생명과학 연구는 변혁적인 시대로 접어들고 있습니다. 영상 연구실과 핵심 연구 시설 전반에서 과학자들은 점점 더 복잡해지는 생물학적 질문에 답하기 위해 고해상도 정량적 데이터에 대한 증가하는 수요에 직면하고 있습니다. 정밀 이미징은 신경과학, 세포생물학, 신약 개발, 암 연구, 발달생물학 분야를 선도하는 연구자들에게는 필수적입니다.

역사적으로 연구자들은 종종 연구 과정에서 어려운 타협을 해야 했습니다. 이미지 품질과 속도 사이의 타협, 또는 샘플 보존을 위해 실험적 깊이를 희생하는 것. 섬세한 생세포 과정을 포착하려면 광독성을 피하기 위해 주의가 필요했고, 심부 조직 이미징은 종종 광 산란이나 복잡한 장비 설정으로 인해 제한되었습니다. 기본적인 재현성 확보조차 어려웠으며, 기기 교정의 미세한 차이로 인해 사용자, 실험 또는 연구실마다 결과가 일관적이지 않았습니다.

FLUOVIEW™ FV5000 공초점 및 다중 광자 레이저 주사 현미경의 도입으로 이러한 장벽들은 더 이상 문제가 되지 않습니다. “FV5000은 분해능, 속도, 그리고 실험적 유연성의 한계를 재정의합니다.”라고 레이저 스캐닝 현미경 분야의 권위자이자 Evident의 시니어 제품 마케팅 매니저인 Buelent Peker는 말합니다. "한때 매우 어려웠던 일이 이제는 스캐닝 기술, 검출기, 그리고 소프트웨어의 혁신적인 발전 덕분에 일상적인 일이 될 수 있습니다."

생명과학 공초점 현미경의 최신 기술 발전

FV5000은 생명과학 공초점 현미경 분야의 심오한 새로운 발전을 기반으로 제작되었습니다. 이 혁신들이 결합되면, 모든 수준의 사용자에게 완전히 새로운 영상 경험을 제공합니다. 속도, 감도, 정량적 정확성이 서로 상호 협력하여 조화를 이루는 환경이 구현됩니다.

1. 광자 계수를 이용한 정량 분석

현대 공초점 현미경에서 가장 획기적인 발전 중 하나는 광자 계수 기술입니다. 전통적으로 공초점 현미경은 상대적인 빛의 강도를 비교하여 샘플 간의 차이를 추론했습니다. 이 방법은 정성적인 정보를 제공하지만, 검출기 전압, 정렬, 레이저 출력 안정성, 심지어 실험실의 온도 변화와 같은 외부 요인에 매우 민감합니다. 실험 간의 미세한 차이로 인해 측정 결과가 일관되지 않을 수 있습니다. 이로 인해 정량적 비교의 신뢰성이 떨어지며, 특히 여러 시점, 프로젝트 또는 공동 연구에 걸쳐 결과를 재현하려고 할 때 더욱 그렇습니다.

Peker는 "강도 수준을 비교할 때는 항상 어려움이 따른다"고 말했다. 기기를 매우 엄밀하게 제어해야 하며, 검출기는 특정 감도로 카운트 출력을 제공해야 합니다. 검출기에 도달하는 신호의 증폭은 항상 동일해야 하고, 샘플에 도달하는 레이저 출력도 항상 동일해야 합니다. 또한, 검출기마다 감도가 다를 수 있으므로 시스템에서 항상 동일한 채널을 사용해야 합니다.

SilVIR™ 검출기 기술

첨단 현미경 분야에서 새로운 벤치마크로 FV5000의 차세대 SilVIR™ 검출기 기술은 개별 광자를 감지하고 계수함으로써 광자 수준의 정량화를 제공하여, 형광 강도를 상대적 추정치가 아닌 진정한 절대값으로 측정할 수 있게 하여 기존 패러다임을 근본적으로 변화시킵니다. 이를 통해 공초점 현미경은 절대적인 정량적 도구로 전환되어 정성적 이미징과 재현 가능한 데이터 분석 간의 격차를 연결합니다.

실험실 간 재현성

정량 분석의 주요 장점 중 하나는 실험실 간 재현성입니다. 대규모 협업이나 다중 사이트 연구의 경우 신뢰할 수 있는 재현성이 가장 중요합니다. 광자 계수를 통해 이전 변수를 제거하고 다양한 시설의 연구자가 직접 비교 가능한 데이터를 수집할 수 있습니다.

