울산과학기술원(UNIST) 바이오메디컬공학과 박정훈·주진명 교수팀이 일반 연속파 레이저만으로 생체 조직 내부를 3차원으로 촬영할 수 있는 비선형 형광 현미경 기술을 개발했다고 19일 밝혔다.

이 기술은 특수 나노 입자를 이용해 수억원에 달하는 초고속 펄스 레이저 대신 레이저 포인터와 같은 일반 광원으로도 생체 조직 내부를 또렷하게 촬영할 수 있게 한다.

기존 장비에 맞먹는 해상도와 깊이 침투력을 갖췄으며 주변 조직 손상 없이 병변 부위만 선택적으로 자극하는 광역학 치료에도 활용될 수 있다.

생체 조직은 빛이 잘 산란돼 내부 이미지를 얻기 어렵기 때문에, 일반적으로 초점 부근에서만 형광을 발생 시켜 산란에 의한 배경 잡음을 걸러내는 다광자 현미경과 같은 특수 관찰 기술이 사용된다.

그러나 다광자 현미경은 고가의 펨토초 펄스 레이저를 광원으로 사용해 일반 병원이나 실험실에서 활용하기 어려웠다.

공동 연구팀은 상향변환 나노입자를 이용해 펨토초 펄스 레이저 없이도 초점에서만 형광을 유도할 수 있는 기술을 개발했다.

이 방식은 나노입자를 혈류를 통해 생체 부위에 주입한 뒤, 일반 연속파 레이저를 쏘면 나노입자가 레이저 속 광자를 하나씩 흡수해 에너지를 축적하고 이를 자외선 또는 청색광 형광으로 방출하는 것이다.

연구팀은 이 기술로 살아있는 생쥐의 뇌혈관을 약 800 마이크로미터 깊이까지 고해상도로 촬영했다. 이는 공초점 현미경보다 6배가량 깊은 수준이며 다광자 형광 현미경과 비슷한 침투 깊이다.

또 넓은 시야를 빠르게 영상화하는 와이드 필드 모드에서도 초당 30프레임 속도로 혈류의 흐름까지 실시간 관찰할 수 있었다.

이번 연구는 UNIST 김정모 박사와 이승훈 박사가 제1저자로 주도했다. 공동 연구팀은 "값비싼 초고속 레이저 없이도 고해상도 생체 이미징과 정밀 광치료가 동시에 가능한 기술"이라며 "MRI 같은 기존 진단 장비와 병행하면 의료 현장에서 뇌혈류 흐름이나 국소적 대사 반응 등을 정밀하게 추적하는 데도 도움이 될 것"이라고 설명했다.

연구 결과는 재료과학 분야 세계적 권위지인 '어드밴스드 머티리얼스'의 표지 논문으로 선정돼 지난 12일 출판됐다.