생체조직 너머 또 다른 조직을 투시하는 광학현미경 기술이 개발됐다.
일반적으로 생체조직은 100μm(마이크로미터, 10-6m) 두께가 되면 광학현미경 투과 관찰이 힘들다. 생체조직의 구성 물질이 단백질, 지질 등으로 다양해 빛의 산란이 많기 때문이다. 빛이 산란되면 초점이 맞지 않아 이미지가 흐릿해진다. 산란된 빛의 경로를 수정해 원래 목표인 초점으로 보내는 파면 제어 기술이 필요한 이유다.
UNIST(총장 이용훈)는 박정훈 바이오메디컬공학과 교수팀이 현미경 대물렌즈 중앙 영역을 통과하는 빛의 경로를 선택적으로 수정해 또렷한 초점을 만드는 새로운 파면제어 기술을 개발했다고 30일 밝혔다. 박 교수팀은 이 기술로 710μm 두께의 쥐 뇌 조직 뒤에 숨겨진 형광비즈(구슬)를 또렷이 관찰하는 데 성공했다.
박 교수팀은 생체 조직 내 대부분의 빛이 진행 방향으로 산란된다는 점에 착안했다. 이 때문에 대물렌즈 가장 자리를 통과해 조직으로 비스듬히 들어오는 빛일수록 조직 내에서 가장 많은 거리를 이동하고 조직 내부의 세포 등과 부딪히면서 에너지 소모가 많게 된다는 가설이 성립한다.
박 교수팀이 개발한 파면 제어법은 대물렌즈 가장 자리를 통과하는 '저에너지 빛'은 버리고 중심 영역을 통과하는 '고에너지 빛'만 골라 초점으로 보내 초점 세기를 강화하는 효율적인 방식이다. 실제로 동일한 파면제어 시간을 소모한 경우, 기존 기술 대비 형광신호 세기는 8.9배, 형광비드와 주변 배경 간 신호 대비는 2.1 배나 상승하는 효과를 얻을 수 있었다.
박 교수는 “생체 조직과 같은 매질(빛이 통과하는 물질)에서는 기존의 방식을 벗어나 고에너지 빛(낮은 각도로 입사하는 빛)만 선택적으로 파면제어 하는 것이 훨씬 효율적인 이미징 방식이라는 사실을 입증했다”며 “생체조직내로 빛을 투과시켜 병변을 치료하는 기술이나 생체 조직의 세포를 조절하는 광유전학 기술 등으로 확장 가능할 것”이라 말했다.
UNIST 바이오메디컬공학과 황병재 연구원, 이상원 연구원이 함께 참여한 이번 연구는 광학 분야 국제 학술지 옵티카 4월호에 게재 예정이다. 연구수행은 한국연구재단(NRF)과 포스코청암재단의 지원을 받아 이뤄졌다.
울산=임동식기자 dslim@etnews.com