일관성을 확보하기 위해 FV5000의 Laser Power Monitor(LPM)는 레이저 출력값을 실시간으로 자동 측정 및 보정합니다. 이렇게 함으로써 여기 전력과 검출기 응답과 같은 동일한 이미징 조건이 세션과 시스템 전반에 걸쳐 일관되게 유지됩니다. 광자 계수와 LPM 표준화를 통합함으로써 주요 변동 원인을 제거하고, 진정한 정량적 비교를 실현할 수 있습니다.

이는 신경과학이나 신약 개발과 같은 분야에서, 실험의 재현성이 결과 검증과 여러 연구 현장에서의 데이터 무결성 확보에 필수적이기 때문에 특히 중요합니다.

실험 내 일관성

발달 과정이나 질병 진행을 추적하려면 몇 주 또는 몇 달에 걸쳐 일관된 이미징이 필요합니다. 광자 계수 기술은 일관되고 신뢰할 수 있는 측정을 보장하여 과학자들이 일상적인 교정 문제에 대해 걱정할 필요 없이 자신 있게 시간 지점을 비교할 수 있도록 합니다.

추가적으로, 레이저 파워 모니터(LPM)는 데이터 획득 중 레이저 파워 변동을 지속적으로 측정하고 보정합니다. 이를 통해 장기간의 실험에서도 매일 동일한 여기 조건이 보장됩니다. 광자 계수와 LPM 안정성이 함께 작용하여 정량적 일관성을 확보함으로써, 연구자들이 자신 있게 미세한 생물학적 변화를 추적할 수 있습니다.

추측의 제거

이전에는 과학자들이 포화나 노이즈를 피하기 위해 검출기 설정을 세밀하게 조정하느라 많은 시간을 써야 했습니다. 이로 인해 인적 오류와 작업 흐름의 복잡성이 발생하며, 특히 경험이 부족한 사용자에게는 더욱 어려울 수 있습니다. FV5000의 SilVIR 기술로 이러한 수동 조정이 사라져, 모든 수준의 사용자가 이미징을 더 간편하고 안정적으로 수행할 수 있습니다.

FV5000에서 구현한 광자 수준의 정량화는 정밀 이미징에서 불확실성을 제거하고, 다양한 실험과 연구실에서 결과를 신뢰할 수 있도록 보장합니다.

2. 감도 및 높은 동적 범위 감지

생물학적 샘플에는 종종 매우 다양한 신호 강도가 존재합니다. 예를 들어, 뉴런 세포체는 밝게 형광을 발하지만, 가느다란 축삭 돌기는 희미한 신호를 생성합니다. 과거에는 연구자들이 두 가지 신호를 모두 포착하기 위해 이득이나 레이저 출력을 수동으로 조정해야 했으며, 종종 서로 다른 설정에서 여러 장의 이미지를 촬영해야 했습니다.

이러한 접근 방식은 시간이 많이 걸리고 영역이나 샘플 간의 직접적인 정량적 비교를 방해합니다. FV5000은 업계에서 가장 넓은 동적 범위(HDR)를 제공하여 단일 이미지에서 어두운 신호와 밝은 신호를 동시에 포착함으로써 이러한 과제를 해결합니다. 이로써 탁월한 감도가 제공되어 연구자들이 샘플의 모든 복잡성을 탐구할 수 있습니다.

“최상의 결과를 위해서는 매우 민감한 감지기와 넓은 동적 범위가 모두 필요하며, FV5000에는 이 두 가지가 모두 갖추어져 있습니다.”라고 Peker는 설명합니다. "전통적인 시스템에서는 신호 강도와 구조를 효과적으로 관찰하려면 전압을 조정해 아주 어두운 부분을 강조해야 했습니다. 하지만 전압을 높이면 증폭이 달라지고 동적 범위가 줄어듭니다." 반면, 매우 밝은 영역이 있는 경우 신호 강도를 낮춰야 합니다. 결국 같은 샘플의 각 부분마다 설정값을 계속 조절해야 하므로, 수집의 일관성이나 강도 비교에 적합하지 않습니다."

포화 이미지 제거

어두운 신호와 밝은 신호를 동시에 표시할 수 없다는 또 다른 단점은 이미지 포화가 발생한다는 점입니다. 포화는 밝은 영역이 검출기를 압도하여 데이터가 잘리고 정량적 무결성이 파괴될 때 발생합니다. FV5000의 HDR은 이러한 위험을 제거하고 전체 강도 스펙트럼에 걸쳐 정보를 보존합니다.

