사람 몸속 빛으로 꿰뚫어본다...생체조직 투과 광학기술 개발

[산업일보]
우리가 손전등이나 레이저 등을 손바닥에 밀착시킨 후 직각으로 쏘면 빛이 손을 통과하지 못하고 전체로 뿌옇게 퍼져나간다. 이는 단백질, 지질 등 다양한 물질로 구성된 생체조직이 빛 진행을 방해하기 때문이다. 이 점을 착안, 빛의 흩어짐(산란)을 모아 복잡하게 얽힌 생체조직을 통과해 반대편 물체를 확인하는 이미징 기술이 국내에서 개발됐다.

박정훈 울산과학기술원(UNIST) 교수팀은 현미경 대물렌즈의 중앙 영역을 통과하는 빛의 경로를 선택·수정해 초점을 또렷하게 만드는 ‘광학현미경 파면 왜곡 제어 기술’을 개발했다고 30일 밝혔다. 이 기술을 이용해 생체조직 내로 빛을 투과시켜 병변을 치료하거나 조직 세포를 조절하는 광유전학 기술 등으로 확장 가능하다고도 덧붙였다.

연구진에 따르면 생체조직은 100μm(마이크로미터) 두께가 되면 광학현미경 투과 관찰이 힘들다. 그러나 이번에 개발한 기술을 활용하면 710μm 두께의 쥐 뇌 조직 뒤에 숨겨진 형광 구슬까지 또렷하게 식별 가능하다.


원리는 간단하다. 대물렌즈 가장자리를 통과하는 빛은 버리고 중심 영역을 지나는 ‘고에너지 빛(낮은 각도로 입사하는 빛)’만 골라 초점으로 보내 세기를 강화한다. 이런 방식으로 형광 신호 세기는 8.9배, 형광 구슬과 주변 배경 간 신호는 두 배가량 오르는 등 효율성을 높일 수 있었다고 연구진은 전했다.

연구팀은 또 “이번 기술은 개구수(렌즈의 공간 해상도를 계산하기 위한 지표, 클수록 높은 해상도의 이미지를 취득)를 줄였음에도 고품질을 이미지를 얻었을 수 있었다”면서 “기존 이론과 대비되는 연구결과”라고 평가했다.

연구 제1 저자인 진형원 연구원은 “생체 조직과 같은 매질(빛이 통과하는 물질)에서는 기존의 방식을 벗어나 고에너지 빛만 선택해서 제어하는 것이 훨씬 효율적이다”라고 강조했다.