이광자 현미경(two-photon microscopy)은 다양한 생명현상을 살아있는 조직의 깊은 곳에서 관찰할 수 있다는 장점 때문에 차세대 영상기술로 발전하고 있다. 이에 따라 다양한 목적에 사용할 수 있는 이광자 센서의 개발이 활발하게 진행 중이다. 이 총설에서는 금속이온 이광자 센서에 관한 최근의 연구 결과를 소개하고자 한다.
키토산 첨가 혼합사료를 섭취한 양돈 근육 조직과 일반 사료를 섭취한 조직에서의 품질을 비교하기 위한 방법으로 생체광자를 이용한 광전자증폭관(Photomultiplier Tube, PMT) 기기를 사용하여 측정한 결과 서로 다른 결과를 얻었다. 키토산 첨가제를 사용한 돼지 등심조직에서의 육질 비교를 PMT와 현미경을 사용하여 측정한 결과 키토산 첨가 혼합 사료를 먹인 돼지 등심 조직의 생체광자 양을 측정한 결과 서로 상이한 수치를 얻을 수 있었다. 이것으로 조직의 품질을 비교 측정이 가능했다. 또한 이조직의 형태를 해부현미경으로 관찰한 결과 키토산 첨가 혼합사료 근육 조직의 육질이 더 섬세하고 촘촘하여 지방질이 적고 맛이 좋다는 것을 알 수 있었다. 따라서 PMT에 의한 조직 육질 측정은 생화학적 상태변화를 측정하는 새로운 분석법의 하나가 될 것으로 기대되어진다.
파장이 길고 에너지가 낮은 근적외선 영역 광자 두 개를 동시에 여기했다가 형광으로 방출하는 비선형 현상을 이용한 이광자 현미경은 살아있는 세포를 넘어 생체조직 깊은 곳에서 일어나는 생물학적 변화 관찰 및 3차원 이미지 해석이 가능한 매우 효과적인 장비이다. 그러나 상용화된 이광자 현미경은 매우 고가이고 응용의 다양성을 위한 구조적 변형이 매우 힘들다. 본 논문에서는 모드잠김 이터븀 광섬유 레이저를 이용하여 비용 효율이 높고 다루기 쉬운 이광자 현미경을 구현 하고자 한다.
As the computerized methods and equipments In nuclear medicine imaging increases, quantitative information is needed on the single photon emission computed tomographic Images as well as on the conventional nuclear medicine images. In this paper, the authors investigated the effect of several clinician - friendly reconstrution filters on the resultant transverse slices of backprojected Profiles of radioisotope distribution from the Quantitative point of view, and reduced the filter parameters such as cutoff frequency and order of filter which are neces mary to minimize the quantification error using computer-generated phantoms.
생체발광 (biophoton emission)의 측정기기를 이용하여 생체의 생리상태를 조사하는 연구가 활발해지고 있다. 본 논문에서는 사염화탄소에 의해 유발된 마우스의 지방간 조직에서 나오는 생체광자를 측정하였다. 올리브유와 올리브를 용매로 하는 사염화탄소를 혼합한 각각의 6마리로 구성된 두 개 군의 마우스에 복강투여 후 24시간, 72시간 후에 각각 간을 적출하여 생체광자를 측정하고, 또한 혈장을 분리하여 생화학적 지표로 사용되는 트랜스아미네이즈 효소 활성도를 측정하였다. 실험결과는 정상적인 대조군의 경우, 생체발광이 29.5$\pm$5.9 counts/min/$\textrm{cm}^2$로. 측정된 반면, 24시간 처리군에 대해서는 69.3$\pm$21.2 counts/min/$\textrm{cm}^2$로 정상관보다 2배 이상 높은 생체발광을 보였다. 또한, 72시간 처리군에 대해서는 37.0$\pm$14.8 counts/min/$\textrm{cm}^2$로 측정되어 생화학적 지표로 사용되는 효소 활성도 결과와 밀접한 상관관계가 있음을 알 수 있었다.
3 가지 세포 타입 (mock, wt, R55A)에 CsA를 처리하여 세포에 영향을 주는 원인과의 관계를 PMT를 가지고 측정했다. ROS와 CsA를 사용하여 활성화 산소 (ROS)의 변화를 측정하였다. 3 가지 세포 타입 (mock, wt, R55A) 의 CsA 처리에 영향을 끼치는 광자를 측정했을 때 광자 양이 증가함을 알 수가 있었다. 이러한 광자 양으로부터 ROS를 발생하게 되는 사실을 발견했다. 따라서 PMT에 의한 측정은 ROS의 생화학적 상태 변화를 측정하는 새로운 분석의 하나이다.