"결국 포화는 분석해야 할 모든 것을 망쳐버립니다—어떤 수단을 써서라도 반드시 피해야 합니다." "HDR은 매우 유용합니다." — Buelent Peker

3수준 제목: 3. 광대역 이미징 및 스캔 기술

공초점 현미경은 더 이상 가시광선 범위에 국한되지 않습니다. FV5000은 근적외선(NIR) 레이저를 사용하여 400–900 nm의 넓은 파장 범위를 지원하며, 생명과학 연구에 특별한 이점을 제공하는 NIR 염료의 사용을 가능하게 합니다.

심부 조직 침투

NIR 빛은 생체 조직에서 산란이 적어, 연구자들이 오가노이드, 배아, 또는 두꺼운 조직 절편과 같은 3D 구조를 더 깊이 이미징할 수 있습니다. "NIR 염료를 사용하면 3D 조직과 두꺼운 샘플을 더 깊이 이미징할 수 있습니다—더 긴 파장(적색편이) 염료 덕분에 침투 깊이가 더 깊고 산란이 적습니다,"라고 Peker는 말합니다.

광독성 저감

FV5000의 더 긴 파장은 살아있는 세포에 미치는 영향을 최소화하여 장기간 살아있는 세포 이미징 실험에서 세포의 생존을 연장합니다. 이것은 발생생물학 및 약물 시험 분야에서, 세포가 며칠 또는 몇 주 동안 건강을 유지해야 하는 경우에 특히 가치가 있습니다. 페커에 따르면, "NIR 염료를 사용하면 배양 환경에서 라이브셀 이미징을 훨씬 더 오래 수행할 수 있으며, 광독성이 적어 세포가 더 느리게 죽습니다."

4. 듀얼 갈보 및 공진 스캔

정밀하지만 전통적인 갈보 스캐닝은 속도 제한으로 인해 빠른 생물학적 현상을 포착하거나 대용량 조직을 효율적으로 스캔하기 어렵습니다. 공진 스캐닝은 이러한 과제를 해결하여 프레임 속도를 대폭 증가시킵니다.

FV5000은 두 가지 스캐닝 전략을 결합하여 듀얼 모드의 유연성을 제공합니다. 갈보 모드는 최대 신호 대 잡음비가 필요하거나 광유전학과 같은 복잡한 자극 패턴이 요구되는 실험에 사용할 수 있습니다. 공진 모드는 동적 과정의 고속 이미징에 이상적이며, 소포 운반, 칼슘 스파이크 또는 더 높은 처리량의 전체 뇌 스캔과 같은 응용 분야에 사용될 수 있습니다.

“FV5000의 스캐닝 유연성은 연구자들이 다양한 응용에 맞춰 이미징을 최적화할 수 있도록 합니다.”라고 Peker는 밝혔습니다. 동일한 시스템에서 갈보 스캐닝과 공진 스캐닝을 모두 사용할 수 있으므로, 성능이나 이미지 품질을 저하시키지 않고 필요에 따라 모드를 쉽게 전환할 수 있습니다.

5. 고 FPS 영상

FV5000은 또한 특정 과학적 작업에 필수적인 높은 FPS(초당 프레임 수) 이미징을 제공합니다. 높은 FPS 이미징은 소포나 세포골격 요소와 같이 빠르게 이동하는 세포 구조를 추적하거나, 빠른 생리적 사건을 관찰하는 데 이상적입니다. 높은 FPS 이미징은 대규모 XYZ 모자이크 스캔의 데이터 획득 시간을 단축하는 데에도 사용할 수 있으며, 몇 시간이 소요되는 작업 흐름을 6~10배 더 빠르게 진행할 수 있습니다.

_{SeeDB2로 투명화한 마우스 뇌 슬라이스. Thy1-YFP-H의 EYFP 피질층 5 피라미드 뉴런. 샘플 제공: 후지모토 사토시 박사, 이마이 타케시 박사 후지모토 사토시 및 이마이 타케시, Graduate School of Medical Sciences, Kyushu University.}

6. 파이버 레이저 기술

다중 광자 여기(MPE)는 뇌 절편, 오가노이드, 살아있는 배아 등 두껍고 산란되는 조직의 깊은 곳을 영상화하는 데 필수적입니다. 전통적인 MPE 시스템은 종종 거대한 펨토초 적외선 레이저에 의존했으며, 이러한 레이저는 대형 광학 테이블, 열 관리용 특수 에어컨, 그리고 숙련된 기술 인력이 필요했습니다. 이러한 시스템은 매우 고가이고 통합하기도 어려워서, MPE는 대개 예산과 기술 인력이 충분한 시설로 국한되었습니다.

파이버 레이저 기술의 혁신적인 발전을 도입한 FLUOVIEW™ FV5000MPE는 다중광자 이미징 분야에 변혁을 일으켜, 더 많은 연구실이 두꺼운 3D 샘플과 살아있는 생물체를 연구할 수 있는 기회를 제공합니다.

