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각막 속까지 들여다보는 광학현미경IBS '단일산란파 폐루프 축적 기술' 개발…수차 보정해 해상도 높여

(충청의약뉴스) 기초과학연구원(IBS) 최원식 분자 분광학 및 동력학 연구단 부연구단장 연구진은 이미지 왜곡 현상을 보정하는 단일산란파 폐루프 축적(Closed-Loop Accumulation of Single Scattering·CLASS) 기술을 개발했다고 4일 밝혔다.

암세포 80%가량은 피부나 장기 가장 바깥쪽 세포층에서 1㎜ 이상 깊이에 생긴다.

세포핵 변화로 발생한 암세포 크기는 수 ㎛(마이크로미터, 1㎛=100만 분의 1m)에 불과해 기존 의료 영상기법으로는 식별이 어렵다.

반대로 말하면 개별 세포를 관찰할 수 있는 영상 기술로 질병 조기 진단 시기를 크게 앞당길 수 있다는 뜻이다.

이를 위해선 조직 내부로 들어간 빛이 사방팔방 흩어져(난반사) 이미지를 왜곡하지 않도록 만들어야 한다.

난반사 하면 분해능이 떨어지기 때문이다.

왼쪽부터 최원식 IBS 분자 분광학 및 동력학 연구단 부연구단장, 강성삼 MIT 연구원(제1저자), 강필성 IBS 분자 분광학 및 동력학 연구단 연구원(제2저자) <기초과학연구원 제공>

분해능은 인접한 두 개의 물체를 별개의 것으로 구별할 수 있는 최소 거리를 뜻한다. 분해능이 커지면 더 세밀하게 관찰할 수 있다.

IBS 연구진은 앞서 물체 이미지 정보를 갖는 단일산란파만을 측정하고, 배경 잡음인 다중산란파를 제거하는 단일산란 집단축적(Collective accumulation of single-scattering·CASS) 현미경을 제작한 바 있다.

단일산란파는 생체조직 안에서 진행 각도에 따라 수차(빛의 위상 차이)가 생긴다.

수차 제거는 빛을 세포에 여러 각도로 쏘고서, 반사돼 나오는 빛이 만드는 이미지를 기록하는 것으로 시작한다.

반사각과 입사각의 차이, 즉 운동량 변화 값이 같은 성분을 모아 분석해 실험값으로 수식을 만든다.

이후 반사각 각도별 수차를 보정하면 왜곡이 심한 이미지까지 고해상도로 출력할 수 있다.

연구진은 김기현 포스텍 교수팀·김명준 서울아산병원 교수팀과 공동 연구를 통해 CLASS 기술 성능을 입증했다.

토끼 각막 속 약 0.5㎜ 깊이에 존재하는 곰팡이 필라멘트 구조를 0.6㎛ 분해능으로 영상화했다.

CLASS 기술은 인체에 바로 적용할 수 있는 상황이라고 연구진은 설명했다.

공초점 현미경이나 이광자 현미경 등 현재 이용되는 이미징 기술에 접목할 수 있다.

내시경에 탑재할 수도 있다.

연구진은 수차 때문에 영상화가 힘들었던 뇌 조직이나 안구 등에 이 기술을 적용하는 후속 연구를 진행할 방침이다.

최원식 IBS 분자 분광학 및 동력학 연구단 부연구단장은 "질병 조기 진단에 광학현미경을 이용하기 위해선 생체조직에 의한 이미지 왜곡 문제 해결이 필수적"이라며 "이를 극복할 수 있는 기술이라고 생각한다"고 말했다.

연구 결과는 '네이처 커뮤니케이션즈'(Nature Communications) 지난해 12월 18일에 실렸다.

 

 

 

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