현미경의 역사

현미경의 역사

■ 현미경의 발명

현미경이란 크기가 너무 작아 맨눈으로 식별하기 어려운 물체 또는 생물체를 확대하여 자세히 관찰하기 위해서 만든 실험 도구를 말합니다. 옛날부터 사람들은 맨눈으로 볼 수 있는 것보다 더 작은 것을 보고 싶어 했습니다. 유리 또는 렌즈를 이용해 물질을 확대하는 지식은 이미 고대 그리스의 아르키메데스(Archimedes, 기원전 287~212) 때에도 알려져 있었지만, 실제로 현미경을 발명하기까지는 수많은 시간이 필요했습니다. 초기의 간단한 현미경은 한 개의 렌즈로 되어 있었는데, 이는 단지 6~10배 확대하는 정도였습니다. 스위스의 의사인 게스너는 현미경을 가장 작은 물체를 관찰하기 위한 렌즈라고 하면서, microscopia라는 이름을 붙이기도 하였습니다. 

■ 현미경의 발전

여러 가지 렌즈를 이용한 최초의 현미경은 1590년경 네덜란드의 미들부르크에서 안경을 만드는 일을 하던 얀센 부자에 의해 만들어졌습니다. 얀센 부자가 만든 현미경은 세 개의 관과 두 개의 렌즈를 이용하여 망원경의 형태로 만들어진 것으로 접었을 때에는 3배 정도 확대가 되고 관을 최대로 펴면 10배 정도 확대시켜 볼 수 있었습니다. 이 현미경의 접안렌즈에는 양면이 볼록한 렌즈를, 대물렌즈에는 한 면만 볼록한 렌즈를 사용했다고 합니다. 이 현미경은 주로 해양 탐사에 이용되었습니다. 

▲ 얀센 부자가 만든 최초의 현미경(출처: 에듀넷)

물체를 확대하여 관찰하는 데 있어서 획기적인 발전을 이루어 광학현미경의 아버지로 불리는 사람은 1660년경 네덜란드의 직물상이자 발명가인 안톤 판 레벤후크(Anthony van Leeuwenhoek, 1632~1723)입니다. 그는 초등 교육밖에 받지 못했지만 친척에게서 수학과 물리의 기초 원리를 배우고, 꾸준한 연구를 통해 광학현미경의 아버지이자 미생물의 아버지로 불리는 사람입니다. 레벤후크의 현미경은 구리로 만들어졌고 유리구슬을 이용한 단순 현미경으로 엄지손가락보다 약간 큰 정도의 작은 크기였습니다. 그러나 당시에 존재하던 다른 어떤 현미경보다도 분해능이 뛰어나 배율이 273배나 되었습니다. 레벤후크의 현미경은 작은 유리 구슬을 갈아서 두 개의 구리판 사이에 끼운 형태로, 현미경을 사용하는 사람이 유리 구슬을 조절해 초점을 맞출 수 있도록 구리판에 나사를 설치하였습니다. 

▲ 안톤 판 레벤후크와 그가 개발한 현미경(출처: 에듀넷)

현미경을 사용해서 처음으로 세포를 관찰한 사람은 로버트 훅(Robert hooke, 1635~1703)으로, 이로 인해 현미경이 유명해지기 시작했다고 볼 수 있습니다. 1665년 로버트 훅이 만든 현미경은 램프로 불을 켠 후 일차적으로 물을 넣은 둥근 플라스크로 빛을 모은 후 다시 볼록렌즈로 빛을 모아 시료에 비추는 형태였습니다. 그는 이 현미경으로 코르크 조직을 관찰하여 그 조직이 벌집과 같은 작은 방으로 이루어졌음을 발견하고, 이를 ‘세포(cell)’라고 이름을 붙였습니다. 훅은 1665년 ‘마이크로그라피아(Micrographia)’라는 책에서 달 표면의 분화구, 바늘, 면도칼, 섬유 등 다양한 주제에 대해 확대경으로 본 모습을 보여 주기도 하였습니다. 

▲ 로버트 훅과 그가 사용한 현미경(출처: 에듀넷)

레벤후크는 로버트 훅과 함께 지금의 현미경의 모태인 후크 망원경을 발명하여 식물 세포를 비롯하여 치아 속에 있는 박테리아, 연못에 사는 작은 생물 등 여러 가지 생물의 모습을 관찰하고 기록하였습니다. 이때부터 그 동안 알지 못했던 새로운 미생물의 시대가 열리게 되었습니다. 

레벤후크와 훅 이후에는 현미경의 배율을 올릴수록 물체가 흐리게 보여 고배율 관찰이 어려운 한계를 극복하기 위해서 많은 학자들의 노력이 이루어졌습니다. 이 과정에서 현미경의 렌즈와 광원 장치가 개선되었지만 이러한 노력에도 빛을 이용하는 광학 현미경의 배율을 무한정 올릴 수는 없었습니다. 

이와 같은 광학 현미경의 한계점을 극복하기 위하여 발명된 것이 전자 현미경입니다. 전자 현미경은 1931년 독일의 막스 놀(Max Knoll, 1897~1969)과 에른스트 루스카(Ernst Ruska, 1906~1988)에 의해 처음으로 개발되었습니다. 이 현미경은 최초의 투과 전자 현미경(TEM;Transmission Electron Microscopy)으로 공식적으로 발표된 바에 따르면 17.4배까지 확대할 수 있었다고 합니다. 놀과 루스카는 광학 현미경의 배율보다 배율이 더 낮은 자신들의 현미경을 전자현미경이라고 부르면 남들이 쇼맨쉽이라고 놀릴 것으로 생각되어 자신들의 발명품을 전자 현미경으로 부르지 않기로 결정하기도 했다고 합니다. 최초의 전자 현미경을 만들고 난 후, 낮은 배율에 실망한 그들은 전자 현미경의 배율을 높이기 위해 많은 노력을 기울였으며 루스카는 전자 현미경을 발명한 공로와 끊임없는 성능개선에 기여한 공헌을 인정받아 1986년 80세의 나이로 노벨 물리학상을 수상하였습니다.

놀은 1935년 현재의 주사 전자 현미경(SEM;Scanning Eelectron Microscope)과 유사한 것을 만들기도 했습니다만 최초의 주사 전자 현미경은 1937년 벨기에의 맨프레드 폰 아드네(Manfred von Ardenne, 1907-1997)에 의해 개발되었습니다. 이 현미경은 1944년 베를린 공습 때 파괴되었고, 제 2차 세계 대전 이후에는 폰 아드네가 전공 분야를 바꾸어 더 이상 전자 현미경 개발에 관여하지 않았다고 합니다. 

전자 현미경을 이용하여 처음으로 생물 시료를 촬영하는 데 성공한 것은 1934년 벨기에의 말톤(L. Marton)입니다. 그는 끈끈이 주걱의 잎을 얇게 잘라서 450배 정도로 관찰하였는데, 지금 그 사진을 보면 무엇인지 알아보기 어렵지만, 당시로서는 매우 획기적인 사건이었습니다. 

이후 전자 현미경의 분해능을 높이기 위한 많은 노력이 이루어져서, 현재에는 단단한 외피를 갖고 있는 곤충을 살아있는 채로 관찰할 수 있는 전자 현미경과 백만분의 1mm 크기인 원자를 관찰할 수 있는 전자 현미경도 개발되었습니다.

[자료출처: 에듀넷]