연구성과
POSTECH, 위․장 내시경 대신 “빛으로 만든 영상으로 검진하는 시대 온다”
창의 김철홍 교수, 유기나노입자 이용한 광음향 소화기관 의료영상 개발
우리나라 사람들이 10명 중 2명은 앓고 있는 위염이나 위궤양 등과 같은 소화기 질환을 진단하기위해서는 흔히 내시경이 사용된다. 하지만, 몸속에 내시경 기기를 넣지 않고도 엑스레이를 찍는 것처럼 기기에 찍기만 해도 실시간으로 위와 장 같은 소화기관들의 연동운동을 바로 찍을 수 있는 기술이 POSTECH(포항공과대학교)와 미국 연구팀의 공동연구로 개발됐다.
POSTECH 창의IT융합공학과 김철홍․전만식 교수팀은 미국 버팔로 뉴욕주립대 조나단 로벨(Jonathan Lovell)․위스콘신주립대 웨이보 카이(Weibo Cai) 교수 연구팀과 공동으로 차세대 광음향의료영상기기와 맞춤형 유기 나노입자를 이용해 세계 최초로 비침습․비방사선․고감도․고해상도소화기관 영상 기술을 개발하고, 생체 내 영상 촬영에 성공했다.
세계적 학술지 네이처(Nature)의 자매지인 네이처 나노테크놀로지(Nature Technology) 온라인판 6일자(현지시간)에 게재된 이 연구성과는 인체에 해를 주지 않으면서 기존에 사용되던 영상 촬영 방법보다 간단하게 소화기관의 영상을 촬영할 수 있는 차세대 기술로서 학계의 주목을 모으고 있다.
번개가 치면 천둥소리가 들려오는 현상과 동일한 광음향은 물질이 빛을 흡수하면 광에너지가 열로 변하는 단계에서 기체에 음파가 발생하는 현상이다. 이 현상을 이용한 광음향 의료 영상기술은2016년 1억 2천만 달러 규모로 확대될 것으로 전망되는 차세대 기술이다.
짧은 펄스의 레이저를 생체조직을 투사하면 광음향 신호가 발생되고, 이 신호는 기존의 초음파기기를 통해 감지된다. 이 기술은 실제 사람의 눈이 감지할 수 있는 다양한 색깔을 볼 수 있을 정도로고감도일 뿐 아니라, 내시경 등의 기기를 몸에 넣지 않고도 인체 내 깊은 곳까지 볼 수 있는 유일한기술이다.
무엇보다 방사선을 사용하지 않는다는 점에서 엑스레이나 CT에 비해 안전하고, MRI와 달리 값싼레이저와 초음파 기반의 기술로 제공해 촬영하며 바로 영상으로 구현해낼 수 있다는 점에서 큰 장점을 가진다.
연구팀은 식약청의 허가를 받은 계면활성자를 이용, 광음향 장치를 위한 20나노미터 크기의 유기나노입자(나노냅, nanonaps)를 개발했으며, 이 입자를 이용, 실시간 광음향․초음파 융합 영상기기를 이용해 생체 내 소화기관의 구조, 생리학적 기능을 고감도, 고해상도의 영상으로 구현하는데 성공했다.
특히 연구팀이 개발한 나노냅은 독성이 없을 뿐 아니라, 소화관에 흡수되지 않고 대부분 대변으로배출돼 생체 내에 축적되지 않는 것으로 확인됐다.
연구를 주도한 김철홍 교수는 “이번 연구는 신개념의 나노입자와 광음향․초음파 융합영상기기를이용해 세계 최초 소화기관 영상에 성공한 것”이라며 “광음항 영상의료기기 시장이 급속도로 성장하고 있는 만큼 국내 우수한 기업들의 개발이 시급하며, 아직 동물 실험에 머무르고 있지만 임상 실험으로 한 단계 더 나아가야 할 것”이라고 덧붙였다.
한편, 이번 연구는 미래창조과학부의 IT명품인재양성사업과 선도연구센터(ERC)사업의 지원을 받아 수행됐다.
연구를 주도한 김철홍 교수는 “이번 연구는 신개념의 나노입자와 광음향․초음파 융합영상기기를이용해 세계 최초 소화기관 영상에 성공한 것”이라며 “광음항 영상의료기기 시장이 급속도로 성장하고 있는 만큼 국내 우수한 기업들의 개발이 시급하며, 아직 동물 실험에 머무르고 있지만 임상 실험으로 한 단계 더 나아가야 할 것”이라고 덧붙였다.
한편, 이번 연구는 미래창조과학부의 IT명품인재양성사업과 선도연구센터(ERC)사업의 지원을 받아 수행됐다.
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