나노입자 이용한 형광 현미경 기술 개발…"광치료 부작용도 최소화"

연구 그림 [울산과학기술원 제공. 재판매 및 DB 금지]

(울산=연합뉴스) 김용태 기자 = 고가의 초고속 펄스 레이저 대신 레이저 포인트와 같은 일반 광원으로도 생체 조직 내부를 뚜렷하게 촬영할 수 있는 기술을 울산과학기술원(UNIST) 연구진이 개발했다.

UNIST 바이오메디컬공학과 박정훈·주진명 교수팀은 특수 나노 입자를 이용해 일반 연속파(CW) 레이저만으로 생체 조직 내부를 3차원으로 촬영할 수 있는 비선형 형광 현미경 기술을 개발했다고 19일 밝혔다.

연구진에 따르면 생체 조직은 빛이 잘 산란해 뚜렷한 내부 이미지를 얻기 어렵다.

이 때문에 초점 부근에서만 형광을 발생시켜 산란에 의한 배경 잡음을 걸러내는 다광자 현미경과 같은 특수 관찰 기술로 생체 조직을 촬영한다.

그러나 다광자 현미경 관찰은 고가의 펨토초(1천조분의 1초) 펄스 레이저를 광원으로 쓰기 때문에 일반 병원이나 실험실에서 사용하기는 힘들었다.

연구진은 '상향 변환 나노 입자'(UCNPs)를 이용해 펨토초 펄스 레이저 없이도 초점에서만 형광을 유도할 수 있는 기술을 개발했다.

혈류를 통해 나노 입자를 생체 부위에 주입한 뒤 일반 연속파 레이저를 쏘면 입자가 레이저 속 광자를 하나씩 흡수해 에너지를 축적하고, 이를 자외선 또는 청색광 형광으로 방출하는 방식이다.

방출 강도는 빛 세기의 제곱이나 세제곱처럼 급격히 늘어나는 비선형 특성이 있어 초점 부근처럼 빛이 집중된 영역에서만 강한 형광이 나온다.

연구진은 이 기술로 생쥐의 뇌혈관을 약 800마이크로미터(㎛·1㎛는 100만분의 1ｍ) 깊이까지 고해상도로 촬영했다.

이는 공초점 현미경보다 6배가량 깊은 수준이며, 다광자 형광 현미경과 비슷한 침투 깊이다.

또 넓은 시야를 빠르게 영상화하는 와이드 필드 모드에서도 초당 30프레임 속도로 혈류의 흐름을 실시간으로 관찰할 수 있었다.

이 기술은 광역학 치료에서 병변 외 조직이 손상되는 부작용을 줄일 수도 있다고 연구진은 설명했다.

초점 부근에서만 형광이 발생하는 원리를 이용해 병변 부위만 선택적으로 자극하고, 주변 조직에는 영향을 주지 않는 정밀 광자극 치료를 할 수 있는 것이다.

연구진은 "값비싼 초고속 레이저 없이도 고해상도 생체 이미징과 정밀 광치료가 동시에 가능한 기술"이라며 "MRI 같은 기존 진단 장비와 병행하면 의료 현장에서 뇌 혈류 흐름이나 국소적 대사 반응 등을 정밀하게 추적하는 데 도움이 될 것"이라고 말했다.

이런 연구 결과는 재료과학 분야 국제 학술지 '어드밴스드 머티리얼스'(Advanced Materials)의 표지 논문으로 지난 12일 실렸다.

연구는 과학기술정보통신부 한국연구재단과 정보통신기획평가원, 치매극복기술개발사업단, 범부처재생의료기술개발사업단, 포스코 청암재단 등의 지원을 받았다.

yongtae@yna.co.kr

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