[일반생물학실험]현미경의 종류, 구조, 기능 및 세포의 길이 측정 1부

실험 목적

현미경에 대한 전반적인 지식 및 사용법을 습득하고, 양파세포를 관찰하고 길이를 측정한다.

실험 이론 및 원리

1. 현미경

생물체는 매우 미세한 구조로 육안만으로 구별하는 것은 매우 곤란하므로 그 자세한 짜임새를 알기 위해서는 확대를 위한 보조기구를 사용해야 한다. 현미경은 광학 렌즈를 이용하여 물체의 구조를 확대시켜 그 해상력을 증대시켜 주는 기구로써 미세구조를 밝히는 데 가장 중요한 기구이다.

 

2. 현미경의 종류

1) 광원의 위치에 따른 분류

① 정립현미경(up-light microscope)

일반적인 모양의 현미경이다.

② 도립현미경(down-light microscope, inverted microscope)

대물렌즈가 표본의 아래에 위치한다.

2) 기능에 따른 분류

① 광학현미경(light microscope = optic microscope)

표본에 비추어진 빛이 대물렌즈에 의해 확대된 실상을 맺고, 이것을 대안렌즈에 의해서 재확대하는 장치로, 일반적으로 현미경이라고 할 때는 이것을 가리킨다.

② 입체현미경(stereoscopic microscope)

두 대물렌즈의 배율이 서로 다르며, 표본의 평면, 측면, 높이 등 입체적 관찰이 가능하여 고체성 물질의 세부 구조를 대략 관찰할 수 있다.

 

광학현미경

입체현미경

③ 형광현미경(fluorescent microscope)

파장이 짧은 자외선(400nm 이하)을 사료에 비추면 형광을 발하는 원리를 이용하여, 시료에 형광물질(형광 색소)을 처리한 후 관찰하는 방법으로 병원에서 면역검사에 많이 이용되고 있다.

④ 위상차현미경(phase contrast microscope)

배경의 빛은 차단되고 물체가 발하는 빛(발광)만을 뚜렷이 관찰 가능하다.

 

형광현미경

위상차현미경

⑤ 편광현미경(polarization microscope)

빛의 편광을 이용하여 분자구조가 상이한 분자들을 관찰 시 이용한다.

⑥ 해부현미경(dissecting microscope)

상의 실체(실물)를 보여주지만 고배율 관찰에는 한계가 있다.

 

편광현미경

해부현미경

⑦ 전자현미경(electron miscroscope)

전자현미경에서는 광학현미경과는 달리 유리렌즈 대신에 자기렌즈(마그네틱 렌즈)를 이용하고, 광원은 가시광선 대신에 파장이 짧은 전자를 이용한다. 따라서 전자현미경에서는 컬러상을 관찰할 수 없고 흑백상을 관찰하게 된다. 전자의 흐름을 이용하기 때문에 높은 해상력과 배율을 가진다.

SEM

 

3. 현미경의 구조

1) 광학적 장치(optical part)

① 대안렌즈(ocular lens)

대물렌즈에 의하여 만들어진 상을 더욱 확대하는 작용을 한다. 현미경 대안렌즈 경통에는 2개의 렌즈가 들어있다. 눈과 가까운 렌즈는 눈렌즈, 아래쪽은 집광렌즈로서, 조리개를 통하여 렌즈의 수차를 제거함으로써 시야의 밝기를 결정한다. 보통 10배의 배율이다.

② 대물렌즈(objective lens)

경통의 최하단에 있는 대물렌즈 교환기(revolver)에 결합되어 있는 렌즈로서, 물체를 1차적으로 확대시킨다. 보통 4, 10, 20, 40, 100배의 배율을 가진다.

③ 집광기(condenser)

23개의 blue lens를 연합시킨 것으로서, 재물대의 중앙의 구멍으로 광선을 모으는 장치이다.

④ 조리개(diaphragm)

들어오는 빛의 양을 조절(해상력, 초점, 심도, contrast 조절)한다.

