서울대학교 융합과학기술대학원 김정민 교수팀이 '조직/소동물 시편에서 빛의 산란을 최소화하기 위해 이미징 버퍼의 굴절률을 높이는 방법'을 처음으로 제시했다.

단일분자 현미경(STORM)은 초고분해능(super-resolution) 형광 이미징 기술로, 전통 광학 현미경의 분해능 한계를 10배 이상 능가하는 20 ㎚ 수준을 자랑한다. 이 기술은 2016년 노벨 화학상을 수상한 바 있으며, 개별 세포의 소기관 수준에서 아직 밝혀지지 않은 나노 구조를 찾아내는데 중요한 역할을 하고 있다.

그러나 조직이나 소동물 수준의 두꺼운 생체시편에서는 빛의 산란 때문에 적용이 어려운 경우가 많았다. 서울대 융합과학기술대학원 응용바이오공학과 김정민 교수는 조직/소동물용 STORM 기술을 개발하여 ‘생화학연구방법’ 분야 최고 권위지 ‘Nature Methods’에 2019년 발표한 바 있으며, 현재는 광학, 화학, 인공지능 등의 다학제적 접근법으로 이미징 성능 혁신 연구를 진행하고 있다.

이번 연구에서 김정민 교수팀은 조직/소동물 시편에서 빛의 산란을 최소화하기 위해 이미징 버퍼의 굴절률을 높이는 방법을 처음으로 제시했다. 연구진은 3-피리딘메탄올을 첨가물로 사용하여 STORM에서 필요한 형광 분자의 우수한 스위칭 특성을 유지하면서도, 굴절률을 1.52로 끌어올렸다.

이로 인해 전통적인 형광 염료인 Alexa Fluor 647 및 Alexa Fluor 555에서 뛰어난 분자 스위칭 특성이 나타났고, 버퍼 안정성이 수 시간에서 35일로 확장되어 장시간 대면적 이미징이 가능해졌다.

이러한 고굴절률 STORM 이미징 버퍼는 바이오헬스 분야에서 조직/소동물용 초고분해능 현미경 장비의 핵심 기술로 자리매김될 것으로 보인다. 더 나아가 단일분자 영상의 신호대잡음비 극대화를 통해 공간 분해능과 이미징 깊이 등의 성능을 획기적으로 향상시킬 것으로 예상된다.

뿐만 아니라 2차원 배양 세포 수준의 나노 생체 구조나 생리학적 기능의 발견에 중요한 STORM 기술이 조직/소동물 수준으로 확장되면 생물학과 의약학 분야의 주요 이미징 장비로의 지위를 더욱 공고히 할 것으로 기대된다.

해당 연구는 광학 분야 국제 학술지인 ‘ACS Photonics’에 지난 7월 28일 온라인으로 게재됐으며, 서울대학교 '창의선도 신진연구자' 지원사업과 한국연구재단 개인기초연구사업 등의 지원을 받아 수행됐다.


*에듀진 기사 URL: http://www.edujin.co.kr/news/articleView.html?idxno=43397
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