초록 ▼

$\bullet$ 염색이나 형광 표지자 없이 생체 세포 및 조직의 생화학 분포를 고감도, 고선택성, 고속, 고분해능, 실시간, 3차원 분석이 가능한 차세대 무표지 생체신호분석 원천측정기술을 개발하는 연구내용으로 각 기술별 연구범위는 아래와 같음.
(제 1 세부과제: 무표지 실시간 생체 세포/조직 이미징 기술 개발)
$\circ$ 무표지 3차원 고감도/고선택성 비선형 레이저 분광 이미징 기술 개발
- 파장가변 결맞음 초단펄스 중적외선 광원 개발
- 중적외선-사광파 혼합 (I

$\bullet$ 염색이나 형광 표지자 없이 생체 세포 및 조직의 생화학 분포를 고감도, 고선택성, 고속, 고분해능, 실시간, 3차원 분석이 가능한 차세대 무표지 생체신호분석 원천측정기술을 개발하는 연구내용으로 각 기술별 연구범위는 아래와 같음.
(제 1 세부과제: 무표지 실시간 생체 세포/조직 이미징 기술 개발)
$\circ$ 무표지 3차원 고감도/고선택성 비선형 레이저 분광 이미징 기술 개발
- 파장가변 결맞음 초단펄스 중적외선 광원 개발
- 중적외선-사광파 혼합 (IR-FWM) 고감도 비선형 분광 이미징 장치 개발
- 비선형 광학 대조를 이용한 생체조직 물리광학특성 이미징 기술 개발
- 분자진동 비선형 레이저 분광 이미징을 이용한 세포생물학적 응용 연구
$\circ$ 고속 이온전도도 이미징 기술 및 이온채널 이미징 기술 개발
- 이온전도도 이미징 현미경 탐침 주사기술 개발
- $Ca^{2+}/K^+/Na^+$ Ion Selective Electrode (ISE) 개발
- 멀티배럴 이온전도도 탐침 및 측정 기술 개발
- Multi-ion selective 생체 이온 채널 이미징 기술 확립
- 10 nm 분해능 고속 생체 이미징 기술 화립
(제 2 세부과제: 생체 세포/조직 무표지 질량분포 이미징 기술 및 장비 개발)
$\circ$ 질량이미징 분석기술 개발
- 클러스터 이온빔을 이용한 생체조직 질량 이미징 기술, 세포 및 조직의 이온빔 비손상 식각 기술을 개발함.
- 이를 바탕으로 dual ion beam을 이용하여 세포 및 조직의 3차원 질량이미징을 실시간으로 얻는 기술을 개발함.
- 국립암센터 위탁연구를 통하여 개발한 질량분석기술을 혈액과 분변내 저질량 이온 분석에 적용하여 암의 진단 및 진행단계 예측 여부 결정 관련 연구함.
- 또한 서울대학교병원 위탁연구를 통하여 망막조직의 단층면과 평면구조를 질량분포분석을 함으로써, 다양한 질병에 의한 시력저하원인 규명, 허혈과정이해, 중추신경계용 신약후보물질 연구 가능성 등을 확인하고자 함.
$\circ$ MALDI-TOF 질량이미징 분석기술 및 장비개발
- 레이저 기반의 MALDI 이온화 바이오 질량분석법을 도입한 MALDI 이미징 질량분석 장비 및이를 이용한 생체조직 질량이미징 기술을 개발함.
- 현재 세계적인 MALDI 질량이미징 분석 수준인 30-50 마이크론 수준의 공간분해능을 초월하는 마이크론 수준의 고분해능 고감도 MALDI-TOF 이미징 질량분석 장비를 개발함.
- 이를 이용하여 생체조직의 미세구조를 무표지 질량이미징 분석하는 기술을 개발하고자 함.
(제 3 세부과제: 무표지 분자 이미징기술 최적화를 위한 바이오시스템 개발)
$\circ$ 무표지이미징기술 검증 및 활용을 위한 프로브 개발
- 프로브 제작을 위한 바이오컨텐츠 확보
- 무표지 기술과 형광으로 관찰 가능한 스마트바이오프로브(이중영상 프로브) 개발
$\circ$ 세포제작 및 세포이미징 분석
- 세포영상을 위한 세포주 개발 및 확보
- 비선형 광학이미징기술을 이용한 세포이미징 조건 확립 및 이미징 수행
- 형광이미징 결과와 비교분석을 통한 검증
$\circ$ 신규 무표지 이미징 기술 개발 및 연구결과의 실용화 연구
- 표지 없이 단백질 검출이나 약물-단백질 상호작용 등을 검출할 수 있는 신기술 개발
- 주 기술을 적용한 실용화 연구(항체정제용 칼럼 개발)

