전자현미경
우리는 눈으로 빛을 감지해 사물을 인식하게 된다. 아주 작은 박테리아나 바이러스균, 반도체 회로 결함은 결코 인간의 눈으로 알아낼 수
없다.
물체의 크기가
세포처럼 아주 작다면 현미경을 통해서 보게 되고, 원자나 분자처럼 1/100만㎝ 이하인 세계를 보기 위해서는
전자현미경
을 쓰게 된다.
최근 신비의 초미시 세계를 밝혀내기 위한
전자현미경 개발이 활발하다. 전자현미경은 반도체와 마이크로로봇 등 첨단기기 개발에 있어 빼놓을 수 없는 핵심장비로 물리·화학·생물학 분야의
기초연구 분야에도 필수적인 연구기기다.
분류 = 일반적으로 전자현미경은 투사전자현미경(TEM·Transmission Electron Microscope)과
주사전자현미경(SEM·Scanning Electron Microscope) 등 두 가지로 분류된다.
TEM은 높은 진공 상태에서
고속으로 가속되는 전자선을 광원으로 이용하며 이 전자선이 표본을 투과, 형광판이나 필름에 영상이 나타나게 된다.
기본적으로 광학현미경과
유사하지만 광선 대신 전자빔을 사용하며 유리 렌즈 대신 빔을 집중하기 위해 자기코일을 사용한다.
전자빔이 표본을 통과해야 하므로 표본은
매우 얇아야 한다. 가속전압에 따라 투과력이 달라지는데 보통 가속전압 200∼300㎸의 현미경은 0.1㎛의 시료를 투과할 수 있으며 1200㎸의
현미경은 1㎛의 시료를 투과할 수 있다.
SEM은 전자가 표본을 통과하는 것이 아니라 초점이 잘 맞춰진 전자선을 표본의 표면에 주사해
표본의 한 점에 집중되며 표면에서 발생된 전자가 검파기에 의해 수집돼 상을 형성한다. 때문에 비교적 큰 표본을 입체적으로 관찰할 수
있다.
두 현미경의 가장 큰 차이점은 TEM은 전자빔이 표본을 통과해 관찰하게 되므로 2차적인 구조를 나타내지만 SEM은 표본 위를
주사한 상을 관찰하므로 3차원인 입체영상을 관찰할 수 있다는 점이다.
이처럼 지금까지 인간이 근접할 수 없던 미지의 세계를 들여다볼
수 있는 도구의 도움을 받아 과학자들은 물질의 구조를 밝히고 제어하는 것이 가능해지고 있다.
개발 현황 = 전자현미경 시장에선 올 들어
지올·히타치 등 일본업체를 중심으로 고급사양의 전자현미경 매출이 본격화되고 국산화도 활발히 진행 중이다.
한국기초과학연구원은 지올과 지난
3년간 설계 등 연구협력을 통해 180억원대 초대형 투과전자현미경의 개발을 완료, 오는 10월 대덕밸리 내 설치 완료를 앞두고 있다.
이
밖에 국내기업인 미래로시스템(http://www.mirero.co.kr)은 자체 개발한 주사전자현미경 매출향상과 함께 전자렌즈의
크기를 대폭 줄여 책상 위에 설치가능한 미니렌즈 투과전자현미경을 내년 초까지 국산화한다는 계획이다.
**전자현미경의 역사**
작은 물체를 확대하는 기능을 가진 현미경은 1590년 네덜란드의 옌젠에 의해 최초로 발명됐다.
1660년에는 네덜란드의 과학자 뢰벤 후크가 270배율의 현미경을 이용, 최초로 박테리아를 관찰해 미생물과 인간 혈구 연구에 한 획을
그었다.
하지만 광학현미경은 가시광선을 사용, 영상을 형성하기 때문에 1000배 정도의 배율이 한계였다. 따라서 생명의 기본 물질인
DNA나 물질의 분자구조 등 1만배 이상의 배율이 필요한 유기물 세포의 내부구조를 연구하고자 하는 과학적 필요성에 의해 전자현미경이
탄생했다.
오늘날의 전자현미경은 1931년 독일 베를린공대의 에른스트 루스카와 막스 크놀이 광학현미경과 같은 형태의 현미경에서 가시광선
대신 전자빔을 이용한 현미경을 만든 것이 시초다.
광학현미경의 분해능(分解能)이 빛의 파장에 의해 제한되는 데 비해 전자빔의 파장은
짧아서 광학현미경으로는 관찰할 수 없었던 바이러스 등의 미생물까지도 선명하게 관찰할 수 있다.
최근의 전자현미경은 수백만배까지 상을
확대해서 관찰할 수 있고, 결정 내의 원자배열까지 판별할 수 있으므로 생물학·의학·공학 등 넓은 분야에 걸쳐 이용되고 있다.
**전자현미경의 한계**
우리 눈이 현미경처럼 아주 작은 것까지도 볼 수 있다면 어떨까. 애인의 손과 얼굴에
득실거리는 세균을 보고서도 손을 잡고 볼에 키스를 하고 싶은 생각이 들까.
전자현미경보다 성능이 월등한 현미경이 개발된다면 물질의 기본이
되는 원자나 원자 안에 있는 원자핵과 그 주위를 돌고 있는 전자까지 보는 것이 과연 가능할까.
많은 과학자들이 그것은 불가능하다고
말한다. 우리 눈이 감지할 수 있는 가시광선의 파장이 원자의 크기보다 크기 때문이다.
이는 난파선에서 겨우 작은 널빤지를 붙들고 구조선을
애타게 기다리는 사람이 높은 파도의 골 속에 파묻혀 있다면 구조선이 그 사람을 발견하기 어려운 이치와 비슷하다.
만일 원자의 크기보다
작은 파장을 충분히 감지할 수 있는 눈을 가졌다면 원자를 보고 또 원자핵을 보는 것도 가능하다.
몇몇 과학자들은 원자핵과 다음 원자핵의
사이는 텅 빈 공간이라고 할 수 있는데 그 사이를 비집고 다니는 광선을 우리가 감지한다면 투시력이 생기는 것과 같은 효과가 있다고
말한다.
그렇게 되면 우리 살갗마저도 속이 들여다 보여, 몸 속의 내장은 물론이고 몸 뒤에 있는 물건도 볼 수 있는 투시력을 갖게
된다.?