결하기 위해, 세계 최고 수준의 라만 분광 기술과 미세 유체 제어 기술을 결합한 혁신적인 분석 솔루션을 개발하고 있습니다.
대면적 라인 스캔 라만 기술을 통한 고속 분석
대면적 라인 스캔 라만 기술을 통한 고속 분석
미세 플라스틱 분석의 최대 난제는 방대한 시료를 검사하는 데 소요되는 '시간'입니다. 본 연구진은 선형 레이저를 균일하게 조사하는 독자적인 광학 설계를 통해 세계 최고 속도의 라만 라인 스캔 기술을 개발하였습니다. cm 스케일의 대면적 라인 스캔 기술은 기존 포인트 스캔 방식 대비 분석 시간을 수십 배 단축하여 획기적인 실용성을 확보하였습니다.
주요 성과: Journal of Hazardous Materials, 463, 132861 (2024, 2024 JCR 상위 5%), Journal of Hazardous Materials, 499, 140104 (2025)
수중 미세·나노 플라스틱 실시간 포획 및 분석 시스템
수중 미세·나노 플라스틱 실시간 포획 및 분석 시스템
2026년, 본 연구진은 세계 최초로 유체 내 미세 플라스틱의 전수 조사를 위한 라만 모니터링 및 머신 비전 통합 시스템을 개발하였습니다. 실시간 수중 분석을 위해 배경 신호 간섭이 극도로 낮은 라만 분광 기술을 미세 유체 칩(Microfluidic chip)에 적용하여, 채널을 흐르는 모든 플라스틱 입자를 직접 분석하였습니다. 특히, 선형 레이저 집게(Optical Tweezers)을 도입하여 나노 플라스틱 수준의 미세 입자를 선형 레이저로 포획(Trapping)하여 분석 감도를 극대화하였으며, 이는 향후 수질 관리 및 환경 모니터링의 패러다임을 바꿀 획기적인 방법으로 기대됩니다.
Research 2: Development of Short-Wave Infrared (SWIR) Inspection Systems
Our group focuses on developing hyperspectral imaging technologies for smart farming, semiconductors, displays, and advanced industrial inspection systems.
SWIR Sensor and Camera System Development
SWIR Sensor and Camera System Development
In 2026, our laboratory was selected for the Second Phase of the Future Research Lab Project (Competitive) by the National Research Foundation of Korea (NRF). We are leading the systematic development of SWIR sensors, cameras, and integrated systems.
Collaborative Consortium: Korea Research Institute of Standards and Science (KRISS), Korea Spectral Products (KSP), and Seoul National University of Science and Technology (SeoulTech).
Project Duration: A 5.5-year initiative (3 + 2.5 years) aimed at securing core technologies and achieving commercial viability.
Multidisciplinary Collaboration and Application
Multidisciplinary Collaboration and Application
The SWIR hyperspectral systems developed in this project are being applied to various fields beyond industrial manufacturing.
Vegetation & Forestry Research: In collaboration with the Department of Forest Systems, we are conducting research on vegetation monitoring by mounting our hyperspectral cameras on drones.
Industrial Inspection: Our technology serves as a key solution for high-precision inspection in semiconductor and display manufacturing processes, enabling the detection of subtle defects invisible to the naked eye.
연구 2: 단파적외선(SWIR) 초분광 검사 장비 및 시스템 개발
본 연구진은 초분광(Hyperspectral) 기술을 기반으로 스마트팜, 반도체, 디스플레이 공정 및 검사 장비의 국산화와 고도화를 위한 연구를 수행하고 있습니다.
차세대 SWIR 센서 및 카메라 시스템 개발
차세대 SWIR 센서 및 카메라 시스템 개발
2026년 한국연구재단(NRF) 미래연구실사업(경쟁형) 2단계에 최종 선정되어, 단파적외선(Short-Wave Infrared, SWIR) 영역의 센서부터 카메라, 통합 검사 시스템에 이르는 단계적 개발을 추진하고 있습니다. 공동 연구진으로 한국표준과학연구원(KRISS), 코리아스펙트랄프로덕츠(KSP), 서울과학기술대학교로 구성되었으며, 총 5.5년 (3년 + 2.5년)의 장기 프로젝트를 통해 원천 기술 확보 및 실용화 목표 달성을 위해 노력중이다.
다학제간 융합 연구 및 실용화
다학제간 융합 연구 및 실용화
개발된 SWIR 초분광 시스템은 산업 현장뿐만 아니라 정밀 농업 및 환경 모니터링 분야로 확장 적용되고 있습니다.
스마트팜 및 식생 연구: 드론에 초분광 카메라를 장착하여 산림 및 농작물의 상태를 실시간으로 모니터링하는 기술을 산림시스템학과의 공동 연구를 통해 진행 중입니다.
