박정훈 UNIST 교수, 세포와 유체 동시 관찰 성공

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살아있는 세포와 주변을 흐르는 혈액 같은 유체를 동시에 고화질로 관찰할 수 있는 기술이 개발됐다.

울산과학기술원(UNIST·총장 이용훈)은 박정훈 생명과학부 교수팀이 광학현미경 일종인 구조화조명현미경(SIM)의 시간 분해능과 공간 분해능을 한 이미지 내에서 제어하는 기술을 개발했다고 18일 밝혔다. 공간 분해능은 정지 화면을 정밀하게 관찰하고, 시간 분해능은 물체 움직임을 잘게 쪼개 관찰하는 기능이다.

박 교수팀은 현미경 광원인 가시광선의 진폭을 조절해 영역별로 맞춤형 빛을 조사하는 방식으로 이 기술을 개발했다.

한 장의 이미지 내에서 시·공간 분해능을 선택적으로 강화한 시뮬레이션 결과.
<한 장의 이미지 내에서 시·공간 분해능을 선택적으로 강화한 시뮬레이션 결과.>

SIM은 방충망 무늬 구조체 두 장을 겹친 상태로 움직일 때 나타나는 간섭무늬 현상을 이용한 현미경이다. 물질에 조사한 빛의 파장 형태와 간섭무늬 형태를 수학적으로 분석해 물질의 미세구조를 파악한다.

다른 광학현미경과 달리 복잡한 시편 준비 절차가 필요 없고 강한 빛에 의한 시편 손상도 적다. 하지만 간섭무늬를 통해 간접적으로 시편을 보는 방식이라 순간 현상을 포착하기 어려웠다.

박 교수팀은 촬영 영역 특성에 맞춰 선택적으로 빛의 진폭을 제어해 이 문제를 해결했다. 암세포를 배양하는 유체(액체) 흐름과 그로 인해 발생한 세포의 미세 변화를 동시에 초고해상도로 얻는 데 성공했다. 짧은 순간을 포착하는 유체 영역은 높은 시간 분해능을 갖는 진폭 패턴의 빛을, 더 또렷한 이미지가 필요한 세포 부분은 초고해상도(공간 분해능)를 갖는 진폭 패턴의 빛을 쪼였다.

박정훈 교수는 “기존 현미경으로는 관측 불가능했던 서로 다른 시공간 스케일의 생명현상을 동일 현미경으로 한 이미지 내에 동시에 관찰했다는 점에서 의미 있는 연구”라며 “미세 유로 채널 관련 연구나 높은 시간 분해능이 필요한 칼슘 신호 전달 등 각종 생명·물리 현상의 관측에 적용할 수 있다”고 말했다.

이 연구에는 강주헌 UNIST 생명과학부 교수, 정수현 연구원, 안철우 연구원, 황병재 연구원이 참여했다. 연구 성과는 광학 분야 국제 학술지 옵티카(Optica) 8월 20일자에 게재된다.

울산=임동식기자 dslim@etnews.com