20세기 막바지에 들어 서면서 21세기를 바라보는 정보화사회는 어떠한 과학기술의발전을 필요로 하는 것일까? $10^{12}$ 집적도, $10^{-8}$cm 원자공간, $10^{-12}$-$10^{-15}$ 초등 시간대역에 대한 도전과[ 테라바이트 메모리], [테라바이트 컴퓨터], [테라비트 광통신] 등을 앞세우면서 고속화, 대용량화, 초미세화, 다기능화, 고기능화, 지능화를 지향하는 미래 정보통신 기술 실용화를 위하여서는 어떠한 성질의 신소재들이 개발되어야 할 것인가? [20세기 전자시대] 의 대표적 정보운반자인 [전자] 에 대한 연구는 21세기에는 어떻게 전개될 것인가? 새로운 정보운반자로서 부상하고 있는 [광자],[뉴런],[생체분자]등에 대한 연구는 어떠한 방향으로 전개될 것인가? 신개념의 정보통신 기술을 구체적으로 실용화 하기 위하여 연구되어야 할 신소재는 어떻게 전개되어야 할 것인가\ulcorner 초미세구조, 양자효과, 비선형효과, 원자가공, 원자조작, 인공신소재, 초격자 지능신소재, 초전도 유기물, 분자, 광논리, 광신경망, 생체노리, 생체컴퓨터등 신개념의 창출로부터 비롯해서 의료, 복지, 장애. 기후. 환경. 지각.해양. 항공. 우주에 이르는 다차원적 통신과 지능형 정보를 가능케 하는 신소재 연구의 조건들과 그에 따른 도전을 전망해 본다.에 따른 도전을 전망해 본다.
본 연구에서는 생체조직의 흡수계수와 산란계수를 비침습적으로 측정하는 방법에 관하여 연구하였다. 피코초 영역의 펄스폭을 갖는 레이저광으로 조직을 조사하고 산란반사된 빛을 시간상관 단일 광자 계수법을 이용하여 피코초 시간영역에서 측정하였다. 측정된 시간분해 반사율의 최대치에 이르는 시간 및 나중소멸부분의 점근선의 기울기로부터 계산되는 값과 디컨블루션방법에 의한 곡선맞춤으로 얻은 값을 비교하여 서로 잘 일치함을 확인하였다. 매질의 산란이 커질수록 흡수가 작을수록 근사식은 더 잘 맞으므로 가시광선부터 근적외선의 파장영역에서 흡수에 비해 산란이 매우 큰 생체조직의 광특성을 비침습적으로 측정하는 중요한 방법이 될 수 있다.
본 연구는 최근 생체내선량측정에서 유용성을 재평가 받고 있는 광자극발광선량계(optically stimulated luminescence dosimeters. OSLDs)와 다이오드 검출기를 병행하여 직장암 방사선치료 환자의 피부선량을 측정하고 치료계획시스템 에서 계산 선량과 측정 선량을 비교하여 OSL 선량계의 임상적 유용성을 평가하고자 하였다. 각 OSL 선량계의 고유한 교정상수를 측정하고 10 명의 직장암 환자를 대상으로 3 부위를 설정하여 측정하였다. 기준 흡수선량 100 cGy에 대하여 OSL 선량계의 교정상수는 6 MV X-선의 경우 1.17, 10 MV X-선의 경우 1.28 이었다. 또한 직장암 환자들의 피부선량은 측정 부위별로 치료계획시스템에서 계산 선량과 비교하여 다이오드 검출기는 1.16 ~ 2.83%의 선량증가를 보였고 OSL 선량계는 1.36 ~ 2.17%의 선량증가를 보였다. 특히 피부면의 굴곡이 심한 회음부(perineum)에서 계산된 선량과 전달 선량간 차이가 증가되었으며 다이오드 검출기보다 OSL 선량계가 측정값의 변화가 상대적으로 작았다. 따라서 OSL 선량계는 기존에 사용하던 이온함 및 다이오드 검출기를 대신하여 방사선량학적 오차의 검증 및 생체내선량측정에서 임상적으로 적용이 가능하였으며 직장암 환자의 굴곡이 심한 회음부 주변의 선량 평가에 대한 연구가 계속되어야 할 것으로 판단된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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