생명/의료

최초로 포유동물 육안 적외선 시각 달성

발행일 : 2019 / 10 / 31

중국-외국 공동연구팀은 시각 신경 생물의학과 혁신나노 기술을 결합하여 최초로 동물 육안의 적외선 감지와 적외선 이미지 시각 능력을 달성했다. 해당 성과는 “Cell”에 게재되었다.

자연계의 전자기파 스펙트럼은 범위가 아주 넓다. 파장의 길이에 따라 감마선, X-선, 자외선, 가시광선, 적외선, 마이크로파, 무선파 등이 있는데 인간과 포유동물의 망막은 가시광선(파장 390-700nm)만 감지할 수 있다(그림1). 망막의 광수용기 세포가 적외선을 감지하는 감광단백질이 없기 때문에 인간과 포유동물은 시각 시스템을 통해 적외선을 감지할 수 없다. 따라서 광전자전환과 광전자증배관 기반 적외선 야간 시력기를 발명하였지만 착용이 불편하고 전원 공급이 제한되며 가시광선 환경과 호환되지 않는 등 단점이 있다. 외부도구를 사용하지 않고 자체적인 적외선 감지력을 확대하면 가시광선 스펙트럼 범위를 초과하는 정보를 획득할 수 있을 뿐만 아니라 복잡한 환경에서 시각 정보를 통해 신속하게 정확한 판단을 할 수 있다.

연구팀은 적외선을 흡수하고 가시광선을 방출하는 나노입자를 안구 내 주사 방법으로 동물 망막에 주입하여 적외선 시각 감지를 달성했다. 이러한 나노입자는 광수용기 세포 표면에 단단히 부착되어 은폐되고 외부 에너지 공급이 필요 없는 “나노 안테나”가 된다. 다양한 신경 시각 생리학적 실험과 다차원의 시각 행위학적 실험을 통해 “나노 안테나”를 주입한 생쥐는 적외선 감지 능력을 가질 뿐만 아니라 복잡한 근적외선 이미지를 구별할 수 있음을 입증했다. “나노 안테나”는 양호한 생물 호환성을 보유하고 장기간 동물 망막에 존재하면서 작용을 발휘할 수 있다. 또한 망막 및 동물 시각 능력에 뚜렷한 부정적인 영향을 미치지 않는다. 아울러, 적외선 시각을 얻은 생쥐의 가시광선 시각은 영향을 받지 않았다.

광수용기세포와 긴밀하게 결합할 수 있는 신형 나노 주입 기술은 동물 시각의 스펙트럼 범위를 효과적으로 넓혔고 자연계가 동물에 부여한 시각 감지의 물리적 한계를 극복했다. 해당기술은 인간의 시력을 적외선 파장 범위로 확장시킬 수 있을 뿐만 아니라 시각 감지스펙트럼 장애와 관련한 질병(예를 들어 적색망)을 보조 치료할 수도 있다. 또한, 생물 나도 장치 연구에서도 잠재적인 응용 가치가 있다.