⑤ 여광판(light filter)

광원에서 나오는 광선의 조성을 변경시킬 경우에 쓰이는 것으로 가장 간단한 것은 색이 들어있는 유리판을 사용한다.

⑥ 광원(light source)

빛을 내는 장치이다.

2) 기계적 장치(mechanical part)

① 경각(base)

U자 또는 V자형으로 현미경 전체를 지탱하는 가장 밑 부분이다.

② 손잡이(arm)

경각의 뒷부분에 경각에 대하여 수직으로 서있으며 현미경의 여러 부분을 지탱하는 역할을 한다.

③ 재물대(stage)

관찰할 표본을 올려놓는 수평판이다.

④ 경통(body tube)

금속성 원통으로 위 끝에는 대안렌즈를, 아래 끝에는 대물렌즈를 달 수 있게 되어있다.

⑤ 조준 장치(focusing adjustment)

대물렌즈와 물체 간의 거리를 조절하여 선명한 상을 얻을 수 있게 하는 장치로 조동나사와 미동나사가 있다.

⑥ 대물렌즈 교환기(revolving nose-piece)

배율이 다른 렌즈를 바꿀 필요가 있을 때 대물렌즈를 손쉽게 바꾸는 장치로 경통의 하단에 달린 것으로서, 각기 배율이 다른 대물렌즈를 여러 개 끼워 놓고 필요로 하는 렌즈가 광선과 일치하도록 돌려가며 조정한다.

4. 현미경의 기능

1) 해상력(분해능, resolving power)

서로 인접한 두 점을 구별할 수 있는 렌즈의 능력, 즉 관찰하는 표본의 구조를 자세히 볼 수 있는 능력을 해상력(解像力: 분해능)이라 한다. 이것은 현미경의 성능을 좌우하는 조건의 하나이며, 주로 대물렌즈의 성능에 의하여 결정된다. 따라서 대물렌즈와 대안렌즈와의 조합에 의하여 아무리 배율을 증가시키더라도, 대물렌즈의 성능이 나쁘면 단순히 흐릿한 상이 확대될 뿐, 미세한 구조의 식별은 되지 않는다.

 

2) 구획력(definiting power)

윤곽이 뚜렷한 상을 맺게 하는 능력으로 대물렌즈의 성능에 의해 결정된다.

 

3) 배율(magnification)

현미경의 확대능력, 즉 총배율(선배율)은 대물렌즈 배율과 대안렌즈 배율의 곱으로 계산된다.

 

5. 대물렌즈의 규격 표시

대물렌즈 표면에는 숫자들이 새겨져 있다. 예를 들어, 5대의 대물렌즈에는 50×, 0.42(또는 0.40)등의 숫자가 표시되어 있는데, 여기에서 50×는 대안렌즈 10배와 곱한 총배율을 말하며, 대물렌즈의 순배율, 즉 4×, 10×, 40× 등이 표시되기도 한다.

0.42, 0.40 등은 개구수(numberical aperture, NA)를 나타낸 것이며, 개구수가 클수록 해상력이 높다. 또한 작동거리(working distance)가 표시되기도 하며, 작동거리 7.00은 대물렌즈와 슬라이드 덮게유리(cover glass) 사이의 거리 7㎜란 뜻이다. 작동거리가 크면 더 넓은 부분을 관찰할 수 있지만 해상도는 낮아진다.

 

6. 현미경 취급 시 주의사항

1) 무리한 힘을 가하지 않는다.

2) 운반할 때 한 손으로 경주를 잡고, 다른 손으로 경각을 반드시 받친다.

3) 렌즈에 손을 대지 않는다.

4) 조동나사는 움직이는 범위가 크므로 받침 유리와 대물렌즈가 닿지 않도록 한다. 즉, 시료에 대물렌 즈를 가장 가깝게 접근시킨 후, 대물렌즈를 올리면서 초점을 맞춘다.

5) 처음에는 저배율로 관찰하고, 배율을 높이면서 보고자 하는 부위를 고배율로 관찰한다.

