초음파로 생체 내부 선명하게 보는 신개념 광학현미경 개발

초음파 결합 광학현미경 모습. 사진제공 IBS

국내 연구진이 생체 내부를 선명하게 볼 수 있는 신개념 초음파 광학현미경을 개발했다.

기초과학연구원(IBS) 분자 분광학 및 동력학 연구단 최원식 부연구단장 연구팀과 한국과학기술원(KAIST) 바이오 및 뇌공학과 장무석 교수팀이 초음파를 이용해 기존 현미경으로 볼 수 없던 생체 내부의 미세 구조를 관찰할 수 있는 초음파 결합 광학현미경을 개발했다고 19일 밝혔다.

사람 눈은 250㎜ 떨어진 거리에 100㎛ 간격을 가진 물체를 구분할 수 있다. 하지만 이보다 더 작은 물체를 보려면 광학현미경으로 확대해야 한다.

그런데 이 광학현미경을 써도 보기 어려운 게 있다. 바로 생체 내부다. 광학현미경으로 생체 조직을 관찰하면 빛이 굴절되는 산란광이 강하게 발생하며 영상이 흐려져 제대로 볼 수 없다.

반면 초음파는 생체 내부를 깊이 있는 곳까지 관찰할 수 있다. 다만 해상도가 떨어져 미세한 조직은 볼 수 없다.

연구진은 광학현미경과 초음파 영상이 가진 장점을 결합해, 생체 내부를 선명하게 관찰할 수 있는 초음파 결합 광학현미경을 개발했다. 초음파 결합 현미경은 생체 조직 내부로 잘 침투하는 초음파로 접근한 뒤 초음파 초점을 지나는 빛만 측정하는 방식으로 산란광을 기존 광학현미경보다 100배 이상 줄이며, 이미지가 흐려지는 문제를 해결했다. 초음파가 광학현미경에게 관찰 대상을 안내해주는 네비게이션 역할을 하는 셈이다.

장무석 KAIST 교수는 “초음파 초점을 작게 할수록 산란광을 더 많이 줄일 수 있다”며 “앞으로 산란광을 1000~1만 배 수준까지 줄여 더 선명한 이미지를 얻을 것”이라고 말했다.

연구진은 이 현미경으로 부화한지 30일 된 제브라피시의 척추 안쪽 근육 조직 이미지를 얻는데 성공했다. 기존에는 제브라피시를 잘라서만 내부 근육 조직을 관찰할 수 있었지만 이번에 개발한 현미경은 제브라피쉬가 살아 있는 채로 내부 조직을 꿰뚫어 봤다.

초음파 결합 광학현미경으로 관찰한 제브라피시의 근육 조직 모습. 사진제공 IBS

이번 연구를 이끈 최원식 부연구단장은 “초음파 결합 광학현미경은 기존 광학 현미경이 가진 얕은 이미징 깊이 문제를 해결한 획기적인 기술”이라며 “기술을 더 발전시켜 의생명 광학 기술 분야로 활용 범위를 넓혀나갈 것”이라고 말했다.

이 연구결과는 국제학술지 네이처 커뮤니케이션즈 2월 5일자 온라인 판에 게재됐다.


박응서 머니투데이방송 MTN 선임기자