IBS 나노입자연구단, 고해상도 생체광학영상 기술 구현

IBS 현택환 나노입자연구단장© News1

</figure>국내 연구진이 암 등 다양한 의료분야의 초정밀 진단·치료를 위한 고해상도 생체광학영상 기술 구현에 성공했다.

기초과학연구원(IBS)은 18일 나노입자연구단이 무독성 반도체 나노입자를 활용한 고해상 삼광자(三光子)-인광 생체 광학영상 구현에 성공했다고 밝혔다.

이번 연구성과로 인해 기존 발광영상보다 높은 해상도로 암 등 다양한 의료분야의 초정밀 진단 및 치료가 가능해 졌다.

특히 유해성 논란이 있었던 중금속 기반의 기존 발광입자를 대체, 의료분야 적용시 안전성을 높였다는 점에서 의미가 크다.

이번 연구는 현택환 단장(서울대 화학생물공학부 중견석좌교수)과 유정호 박사, 한국기초과학지원연구원 춘천센터 권승해 박사의 7년여에 걸친 공동 연구를 통해 결실을 맺었다.

반도체 나노입자를 인체에 적용, 생체 내에서 광학영상을 구현하고 이를 질병진단 기술로 응용하고자 하는 노력은 1990년대 후반부터 이뤄져 왔다.

하지만 그동안 기존의 반도체 나노입자를 구성하고 있는 카드뮴, 납, 비소 등의 유해원소들로 인해 인체 적용이 불가능하다고 인식돼 왔다.

연구진은 중금속 기반 나노입자 대신, 독성이 적고, 인체 구성 필수원소인 아연과 황으로 구성된 황화아연 나노입자를 합성한 뒤 여기에 소량의 망간 이온을 도핑해 매우 밝은 오렌지색 인광을 구현했다.

오렌지색으로 발광하는 황화아연 나노입자를 이용해 고해상도 생체 광학 영상을 얻기 위해 노력하던 중, 연구진은 이 입자가 매우 높은 효율의 ‘삼(三)광자 현상’이라는 특이한 양자역학적 성질을 갖고 있다는 사실을 발견했다.

더 나아가 이 현상을 이용, 기존의 근적외선 광학 현미경의 해상도 한계를 뛰어넘는 고해상도 생체광학영상을 얻는데 성공했다.

유방암만 선택적으로 인식하는 펩타이드 항체와 나노입자 표면을 결합시킨 후 암이 이식된 쥐에 주사 투여, 암조직 주변의 혈관 및 암세포를 2마이크로미터 이하 분해능의 고해상도 광학영상을 얻어낸 것.

현 단장은 “이번 기술을 통해 MRI, CT 등 기존 영상의학 기술에 비해 높은 해상도의 조직 영상을 얻을 수 있게 됐다”며 “조직을 세포수준으로 관찰해 질병 악성·전이 정도 등의 정밀 진단, 정상조직과 질병조직의 명확한 경계 제시 등 더 많은 병리학적 정보를 제공해 정확한 질병진단 및 치료를 가능케 할 것으로 기대된다”고 밝혔다.

이번 연구결과는 재료공학 분야 세계적 권위 학술지인 네이처 머터리얼즈(Nature Materials)지 2월 18일 온라인판에 게재됐다.

연구단은 고해상도 생체광학영상 구현을 통해 적외선 영역대의 삼광자를 흡수한 나노입자가 오렌지색을 발광, 콜라겐(파란색)으로 둘러싸여 있는 암조직 내부의 2마이크로미터 이하의 혈관벽(오렌지색)을 선명하게 관찰할 수 있었다. © News1

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