울산과학기술원(UNIST)은 정지된 화면을 정밀하게 관찰하는 '공간 분해능'(초고해상도)과 물체 움직임을 잘게 쪼개 관찰하는 '시간 분해능'(초고속촬영)을 모두 갖춘 광학 현미경을 개발했다고 18일 밝혔다.

울산과기원에 따르면 생명과학부 박정훈 교수팀은 광학 현미경 중 하나인 '구조화 조명 현미경'(SIM)의 공간 분해능과 시간 분해능을 한 이미지 내에서 제어하는 기법을 개발했다.

구조화 조명 현미경은 빛의 간섭 현상을 이용한 광학 현미경이다.

방충망처럼 작은 무늬로 이뤄진 구조체 두 장을 겹친 상태로 움직이면 표면에 어른거리는 '간섭무늬'가 생기는데, 물질에 조사하는 빛의 파장 형태와 만들어진 간섭무늬의 형태를 알면 이를 수학적으로 분석해 물질의 미세 구조를 볼 수 있다.

그러나 간섭무늬를 통해 간접적으로 관찰하는 방식이라 1장의 초고해상도 이미지를 얻는 데 여러 장의 이미지가 필요하기 때문에 순간 현상을 포착하는 데 어려움이 있다.

박 교수팀은 촬영하려는 영역의 특성에 맞춰 선택적으로 빛의 진폭을 제어하는 방식으로 문제를 해결했다.

이를 통해 암세포를 배양하는 유체(움직이는 액체)의 흐름과 세포의 미세 변화를 동시에 초고해상도로 얻는 데 성공했다.

짧은 순간을 포착해야 하는 유체 영역은 높은 시간 분해능을 갖는 진폭 패턴을, 더 또렷한 이미지가 필요한 세포 부분은 공간 분해능을 갖도록 하는 진폭 패턴의 빛을 쪼인 것이다.

그간 일반 해상도로 빠르게 움직이는 대상을 관찰하거나 초고해상도로 미세한 구조를 가진 영역을 관측하는 것은 가능했지만, 한 화면에서 이를 동시에 측정하는 것은 처음이라고 연구팀은 설명했다.

박 교수는 "서로 다른 시·공간 스케일의 생명 현상을 동일 현미경으로 한 이미지 내에서 동시에 관찰했다는 점에서 의미가 있다"며 "미세 유로 채널 관련 연구나 높은 시간 분해능이 필요한 칼슘 신호 전달 등 각종 생명·물리 현상 관찰에 적용할 수 있을 것"이라고 말했다.

이번 연구는 광학 분야 저명 국제 학술지인 '옵티카'(Optica)에 8월 10일 자로 공개돼 20일 정식 출판을 앞두고 있다.

연구 수행은 한국연구재단(NRF)과 포스코청암재단의 지원을 받아 이뤄졌다.