UNIST 생명과학부 박정훈 교수는 미국 퍼듀대 멩 쿠이 교수팀과 공동으로 '다개구 보정광학 현미경(Multi-Pupil Adaptive Optics, MPAO)' 을 개발했다. (사진=UNIST 제공)
뇌 속 깊숙이 분포되어 있는 신경세포 등 살아있는 생물의 몸속 깊은 곳을 살펴볼 수 있는 '광학 현미경 기술'이 개발됐다.
UNIST(울산과학기술원) 생명과학부 박정훈 교수는 미국 퍼듀대 멩 쿠이 교수팀과 공동으로 '다개구 보정광학 현미경(Multi-Pupil Adaptive Optics, MPAO)' 을 개발했다고 17일 밝혔다.
이 현미경은 살아있는 쥐의 뇌 속 신경세포와 혈관 등 생체 내부 깊숙한 곳을, 고해상도로 보여주는 것은 물론 넓은 영역(450㎛×450㎛)의 생체조직 내부를 실시간 관찰하는 것도 가능하다.
생체조직을 이루는 세포는 지질이나 단백질 등 다양한 물질로 이뤄진다.
빛의 경로는 이들 물질의 경계면마다 달라진다.
따라서 관찰 지점에 광초점을 형성하기 위해 입사된 빛은 무작위적으로 퍼져 버리는 복수산란이 된다.
생체 깊숙한 부분에 대한 초점을 만들기가 어려워 고해상도 이미지를 얻는다는 것은 쉽지 않다.
이런 한계를 극복하기 위해 박정훈 교수팀은 생체조직에서 왜곡되는 '빛의 파면(wavefront)'을 조절해 복수산란을 상쇄시킬 기술을 개발했다.
박 교수팀은 생체조직에서 빛의 파면이 어떻게 왜곡되는지 측정해 이를 상쇄할 방법을 찾아낸 것이다.
광학 현미경에서 빛을 특정 경로로 나아가도록 설계하면, 빛의 모든 성분들이 목표 지점에서 보강 간섭을 이뤄 고해상도 이미지를 얻을 수 있다.
이처럼 빛의 경로를 설계해 복잡매질 내부의 이미지를 얻는 기술을 적응광학(Adaptive Optics)라고 부른다.
살아있는 쥐의 혈관 이미지. (사진=UNIST 제공)
게다가 연구진은 다개구(Multi-Pupil) 현미경 시스템을 세계 최초로 개발했다.
이 시스템은 넓은 영역에서 고해상도 이미지를 얻는 기술이다.
다개구 현미경은 하나의 대물렌즈를 마치 여러 개의 독립적인 렌즈처럼 사용하는 신기술이다.
대물렌즈의 입사평면(개구)를 복사하고 분리해, 각각의 개구마다 서로 다른 파면으로 빛을 입사시킨 것이다.
연구진은 총 9개의 독립적인 개구를 구현해 서로 다른 깊이에 대한 정보를 동시에 얻었다.
박정훈 교수는 "뇌 활동을 이해하려면 넓은 영역에 분포된 뇌세포 사이에서 역동적인 연결 관계를 직접 봐야한다"며 "이번 기술로 뇌뿐 아니라 살아있는 생체조직 깊숙이 고해상도로 실시간 관찰할 수 있는 창(window)이 생긴 셈이다"이라고 말했다.
이번 연구결과는 세계적인 네이처 메소드(Nature Methods, IF=25.328) 5월 9일자에 발표됐다.
네이처 메소드는 네이처(Nature) 자매지로 생화학 연구방법 분야 세계 최고 권위지다.