[POSTECH·가톨릭대 성모병원, 자외선에서 투명한 센서로 조직검사 정확도 높여]

수술 중 악성으로 의심되는 종양을 발견하면 수술이 끝난 후 검사를 진행하고, 필요한 경우 재수술을 한다. POSTECH 연구팀은 지난 연구에서 실시간으로 조직검사가 가능한 자외선 광음향 현미경(이하 UV-PAM^*1)을 개발해 수술 기간을 획기적으로 줄였다. 그리고 최근 UV-PAM의 해상도를 향상시키는 데 성공하여 빠르고 정확한 조직검사가 가능한 현미경을 개발했다.

전자공학과 · IT융합공학과 · 기계공학과 · 융합대학원 김철홍 교수, IT융합공학과 김진영 교수 · 통합과정 김동규 · 박사과정 박은우 씨, 가톨릭대 성모병원 정찬권 교수 공동 연구팀은 자외선 영역에서도 투명한 초음파 센서를 개발해 UV-PAM의 해상도를 높였다. 이 연구는 소재 분야 국제 학술지인 ‘레이저 앤 포토닉스 리뷰즈(Laser & Photonics Reviews)’에 게재됐다.

세포의 핵산이 자외선을 강하게 흡수하는 특성을 이용한 UV-PAM은 염색이나 표지(labeling)없이 시료를 빠르게 분석한다. 그래서, 수술 중 악성으로 의심되는 종양이 발견되는 경우 바로 조직검사를 진행할 수 있다. 하지만 UV-PAM으로 촬영한 이미지는 기존 현미경에 비해 해상도가 낮다는 한계가 있었다.

UV-PAM의 해상도를 높이려면 자외선의 초점거리를 획기적으로 줄여야 하며, 이를 위해서는 자외선 영역에서 투명한 센서가 필요하다. 연구팀은 폴리비닐리덴 플루오라이드(Polyvinylidene fluoride)를 압전소자로, 은 나노와이어(nanowire)를 전극으로 활용해 자외선에서도 투명한 센서를 개발했다.

연구팀이 개발한 센서를 UV-PAM에 적용한 결과, 현미경의 개구수(Numerical Aperture)^*1가 0.38로 향상되었으며, 측면 해상도(spatial resolution)도 0.47±0.03 μm로 개선되었다. 이어, 실제 동물의 뇌와 암 조직검사에서도 이 센서를 적용한 UV-PAM은 우수한 성능을 보였다.

 

김철홍 교수는 “자외선 영역에서도 투명한 초음파 센서를 개발한 연구는 이번이 처음”이라며, “수술 중 조직검사의 정확성을 높여 촌각을 다투는 환자들에게 큰 도움이 되기를 바란다”는 말을 전했다.

한편, 이번 연구는 한국연구재단 중견기술사업, BRIDGE융합연구개발사업, 대학중점연구소지원사업, 범부처 전주기 의료기기 연구개발사업, BK21사업, 산업혁신인재 성장지원(R&D)사업 지원으로 수행됐다.

1. 자외선 광음향 현미경(Ultraviolet Photoacoustic Microscopy)
형광 라벨을 사용하지 않고 세포 내에서 핵산(DAN 또는 RNA)를 이미지화 하는데 사용하는 현미경이다.

2. 개구수(Numerical Aperture)
렌즈가 물체로부터 고정된 거리에서 빛을 모으는 능력을 말한다.