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안경, 망원경 등과 같이 특정 물체를 확대해서 볼 수 있는 기계. 육안으로 확인하기 힘들 정도로 미세한 물체(근육조직이나 세포 등)을 보는 데 쓰는 물건이다.
학교 및 연구소, 병원 등지에서 교육/연구/치료 목적으로 사용하고 있다.
목차
1 기원
여러 문헌에서 자하리아스 얀센(Zacharias Janssen, 1580~1638), 갈릴레오 갈릴레이(Galileo Galilei, 1564~1642), 안톤 판 레이우엔훅(Antonie van Leeuwenhoek, 1631~1723) 등을 현미경의 최초 발명자로 거론한다. 얀센은 렌즈를 처음으로 개발한 사람으로 알려져 있고, 레이우엔훅은 현대의 현미경과 가장 유사한 현미경을 만들어서 미생물을 세상에 최초로 알린 사람이다. 얀센이 렌즈를 개발한 지 수십 년이 지난 후 네덜란드의 레이우엔훅은 렌즈를 연마하는 방법과 금속을 세공하는 방법을 익혀, 눈으로 볼 수 없는 작은 물질을 볼 수 있는 현미경을 만들었다. 그가 만든 현미경은 40~270배까지 확대해 볼 수 있었다. 그는 제작한 현미경이 400개가 넘을 정도로 현미경 만드는 일에 빠져들었다. 단순히 무엇을 발명한 사실보다는 그 발명의 영향력을 중시하는 서양인들의 사고방식 때문인지 '현미경의 최초발명자'를 레이우엔훅으로 본다. 이러한 별명을 얻게 된 것은 그가 제작한 현미경이 대물렌즈와 대안렌즈를 이용한 것으로 오늘날의 현미경과 비슷한 모양을 하고 있기 때문이기도 하고, 최기 때문이기도 하다.
그는 자신이 만든 현미경으로 냇물이나 빗물과 같은 용액 속에 어떤 물질이 들어 있는지를 관찰하기도 하고, 정자 누구 꺼? , 곤충, 동물에서 얻은 각종 작은 물질도 관찰했다. 현미경을 만든 직후에는 시험 삼아 여러 종류의 물을 한 방울씩 떨어뜨려 놓고 관찰을 했다. 레이우엔훅은 이런 과정을 통해 세포의 존재를 처음 확인했으며, 최초로 원생동물을 비롯한 미생물의 존재를 알아냈다. 그는 자신의 연구결과를 널리 알리지 않았지만, 그의 연구결과를 네덜란드의 의사 레이니어르 더 흐라프(Reinier de Graaf, 1641~1673)가 알게 된다.
2 종류
빛을 이용한 현미경은 '광학현미경(optical microscope)', 전자를 이용한 현미경은 '전자현미경(electron microscope)'이라 하며, 전자현미경은 수 억 원이 넘는 고가의 현미경이다. 배율도 15,000배 뭐 이런 시시한 배율을 능가해서 아예 탄소 원자를 직접 보는 수준(...)에 이른다. 비싼 현미경은 대당 50억 원이 넘는 것도 있다.
형광을 볼 수 있는 형광현미경이라는 것도 있다. 그리고 당연한 얘기지만 매우 비싸다(...).
2.1 광학 현미경
이 항목 제일 위 그림에 나오는 현미경이다. 보통 사람들이 현미경이라고 하면 이 현미경을 떠올리고 실제로 전공자라도 대학원생이 되기 전엔 이 현미경만 만져보는 일도 허다하다. 현미경의 시초가 바로 이 광학 현미경이고 빛만 있으면 물체를 볼 수 있어서 물체 관찰에 큰 제약이 없다. 다만 전자 현미경과는 다르게 빛으로 물체를 보는 일이기에 일정 크기 이하(사용하는 빛의 파장)로 내려가면 아예 관찰할 수 없다. 배율은 1000배정도가 한계다. 초등학생들이 만지는 현미경이라고 별 기능 없을 줄 아는 사람이 많은데 비싼 거 사면 의외로 기능이 좋아서 갖가지 신기한 것들을 관찰할 수 있다. 종류로는 난자등의 큰 세포나 매우작은 생물을 보면서 조작할때 쓰는 실체현미경, 위상차를 이용해 입체적으로 볼수 있는 위상차 현미경, 컴퓨터에 연결해서 보는 usb현미경등 많다.
2.2 전자 현미경
현미경의 해상력은 빛의 파장에 의해서도 결정되는데, 이때 우리가 사용하는 광학현미경의 가시광선의 파장으로는 일정 수준 이상의 해상력을 얻을 수 없다. 그래서 빛 대신 전자를 통해 상을 얻는 현미경이 전자 현미경이다. 전자현미경은 일상에서 볼 수 있는 양자역학의 산물이라고 할 수 있는데, 전자현미경이라는 것이 가능한 이유 자체가 물질파 이론에 의해 전자가 파동성을 갖기 때문이다. 이 전자의 파장은 기존 광학현미경에 사용되는 가시광선의 파장보다 매우 짧기 때문에 좋은 전자현미경의 경우 원자까지 보는 것이 가능하다.
전자 현미경은 주사 전자 현미경(Scanning Electron Microscope, SEM)과 투과 전자 현미경(Transmission Electron Microscope, TEM)으로 나뉜다. 우리가 전자 현미경이라면서 보는 표면 사진은 주사 전자 현미경(SEM)으로 보는 것이다. TEM은 일반적인 현미경처럼 박편을 만들어서 관찰하는 것이다.
