김동현 연세대 교수팀 연구···극소 부피 빛 분포로 생체물질 관찰

일반 광학 현미경에 장착해 생체물질을 보다 명확히 관찰할 수 있도록 하는 방법이 나왔다.

한국연구재단은 연세대학교의 김동현 교수, 손태황 연구원, 문귀영 연구원이 빛의 다방향 입사를 이용해 극소 부피의 빛을 금속 나노칩 위의 모든 물질에 비추는 기술을 개발했다고 22일 밝혔다.

일반적으로 쓰이는 전반사 형광현미경은 물리적 한계로 수백 나노미터 크기까지 밖에 분별할 수 없다. 이 해상도로는 바이러스 이동이나 암세포 형태 변화 등을 구체적으로 분석하기 어렵다. 

최근에는 현미경에 부착하는 금속 나노칩이 개발되어 극소량의 빛을 형성해 해상도를 높일 수 있다. 그러나 빛의 위치가 고정되어 관찰 대상이 특정 위치에 놓이지 않으면 관찰할 수 없다는 단점이 있었다.

이에 연구팀은 금속 나노칩의 거의 모든 부분에 빛을 쪼이는 다채널 광변조 시스템인 '나노등대'를 만들었다.

나노등대는 바닷가의 등대가 전등을 회전시키며 어둠 속에서 바다의 곳곳을 비추는 것처럼 입사광의 각도와 방향을 변조해 금속 나노칩 위의 다양한 위치에 극소 부피의 빛을 형성한다.

이 시스템으로 금속 나노칩 위의 관찰 가능한 영역을 확대할 수 있다. 연구팀의 측정 결과, 한 방향 입사조건에서는 나노칩 표면의 25%만 빛이 조사되는 반면 여러 방향 입사조건에서는 나노칩의 90%를 관찰할 수 있는 것으로 확인됐다.

김동현 연세대 교수는 "전반사 형광현미경에 금속 나노칩을 접목해 잉여공간 없이 나노칩 상의 모든 물질을 관찰할 수 있도록 했다"면서 "향후 암세포를 비롯한 특정 세포와 세포 내에서 움직이는 기질과 단분자를 영상화하는데 기여할 것"이라고 말했다.

이번 연구는 한국연구재단 기초연구사업의 지원을 받았다. 연구 결과는 국제학술지 '어드밴스드 옵티컬 머티리얼스(Advanced Optical Materials)'에 22일자 표지논문으로 게재됐다. 

다방향 입사광 변조 시스템과 유도된 극소 부피 빛의 개략도.<자료=한국연구재단 제공>
다방향 입사광 변조 시스템과 유도된 극소 부피 빛의 개략도.<자료=한국연구재단 제공>
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