3D 나노프린팅 마이크로미러가 광시트 세포 영상에 하는 일
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기존 유리 바닥 챔버에서 대물렌즈 하나로 광시트 영상을 찍으려면, 렌즈에서 나온 빛을 세포의 촬영 평면으로 꺾어야 한다. 금속을 입힌 3D 나노프린팅 마이크로미러가 그 방향 전환을 맡는다.
AI 개념 이미지: 유리 바닥 세포 챔버의 PDMS 삽입물과 마이크로미러가 광시트를 촬영 평면으로 반사하는 모습을 보여준다. 실제 장비를 촬영한 사진은 아니다.
광시트 현미경에 거울이 필요한 자리
광시트는 얇은 빛의 면으로 시료의 한 단면을 밝힌다. 일반적인 광시트 장치는 조명용 렌즈와 형광을 받는 검출용 렌즈를 서로 직각으로 배치한다. 두 렌즈의 정렬과 시료 장착이 까다로운 이유다.
대물렌즈 하나가 조명과 형광 수집을 함께 맡는 구성에서는 빛의 방향을 바꿀 반사 장치가 필요하다. 연구진은 챔버 안에 들어가는 PDMS 삽입물에 작은 거울을 고정했다. PDMS는 삽입물의 형태로 만들 수 있는 실리콘 재료다.
삽입물의 금형에는 일반 크기의 3D프린팅과 빛으로 미세한 무늬를 만드는 포토리소그래피를 함께 썼다. 3D프린팅한 틀은 삽입물의 높이 방향 형태를 정하고, 틀의 홈은 다른 금형의 돌출부에 맞물려 제작할 때 두 부분의 위치를 맞추도록 돕는다.
거울의 몸체는 빛을 한 점에 모아 수지를 굳히는 2광자 중합 방식으로 3D 나노프린팅했다. 연구진은 출력한 구조물을 옆으로 눕혀 반사면이 있는 가장자리에만 금속을 입혔다. 다른 면에서 불필요한 반사가 생기지 않게 한 것이다.
코팅은 실리카, 알루미늄, 실리카 순서다. 첫 층은 플라스틱을 레이저 열손상 가능성으로부터 보호하고, 가운데 알루미늄층은 빛을 반사하며, 바깥층은 코팅을 보호한다. 삽입물의 홈은 거울 위치를 잡아 조립 중 반사 각도가 어긋날 가능성을 줄인다.
거울 반사면의 각도는 광시트의 기울기를 정하며, 제작할 때 조절할 수 있다. 연구진은 조명 경로에 조절식 렌즈도 넣었다. 이 렌즈로 광시트의 가장 좁은 부분을 광축을 따라 옮겨 촬영 영역에 맞췄다.
세포 영상에서 확인한 차이
단일 대물렌즈 광시트 현미경을 다룬 동료 심사 전 사전 공개 논문에서 연구진은 U2OS 세포의 핵 주변 단백질 lamin B1을 비교 촬영했다. 광시트 조명의 신호 대 배경비는 일반 에피 조명보다 4배 넘게 높았다. 신호 대 배경비는 보고 싶은 형광이 주변 배경에서 얼마나 뚜렷하게 구분되는지를 나타낸다.
같은 논문의 U2OS 세포 미토콘드리아 단백질 TOMM20 단일분자 영상에서는 검출된 위치가 광시트 조명 714,818개, 에피 조명 282,585개였다. 이 영상에서 분석한 미토콘드리아 구조의 해상도는 각각 47nm와 60nm였다. 더 작은 해상도 값은 가까운 구조를 구분하는 데 유리하다.
광시트가 세포의 얇은 단면을 골라 비추면 다른 깊이에서 나오는 형광 배경이 줄어든다. 연구진은 이 방식이 에피 조명에 비해 광독성과 광표백도 상당히 줄인다고 설명했다.
연구진이 삽입물의 적용 가능성을 보인 용기는 시판 8웰 유리 바닥 챔버와 둥근 유리 바닥 배양 접시다. 아이컨택의 시선에서, 이처럼 기존 용기를 유지해야 하는 설계라면 거울을 삽입물에 고정하는 구성을 검토할 만하다. 다만 제작에는 2광자 중합과 전자빔 증착 장비가 필요하다.
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