검사장비 등 산업적 활용: 반도체 및 디스플레이 공정 내 미세 결함 검출 등 고정밀 산업 검사 장비 시장의 핵심 솔루션으로 활용될 예정입니다.
Research Overview 3: Advanced Biomedical Spectroscopy
Research Overview 3: Advanced Biomedical Spectroscopy
Our research group focuses on the development of cutting-edge biomedical spectroscopy for clinical diagnostics.
Spectro-histology with Laser Spectroscopy
Spectro-histology with Laser Spectroscopy
In 2018–2019, Professor Hyung Min Kim conducted collaborative research at the Laser Biomedical Research Center (LBRC) at MIT. This partnership led to the development of an innovative spectroscopic method for in vivo lipid measurement. We continue to collaborate with the MIT research team on biological tissue diagnostics, a field in which we have successfully filed a U.S. patent.
Key References: Analyst 145, 4421 (2020) / US20210356251A1
Non-Destructive Gastrointestinal Cancer Diagnostics
Non-Destructive Gastrointestinal Cancer Diagnostics
Since 2020, with support from the National Research Foundation of Korea (NRF) and the Ministry of Health and Welfare, we have been collaborating with the National Cancer Center (NCC) to develop non-destructive diagnostic technologies for gastrointestinal cancers. Our primary goal is to establish a spectroscopic platform capable of identifying tumors within the digestive tract. By integrating autofluorescence and Raman signals, we are optimizing the system to minimize diagnostic time while significantly enhancing accuracy.
High-Speed Fluorescence Scanning: We have developed a fluorescence-based scanner for rapid preliminary screening.
Wide-Area Raman Detection: We have overcome the traditional speed limitations of Raman spectroscopy by developing high-accuracy, wide-area detection technology.
AI-Driven Analysis: To process complex, high-volume imaging and spectral data, we successfully implement customized machine learning and deep learning algorithms.
Key References: Surgical Endoscopy 37, 5825–5835 (2023) / Autofluorescence Diagnosis (2026, Submitted)
연구 3: 첨단 생체 분광학 및 소화기암 진단 기술 개발
연구 3: 첨단 생체 분광학 및 소화기암 진단 기술 개발
본 연구진은 광학 분광 기술을 의학 및 생체 진단에 접목하여, 질병의 조기 진단과 정확도를 높이는 차세대 생체 분광 진단 플랫폼을 연구하고 있습니다.
생체 조직 분석 시스템 개발
생체 조직 분석 시스템 개발
2018년부터 2019년까지 김형민 교수는 미국 **MIT Laser Biomedical Research Center(LBRC)**와의 방문 공동 연구를 통해 생체 내 지방 측정 분광법을 성공적으로 개발하였습니다. 현재까지도 MIT 연구진과 생체 조직 진단에 관한 긴밀한 협력을 이어오고 있으며, 관련 기술에 대한 미국 특허를 출원하여 독보적인 기술력을 인정받고 있습니다.
주요 성과: Analyst 145, 4421 (2020), 미국 특허 출원 (US20210356251A1)
비파괴적 소화기암 진단 시스템 개발
비파괴적 소화기암 진단 시스템 개발
2020년부터 한국연구재단(NRF) 및 보건복지부의 지원 아래, 국립암센터(NCC) 연구진과 공동으로 소화기 내 종양을 실시간으로 감별할 수 있는 비파괴적 광학 진단 기술을 개발 중입니다. 형광 기반 고속 진단 스캐너를 자체 개발하였으며, 측정 시간이 길어 한계가 있었던 라만 분광법을 대면적 검출이 가능하도록 개선하여 실제 임상 적용 가능성을 높였습니다. 분광 진단 과정에서 발생하는 복잡하고 방대한 용량의 이미지 및 스펙트럼 데이터를 정밀하게 분석하기 위해 머신러닝(Machine Learning) 및 딥러닝(Deep Learning) 기술을 적극 도입하고 있습니다. 이를 통해 육안으로 구별하기 힘든 미세한 병변까지 높은 정확도로 분류하는 지능형 진단 알고리즘을 성공적으로 적용 중입니다.
주요 성과: Surgical Endoscopy 37, 5825–5835 (2023), Autofluorescence diagnosis (2026, 제출 중)
Research Overview 4: Process Monitoring & Intelligent Quality Inspection Technology
Research Overview 4: Process Monitoring & Intelligent Quality Inspection Technology
Our research group develops real-time monitoring and high-precision inspection solutions through collaborative projects with various national institutions. We aim to maximize the efficiency and reliability of Korea's key strategic industries, including semiconductors, displays, secondary batteries, and pharmaceuticals.
Real-time Monitoring for Semiconductor, Display, and Battery Processes
Real-time Monitoring for Semiconductor, Display, and Battery Processes
Advanced industrial processes are highly sensitive to even minute environmental changes. Supported by the Korea Planning & Evaluation Institute of Industrial Technology (KEIT) and other agencies, we lead the development of monitoring technologies for direct industrial application.