Abstract ▼

We have developed the high sensitivity label-free nonlinear optical mid-infrared microscope and scanning ion conductance microscope. For the nonlinear optical mid-infrared microscope, it is capable of molecular vibrational imaging of biological samples in non-invasive manners. For the scanning ion c

We have developed the high sensitivity label-free nonlinear optical mid-infrared microscope and scanning ion conductance microscope. For the nonlinear optical mid-infrared microscope, it is capable of molecular vibrational imaging of biological samples in non-invasive manners. For the scanning ion conductance microscope, it can provide high resolution ion conductance images of biological samples without complicated sample preparation processes. The research and development include generation of stable mid-infrared radiation source, optical design and setup, image acquisition for the nonlinear optical mid-infrared microscope, and fabrication of probe nano-pipette, precision feedback control loop setup, fast signal process and image reconstruction for scanning ion conductance microscope. We have successfully acquired label-free images of biological materials using the developed technologies. In addition, we also developed the high sensitive and selective label-free mass imaging techniques and MALDI-TOF imaging instrument with 5 microns spatial resolution. For the TOF-SIMS with cluster ion beam, it is capable of non-destructive mass imaging for biological samples with the spatial resolution of 100 nm. In addition, we have built the MALDI mass imaging instrument with the spatial resolution of 5 microns, compared to the 30-50 microns from the commercial instrument. Our innovative technologies developed through this project are the non-destructive mass imaging of human skin and colon tissues, label-free calcium ion imaging technique during apoptosis occurred in retina tissue, tracking technique of iron oxide nanoparticles inside macrophage cell, label-free inhibition assay based on kinase activity measurement, cancer diagnosis based on mass analysis of metabolites in stool from colon cancer patients, cancer diagnosis based on activity measurement of biomarker such as MMP in serum from cancer patients, direct probing technique of organic/bio-conjugated q-dots, matrix-free cation-assisted laser desorption and ionization technique. To validate and optimize these molecular imaging technologies, bimodal imaging probes have been developed.

목차 Contents

• 제출문...1
• 보고서 요약서...2
• 요약문...3
• SUMMARY...7
• 목차...9
• 제 1 장 연구개발과제의 개요...10
• 제 2 장 국내외 기술개발 현황...18
• 제 3장 연구개발수행 내용 및 결과...27
• 제 1 절 비선형광학 중적외선 현미경 개발...27
• 제 2 절 고속/고분해능 이온전도도 이미징 현미경 개발...29
• 제 3 절 TOF-SIMS 질량이미징 분석기술 개발...40
• 제 4 절 MALDI 질량이미징 분석기술 및 장비 개발...45
• 제 5 절 결합강응성 프로브를 이용한 세포내 단백질 이미징기술...52
• 제 4 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도...56
• 제 5 장 연구개발결과의 활용계획...73
• 제 6 장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보...79
• 제 7 장 참고문헌...87
• 연구개발 결과 활용계획서...88
• [첨부1] 연구개발 결과 및 활용계획서...89
• 자체평가의견서...116