Biophotonics가 뭐야?

물리학 사전

by 명쾌 2023. 9. 29. 15:40

728x90

사진: Unsplash 의 National Cancer Institute

Biophotonics라는 단어 자체는 생물학(Biology)과 광자학(Photonics)이 결합된 것이다. 단어에서 알 수 있듯이 생체물질(Biological material)과 빛(Light or Photon) 간의 상호작용에 대해 연구하는 학제 간 연구 분야(inter-disciplinary research)이다. 조금 더 구체적으로 설명하면 세포, 조직(tissue), 생체분자(biomolecule)와 같은 생체 물질에 광학기술을 적용해서 생체물질의 이미지(imaging)를 얻거나 생체물질을 감지(sensing)하는 것이 이 연구분야의 주요 과제이다.

Biophotonics의 주요 연구 주제는 생체이미지(Bioimaging), 광역학 치료(Photodynaminc therapy), 분자 및 유전자 조작(biomolecule and genomic manipulation) 등이 있다. 각각에 대해 간단히 설명하고자 한다.

1. Bioimaging

출처 : https://www.nature.com/articles/s41598-022-14350-3/figures/1&nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp;원문 : Multiplexed spatially-focused localization of light in adipose biological tissues

Bioimaging은 Biophotonics의 주요한 과제로 활발한 연구가 진행되고 있는 분야이다. 빛과 생체 물질과의 상호작용을 통해 세포와 조직 그리고 분자 단위의 고해상도 이미지를 얻기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. 고해상도 이미지를 얻기 위해서는 정교한 빛 방사(radiation)와 세포와 상호작용하는 빛의 변화(굴절, 반사, 흡수 등)를 감지해서 빛의 정보(ex 스펙트럼)를 모으고 분석할 수 있어야 한다. Bioimaging의 발전은 질병 진단과 생물학 연구에 변화를 줄 것이다.

2. Photodynamic therapy

출처 :&nbsp;https://www.rpmclasers.com/blog/red-laser-diodes-for-photodynamic-therapy/

광역학 치료(photodynamic therapy)는 biophotonics의 연구 주제 가운데 하나로 광감각제(photosensitizer)를 체내에 투입하면 광감각제가 활동이 활발한 종양(tumor)에 농축되게 되고 여기에 레이저를 조사하게 되면 종양에 독성물질이 발생해 종양이 제거된다. 이러한 방식이 현재 광역학 치료에 사용되는 방법 가운데 하나다. 광역학 치료의 장점은 종양세포 주변의 건강한 세포에는 거의 손상이 가지 않고 정확하게 종양만 제거할 수 있다는 점이다. 이 경우 환자의 후유증과 부작용은 현저히 줄어들 것이다.

3. biomolecule and genomic manipulation

출처 : https://www.nature.com/articles/s41467-022-35504-x/figures/4&nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp;원문 :&nbsp; Engineering inducible biomolecular assemblies for genome imaging and manipulation in living cells

광학기술로 유전자와 세포 구조를 조작하는 것이 가능해졌다. 특히 Ultrashort Pulse Laser(UPL, 혹은 뒤 두 단어 위치를 바꿔 ULP)라고 하는 극초단기 레이저 펄스를 이용해 멤브레인 투과와 난모세포에 외부물질을 주입(microinjection)하는데 성공했다. 이러한 연구는 미래의 유전자로 인한 질병을 치료하는데 밑거름이 될 것이고 유전자 편집에 기여할 수 있어 미래의 생물학 연구에 큰 도움이 될 것이다.

Others

이 외에도 의료기기 개발, 임상의학, 렌즈 개발 등 광학 기술을 생물학 혹은 의료 분야에 적용하는 어떤 것이든 넓은 의미로 biophotonics라고 할 수 있다.

결론

비단 위에서 소개한 분야 분야뿐만 아니라 biophotonics라는 것은 광학 기술을 생물학적 대상에 활용하는 거의 모든 분야를 아우르는 학문이라고 생각한다. 그렇다면 다양한 가능성이 열려있는 것이고 분자 단위에서 광자와 상호작용을 연구한다면 그 범위는 더 넓어질 것이라고 생각한다. 따라서 오늘 소개한 분야뿐만 아니라 다른 분야, 다른 방법, 다른 접근으로 생체와 빛 간에 상호작용을 연구할 수 있다. 이러한 연구가 활발하게 진행되고 있는 만큼 새롭고 인간에게 이로운 biophotonics를 활용한 기술이 머지않아 상용화되지 않을까 하는 기대감을 품어본다.

저작자표시 비영리 변경금지

'물리학 사전' 카테고리의 다른 글

플라스마(Plasma)가 뭐야? (0)	2023.10.10
Coherence 개념 잡기 (0)	2023.10.08
Fermi level이 뭐야? (0)	2023.10.01
레이저(LASER)가 뭐야? (0)	2023.08.18
생물물리학(Biophysics)이 뭐야? (0)	2023.05.20