□  GIST(지스트, 총장 문승현) 융합기술원 의생명공학과 권혁상 교수팀이 일반적인 영상 평면이 아닌 측면에 형성한 광-시트*를 연속 촬영해 3차원 영상을 만드는 새로운 광학 현미경 기법을 제시하였다. 

     *광-시트: 원통 렌즈 등으로 종이처럼 얇고 넓게 제작한 광학 평면

□  이번 성과로 기존의 광-시트 현미경(light-sheet microscopes)으로 촬영이 불가능했던 대면적의 생체 조직이나 유기체, 소동물에서 세포 수준의 3D 영상을 고속 획득하는 것이 가능하게 되었다.

  ∘ 기존에 사용된 레이저 주사 현미경*은 영상 획득 시간 단축에 한계가 있었고, 그 대안기술로 개발된 광-시트 현미경은 초점 면 만을 얇은 광-시트로 한꺼번에 여기(excitation) 상태*로 만들어 움직이는 샘플의 고속 촬영이 가능하나 샘플 주위에 수직으로 두 개의 대물렌즈가 위치해 관찰할 수 있는 샘플의 모양과 크기가 제약된다는 단점이 있었다.

     *여기 상태= 들뜬 상태(excited states) 

*레이저 주사 현미경: 초점 부위에 빛을 집속 시켜 점을 형광 여기 시킨 후, 이를 점-스캐닝하여 평면 및 부피 영상을 만들며 대표적으로 공초점 현미경이 있다.

 

□  이번 연구로 새롭게 개발된 현미경은 광-시트 현미경과 레이저 주사 현미경의 장점을 결합한 하이브리드 기술로서, 레이저 주사현미경과 같이 형광 여기 및 검출을 위해 하나의 대물렌즈만을 사용해 번거로운 샘플 준비과정이나 물리적 형태 제약이 없으면서도 촬영속도는 기존 광-시트 현미경에 준하는 고속 3차원 영상이 가능하다.

□  연구팀은 2-광자 베셀빔*으로 성형한 광-시트를 비스듬하게 시료에 조사하고 이를 영상화하였는데, 일반적으로 비스듬한 영상면은 초점거리가 맞지 않기 때문에 직접 촬영할 수 없는 것으로 알려졌지만, 경사진 여기 평면을 원격 초점 영역에 복제한 후 예리한 경사 거울로 여기된 경사 평면이 카메라 영상 평면에 모두 포커싱이 되도록하여 이를 극복하였다.

  ∘ 또한 독창적인 굴절 스캐닝 방식으로 광-시트를 시료의 체적 내에서 스캔하여 샘플의 물리적 이동 없이 3차원 촬영을 가능하도록 해 영상 속도를 크게 증가시켰다.

*2-광자 베셀빔: 베셀빔은 얇고 긴 막대기 모양의 간섭 빔으로 이를 고속 스캔하면 광-시트를 제작할 수 있으며, 이때 2-광자 여기 현상을 이용해 베셀빔 광-시트를 만들면 보다 얇고 산란에 보다 강한 광-시트를 성형할 수 있다.

□ 권혁상 교수는 “이번 연구 성과는 현재 생명현상 규명 연구에 널리 사용되고 있는 광-시트 현미경을 보다 다양한 생체조직 이미징에 사용할 수 있는 기반기술의 개발이며, 추후 기능적 생물학 현상 연구의 주요 영상 기법으로 사용될 것으로 기대된다”고 말했다.

□ 이번 연구는 한국연구재단 중견연구자지원사업과 GIST 연구원(GRI)에서 지원하고 있는 GIST 창조적 도전과제의 지원을 받아 수행되었으며, 논문은 의생명 광학분야 세계 최고 수준의 권위지인 Journal of Biophotonics에 2017년 12월 28일자로 게재되었다. <끝>

※ 논문제목 : Oblique scanning two-photon light sheet fluorescence microscopy for rapid volumetric imaging 교신저자 : GIST 의생명공학과 권혁상 교수, 제1저자 : 신영훈 박사(GIST 의생명공학과)