최근 호주 퀸즐랜드 대학(University of Queensland)의 과학자들은 양자 원리를 이용하여 현미경의 35%의 선명도를 높일 수 있는 기술을 개발하였다. 화학표기 처리 없이도 세포 내 특정 화학건까지 관찰할 수 있는 구조로 과거 현미경 기술의 한계를 대폭 돌파했다.연구 논문은 최고 '네이처'에 발표되었다.
현미화상을 할 때 물체가 보내는 신호나 배경값인 무작위 광선파동(light fluctuations)은 구별이 쉽지 않아 문제다.과거 과학자들은 광원의 강도를 높임으로써 이 문제를 해결했다. 밝기가 매우 높은 뇌사광을 사용해서 광원을 제공하는 것 같다. 하지만 강한 빛의 에너지로 인해 생물 시료가 관찰 과정에서 영향을 받을 수 있다.
이에 따라 퀸즐랜드대학교 물리교수 Warwick Bowen이 이끄는 팀은 양자기술을 통해 이미지 속 무작위 광선파동을 감소시킨다. 그 원리는 아인슈타인이 최근 몇 년 동안 제기해 온 물리 연구 분야인 양자 얽힘(quantum entanglement)에 관한 것이다.
이 현미경은 광자 간 상호 연관성(photon correlations)을 이용해 미세한 물체를 관찰하는데, 이 기술은 기존 현미경으로 인한 빛손상 한계(photodamage limit)보다 노이즈비(signal-to-ise ratio)를 높게 하는 것으로 확인됐다.
연구진은 "이 혁신적인 "coherent Raman microscope" 기술이 전통 현미경보다 소음비율이 35% 높아져 감도가 14% 향상되는 셈이다"고 밝혔다. 세포 내의 분자 진동을 연구하여 과학자로 하여금 세포 내 특정한 화학 건을 관찰하게 할 수 있다. 이 기술도 이미 암세포와 건강한 세포를 구분할 수 있다는 것이 증명되었다.
상관 라만 현미경은 현재 널리 사용되고 있는 기술로 관찰된 샘플은 선표시나 염색처리가 필요 없는 것이 주요 특징이다. 다만 강한 빛을 이용해 소음률을 높일 경우 샘플의 빛 손상이 발생할 수 있다는 점은 관련 라만 현미경의 가장 큰 적용 제한이 된다. 이제 보웬팀의 연구는 이 한계를 어떻게 뛰어넘을 수 있는지를 확인시켜 준다.
그러나 이 연구에 참여하지 않은 데롱 진(Dayong Jin) 셰리테크놀로지대(University of Technology Sydney) 교수는 2014년 노벨화학상을 수상한 나이미 현미경 기술이 1990년대 초 개발됐으나 10여 년이 지나 세계 각지의 실험실에서 채택되기까지는 시간이 걸릴 것이라고 말했다.
참고 자료:
1.논문 원문: https://www.nature.com/articles/s41586-021-03528-w
2.https://www.theguardian.com/science/2021/jun/10/quantum-leap-for-medical-research-as-microscope-zooms-in-on-tiny-structures
출처: 대만일보