6) 대안렌즈와 대물렌즈를 함부로 분리하거나 분해하지 않는다.

7) 사용 후에는 대물렌즈는 최저 배율로 돌려놓고, 재물대는 가장 낮게 위치하게 한다.

 

7. 세포의 길이 측정

시야의 중앙에 있는 세포의 길이를 측정할 때에는 대안(혹은 접안)마이크로미터(ocular micrometer)와 대물마이크로미터(objective(or stage) micrometer)를 사용한다.

1) 대안(혹은 접안)마이크로미터(ocular micrometer)

대안마이크로미터는 작은 원형 유리판에 1㎝를 100등분하여 눈금을 새겨 넣은 것으로, 현미경의 대안렌즈(보통 10x) 경통 안에 삽입할 수 있다. 현미경에 보이는 상은 대안마이크로미터의 눈금과 겹쳐 보이게 하여, 원하는 사물의 크기(길이×폭)를 눈금의 수를 헤아려 측정할 수 있다.

대안마이크로미터의 한 눈금은 1㎝를 100등분하였으므로 0.1㎜이나, 대안렌즈에 의해 10배 확대되었으므로 실제로는 1㎜에 해당된다. 따라서 현미경의 배율이 정확하다는 전제하에서, 4× 대물렌즈일 경우는 1,000㎛÷총배율 40배=25㎛, 10×는 10㎛, 40×는 2.5㎛, 100×는 1㎛가 된다. 그러나 현미경의 배율은 현미경마다 다를 수 있으므로, 현재 사용하고 있는 현미경에서, 측정하고자 하는 배율의 대안마이크로미터 한 눈금 길이를 미리 계산하여 크기를 측정하는 것이 가장 정확하다.

 

2) 대물마이크로미터(objective(or stage) micrometer)

일반적으로 현미경 대물렌즈의 배율은 4×, 10×, 20×, 40×, 100×이며, 100× 렌즈에서는 해상도를 높이기 위하여 이머전오일(Immersion Oil)을 사용한다. 현재 사용하고 있는 현미경의 각 배율에서, 대안마이크로미터 한 눈금의 길이를 미리 계산하기 위해서는 대물마이크로미터를 이용해야 한다.

대물마이크로미터는 슬라이드 위에 일정한 길이와 간격으로 세밀한 눈금을 새겨 넣은 특수 받침유리이다. 전체 눈금의 길이는 보통 1㎜, 1㎝, 또는 5㎝이고, 이 길이를 1㎜ 단위로 정밀하게 구획한 후 재차 1㎜를 100개의 눈금으로 분할하였다. 즉, 대물마이크로미터의 최소단위 눈금 하나의 길이는 10㎛가 된다.

 

3) 세포의 크기 측정법

① 대안렌즈를 돌려서 대안마이크로미터와 대물마이크로미터가 평행이 되도록 맞춘다.

② 대물마이크로미터를 움직여서 왼쪽을 기준으로 이들 마이크로미터의 한쪽 끝을 정렬시 킨다.

③ 오른쪽 방향으로 대안과 대물마이크로미터의 눈금이 정확하게 일치하는 지점을 찾아, 이들의 눈금수 를 각각 센다.

④ 대물마이크로미터 1개의 눈금은 10㎛이므로, 일치하는 지점에서의 (대물 눈금의 수×10㎛)÷(대안 눈금의 수)=(대안마이크로미터 1개 눈금의 길이)이다.

⑤ 측정하고자 하는 시료의 길이 또는 폭에 해당하는 눈금수를 헤아려 크기를 계산한다.

 

8. 가설 설정

1) 저배율에서 고배율로 바꿀 때 어두워 질 것이다.

2) 광학현미경은 상하 반전과 좌우 반전이고 입체현미경은 반전이 없을 것이다.

3) 대물마이크로미터보다 대안마이크로미터가 세포의 길이를 특정하는데 더 용이할 것이다.

 

[Biology/일반생물학] -[일반생물학실험]현미경의 종류, 구조, 기능 및 세포의 길이 측정 2부