대구경북과학기술원(DGIST) 전기전자컴퓨터공학과 장진호·황재윤 교수 연구팀이 초음파에 의한 공기 방울을 이용해 생체 조직 내부를 세밀하게 관찰할 수 있는 광학현미경 기술을 개발했다고 밝혔다.
기존 공초점 형광 현미경은 암세포와 같은 미세조직 구조정보를 고해상도, 고대조도 영상으로 제공해주는 기기로 생명과학 연구에서 가장 널리 사용되고 있지만 생체 조직 내에서 발생하는 광 산란(optical scattering) 때문에 조사한 광이 투과할 수 있는 깊이는 백 마이크로미터로 이하로 매우 얕아 활용분야와 효용성에 있어 극히 제한적이다.
이에 연구팀은 광산란 매질에 초음파를 이용해 공기방울이 촘촘히 채워져 있는 층을 생성시킴으로써 매질에 광 투명화를 유도하여 광 초점이 흐려지지 않고 심부조직까지 집속시킬 수 있는 기술을 개발했으며 이를 공초점 현미경에 적용해 해상도 및 영상획득 시간의 저하 없이 심부조직에 대한 영상을 획득할 수 있게 됐다.
이는 광 산란에 의해 낮은 투과 깊이를 가지는 광의 본질적인 문제를 해결한 기술로 다양한 광학 영상 및 치료 기술에 손쉽게 접목할 수 있어 영향력이 클 것으로 전망된다.
연구팀은 해당 기술을 공초점 형광 현미경에 적용해 개발한 '초음파 조직 투명화 현미경(UltraSound-induced Optical Clearing Microscopy; US-OCM)'이 기존 대비 6배 이상의 영상 깊이를 확보할 수 있다고 밝혔다.
또한 초음파 조사를 멈추면 생성되었던 공기방울들이 사라지고 공기방울 생성 전의 광학 특성으로 돌아가 생체조직에 무해할 것으로 기대된다.
장진호 교수는 “초음파와 광영상 전문가의 긴밀한 협업을 통해 기존 광 영상과 치료 기술의 태생적 한계를 극복할 수 있었다”며 “이번 연구를 통해 확보한 기술을 다양한 광영상과 광치료 기술에 적용해 기술의 활용 분야와 효용성을 높일 수 있을 것”이라고 말했다.
이번 연구 결과는 광학 분야 국제 학술지 ‘Nature Photonics’에 게재됐다.