IBS(기초과학연구원·원장 오세정)는 현택환 서울대학교 화학생물공학부 교수가 단장으로 있는 나노입자 연구단이 무독성 반도체 나노입자를 활용한 고해상 삼광자-인광 생체 광학 영상 구현에 성공했다고 18일 밝혔다.

이번 연구 성과는 기존 발광 영상보다 높은 해상도로 암 등 다양한 의료 분야의 초정밀 진단 및 치료를 가능케 할 수 있을 뿐만 아니라, 유해성 논란이 있었던 중금속 기반의 기존 발광 입자를 대체했다는 점에서 큰 의미를 갖고 있다.

크기 변화에 따라서 다양한 색의 형광이 구현된 반도체 나노입자를 인체에 적용, 생체 내에서 광학 영상을 구현하고 이를 질병 진단 기술로 응용하고자 하는 노력은 1990년대 후반부터 이뤄져 왔다. 그러나 그동안 나노입자의 유해성에 대해 많은 논란이 제기돼 왔었고, 유해원소들로 인해 인체 내에서의 적용이 불가능하다고 인식돼 왔었다.

현 단장 연구진은 중금속 기반 나노입자 대신, 독성이 적고 인체 구성 필수 원소인 아연과 황으로 구성된 황화아연 나노입자를 합성한 뒤, 여기에 소량의 망간 이온을 도핑해 매우 밝은 오렌지색 인광을 구현해 냈다. 연구진은 이 나노입자가 매우 높은 효율의 '삼(三)광자 현상'이라는 특이한 양자역학적 성질을 갖고 있다는 사실을 발견했다.

더 나아가 이 현상을 이용해 기존 현미경의 해상도 한계를 뛰어넘는 고해상도 생체광학영상을 얻는 데 성공했다. 이번 연구성과는 반도체 나노입자의 독성 문제를 해결함으로써 임상 등 의료분야 적용의 안전성을 확보하는 동시에 기존 영상보다 고해상도의 광학영상을 도출해 의료 등 다양한 분야로의 적용 가능성을 제시했다는 점에서 의미가 크다.

현택환 단장은 "나노입자의 삼광자 생체광학영상 기술을 통해 MRI, CT 등 기존 영상의학 기술에 비해 높은 해상도의 조직 영상을 얻을 수 있다"며 "조직을 세포수준으로 관찰해 질병 악성·전이 정도 등의 정밀 진단, 정상조직과 질병조직의 명확한 경계 제시 등, 기존 영상 진단 기술과 상호보완적으로 더 많은 병리학적 정보를 제공해 더욱 정확한 질병진단 및 치료를 가능케 할 것으로 기대된다"고 말했다.

한편 이번 연구 성과는 '네이처 머터리얼즈' 18일자 온라인판에 게재됐다.