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성과명주사 바늘보다 얇은 초미세 3D 내시경 개발

Flexible-type ultrathin holographic endoscope for microscopic imaging of unstained biological tissues(Nature Communications (IF: 17.694, 2021 기준))

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지원사업
기초과학연구원 지원사업
지원 기관
과학기술정보통신부
연구 기관
기초과학연구원
연구자
최원식, 최영운, 최원준, 강문규
발표일
2022-08-02
조회수
102

주사 바늘보다 얇은 초미세 3D 내시경 개발


폐, 모세혈관, 뇌 신경계까지 관찰 가능…질병 조기 진단의 길 열어



개요

모세혈관이나 신경계까지 3D 입체로 관찰할 수 있는 초미세내시경이 개발됐다. 기초과학연구원 분자 분광학 및 동력학 연구단 최원식 부연구단장과 고려대학교 바이오의공학과 최영운 부교수 공동연구팀은 주사바늘보다 가는 두께의 내시경 기술을 개발하고, 이를 통해 박테리아보다 작은 생체 구조의 입체이미지를 얻는데 성공했다. 연구결과는 국제학술지 네이처 커뮤니케이션즈 (Nature Communications, IF 17.69) 8월 2일자 온라인 판에 게재됐다.


연구 내용

연구진은 광섬유 다발 말단 부분에 렌즈나 어떠한 장비도 부착하지 않고도 고해상도로 관찰 가능한 아주 얇은 내시경을 개발해 기존 광섬유 내시경의 한계를 극복했다. 독특한 조건에서 샘플의 각도 스펙트럼을 측정함으로써 매우 얇은 두께로도 고해상도 이미징이 가능한 반사 홀로그래피 내시 현미경을 개발하였으며, 이를 이용하여 쥐의 소장 융털 구조의 입체이미지를 구성되었다. 개발한 내시경은 광섬유 말단에 어떠한 장비도 부착하지 않아 내시경 프로브의 지름이 350μm(마이크로미터)로 매우 얇은데, 이는 피부에 놓는 주사 바늘(약 500μm)보다도 가늘다. 이를 이용해 쥐의 융털(소장 안에 있는 구조물)과 같이 반사도가 매우 낮아 관찰하기가 어려운 생물 샘플에서도 형광 염색 없이 이미지 정보를 얻었다. 특히 이번에 개발한 내시경은 일반적인 광섬유 다발 내시경으로 할 수 없는 현미경급의 고해상도 이미지 촬영이 가능하다. 물체 간 거리가 850nm(나노미터)정도 떨어져있는 것도 구분할 수 있을 정도다. 참고로 박테리아 크기가 1,000nm(1μm, 즉 100만분의 1m) 정도다. 측정한 홀로그래피 정보를 보정해 다중 깊이의 3D 이미지도 복원할 수 있는데, 물체 간 깊이가 14μm정도 떨어져있는 것도 구분할 수 있다


기대 효과

광섬유 다발을 이용한 새로운 내시 현미경 시스템은 생명과학 연구와 의학 및 반도체 산업 등 응용 가능성을 증명하였으며, 추후 다양한 분야와의 융합연구의 결과가 기대된다


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