장인은 도구를 가린다! 현미경도 가릴까? (2)

현미경의 종류를 진짜 진짜로 알아보자!

지난번 광학현미경에 대해 포스팅하였는데, 이어서 무려 진공!에서 작동한다는 전자현미경에 대해 알아보도록 하겠다. 역시 힘들여서 쓰고 나니 광학 현미경이 눈 앞에 훤하다.. 땀 흘리지 않은 자.. 기억하지도 말라 이런 건가? 흙흙

 

2. 전자 현미경

전자현미경(electron microscope)은 cell이나 그 내의 구조물을 관찰하기 위해 전자를 사용한다. 전자석이 렌즈의 기능을 하고 전체 시스템이 진공에서 작동한다. 또한 사진기가 장착되어 있어서 electron micrograph 촬영이 가능하다. 일반적으로 투과와 주사전자 현미경이 사용된다.

 

Figure 1. electron microscope

 

투과 전자 현미경 (electron microscope, TEM)

투과 전자 현미경은 cell과 그 구조를 매우 높은 배율과 해상력으로 관찰할 수 있다. 특히 해상력이 광학 현미경보다 매우 크기 때문에 분자 수준까지 관찰이 가능하다. 광학 현미경의 해상력은 약 0.2μm (0.9^-9m)인데 TEM의 해상력은 무려 1000배정도인 0.2nm이다. 때문에 단백질, 핵산 등과 같은 분자도 관찰할 수 있다.

하지만? cell의 외부만을 관찰하는 것은 쉽지만 가시광선과 달리 전자는 투과성이 약하기 때문에 단일 cell조차 전자가 투과하기 어렵다.. 관찰할 때는 마음대로지만 보이는건 아니란다. 그래서 안정화 되어있는 얇은 thin sections이 필요하고 영상화를 위해선 염색과정도 필요하다.

즉, 한 개의 bacteria cell의 내부를 관찰하려면 아주 얇게(20~60nm) 자른 후 TEM으로 관찰해야 하는 것이다.

대비차를 주기 위해 염색 과정을 거칠 때, 표본을 osmic acid, permanganate, uranium, lanthanium, lead salt 등의 염료로 처리한다. 이들은 원자량이 큰 원자들로 구성되어 있어서 전자 산란 능력이 매우 좋다. (온전한 세포 or 구성 성분을 negative staining을 이용해 TEM으로 관찰할 수도 있다.)

 

광학 현미경보다 큰 해상력? Why!

전자의 파장이 가시광선의 파장보다 훨씬 짧고, 해상력에 파장이 영향을 미치기 때문!

 

 

주사 전자 현미경 (scanning electron microscope, SEM)

주사 전자 현미경을 사용할 때는 표본을 금과 같은 얇은 중금속 막으로 코팅한다. 전자빔이 표본을 앞뒤로 스캔할 때, 금속 코팅에서 산란된 전자를 가지고 수상기 화면에 투사하여 영상을 만들어내기 때문이다. 상대적으로 매우 큰 표본도 관찰할 수 있고 depth of field(고도의 초점을 유지하고 있는 영상의 높낮이)가 매우 뛰어나다.

 

Figure 1. TEM으로 관찰한 분열 중인 bacteria cell

 

Figure 2. 왼:negative stained molecules of hemoglobin (TEM), 좌:bacteria cells (SEM)

 

추가로 전자 현미경 영상은 본래 흑백 영상이다. 컴퓨터로 조작해 영상을 컬러화 시키는 것 뿐! 컬러를 입힌다고 해서 영상의 해상력이 향상되지는 않는다. 역시 science is art..!

 

마무리를 어떻게 해야할까..?