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| 전자현미경 원자까지 본다 | 2003.10.29 | ||
작성자  김남수 |
조회수 683 |
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| 전자현미경 원자까지 본다 세계 최고급 투과전자현미경 실리콘 반도체 원자 낱낱이... 투과력 좋아 뇌세포 연구 도움 반도체.나노분야서 활약 기대 인간은 미시세계의 어디까지 볼 수 있을까. 원자의 크기는 평균 0.1나노미터(㎚, 1㎚는 10억분의 1m). 만일 바늘 굵기의 1㎜를 10㎞로 1천만배나 잡아늘일 수 있다면, 원자는 겨우 1㎜ 크기가 된다. 이처럼 극도로 작은 미시세계 안을 들여다보기 위해선, 수십억 광년 떨어진 먼 우주를 바라보기 위해 특수한 우주망원경을 동원하듯이, 초정밀 전자망원경이 필요하다. 세포, 박테리아, 분자의 관찰자였던 전자현미경은 점차 사람이 볼 수 있는 마지막 영역일지 모를 원자 세계의 관찰자로 발돋움하고 있다. 빛으로 물체를 보는 광학현미경은 현재 3천배율 이상은 불가능하다. 지난 17일 시험평가를 마친 한국기초과학지원연구원(기초연)의 세계 최고급 투과전자현미경(TEM)이 찍은 실리콘 반도체 원자 사진이 〈한겨레〉에 처음 공개됐다. 이 사진은 기초연이 일본에서 도입해 구축한 1천만배율의 투과전자현미경 성능을 평가하기 위해 찍은 것으로, 실리콘 반도체의 원자 하나하나가 정렬한 모습을 보여준다. 실리콘 반도체는 이 사진에서 낱낱의 원자들이 매우 뚜렷한 모습으로 규칙적으로 정렬한 모습을 드러냈다. 그러나 보는 각도에 따라 실리콘 원자들은 전혀 다른 배열 구조를 지닌 것으로 확인됐다. 원자 2개가 마치 쌍을 이룬 ‘아령’의 모습(사진1)을 띠기도 하며, 다른 각도에선 ‘바둑판’ 또는 ‘벌집’(사진2)의 배열 구조를 지닌 것으로 나타났다. 원자가 3차원 공간에서 어울린 모습이다. 사진에서 검은 곳은 원자가 있는 자리를, 흰 곳은 빈 공간을 나타낸다. 김윤중 기초연 책임연구원(전자현미경팀)은 “원자 낱낱의 배열을 이 정도로 확연히 볼 수 있는 것은 현재 개발된 장비 가운데 최첨단의 수준”이라고 말했다. 이확주 한국표준연구원 책임연구원은 “그동안 막연히 이해돼온 원자 구조의 실제 모습을 더욱 분명하게 관찰할 수 있어, 앞으로 나노기술 연구에서 원자 수준의 새로운 발견이 잇따를 것으로 기대된다”고 말했다. 또다른 사진은 나뭇가지 모양을 한 조롱박쥐의 뇌 세포를 원형 그대로 보여준다(사진3). 지금까지 뇌세포는 대략 0.2마이크로미터(㎛·1㎛는 100만분의 1m) 두께로 얇게 잘라야 관찰할 수 있었으나, 이번에 촬영한 투과전자현미경은 투과력이 뛰어나 뇌세포를 원형의 두께 그대로 둔 상태에서 내부까지 볼 수 있다. 기초연 쪽은 “치매 환자의 손상된 뇌세포를 비롯해 신경세포의 미시 구조를 해명하는 데 획기적 전기가 될 것”이라고 말했다. 이 투과전자현미경은 앞으로 차세대 반도체 소자 개발, 고온초전도체·고강도 등 신물질 개발, 뇌세포 연구, 단백질 구조 분석 등 나노 분야에서 활약할 것으로 기대되고 있다. 전자현미경은 빛 대신에 전자를 통해 물체를 인식한다. 물체가 가시광선의 파장보다도 더 작은 분자·원자 크기라면 가시광선으론 볼 수 없기 때문에, 파장이 훨씬 짧은 전자를 대신 쏘아 물체를 식별하는 것이다. 광학렌즈로 빛을 모아 형상을 보듯이 전자들은 전자석을 이용한 ‘전자렌즈’를 통해 한곳에 모여 형상을 만들어낸다. 특히 전자의 속도가 빠를수록 파장이 짧아져 해상도가 높아지므로, 전자현미경의 성능은 초고전압을 걸어 전자의 속도를 높이는 쪽으로 발전해 왔다. 이번에 국내에 구축된 투과전자현미경은 1300킬로볼트(㎸)급이다. 현미경은 앞으로 어느 수준까지 미시세계를 볼 수 있을까. 이확주 연구원은 “전자현미경은 앞으로도 더 배율을 높여 원자의 형상을 더 자세히 살필 수 있겠지만, 전자들에 둘러싸인 원자 안을 들여다보는 것은 원천적으로 불가능하다”고 말했다. 용의 머리처럼 보이는 파리 발바닥(사진), 오리 형상을 한 세포 등…. 전자현미경이 포착한 기묘한 미시세계의 영상들이 과학의 호기심을 자극하는 또하나의 ‘과학문화’로 자리잡고 있다. 지난 8월 대한민국 과학축전에 곤충과 미생물의 작은 세계를 담은 사진들이 전시된 것을 비롯해, 전자현미경 영상은 여러 과학 행사의 단골 메뉴가 되고 있다. 해마다 국내의 전자현미경 사용자들이 연구 과정에서 우연히 얻은 독특한 장면의 사진을 겨뤄 상을 주는 행사도 정례화됐다. 박창현 전자현미경학회 기술이사는 “1958년 국내에 전자현미경 1대가 처음 들어온 이래 1980년대에 크게 퍼지면서 이제는 ‘사이언스 아트’라는 이름까지 얻었다”며 “연구 목적 외에 청소년들의 과학 호기심을 돋우는 구실도 다하고 있다”고 말했다. 현재 국내엔 1천여대의 전자현미경이 연구기관, 대학과 극히 일부이지만 고등학교에 도입돼 사용자가 크게 늘었다. 인터넷에서도 전자현미경 사진이 퍼지고 있다. 전자현미경기술연구회(ksemt.com), 세포형태연구소(bioem.com), 현미경세상(microscope.wo.to) 등 사이트는 전자현미경 사진을 싣고 있다. 현미경세상의 운영자 민병운(한솔과학 직원)씨는 “마니아라 부를 만한 층은 아직 없지만 학생들을 중심으로 관심이 무척 높다”고 말했다. 대전/오철우 기자 cheolwoo@hani.co.kr (한겨레신문28면) | |||
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