역사와 전통의 인류 100대 발명품, 현미경

역사와 전통의 인류 100대 발명품, 현미경

미세한 물체를 재물대 위에 올려놓고 대물,대안렌즈를 통해 관찰하면 새로운 세상이 보였다. 이러한 마술 같은 일은 바로 1670년 네덜란드의 안토니 반 레벤후크와 로버트 후크에 의해 가능해질 수 있었다.

중학교 실험시간을 떠올려보자. 양파껍질을 공룡으로 보이게 만들고, 면봉으로 입천장에서 때어낸 눈에 보이지 않는 세포의 존재를 확인시켜주던 기구는? 바로 현미경이다. 미세한 물체를 재물대 위에 올려놓고 대물 대안렌즈를 통해 관찰하면 새로운 세상이 보였다. 이러한 마술 같은 일은 바로 1670년 네덜란드의 안토니 반 레벤후크와 로버트 후크에 의해 가능해질 수 있었다.

이 이론을 의학에 적용한 것이 MRI 촬영장치인데, MRI 촬영장치를 개발하는데 기여한 미국 일리노이대 폴 로터버(Paul C. Lauterbur) 교수와 실용화에 기여한 영국 노팅엄대 피터 맨스필드(Peter Mansfield) 교수 역시 2003년 노벨 생리, 의학상을 수상했다.

이제는 실험에 사용되는 것이 너무나도 당연하게 느껴지는 기구지만, 현미경은 과학에 혁명적 변화를 가져온 일등공신이다. 사람의 눈 수정체로는 0.1mm 이하를 보기 힘들기 때문에 아주 오래전부터 인류는 0.1mm 보다 작은 사물 위에 렌즈를 놓고 확대해 보기 시작했다. 인류가 언제부터 유리와 같은 물체를 구면으로 다듬어 사용했는지는 알 수 없으나 렌즈에 대한 기록은 AD 1000년경인 그리스, 로마 시대부터 등장한다. 현재의 현미경과 같이 여러 렌즈를 사용한 기구를 발명한 사람은 1590년대의 네덜란드 과학자 얀센과 존으로 망원경의 형태를 한 이 현미경은 주로 해양탐사를 위해 사용됐다. 작은 물체를 확대하는 기능을 가진 현미경은 1590년에 네델란드의 젠센에 의해 최초로 발명되었고, 1668년 이탈리아의 캄피니는 현미경의 초점 조절 장치를 개발했으며, 1660년 네덜란드의 과학자 레벤후크는 최초로 현미경을 사용하여 박테리아를 관찰했다. 레벤후크가 만든 270배율의 현미경은 미생물과 인간의 혈구를 연구하는데 가장 좋은 것이었다. 이어 1670년, 레벤후크와 로버트 후크는 렌즈의 배율을 결정짓는 것이 짧은 초점거리라는 것을 발견하고 현대 현미경의 모태인 후크 망원경을 발명한다. 이후 광학현미경은 발전의 발전을 거듭해 빛이 그림자를 만들지 않고 굴절하는 최대 범위인 200 나노미터까지 도달했다. 결국 200나노미터 이하의 세상을 들여다보려면 빛에 기대지 않는 현미경이 필요했는데, 1924년 전자가 발견되면서 그 가능성이 나타난다. 빛이 아닌 전자의 파동성을 이용한 전자현미경은 인류 100대 발명품으로 손꼽힐 만큼 획기적인 것이다.

1924년 프랑스의 루이스 박사가 전자파동설을 제안한다. 이어 1926년 독일의 한스 부쉬가 전자에 대한 자계의 렌즈작용을 이론화 시킨다. 최초의 전자 현미경은 이러한 과정 속에서 탄생한다. 1931년 독일의 물리학자 에른스트 루스카와 막스 크놀은 수백 배에 불과한 비율을 가진 전자현미경을 개발했으나, 이 현미경의 배율이 10만 배 이상으로 개량되기 까지는 얼마 걸리지 않았다. 이렇게 탄생한 전자현미경은 바이러스성 질환과 다른 광범한 문제의 연구를 크게 촉진시키게 된다.
현미경에는 유리렌즈를 사용하고 가시광선을 광원으로 사용하는 광학 현미경과, 마그네틱 렌즈를 이용하고, 파장이 짧은 전자를 광원으로 사용하는 전자현미경이 있다. 광학 현미경은 가시광선을 광원으로 사용하는 대신 총천연색, 즉 칼라로 물체를 관찰할 수 있으나, 전자를 광원으로 사용하는 전자현미경의 경우는 흑백으로만 사물을 관찰할 수 있다. 현재 현미경은 생물학, 의학, 화학, 재료학, 고고학 등 무수한 분야에서 사용되고 있다. 또한 오늘날에도 현미경은 극미량의 소자를 측정할 수 있는 나노 현미경, 암전이 현상을 쉽게 발견할 수 있는 단백질 측정 현미경 등으로 끊임없이 변신을 계속하고 있다.

⊙ 안지선 기자 happygsun@naver.com