가격 10분의 1 낮춘 암 진단 기술, 국내 연구진이 개발

국내 연구진이 반도체 발광소자를 결합한 펨토초(1000조 분의 1초) 레이저 기반 영상기술을 개발했다. 세포 내 표적의 화학적 결합에 따른 특정 영상을 실시간으로 제공할 수 있어 암 진단이나 신약개발 등에 유용할 것으로 기대된다.

한국전자통신연구원(ETRI)은 펨토초 레이저를 반도체 발광소자(다이오드) 결합 방식으로 제작한 ‘비선형 라만 분자진동 영상기술(CARS)’을 개발했다고 19일 밝혔다. 연구결과는 국제학술지 ‘옵틱스 익스프레스’ 최신호에 게재됐다.

펨토초 레이저 기반 라만 분자 진동 광학현미경은 1000조 분의 1초인 펨토초 단위로 분자의 움직임을 관찰하는 장비다. 형광물질을 사용하지 않아 관찰시간에 제한이 없고 형질 변화에 따른 부작용이 없다는 게 큰 장점이다.

그동안 암을 비롯한 각종 질병 진단을 위해 컴퓨터단층촬영(CT)와 자기공명영상(MRI)이 주로 사용됐다. 비정상적 병변 조직이 발병된 이후에 활용한다. 병리학적 진단을 위해서는 추가로 염색이 필수적인 광학 기반의 세포조직검사도 필요했다.

연구진이 개발한 현미경은 병변 이전에 조기진단이 가능한데다 염색 없이 세포조직 내 암 표지자(CH2)와 같은 더 작은 특정 분자 상태의 영상을 볼 수 있어 발병 전 진단에 활용이 가능하다.

기존 외산 CARS 현미경은 성능이 뛰어나지만 두 대의 레이저로 구성돼 가격이 10억원대로 비싸다. 크기도 책상 두 배 정도로 크다. 연구진은 레이저 기술을 수백만원대로 개발해 상용화 가격을 10% 이내로 현저히 낮추고 레이저도 한 대로 해결해 크기를 기존 절반 이하로 줄였다. 상용화 시 노트북 두 배 정도 크기로 줄일 수 있을 전망이다.

영상기술의 성능은 1024 x 1024 픽셀 해상도에서 초당 7.5프레임 스캔 속도다. 이는 외산 기술보다 해상도가 4배 더 높고 영상해석이 4배 빠른 수준이다. 샘플을 실시간으로 즉시 볼 수 있고 끊김없는 영상 분석이 가능하다.

송동훈 ETRI 진단치료기연구실 책임연구원은 “저비용의 펨토초 레이저 한 대로 비선형 라만 분자 진동 영상을 구현함으로써 기존 라만 영상 획득시간의 한계를 극복해 실시간 구현 및 제작비용 절감으로 상용화에 근접했다”고 말했다.

여민경 충남대병원 병리과 교수는 “ETRI가 개발한 기술은 종양 조기진단에 유용할 뿐만 아니라 질환의 원인 및 신약 분석 등 다양한 의료현장에 활용돼 미래 의료서비스의 질을 높일 수 있을 것으로 기대된다”고 밝혔다.