'세포 속 성분파악 가능'…KAIST 3차원 촬영기술 개발

KAIST 물리학과 박용근 교수 연구팀은 CT 촬영의 원리와 비슷한 '광회절 단층촬영법'을 이용해 광학 집게로 포획한 입자의 3차원 위치를 고속으로 측정할 수 있는 기술을 개발했다고 21일 밝혔다.

연구팀은 이 기술 개발로 광학 집게를 사용한 세포 단계의 수술작업을 실시간으로 촬영할 수 있어 세포 반응 및 수술 예후 등을 모니터링할 수 있게 됐고, 그동안 어려웠던 세포 내부 성분과 총량을 정확하게 측정할 수 있게 됐다고 설명했다.

광학 집게는 빛을 이용해 미세입자를 포획한 뒤 힘을 가하거나 3차원 위치를 자유자재로 움직일 수 있는 기술이다.

렌즈를 이용해 레이저빔을 머리카락 수백분의 일 크기의 초점으로 모으면 자석에 철가루가 끌려오듯 주변의 미세입자들이 달라붙는다.

초점의 위치를 옮기거나 힘을 가해 미세 입자의 3차원 위치를 조절하는 것이 광학 집게의 원리이다.

광학 집게로 움직인 미세입자의 위치를 측정하기 위해 광학현미경을 이용하는데, 입자의 2차원 움직임은 미세입자에 의해 산란된 빛의 정보를 측정함으로써 쉽게 알 수 있다.

하지만 다른 물체가 시선 방향의 미세 입자를 가로막아 산란된 빛의 정보가 왜곡되거나 생물 세포처럼 복잡한 형상인 경우 3차원 위치의 정확한 측정이 어렵다.

연구팀은 병원의 CT 촬영 원리와 비슷한 광회절 단층촬영법을 이용해 입자의 3차원 영상화에 성공했다.

다각도로 CT 영상을 찍어 환자 몸 내부를 들여다보듯이 광학 집게로 포획한 미세입자에 레이저빔을 여러 각도로 입사해 촬영한 뒤 이를 분석하는 방식이다.

2마이크로미터 크기의 유리구슬을 광학 집게로 집어 백혈구 세포 위에 얹은 뒤 백혈구의 반응을 1초당 60장의 속도로 영상화했다.

앞쪽에 있는 백혈구가 구슬을 가려 기존의 기술로는 촬영이 어려웠지만 연구팀의 광회절 단층촬영법으로 구슬의 3차원 위치는 물론 백혈구 내부의 물질 분포도 측정이 가능했다.

박 교수는 "이 기술은 포획한 입자의 3차원 위치와 내부 구조를 별도의 표지 없이 빠른 속도로 측정할 수 있는 기술"이라며 "앞으로 물리학, 광학, 나노기술, 의학 등 다양한 분야에 응용될 수 있을 것"이라고 말했다.

이 연구 결과는 미국 광학회지 '옵티카(Optica)' 4월 20일자 온라인판 표지 논문으로 선정됐다.

(연합뉴스)