질병을 찾고 치료하기 위해 사람의 몸속을 좀 더 깊숙하고 정밀하게 관찰하기 위한 과학계의 노력은 계속되고 있다. 최근엔 레이저 빛을 쪼였을 때 몸이 내는 소리로 몸속 촬영이 가능한 광음향 영상 기술이 주목을 모으고 있다.

하지만 광음향 영상은 짧은 파장은 빛을 너무 잘 흡수해, 보고자 하는 장기만 살펴보기 어렵고 얕은 부위만 관찰할 수 있다는 단점이 있다. 긴 파장을 사용하면 몸속 깊은 곳까지 빛이 도달하지만, 빛이 조직에 흡수되지 않아 역시 타깃 장기만 선별해 관찰하기가 힘들었다. 깊숙한 몸속 관찰을 위해 긴 파장에서 높은 흡수율을 갖는 광음향 조영제 개발이 필요했다.

포스텍(포항공대, 총장 김도연) 창의IT융합공학과 김철홍 교수·박사과정 박사라 씨 팀은 신소재 공학과 정운룡 교수·통합과정 박경배 씨 팀과의 공동연구를 통해 1064나노미터(nm) 파장에서 광음향 조영제 역할을 하는 Bi2SE3 나노판을 개발했다. 이 나노판을 활용하면 광음향 영상으로 그동안 보기 힘들었던 몸속 깊은 곳을 관찰할 수 있다. 이 연구는 국제 학술지 나노스케일(Nanoscale)에 표지 논문으로 게재됐다.

몸에 나노미터 레이저를 쏘면 단파장의 경우 신체 내에서 잘 흡수되기 때문에 피부에 가까운 혈관에 흡수되는 등 몸에 많은 요소가 빛을 먼저 흡수한다. 단파장의 경우 깊은 곳까지 빛을 보내지 못하기 때문에 얕은 깊이의 조직이나 혈관 등을 관찰하기에 좋다.

좀 더 깊은 곳을 보기 위해선 장파장을 활용해야 한다. 장파장은 신체 내에서 거의 흡수되지 않기 때문에 좀 더 깊은 곳까지 빛을 보낼 수 있다. 하지만 이번엔 흡수되지 않기 때문에 빛을 받아 몸이 내는 소리로 조직을 보는 광음향 영상에선 관찰이 쉽지 않았다.

연구팀은 1064nm의 빛에 반응하는 나노판 조영제 Bi2SE3를 개발했다. 이 나노판을 관찰하고자 하는 조직 사이에 설치해두면 엑스레이나 시티의 조영제 역할처럼 이미지를 선명하게 볼 수 있도록 도와준다. 특히 인체 조직과 비슷한 닭가슴살 실험을 통해 4.6cm 깊이에서 영상을 얻는 데 성공했다.

이 기술이 상용화되면 몸속 깊은 곳에 있는 질병에 대한 정보를 더욱 쉽고 정확하게 얻을 수 있게 될 전망이다. 특히 나노판 조영제의 경우 독성이 낮고 생체에 적합한 성질을 갖고 있기 때문에 조영제 부작용 없이 정밀 진단을 받을 수 있다.

김철홍 교수는 “1064nm의 파장에서 높은 흡광도를 갖는 Bi2SE3 나노판을 개발해 광음향 영상에 적용했다”라며 “이 나노판을 이용해 몸속 깊이 위치한 다양한 조직의 구조적 정보와 영상을 비침습적으로 제공할 수 있다”며 기대감을 밝혔다.

이 연구는 미래창조과학부 IT명품인재양성사업, 한국연구재단의 선도연구센터지원사업 공학분야, 한국연구재단 미래유망융합기술 파이오니어사업의 지원으로 수행됐다.

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