대구경북과학기술원(DGIST·총장 국양)은 장진호·황재윤 전기전자컴퓨터공학과 교수 공동연구팀이 초음파에 의한 공기방울을 활용해 생체조직을 더 깊고 세밀하게 관찰할 수 있는 광학 현미경 기술을 세계 최초 개발했다고 18밝혔다.
광 영상 및 치료 기술은 생명과학 연구와 임상에서 널리 사용되고 있다. 그러나, 생체 조직 내에서 발생하는 광 산란 때문에 내리쬔 광이 투과할 수 있는 깊이가 낮아 심부조직의 영상획득과 치료에 한계가 있다.
이를 극복하기 위해 장진호 교수는 지난 2017년 초음파를 쬐었을 때 생체조직에 생성되는 마이크로미터(㎛) 수준 작은 공기방울들을 활용했다. 초음파에 의해 일시적으로 생성되는 공기방울들은 빛의 진행방향으로 광산란을 일으키는 현상을 이용해 빛의 투과깊이를 증가시킬 수 있는 기술을 개발한바 있다.
공동연구팀은 초음파를 이용해 생체조직 내부에 공기방울들이 촘촘하게 채워져 있는(공기방울 밀도 90%이상) 공기방울층을 원하는 영역에 생성할 수 있는 기술과 영상을 획득하는 동안 생성된 공기방울들을 유지할 수 있는 기술을 개발했다.
이 공기방울층에서는 광자의 진행방향에 왜곡이 없어 더 깊은 생체조직 내에도 광집속이 가능함을 실험적으로 증명했다. 또 이 기술을 공초점 형광 현미경에 적용해 기존 대비 6배 이상의 공초점 형광 현미경의 영상 깊이를 확보할 수 있는 광 투명화 역할을 하는 초음파 조직 투명화 기술을 적용한 현미경(US-OCM)을 세계 최초로 개발했다.
개발한 현미경은 초음파 조사를 멈추면 생성되었던 공기방울들이 사라지고 생체조직에 어떠한 손상도 일어나지 않을 뿐만 아니라 공기방울 생성 전 광학 특성으로 돌아가는 것을 확인해 생체에 무해하다.
장진호 교수는 “초음파와 광영상 전문가의 긴밀한 협업을 통해 기존 광 영상 및 치료 기술의 태생적 한계를 극복할 수 있었다.”면서 “이번에 확보한 기술은 향후 다양한 광영상(다광자 현미경, 광음향 현미경 등)과 광치료(광열치료, 광역동치료 등) 기술에 적용해 영상 및 치료 깊이를 증가시켜 기존 기술의 활용분야와 효용성 제고에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.”고 말했다.
삼성미래기술육성사업 지원을 통해 이뤄진 이번 연구성과는 최근 광학분야 저명한 학술지인 '네이처 포토닉스(Nature Photonics)'에 발표됐다.
대구=정재훈기자 jhoon@etnews.com
