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권혁상 교수팀, 측면 직접 촬영이 가능한 광-시트 현미경 개발
관리자
작성일2018.01.16 09:00 조회수576

 

□  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

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

  이번 성과로 기존의 -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*영상 획득 시간 단축에 한계가 있었고, 그 대안기술로 개발된 -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 -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 -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 교수이번 연구 성과는 현재 생명현상 규명 연구에 널리 사용되고 있는 -시트 현미경을 보다 다양한 생체조직 이미징에 사용할 수 있는 기반기술의 개발이며, 추후 기능적 생물학 현상 연구의 주요 영상 기법으로 사용될 것으로 기대된다고 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 Biophotonics20171228일자로 게재되었다. <>


논문제목 : Oblique scanning two-photon light sheet fluorescence microscopy for rapid volumetric imaging

교신저자 : GIST 의생명공학과 권혁상 교수, 1저자 : 신영훈 박사(GIST 의생명공학과)

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