KAIST 학부생 초고해상도 광학영상기술 개발

학부생이 참여한 논문이 국제 유명 학술지에 또 실렸다. 현재 의용소방대에서 군복무중인 KAIST 화학과 조상연(23세) 君이 그 주인공. 작년 2월 군 입대 전에 셀(Cell) 자매지에 논문을 게재한 바 있는 조 君은 학부생 신분으로 세계적 학술지에 벌써 두 번째로 이름을 올렸다.

KAIST(총장 서남표) 물리학과 박용근(33, 교신저자) 교수가 주도하고 화학과 4학년 조상연(제1저자) 학생이 참여한 연구 결과는 세계적인 과학저널 네이처(Nature)가 발행하는 사이언티픽 리포트(Scientific Report) 2월 4일자 온라인판에 게재됐다.

조 君의 아이디어로 시작된 이번 연구를 통해 박 교수팀은 아주 저렴한 비용으로 초고해상도 광학영상을 얻는 기술을 확보했다. 수십만 원대의 중학교 생물실험에 사용되는 현미경을 가지고도 우리나라에 몇 대 없는 수억 원대 초고해상도 현미경 수준으로 관찰할 수 있는 혁신적인 기술이다.

지름이 250nm(나노미터)의 크기가 한 개의 점으로만 보이는 기존의 광학현미경으로는 세포의 형태만 관찰할 수 있는 반면 조군의 아이디어를 계기로 확보한 기술을 활용하면 30nm 크기까지 관찰이 가능하다. 따라서 세포의 자세한 구조는 물론 바이러스나 단백질의 존재 유무도 확인할 수 있다.

특히, 관찰하고자 하는 물체와 에너지가 상호작용하는 물질을 첨가하면 초고해상도 영상을 얻을 수 있어 즉시 상용화 가능하다. 현재 이 기술은 KAIST 생명과학과는 물론 서울대 생리학과에서도 실험에 이용하기 위해 협의 중인데 앞으로도 생물학과 화학, 그리고 의학 분야 등 각 연구에 폭넓게 응용될 것으로 기대된다.

박 교수팀은 이번 연구에서 특정한 조건을 만족하는 분자들이 서로 가까이 왔을 때, 빛 에너지가 한 쪽에서 다른 분자로 전달되는 FRET 현상(형광 공명 에너지 전이)을 활용했다.

조 君은 아이디어를 착안하게 된 계기에 대해 “늦은 밤 연구실에서 실험하고 기숙사로 돌아오는 길에 자동센서 가로등을 보고 물리학 시간에 배운 형광 공명 에너지 전이 현상을 떠올렸다”며 “이 기술은 기존에 보지 못했던 많은 생명현상들을 관찰하고 연구하는데 큰 힘을 실어줄 것”이라고 말했다.

박용근 교수 또한 “굳이 비싸고 복잡한 초고해상도 현미경을 구입할 필요 없이 기존 광학현미경을 가지고도 누구나 쉽게 초고해상도 영상을 획득할 수 있다”며 “이번 연구는 살아있는 세포를 관찰하는 광학현미경 분야에 커다란 혁신을 몰고 올 것으로 예상 된다”고 강조했다.

한편, 이번 기술의 구현을 위해 다 학제적 융합연구가 진행됐다. KAIST 물리학과 윤태영 교수팀, 김만원 교수팀(창원대학교 석좌교수), 바이오 및 뇌공학과 최명철 교수팀, 화학과 이효철 교수팀, 그리고 생명과학과 허원도 교수팀이 참여했다.

이번 연구는 한국연구재단의 우수신진연구사업, 기초연구실사업, 그리고 WCU사업 등의 지원으로 수행됐다.(끝)