간단한 현미경 구성으로 암세포 3차원 영상 정밀 측정

박용근 교수 연구팀은 새로운 3차원 홀로그래피 현미경 기술을 개발했다고 9일 밝혔다. 이를 통해 향후 암 세포 연구 등 다양한 활용이 가능해질 것으로 전망된다.

홀로그래피(holography)는 간섭현상을 통해 빛의 정보를 기록하고 재생하는 기술이다. 저장된 빛의 정보를 활용하면 물체와 빛의 상호작용을 재구성할 수 있으며, 투명한 물질과 같이 사진술로는 촬영 불가능물체 또한 관찰 할 수 있게 된다. 특히 염색 없이 생물 시편을 관찰 할 수 있다는 장점 때문에 세포 연구 및 의학 진단에 중요한 잠재력을 갖고 있다.

일반적인 홀로그래피 기술은 레이저 간섭계를 기반으로 한다. 간섭계 기술은 정확한 정보를 기록할 수 있는 장점을 갖지만, 복잡한 광학 설비를 필요로 하며 레이저와 같이 높은 간섭성을 갖는 광원을 필요로 하는 한계를 갖는다. 이러한 제약으로 홀로그래피는 광학 실험실 외부에서 쉽게 구현되기 어려우며 적합한 광원이 부족한 X선이나 전자 현미경에 활용하기 어려웠다.

연구팀은 새로운 방식의 비간섭계 홀로그래피 이미징 기술을 개발했다. 연구팀은 시편을 비스듬히 조사하는 경우, 빛의 세기 정보로부터 빛의 위상 정보를 직접 추출할 수 있음을 발견하고, 이를 이용해 홀로그래피를 구현했다. 레이저를 사용하는 복잡한 간섭계 구성 없이도 간단히 조사광의 각도를 조절하는 것만으로도 홀로그래피를 구현할 수 있게 된 것이다.

연구팀은 광학 현미경에 개발된 방법을 접목하여 수백 나노미터(nm)의 해상도를 갖는 2차원 및 3차원 홀로그래피 현미경 기술을 구현했다. 이를 통해 염색 없이 세포 조직을 관찰하였으며 암 세포의 3차원 굴절률 관찰에도 성공했다. 연구팀은 개발된 기술을 다양한 파장으로 확장하면 홀로그래피의 다양한 활용이 가능해 질 것으로 기대하고 있다.

홀로그래피 분야는 현재 3조원 정도의 시장이 형성, 매년 20% 정도로 빠르게 성장하고 있다. 특히 AR/VR 등 디스플레이 분야와, 바이오 의료 분야 홀로그래픽 현미경 기술에서 많은 혁신 기업들이 생겨나고 있다. 박용근 교수가 공동 창업한 토모큐브사에서는 3차원 홀로그래픽 현미경을 상업화해 MIT, 하버드 의대를 비롯한 전세계 연구의료 기관에 장비를 공급하고 있다.

이번 연구결과는 국제학술지 ‘네이처 포토닉스’ 2월 9일 온라인판에 게재됐다.