세포 모습과 세포내 움직임 동시에 관찰가능한 현미경 기술개발

국내 연구진이 살아있는 세포와 그 주변을 흐르는 혈액이나 체액 같은 유체를 동시에 고화질로 관찰할 수 있는 전자현미경보다 나은 광학현미경을 개발해 주목받고 있다.

울산과학기술원(UNIST) 생명과학부 연구팀은 가시광선 진폭을 조절해 정지된 물체를 정밀하게 관찰하는 공간분해능과 물체 움직임을 잘게 쪼개 관찰할 수 있는 시간분해능을 모두 갖춘 광학현미경을 개발했다고 18일 밝혔다. 이번 연구결과는 광학 분야 국제학술지 ‘옵티카’에 실렸다.

광학현미경은 가시광선을 이용해 물체를 확대해 볼 수 있게 해준다. 전자현미경보다 물체를 확대해 또렷하게 볼 수 있는 공간분해능은 낮지만 세포처럼 살아있는 대상을 3차원으로 관찰할 수 있다. 이 때문에 원자 단위까지 살펴볼 수 있는 전자현미경이 있음에도 다양한 광학현미경이 필요하다.

구조화 조명 현미경(SIM)은 간섭현상을 이용한 광학현미경이다. 물체에 조사하는 빛의 파장 형태와 만들어진 간섭무늬 형태를 알면 이를 수학적으로 분석해 물질의 미세구조를 볼 수 있고 복잡한 준비절차가 없다는 장점이 있다. 그렇지만 간섭무늬를 통해 물체를 관찰하는 것이기 때문에 순간적 현상을 포착하기는 쉽지 않다.이에 연구팀은 관찰하고 촬영하려는 물체 특성에 맞춰 빛의 진폭을 제어하는 방식으로 이런 단점을 해결했다. 연구팀은 실제로 이번 기술로 암세포를 키우는 세포 내 유체 흐름과 세포의 미세 변화를 동시에 초고해상도로 얻는데 성공했다. 일반적인 해상도로 빠르게 움직이는 대상을 관찰하거나 초고해상도로 미세 구조를 가진 영역을 관찰하는 것은 가능했지만 연구팀이 이번에 성공한 것처럼 한 화면에서 둘을 동시에 관측하는 것은 처음이었다.

박정훈 교수는 “기존 현미경 기술로는 관측이 불가능했던 서로 다른 시공간 스케일의 생명현상을 하나의 현미경으로 동시에 관찰할 수 있게 해줬다는데 이번 연구의 의미가 크다”라며 “세포 안팎을 왕복하는 칼슘이온의 움직임이나 칼슘이온 때문에 생기는 세포 변화를 동시에 포착할 수 있을 것”이라고 설명했다.

유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr