네덜란드 연구진은 불투명한 물질을 통하여 볼 수 있는 새로운 이미징 기술을 개발하였다. 불투명한 물질은 통과하는 모든 빛을 실제로 산란시킨다. 비록 과학자들은 이전에 다른 방법을 사용하여 불투명한 스크린 뒤를 볼 수 있게 개발하였지만, 이 새로운 기술은 스크린의 양쪽면을 초기에 측정해야 할 필요가 없다. 이 기술은 피부 아래에 숨어있는 질병을 진단하는 새로운 비파괴 의료 영상 기술로 사용될 수 있을 것이다.

Twente 대학의MESA+ 연구소 알라드 모스크(Allard Most)에 의해서 개발된 새로운 영상 시스템은 비정질 물질에 레이저 빛을 발사할 때마다 발생하는 “작은 반점 패턴”의 이점을 이용하는 시스템이다. 임의적으로 위치한 분자들 또는 매체 안의 구조로부터 산란된 후 간섭하는 빛에 의해서 발생하는 작은 반점 패턴은 임의적으로 보일 수 있지만, 실제로 입사되는 빛에 관해서 중요한 정보를 포함한다. 특히, 매체를 때리는 빛의 각도가 약간 비틀어지면, 작은 반점 패턴은 다소 동일하게 유지되지만, 메모리 효과라고 불리는 작은 각도에 의해 변한다.

흥미로운 물체에서 반사되는 빛을 단순히 직접 보기보다는, 모스크 연구진은 대신에 형광체인 감춰진 물체에 의해 방출된 빛을 조사하였다. 이런 형광은 물체를 어둡게 만드는 불투명 스크린에 발사된 녹색 다이오드 레이저의 빛에 의해 여기된다. 이 빛은 스크린의 다른 면에 작은 반점으로서 나타나며 이것은 물체 상에 작은 반점 패턴을 일으킨다. 이 패턴의 밝은 부분은 어두운 영역보다 더 형광빛을 발생시키고, 따라서 형광빛의 전체 세기는 물체의 이미지 영역 전체에 걸쳐 작은 반점 패턴의 합에 비례한다.

입사되는 레이저 빛의 각도가 변하면, 메모리 효과는 작은 반점 패턴이 물체를 가로질러 움직이게 한다. 이 새로운 기술은 레이저를 스크린의 동일한 부분을 겨누게 하고 입사각을 변화시키는 방법을 포함한다. 연구진은 스캔 도중에 스크린을 통하여 되돌아오는 형광빛의 양을 측정한다고 말하였다. 메모리 효과 덕분에, 연구진은 또한 작은 반점 패턴의 자기 상관(autocorrelation)을 분리하는 수학적 조작을 사용할 수 있었다. 더 많은 수학이 자기 상관을 물체의 이미지로 바꾸기 위해서 사용되었다.

연구진은 먼저 pi-모양의 형광 물체를 연구하였는데, 이 물체의 크기는 너비가 약 50 마이크로미터였다. 이 크기는 전형적인 사람 세포의 그것에 해당하기 때문에 선택되었다. 그리고 물체는 그라운드 유리 디퓨저(diffuser) 뒤 약 6 밀리미터 후방에 위치했다. 이 기술이 생물학적 시스템에도 작동한다는 것을 보여주기 위해서, 연구진은 두 개의 분산스크린 사이에 위치한 은방울 꽃(lily-of-the-valley)의 시료에서 온 자연적인 형광세포의 영상을 얻었다.

모스크는 이 기술이 덜 분산적인 재료로 만들어진 두꺼운 스크린 대신에 비교적 얇은 높은 분산 스크린을 사용하였을 때 가장 잘 작동한다고 말하였다. 덜 분산적인 재료로 사용될 경우, 광학 응집 단층촬영 기술이라고 불리는 다른 기술이 더 좋은 이미지를 얻을 수 있었다. 모스크는 이 두 방법의 혼합이 광범위한 스크리닝 물질을 사용할 수 있도록 개발될 수 있을 것이라고 내다보고 있다.

이 기술의 또 다른 가능한 단점은 그것이 단지 연구되고 있는 물체가 레이저에 의해 조사되어 빛을 방출될 때에만 작동한다는 것이다. 일부 생물학적 재료은 자연적으로 형광체인 반면에, 다른 것들은 형광 분자들로 부착되어야만 한다. 만약에 이것이 가능하지 않다면, 이 기술은 비선형 변환, 라만 산란 또는 광음향과 같은 다른 광방출 프로세스를 사용하여 작동될 수 있을 것이라고 모스크는 말하였다. 그러나 이런 어떤 신호도 형광 보다 더 강하거나 민감하지 않다고 그는 덧붙였다.

모스크는 또한 이 기술은 불투명한 스크린 자체가 너무 강한 형광체이면 작동하지 않을 것이라고 말하였다. 연구진은 이를 피하기 위해서 더 긴 파장의 레이저를 사용할 계획이라고 덧붙였다. 랑게빈 연구소-ESPCI ParisTech의 실베인 기간(Sylvain Gigan)은 이 연구는 비록 실질적인 생물학적 영상에 사용될 준비가 현재 되어 있지는 않지만 매우 중요한 혁신적인 연구 성과라고 말하였다. 연구진은 그들의 이 연구가 궁극적으로 새로운 영상 기술을 개발하는데 도움을 줄 수 있을 것이라고 말하였다. 이들의 연구 결과는 네이처(Nature) 저널에 발표되었다.

첨부그림: 형광색의 pi-형태 물체의 이미지는 새로운 영상 기술을 이용하여 얻어졌다. 이 물체는 너비가 약 50 마이크로미터이고 그라운드-글래스 디퓨져 후방에 놓여있다.