암 치료하는 '나노입자' 찾아내는 특수현미경 개발

기초과학지원연구원 장기수 박사 연구팀

암시야 산란현미경과 광열반사현미경이 결합된 이중모드 광학현미경시스템 모식도

[아시아경제 김봉수 기자] 나노 입자에 빛을 쬐 발생하는 열로 암 세포를 없애는 '온열 암치료법'이 전세계적으로 주목받고 있는 가운데, 한국 연구진이 나노 입자의 발열 특성을 단일 입자 수준에서 정밀 측정할 수 있는 현미경을 개발해 관심을 끌고 있다. 암의 조기 진단 및 정확한 치료를 위한 기능성 나노입자 개발에 활용될 전망이다.

한국기초과학지원연구원(KBSI)는 장기수 연구장비개발부 박사 연구팀이 일반 광학현미경으로는 관찰이 어려운 작은 크기의 나노입자를 기판 위에 분산시켜 단일 나노입자를 검출하고, 검출된 나노입자의 빛 흡수 스펙트럼 및 발열을 측정 나노입자의 광학적, 열적 특성을 분석할 수 있는 신개념 광학현미경 시스템 개발에 성공했다고 12일 밝혔다.

나노입자를 암 세포에만 선택적으로 전달하고 빛을 쪼이면 나노 입자의 광열효과에 의해 발생하는 열로 암 세포만 선택적으로 사멸시켜 치료하는 광열치료 연구가 활발히 진행 중이다. 그러나 나노입자는 입자의 크기, 모양, 조성, 주변물질에 따라 광열특성이 급격히 변하는 성질을 갖고 있어, 나노입자가 갖는 각각의 특성을 정확히 파악하고, 원하는 조건에 딱 맞는 나노입자를 개발하는 것이 어려웠다. 이에 다양한 형태의 나노입자의 광열 특성을 이해하고, 활용분야에 최적화된 새로운 기능의 나노입자 개발을 위해서는 단일 나노입자의 특성을 측정하고 분석할 수 있는 현미경 개발의 필요성이 제기돼 왔다.

연구팀은 나노입자에서 산란되는 빛만을 볼 수 있는 암시야 산란현미경과 시료에 빛을 쬐어 나노입자의 의해 흡수된 빛의 발열을 볼 수 있는 광열반사 현미경을 결합한 신개념 융합형 광학현미경을 개발했다. 암시야 산란 현미경 기능으로는 기판위에 분산된 단일 나노입자들의 위치를 파악하고, 광열반사 현미경 기능으로는 위치가 파악된 나노입자의 빛 흡수 스펙트럼을 측정할 수 있는 이중모드 방식이다.

특히, 광열반사 현미경으로는 파장가변 펌프광과 프로브광을 시료에 500μm 직경 이상으로 넓게 조사하고 150μm 이상 직경의 넓은 현미경 시야 내에 있는 약 1만개 이상 단일 나노입자의 흡수 스펙트럼 및 발열 특성을 한 번에 획득할 수 있다. 단시간에 대량 측정이 가능한 것이 큰 장점이다.

세계 금 나노입자 시장은 2019~2025년간 연평균 12.5%, 2025년까지 약 63억 달러 규모로 가파른 성장이 전망된다. 앞으로 나노입자 특성 분석장비에 대한 시장수요도 더 많아질 것으로 예상된다. 이번에 개발한 현미경 시스템은 기존에 상용화 전례가 없던 단일 나노입자 수준의 광열특성 분석기술을 구현한 것으로, 국내 기술로 연구장비 시장의 새로운 영역을 개척했다는 점에서 의미가 크다.

장기수 박사는 “이번에 개발한 현미경 시스템은 기존 광학현미경 플랫폼과 호환할 수 있도록 확장성에 주안점을 둬 광학적 지식이 부족한 나노입자 개발분야 연구자들도 손쉽게 사용할 수 있다”며 “연구장비의 상용화 가능성도 높다고 판단하여 관련특허 출원도 완료했다”고 말했다.

이번 결과는 광학 분야 학술지 'Nanophotonics'지 10월호에 게재됐다.

김봉수 기자 bskim@asiae.co.kr