Semiconductor CMP Process Monitoring: We have developed technology to detect real-time changes in particle concentration and chemical composition during the Chemical Mechanical Planarization (CMP) process to maintain high yields. (Project Completed)
Display Greenhouse Gas Analysis: We are establishing high-sensitivity sensing techniques using Infrared (IR) spectroscopy to monitor regulated greenhouse gases emitted during display manufacturing, enabling real-time analysis of trace gases.
Key Achievement: Nano Energy, 149, 111746 (2026)
Digital Transformation of Pharmaceutical & Chemical Processes
Digital Transformation of Pharmaceutical & Chemical Processes
We are integrating advanced optical sensing into pharmaceutical and chemical synthesis to facilitate the digital transformation of manufacturing sites.
Hyperspectral & NIR Techniques: By implementing hyperspectral imaging and Near-Infrared (NIR) spectroscopy, we develop systems that diagnose reaction uniformity and quality in real-time. Our research focuses on maximizing yields, identifying optimal process completion points, and performing final quality inspections for pharmaceutical and chemical products.
Key Achievements: Anal. Chem. 91(9), 5810-5816 (2019); Spectrochimica Acta Part A 321, 124751 (2024)
Next-Generation Industrial Inspection & Diagnostic
Next-Generation Industrial Inspection & Diagnostic
We are securing core technologies for high-resolution inspection equipment to detect invisible defects and monitor internal battery dynamics.
Defect & Impurity Analysis: We are researching next-generation inspection systems capable of detecting micro-cracks in semiconductor wafers, as well as coating defects and internal impurities in secondary battery electrodes with high resolution.
Secondary Battery In-situ Diagnostics: To ensure both the performance and safety of next-generation batteries, we develop in-situ monitoring techniques that track electrolyte transitions and electrode interface reactions during manufacturing and charge/discharge cycles.
Key Achievement: ACS Nano, 19 (38), 34136–34149 (2025)
연구 4: 공정 모니터링 및 지능형 품질 검사 기술 개발
연구 4: 공정 모니터링 및 지능형 품질 검사 기술 개발
본 연구진은 대한민국 국가 기간산업의 핵심인 반도체, 디스플레이, 이차전지 및 제약 공정의 효율성과 신뢰성을 극대화하기 위한 실시간 모니터링 및 정밀 검사 솔루션을 각종 기관과의 공동연구를 통해 개발하고 있습니다.
반도체·디스플레이·이차전지 공정 실시간 모니터링
반도체·디스플레이·이차전지 공정 실시간 모니터링
첨단 산업 공정은 미세한 환경 변화에도 품질이 크게 좌우됩니다. 본 연구단은 한국산업기술기획평가원(KEIT) 등의 지원을 통해 산업 현장에 즉시 적용 가능한 모니터링 기술을 선도하고 있습니다.
반도체 CMP 공정 모니터링: 폴리싱 과정 중 입자 농도 및 화학 물질의 변화를 실시간으로 감지하여 최종 생산품의 수율을 유지하는 기술을 개발하였습니다. (과제 종료)
디스플레이 온실가스 분석: 공정에서 배출되는 규제 대상 온실가스를 적외선(IR) 분광 기술로 모니터링하여 극미량의 기체를 실시간으로 분석하는 고감도 센싱 기법을 확립 중입니다.
제약 및 화학 공정의 디지털 전환 (초분광/근적외선)
제약 및 화학 공정의 디지털 전환 (초분광/근적외선)
초분광 및 근적외선(NIR) 기법: 제약 및 화학 합성 공정에 초분광 이미징을 접목하여 반응 과정의 균일성과 품질을 실시간으로 진단하는 시스템을 개발 중입니다. 합성 공정에 발생하는 수율의 최대화 및 공정 종료 시점의 확인 그리고 최종 산출된 의약품/화학제품의 품질 검사를 위한 검사 기술을 개발 중입니다.
주요 성과: Anal. Chem. 91(9) 5810-5816 (2019), Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy 321, 124751 (2024)
차세대 산업용 검사 장비 개발
차세대 산업용 검사 장비 개발
결함 및 불순물 분석: 반도체 웨이퍼의 미세 크랙(Crack)뿐만 아니라, 이차전지 전극의 도포 불량 및 내부 불순물을 고해상도로 검출하고 분석할 수 있는 차세대 검사 장비 원천 기술을 연구하고 있습니다.
이차전지(Secondary Battery) 내부 진단: 배터리 제조 및 충·방전 과정에서 전해질의 상태 변화와 전극 계면의 반응을 실시간(In-situ)으로 모니터링하여 성능과 안전성을 동시에 확보하는 기술을 개발하고 있습니다.
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