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살아있는 물고기 신경망 봤다…홀로그램현미경 '진화'

작성자 : Center for Molecular Spectroscopy and Dynamics 등록일 : 2019-08-01 조회수:669


기초과학연구원 성과…"초고속으로 초당 500장 데이터 획득"

 
IBS 초고속 홀로그램 현미경
IBS 초고속 홀로그램 현미경[IBS 제공. 재판매 및 DB 금지]
 

(대전=연합뉴스) 이재림 기자 = 수술 없이 살아있는 생명체 신경망을 들여다볼 수 있는 홀로그램 현미경 기술이 개발됐다. 기초과학연구원(IBS)은 최원식 분자 분광학 및 동력학 연구단 부연구단장 연구팀이 이런 성과를 냈다고 1일 밝혔다. 홀로그램 현미경은 기존 일반 광학현미경 한계를 극복하기 위해 나왔다. 빛의 파면(wavefront) 왜곡 현상을 줄여 생체조직 내부 깊은 곳까지 관찰하기 위해서다. 다만 그간 홀로그램 현미경 기술은 파면 왜곡 극복을 위해 반복적인 하드웨어 제어 작업을 필요로 했다. 이는 영상획득 속도 지연으로 이어지면서 살아있는 동물 관찰을 어렵게 만들었다.

 

시 분해 초고속 홀로그램 현미경 원리
시 분해 초고속 홀로그램 현미경 원리시 분해 초고속 홀로그램 현미경(a)은 스캐닝 거울을 이용해 물체를 조명하는 빛과 참조 광을 동시에 바꿔가며 되돌아 나온 간섭무늬를 기록한다. 참조 광에 고정한 채 물체 광만 살피는 기존 기술(b)이 제한된 영역에서만 관찰이 가능했던 것과 달리, 새 기술(C)은 모든 면적에서 간섭무늬를 기록할 수 있다. [IBS 제공. 재판매 및 DB 금지]
 
 

연구진은 물체 광과 참조 광이라는 두 종류의 빛(레이저)을 조절(동조)하는 방식으로 기존보다 데이터 획득 속도를 수십 배 이상 높였다. 기존에는 1초당 10장 정도의 이미지를 얻을 수 있었지만, 새 초고속 홀로그램 현미경은 초당 500장 정도까지 획득한다. 파면을 측정하고 제어하는 지속적인 되풀이 과정 없이도 초점 광신호를 100배 이상 증가할 수 있다고 연구진은 설명했다. 이는 파면 왜곡 보정 성능이 100배 이상 향상했다는 뜻이다. 더 깊은 곳까지 관찰하는 능력이 생긴 셈이다.


살아있는 제브라 피시 후뇌부 신경망 3차원 관찰
살아있는 제브라 피시 후뇌부 신경망 3차원 관찰부화한 지 엿새(a)·열흘(b) 지난 제브라 피시 발달단계에 따른 중추신경계를 이루는 신경망 구조 변화 모습이다. 기존 공초점 현미경으로 얻은 반사 영상(c)·형광 영상(d)과 비교할 때 해상도 면에서 큰 차이가 난다. [IBS 제공. 재판매 및 DB 금지]
 
 

실제 연구진은 살아있는 제브라 피시 고해상도 뇌 신경망 영상을 얻는 데 성공했다. 예전처럼 형광물질을 주입할 필요도 없었다. 최원식 부연구단장은 "기존 광학 현미경 기술 한계를 한 단계 뛰어넘은 성과"라며 "뇌신경과학을 비롯해 다양한 생명 융합 연구나 정밀 측정을 요구하는 산업 분야에 도움을 줄 수 있을 것"이라고 말했다. 논문은 '네이처 커뮤니케이션즈'(Nature Communications) 7월 17일 자 온라인판에 실렸다.


생체조직에서 일어나는 파면 왜곡 보정 기술
생체조직에서 일어나는 파면 왜곡 보정 기술[IBS 제공. 재판매 및 DB 금지]

walden@yna.co.kr

 

기사 원문보기

https://www.yna.co.kr/view/AKR20190801079700063?input=1179m