IBS 연구진, 각막 속 꿰뚫어 보는 광학현미경 기술 개발

최원식 IBS 분자 분광학 및 동력학 연구단 부연구단장
 

기초과학연구원(IBS)은 최원식 부연구단장 연구진이 다중산란 및 이미지 왜곡 현상을 보정하는 단일산란파폐루프축적(CLASS) 기술을 개발했다고 4일 밝혔다.

연구팀은 이에 앞서 물체의 이미지 정보를 갖는 단일산란파만을 측정하고, 배경 잡음인 다중산란파는 제거하는 단일산란집단축적 현미경을 제작한 바 있다. CLASS 기술로 수차를 줄여 기존보다 두 배 높은 해상도를 구현했다.

단일산란파는 생체조직 내에서 진행 각도에 따라 빛의 위상차인 수차가 생긴다. 두꺼운 유리 뒤쪽 물체의 상이 뿌옇고 어둡게 보이는 이유이다. 빛이 입사하거나 물체에 반사돼 나올 때 각각 수차가 발생한다.

수차 제거는 빛을 세포에 여러 각도로 입사시켜 반사되어 나오는 빛이 만드는 이미지를 기록하는 것으로 시작한다. 다방면에서의 입사각과 반사각을 측정한다. 반사각과 입사각의 차이, 즉 운동량의 변화값이 같은 성분들을 모아서 분석해 실험값으로 수식을 만든다. 도출한 수식으로 반사각의 각도별 수차를 보정하면 왜곡이 심한 이미지까지 고해상도로 출력할 수 있다.

관련기사

• 2017년 대한민국 '10대 과학기술' 뉴스는?...'신고리 원전·블록체인' 주목
• 김두철 IBS 원장 "무술년 '새로운 도약에의 길' IBS가 품어야 할 정신"

연구진은 POSTECH 김기현 교수 연구진, 서울아산병원 김명준 교수 연구진과의 공동 연구로 CLASS 기술의 성능을 입증했다. 토끼 각막 속 약 0.5㎜ 깊이에 존재하는 곰팡이 균의 필라멘트 구조를 0.6㎛ 분해능으로 영상화했다. 수 ㎛ 크기의 세포핵 내부를 관찰하기에 충분하다.

CLASS 기술은 별도의 표지가 필요 없어 인체에 바로 적용할 수 있다. 공초점 현미경이나 이광자 현미경 등 현재 널리 이용되고 있는 이미징 기술에도 접목이 가능하다. 내시경에도 탑재할 수 있어, 앞으로 다양한 응용이 기대된다. 특히 기존에는 수차로 인해 영상화가 힘들었던 뇌 조직이나 안구 등에 적용이 가능할 것으로 보인다.

최원식 부연구단장은 “이번 연구로 광학 현미경을 질병 조기 진단에 이용하기 위해 필수적으로 극복해야할 생체조직에 의한 이미지 왜곡 문제를 해결했다”고 소감을 밝혔다.

이번 연구결과는 국제학술지 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications, IF 12.124)에 12월 18일 게재됐다.