컴팩트함과 뛰어난 접근성

FV5000MPE의 다중광자 파이버 레이저는 펨토초 IR 레이저보다 훨씬 더 작고 기존 시스템에 쉽게 통합할 수 있습니다. 이들은 진동이나 온도 변화와 같은 환경 변화에도 훨씬 덜 민감합니다.

고정 파장

FV5000MPE의 광섬유 레이저는 단일 고정 파장(약 920~950nm)에서 작동할 수 있어 GFP를 여기할 수 있으며, 대부분의 일반적인 연구 요구를 충족하면서 간편하고 경제적인 운용이 가능합니다. “고정 파장의 광섬유 결합 다광자 레이저는 제어 및 취급이 용이합니다.”라고 Peker는 말합니다. 그래서 고정 파장의 MPE 레이저로, 예를 들어 925나노미터를 선택해 사용할 수 있으며, 이는 살아있는 동물 연구에서 가장 일반적으로 사용되는 GFP 형광 신호에 적합합니다.

딥 이미징 접근성 확대

일상적인 다광자 이미징을 위한 경제적이고 손쉽게 도입할 수 있는 솔루션인 FV5000MPE는 소규모 연구실과 코어 시설에서도 다광자 이미징을 보다 쉽게 활용할 수 있게 하여, 그 적용 범위를 엘리트 연구 센터 외부로 확대합니다. FV5000MPE의 파이버 레이저는 다광자 이미징을 단순화할 뿐만 아니라 신뢰성도 향상시켜, 연구자들이 기존 시스템의 복잡함 없이 살아있는 생물체를 장시간 이미징할 수 있도록 돕습니다.

"FV5000MPE를 통해 다중광자 기술이 더욱 쉽게 접근할 수 있고, 비용이 저렴하며, 연구실에 도입하기도 쉬워졌습니다,"라고 Peker는 말합니다. 최근의 발전으로 소형화되고 사용이 간편하며 업그레이드가 쉬운 MPE 시스템들을 개발할 수 있게 되었습니다.

광섬유 결합 레이저의 도입으로 이전에는 자원이 부족했던 실험실에서도 심부 조직 이미징이 가능하게 되고 있습니다. 이는 MPE 기술의 민주화로 나아가는 중요한 단계입니다. — Buelent Peker

^{Lifeact-mScarlet-I 및 EB3-3xmNeonGreen을 발현하는 배양된 HeLa 세포. 샘플 제공: Haruka Mii, Kazuhiro Aoki 교수, Graduate School of Biostudies, Kyoto University HeLa 세포의 기원에 대해 더 알고 싶으시면 henriettalacksfoundation.org 웹사이트를 방문해 주세요.}

기술적 전환점

새로운 FV5000은 공초점 현미경의 기술적 전환점을 나타냅니다. 광자 계수와 능동적으로 제어 및 모니터링되는 조명 전력을 통해 연구자들은 이제 실험과 연구실 전반에 걸쳐 재현 가능한 진정한 정량적 데이터를 생성할 수 있습니다. 높은 동적 범위 감지 기능은 이미지 포화 현상을 제거하고 희미한 구조와 밝은 구조를 동시에 포착할 수 있습니다. 갈보(galvo) 스캐닝과 공진(resonant) 스캐닝의 결합으로 결과 도출 시간의 개념을 새롭게 정의하여, 실시간으로 동적인 생물학적 이벤트를 포착할 수 있습니다.

또한 FV5000MPE는 다광자 여기의 접근성을 높여 더 다양한 실험실에서 심부 조직 이미징을 가능하게 합니다.

이러한 시스템 발전 외에도, FV5000은 스마트 자동화와 AI 기반 소프트웨어를 활용하여 복잡한 작업 흐름을 단순화하고 설정 시간을 줄여, 새로운 사용자가 공초점 및 다중 광자 시스템에 더 쉽게 접근할 수 있도록 합니다.

FLUOVIEW FV5000은 연구자들이 더 빠르고, 더 스마트하며, 더 창의적으로 작업할 수 있도록 지원하는 올인원 레이저 스캐닝 현미경 시스템으로, 논문 제출에 적합한 이미지와 신뢰할 수 있는 정량적 데이터를 생성합니다.

“FV5000은 더 많은 과학자들이 발견의 경계를 넓힐 수 있도록 해줍니다—첨단 이미징 기술은 더 이상 전문 연구실에만 국한되지 않습니다.” — Buelent Peker

생명과학 연구자들에게 미래는 그 어느 때보다 흥미진진해 보입니다.