KAIST는 이 대학 물리학과 박용근 교수가 바이오포토닉스 분야 세계 최고 권위상인 ‘마이클 S. 펠드 바이오포토닉스 어워드’를 수상했다고 2일 밝혔다. 생체 광학 이미징과 인공지능(AI)을 결합한 연구로 세포·조직 분석의 패러다임을 바꾼 공로가 인정됐다.

이 상은 2012년 제정돼 기초 광학 발견부터 첨단 계측기 개발, 임상 적용까지 생체 광학 전 분야를 종합 평가한다. 광간섭단층촬영(OCT)의 의료 확장을 이끈 스티븐 보파트, 광음향 영상 기술을 창시한 리홍 왕, 확산광 단층촬영 이론을 정립한 아준 요드 등 세계적 석학들이 수상해 온 권위 있는 상이다.

박 교수는 빛의 굴절률 변화를 이용해 세포 내부 구조와 물성을 정량적으로 복원하는 ‘홀로토모그래피’ 기술을 개척했다. 형광 염색 없이 살아있는 세포를 손상시키지 않고 3차원으로 관찰할 수 있어 기존 형광현미경의 광독성·표지 의존 한계를 극복했다. 장시간 세포 추적과 정량 분석이 가능해 세포 성장, 분화, 약물 반응 등을 실시간으로 관찰할 수 있는 기반을 마련했다.

특히 세포 영상 데이터에 AI 기반 자동 분석 기술을 결합해 세포 분류, 이상 세포 탐지, 가상 염색 기술로 확장했다. 물리학 기반 영상 정보와 딥러닝을 결합해 조직 구조와 병리학적 변화를 정밀하게 구분할 수 있어 디지털 병리와 정밀의학 분야에서 활용 가능성이 크다는 평가다.

또한 빛의 방향별 산란 특성을 복원하는 ‘유전체 텐서 토모그래피’를 제안해 암 조직 내 콜라겐 섬유 배열과 같은 미세 구조를 염색 없이 3차원으로 시각화하는 기술을 구현했다. 이는 종양 미세환경 분석과 섬유화 질환 연구 등에서 새로운 바이오마커 탐색 도구로 활용될 수 있다.

박 교수의 연구 성과는 ‘네이처 포토닉스’ ‘네이처 메서즈’ ‘네이처 셀 바이올로지’ ‘네이처 머터리얼스’ 등 세계적 학술지에 게재되며 국제적 영향력을 입증했다. 기초 광학 연구를 생명과학·의학으로 확장한 대표 사례로 평가된다.

연구의 산업화 성과도 이어지고 있다. 박 교수는 홀로토모그래피 기술을 상용화한 토모큐브를 창업해 글로벌 생명과학 장비 시장에 진출했으며, 산란 기반 수질 분석 센서를 개발한 더웨이브톡을 통해 환경 분야로 응용 범위를 넓히고 있다. 학계 연구성과가 의료·환경 산업으로 확장되는 기술사업화 모델을 구축했다는 평가다.

이번 수상은 국내 연구자가 바이오포토닉스 핵심 기술을 선도하고 있음을 보여주는 사례로, 라벨프리 3차원 세포영상과 AI 기반 정밀 분석 기술이 향후 신약 개발, 암 진단, 재생의학 등 다양한 분야에서 활용될 것으로 기대된다.

박 교수는 “빛 기반 라벨프리 이미징과 AI를 결합해 생명과학과 의학의 난제를 해결하는 연구를 이어가겠다”며 “기초 물리학이 의료 혁신으로 이어지는 융합 연구를 확대하겠다”고 밝혔다.

한편 박 교수는 KAIST 가상3D생물학센터장을 맡고 있으며, 홀로토모그래피 상용화 기업 토모큐브와 산란 기반 수질 센서 기업 더웨이브톡을 통해 연구성과의 산업화에도 참여하고 있다.