다색 CARS 이미징 실험 장치 모식도(KBSI 제공)© 뉴스1

국내 공동연구진이 생체 내 미세플라스틱을 형광 염색 없이도 찾아내는 기술을 개발했다.

생활환경에 노출된 미세플라스틱의 오염실태나 인체 유해성 규명에 상당한 도움이 될 것으로 기대된다.3일 한국기초과학지원연구원(KBSI)에 따르면 한국생산기술연구원 등 공동연구팀이 형광 염색 없이도 생체에 흡수된 미세플라스틱의 위치, 이동과정 및 축적상태를 실시간 추적·관찰할 수 있는 레이저 이미징 기법을 개발하는데 성공했다.

생체 내 흡수된 미세플라스틱의 생물학적 영향 및 독성을 명확히 알기 위해서는 살아있는 생체시료에서 미세플라스틱의 위치, 이동, 축적 과정을 실시간 관찰·분석하는 것이 매우 중요하다.

기존에는 미세플라스틱과 생체기관에 서로 다른 형광물질을 염색해 관찰하는 이미징 기법을 주로 사용해왔다.

다만, 이 방법은 번거로운 형광 염색 과정이 필요할 뿐만 아니라 형광물질의 광 탈색으로 장시간 측정이 어렵고, 환경에 노출된 미세플라스틱은 인위적인 염색이 불가하다는 한계가 있었다.

이에 공동연구팀은 형광 염색 없이 물질의 고유 진동에너지를 이용해 서로 다른 화학성분의 미세입자를 동시에 영상화할 수 있는 다색 CARS(결맞음 반스톡스 라만 산란)이미징 기술을 개발했다.

CARS 이미징 기술은 20여년전 개발돼 바이오 및 의학 연구 등 다양한 분야에 활용돼 왔지만, 이미징 속도가 느려 종류가 다른 미세입자의 움직임을 동시에 관찰할 수 없었다. 이번에 개발한 기술은 레이저 스캐닝 방식을 다색 CARS 이미징 기술에 접목시켜 이미징 속도를 기존보다 50배 이상 높일 수 있었다.

그 결과, 살아있는 세포에 흡수된 미세플라스틱과 세포 소기관의 생체 움직임을 수십 초 간격으로 관찰할 수 있었다.

공동연구팀은 무염색 상태의 2μm 폴리스티렌(polystyrene: PS) 미세플라스틱을 살아있는 인간 골세포에 흡수시킨 후, 다색 CARS 현미경을 이용해 PS 입자와 세포 소기관의 하나인 지질방울(lipid droplet: LD)의 실시간 움직임을 관찰했다.

크기와 모양이 비슷해 일반 광학현미경으로 식별이 힘든 PS와 LD 입자를 명확히 구분할 수 있었고, 속도분포 측정을 통해 생체 운동성 분석도 가능함을 입증했다.

이번에 개발된 기술은 정부의 미세플라스틱 관리 방안 수립을 위한 과학적 근거 제공과 플라스틱 사용 규제 및 저감 정책에도 활용될 전망이다.  

한편, 이번 연구성과는 환경과학 분야 학술지인 ‘Environmental Science & Technology’에 1일 게재됐다.


km5030@news1.kr