2.2.1 주사 전자 현미경(SEM)
SEM의 경우 전자빔을 쏘아 반사된 전자를 관측하는 장비이다. 금속은 전자를 잘 반사하므로 밝게 보이지만, 산화물은 전자를 쏘면 안에 들어가 나오지 않으므로 우리가 볼 수 없어 어둡게 보인다. 그래서 일부러 금속 코팅을 따로 해주기도 한다. 표면 관측에 사용되며, 이 정도까지는 배율로 표시한다.
2.2.2 투과 전자 현미경(TEM)
표면을 통과한 전자를 관측하는 장비이다. 따라서 전자가 통과할 수 있게 매우 얇게 시편을 제작해야 한다. 매우 힘들지만,[1] 일단 시편을 만들면 시편의 원자 레벨까지 볼 수 있어, 원자의 배열이 흐트러졌는지까지 확인할 수 있다. 그래서 반도체 공정에서는 결정 구조가 원하는 대로 이루어졌는지를 파악하는 데에 주로 이용한다. 2009년 무렵부터 그래핀을 촬영하여 탄소원자를 찍을 수 있게 되었다. 탄소를 찍을 수 있어서 그래핀을 찍었다기보다, 그래핀이 있어서 탄소 원자를 찍을 수 있게 되었다고 보는게 맞다.[2] 같은 원리로 질화붕소를 이용하여 질소와 붕소 원자도 찍을 수 있게 되었다.
2.3 주사 탐침 현미경(Scanning Probe Microscope, SPM)
전자 현미경과는 다르게 매우 작은 탐침(Probe)를 이용하여 시료의 표면을 관측하는 장비로, 현미경의 분류 안에서는 그 역사가 가장 짧다. 탐침을 주사한다는 의미에서는 같으나 관측하는 방식에 따라 크게 주사 터널링 현미경(Scanning Tunneling Microscope, STM)과 원자간 힘 현미경(Atomic Force Microscope, AFM. 줄여서 원자현미경이라고 칭하는 경우도 종종 있다)으로 나뉜다.
2.3.1 주사 터널링 현미경(STM)
일정 거리 이하가 되면 전자가 터널링 효과를 통해 허공을 가로지른다(...) 이 때 약한 터널링 전류가 흐르게 되며, 이 전류를 검출해 원자(!) 단위까지 볼 수 있도록 하는 장비이다. 전류를 검출해야 하기 때문에 도체에만 사용할 수 있다. 일정 높이 방식과 일정 전류 방식이 있으며, 일정 전류 방식이 더 복잡하고 비싸다. 흔히 원자 현미경이라 부르는 것 중 하나.
2.3.2 원자간 힘 현미경(AFM)
주사 터널링 현미경이 도체에만 적용 가능해서 만들어진 장비로, 무려 반 데르 발스 힘을 이용해 원자를 관찰한다.(...) 그냥 NMR 쓰라고 당연히 부도체에도 사용할 수 있으며 현미경 팁이 표면을 긁으며 측정하는 Contact mode, 현미경 팁이 표면을 두드리며 측정하는 Tapping mode,[3] 앞서 설명했듯이 팁과 원자간의 반 데르 발스 힘을 이용하여 측정하는 Non-contact mode가 있다.
2.3.3 격자 시트광 현미경(Lattice light-sheet Microscope)
세포내에서 벌어지는 생명현상을 세포 손상 없이 보다 높은 해상도로 관찰할 수 있는 새로운 종류의 현미경.
개발자인 에릭 베치그(Eric Betzig)는 관련 논문으로 노벨 화학상을 수상하였는데 아기 유모차를 밀다가 떠오른 논문이라고 한다(...) 근데 당사자는 공돌이라 화학을 전혀 모르지만 원래 물리학을 공부한것이 분자간의 거리를 어떻게 측정하느냐에 대한 아이디어에 도움이 되어 논문을 낼 수 있었고 그 아이디어를 구현한 palm이라는 현미경까지의 업적 때문에 수상했다고 한다.(여러분 물리를 합시다 물리를!) palm이라는 현미경도 성에 차지 않아 좌절하다가 같은 연구소 동료인 맷 구스타프손 (Mats Gustafsson)이 시작했던 SIM microscope를 만드는 프로젝트를 맷이 사망 후 인계 받아 업그레이드 시켜 격자 시트광 현미경을 완성시켰다. 그러니까 노벨 화학상은 원래 물리학을 공부했었던 현미경 공학 덕후의 꿈을 위한 현미경 개발에 대한 아이디어 그리고 구현을 통한 화학적 기여로 수상된 셈이다. 마침내 에릭 베치그와 함께 연구했던 사람들은 세포의 복잡성과 역동성을 실시간으로 관찰할 수 있는 도구를 생물학자들에게 선사해주었다. 사이언스 논문 [1] 아버지와 하던 사업이 망하고 둘이서 출근하는 척 하기도 하면서 고생을 많이 했었다고 한다. 노벨상 수상 이후로 밀려드는 강연 요청 때문에 본인의 행복에 지장이 많다고... 관심이 있는 사람은 인터뷰를 참고 하자
궁극적 목표는 분자생물학과 세포생물학의 통합이라더라