나노다이아몬드를 활용해 현미경에 장착한 양자(quantum) 센서로 1㎜가 채 안 되는 작은 생물의 체온을 정확히 잴 수 있는 기술이 개발됐다. 일본 오사카시립대학과 외신 등에 따르면 이 대학 화학과 후지와라 마사즈미 박사가 이끄는 국제 연구팀은 형광 나노다이아몬드 내 양자 스핀을 이용해 예쁜꼬마선충(C. elegans)의 체온을 측정한 결과를 과학 저널 '사이언스 어드밴시스'(Science Advances)에 발표했다.
연구팀은 형광 생물지표(biomarker)를 이용해 일반 현미경보다 더 정확하게 체내 생물학적 과정을 관찰할 수 있는 형광 현미경 기술에다 주변 환경에 극도로 민감하게 반응하는 양자계 기술을 접합해 성과를 냈다.
연구팀은 새로 개발한 양자 온도측정 알고리즘을 이용해 선충에 투입한 형광 나노다이아몬드의 움직임을 추적하면서 나노다이아몬드 내 양자 스핀을 측정해 선충 내 온도변화를 쟀다. 형광 다이아몬드 내 양자 스핀은 고선명 자기공명영상장치(MRI) 등에서 활용되고 있는 기술이며 이를 이용한 온도 측정도 이미 7년 전에 배양세포에 적용된 바 있다.
그러나 체내 생물학적 과정에 온도가 능동적으로 관여하는 생물의 체온 측정에 활용된 것은 이번이 처음이다.
연구팀은 약물 처리를 통해 예쁜꼬마선충의 미토콘드리아를 자극, 열을 유발했으며 양자 체온계는 이런 체온 상승을 측정해 냈다. 후지와라 박사는 "살아있는 생물 몸 안에서 양자기술이 이렇게 훌륭하게 작동하는 것을 보는 것은 매력적"이라면서 "1㎜가 안 되는 작은 생물의 체온이 정상 범위에서 벗어나 열이 오를 것이라고는 상상도 못했다"고 했다.
그는 "이번 연구결과가 양자 측정이 생물학에 기여하는 방안을 보여줌으로써 미래의 방향을 제시해주는 중요한 이정표 역할을 했다"고 강조했다.