서울대학교 융합과학기술대학원 예성준 교수 연구팀(방사선의학물리 연구실 - 박종인, 최권 박사과정, 구창욱 석사과정)은 원자력안전장비의 일환으로 방사선피폭자를 대상으로 인체의 치아에서 방사선량을 측정 후 수분 이내로 피폭방사선량 평가할 수 있는 장비를 국내 최초(세계 2번째)로 개발에 성공하였다고 밝혔다.

전자상자성공명분광법(electron paramagnetic resonance spectroscopy; EPR spectroscopy)은 외부자기장이 인가되면, 홀 전자가 자기장과 같은 방향이나 반대방향으로 정렬하는 상자성물질(paramagnetic species)을 대상으로 한다. 이 때, 홀 전자들은 방향에 따라 에너지레벨이 달라지므로 에너지 분리(energy splitting)가 일어나는데, 이 때 자기장 세기에 맞는 외부 고주파신호(radio frequency signal)를 인가하면, 공명이 일어나 자기장 에너지의 흡수가 발생하고 흡수된 자기장 에너지를 통해 상자성물질의 양을 정량화하는 기술이다.

치아가 방사선의 영향을 받으면, 탄산화 불순물(carbonated impurity)에 CO2-라디칼(radical)을 통해 상자성을 띄는 홀 전자(unpaired electron)를 포함한 미네랄 형태로 치아의 상아질 부분에 반영구적으로 존재하게 된다. 전자상자성공명분광계는 치아에 자기장과 고주파를 인가하여 공명현상을 이용해 흡수된 자기장 에너지의 양을 방사선 피폭량을 정량평가한다.

기존 방사선량분석용 전자상자성공명분광계는 분석용 시료를 만들어야 하며, 치과의사가 직접 치아를 뽑거나 일부를 떼어서 가루로 만든 후 측정을 하기 때문에 추가적인 인력과 분석에 전문가가 필요하기 때문에 빠른 대응이 어렵다. 예성준 교수팀이 개발한 전자상자성공명분광계는 방사선피폭사고가 발생했을 때, 치아에서 방사선피폭량을 비침습적으로 평가 할 수 있기 때문에 측정자가 전문인력일 필요가 없다. 또, 자원봉사자들도 장비사용교육을 받으면 사용할 때 어려움이 없도록 장비를 제어하는 소프트웨어를 유저편의적으로 설계했다. 측정결과는 측정을 포함하여 수 분 이내에 확인 할 수 있기 때문에 대규모의 방사선 피폭이 예측되는 상황에서도 효율적인 대응이 가능하다.

방사선 피폭량 분석을 위한 체내측정 전자상자성공명분광계는 미국 Dartmouth college에 이어 세계에서 2번째로 개발됐고, 국내에서는 최초로 시도됐다. 본 연구의 결과는 2018년 5월 한국원자력학회 춘계학술발표회에서 발표됐으며, 박종인 박사과정(예성준 교수 연구팀)이 학생/청년 competition session 최우수상으로 선정됐었으며, 2018년 6월 10~15일 독일 뭰휀에서 열린 국제학회인 2018 BioDOSE에서 구두발표하여 전 세계적인 관심을 받고 있다.

한편, 해당 연구는 한국원자력위원회 한국원자력안전재단의 원자력안전연구개발사업 (세부사업명: 전자상자성공명(EPR)시스템을 이용한 비침습적 피폭선량 평가기술 개발)의 지원으로 수행됐다.

[참고자료]