고속 선주사 공초점 레이저 현미경의 생물학적 응용

Abstract

[한글]현미경은 생물학을 비롯한 여러 과학 분야뿐만 아니라 산업 현장에까지 다양한 목적으로 활용되고 있으며, 특히 생명과학 분야에서는 가장 기본적이면서도 필수적인 실험 기구이다.

본 연구에서는 기존에 개발 된 고속 선주사 공초점 레이저 현미경 시스템을 보완하여 최적화 시키고 임상이나 생물학 분야에서 실험 목적에 따라 유연하게 대처가 가능한 시스템으로 변경하였다. 기존의 안구 측정 시스템을 도립(inverted)로 변경하여 생물학적 시료 중 비교적 세포의 크기가 큰 양파 세포를 영상화 하였다. 그리고 인큐베이터에서 배양된 암세포를 실시간으로 영상화 하고 그 결과를 일반적 광학현미경의 이미지와 비교하였다. 본 시스템의 안정적인 영상획득 속도는 512 X 512 픽셀의 이미지에서 초당 176 프레임이다. 물론 이러한 영상 획득 속도도 충분히 빠르지만 생물학적 다이내믹 현상을 관찰하기 위해서는 1000 frames/s 정도의 영상 획득 속도가 필요하다. 시스템의 영상획득 속도를 더 높이기 위하여 이미지의 픽셀수를 줄여 512 X 128 픽셀의 이미지에서 초당 710 프레임의 영상획득 속도를 발현 하였다. 고속의 영상 획득은 기존에 관찰 할 수 없었던 다이내믹한 현상을 관찰 할 수 있는 가능성이 있다. 이를 확인하기 위해서 오징어의 신경 세포에 전기적 자극을 주어 빠르게 일어나는 구조적인 변화를 관찰 하고자 했다

[영문]I constructed a high-speed laser line-scanning confocal microscope (LSCM) using He-Ne laser (633 nm), a line CCD camera and an acousto-optic deflector (AOD). The line scanner consists of an AOD and a cylindrical lens, which creates a line focus sweeping over the sample. It generates two-dimensional confocal images (512 X 512 pixel image) up to 176 frame/s without any mechanically-moving parts. Our system is configured as an inverted microscope for imaging biological samples. We obtained images of various biological samples including onion cells, mouse melanoma tumor cells (B16BL6) and human breast tumor cells (BT-20). Also, the frame rate can be further improved up to over 710 frame/s when the image size is reduced (512 X 128 pixel image). This system may be useful for analyzing fast phenomena during biological and chemical interactions and for rapid imaging of 3D structures.