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2019년 8월 20일 화요일

세포 하나까지 식별이 가능한 렌즈 없는 내시경



(Researchers have developed a new self-calibrating endoscope that produces 3D images of objects smaller than a single cell. Credit: J. Czarske, TU Dresden, Germany)


과학자들이 기존의 내시경으로는 불가능한 미세 3D 이미지 관측이 가능한 미세 내시경 기술을 개발했습니다. 현재 내시경은 다양한 질병의 진단 및 치료에 활용되고 있습니다. 위 대장내시경은 별도의 절개 없이 내부 장기를 들여다 볼 수 있어 매우 편리하고 비침습적인 진단 및 치료가 가능합니다. 그외에도 인체 여러 장기에 작은 구멍을 이용하거나 혹은 작게 절개 부위를 통해 내시경이나 기타 장치를 넣어 진단 및 치료에 활용하는 기술이 발달하고 있습니다. 


 하지만 기본적으로 내시경에는 렌즈가 필요해 크기를 줄이는데 제한이 있습니다. 드레스덴 공대의 유르겐 W. 차르스케 (Juergen W. Czarske, Director and C4-Professor at TU Dresden, Germany)를 비롯한 과학자들은 렌즈 없이 미세한 영상을 얻을 수 있는 미세 내시경 기술을 개발했습니다. 


 이들이 개발한 것은 오래전 쓰이던 내시경 기술인 광섬유 다발의 축소 버전이라고 할 수 있습니다. 초창기 내시경은 광섬유 여러개를 묶어 내부를 확인하는 장치였습니다. 그러던 것이 현재처럼 매우 복잡한 기기로 발전한 것이지만 이로 인해 크기를 줄이는데 한계가 있을 수 밖에 없었습니다. 


 연구팀은 1만개의 코어를 지닌 350마이크로미터의 광섬유 다발로 된 주사바늘 크기의 내시경을 만들었습니다. 이 경우 문제는 이미지의 질이 매우 떨어진다는 것입니다. 이를 극복하기 위해 연구팀은 천체 망원경에서 쓰이는 광학 적응 기술을 이용했습니다. 중앙에 있는 코어 번들에서 광원이 나와 가상의 별을 만들고 이를 이용해서 이미지를 보정하는 것입니다. 


 연구팀은 이 방법으로 매우 작은 이미지를 얻을 수 있을 뿐 아니라 3차원 이미지를 만들 수 있는 방법을 연구했습니다. 140마이크로미터의 샘플을 이용해 400마이크로미터를 이동하면서 13단계에 걸쳐 4장씩 이미지를 찍어 3D 이미지를 완성했습니다. 연구팀에 의하면 이 이미징 기술의 분해능은 새포 하나도 식별이 가능할 정도입니다. 따라서 매우 작고 해상도가 높은 내시경이 가능할 수 있습니다. 


 만약 실용화될 수 있다면 응용 범위는 매우 클 것으로 기대됩니다. 다만 항상 그렇듯 상용화는 기술 개발과 또 별개의 문제입니다. 


 참고 


"Fast 3D Imaging with Lensless Holographic Endoscopy Employing Coherent Fiber Bundles," by Juergen W. Czarske, Elias Scharf, and Robert Kuschmierz, will be presented Monday, 16 September 2019, at 11:15 a.m. EDT in Room Washington 6 of the Marriott Wardman Park hotel in Washington, D.C. fio-ls2019.abstractcentral.com/s/u/8R1Y9w8UtAo


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