한국전자통신연구원(ETRI)은 펨토초 레이저와 반도체 발광소자인 다이오드를 결합해 제작하는 '비선형 라만 분자진동 영상기술(CARS)'을 개발했다고 25일 밝혔다.
이 기술이 적용된 펨토초 레이저 기반 라만 분자진동 광학현미경은 1천조 분의 1에 해당하는 펨토초 단위로 분자 움직임을 관찰하는 장비로, 형광물질을 사용하지 않아 관찰 시간에 제한이 없고 형질 변화에 따른 부작용이 없다는 게 장점이다.
그동안 암을 비롯한 각종 질병 진단을 위해 자기공명영상장치(MRI)와 컴퓨터단층촬영(CT)이 많이 사용됐으나, 비정상적인 병변 조직이 발병된 이후에나 활용한다.
다이오드 기반 펨토초 레이저 기술, 고정밀 광학계 기술, 현미경 자동화 기술 등이 적용된 이 현미경은 병변 이전 조기진단에 목적을 둔다.
염색 없이 세포조직 내 암 표지자(CH2)와 같은 더 작은 특정 분자를 볼 수 있어 발병 전에 활용할 수 있다. 이 기술이 적용된 현미경으로 표본을 관찰하면 정상 조직인지 암 조직인지 쉽게 알 수 있다.
그동안 활용된 외국산 CARS(동시에 두 개의 서로 다른 빛을 샘플에 쪼여 표적이 되는 분자의 진동에 따른 빛 주파수 차이를 영상화하는 기술) 현미경은 성능이 뛰어나지만, 레이저 두 대로 구성돼 가격이 10억 원대로 비싼데다 책상 두 배 정도로 크다는 단점이 있었다.
연구진은 상용화 가격을 외국산보다 10% 이내로 낮추고, 레이저도 한 대로 해결해 크기를 절반 이하로 줄였다. 상용화되면 노트북 두 배 정도 크기로 줄일 수 있다고 연구진은 설명했다.
연구진은 레이저 출력도 기존 실험실 수준(200㎽)에서 5배(1W) 끌어올려 성능을 세계적 수준으로 유지하는 등 6개월 내 상용화 가능성을 높였다.
이 영상기술은 1024 x 1024 픽셀 해상도에서 초당 7.5프레임 스캔 속도를 나타냈다.
외국산보다 4배 더 높은 해상도와 최대 4배 가까이 영상해석이 빠른 수준이다. 1초에 7.5장의 영상을 송출할 수 있어 실시간 표본을 즉시 볼 수 있고, 끊김 없는 영상분석이 가능한 수준이라고 연구진은 전했다.
ETRI 진단치료기연구실 송동훈 박사는 "저비용의 펨토초 레이저 한 대로 비선형 라만 분자 진동 영상을 구현함으로써 기존 라만 영상 획득 시간의 한계를 극복했다"며 "실시간 구현과 제작 비용 절감으로 상용화에 근접했다"고 말했다.
