생물체를 연구하는 데 사용하는 전자현미경(electron microscope)에는 투과전자현미경과 주사전자현미경의 두 종류가 있다 아래 그림 왼쪽에서와 같이 주로 세포나 조직의 내부구조를 관찰하기 위하여 시료를 얇게 잘라서 만든 단면을 전자로 투과한 후 형광판에 상을 만드는 것이 TEM(투과전자현미경)이고, 오른쪽 그림과 같이 시료의 겉 표면 또는 부러뜨린 내부구조를 입체적으로 관찰하기 위하여 시료표면에 전자를 주사하여 얻어진 상을 CRT(음극선관, 요즘 학생들의 표현으로는 모니터)에 영상화 시킨것이 SEM(주사전자현미경)이다.

 

TEM과 SEM의 원리를 아래에 다시 정리하여 보았다.

TEM

투과전자현비경 transmission electron microscope은 광학현미경과 그 원리가 비슷하다.

전자현미경에서의 광원은 높은 진공 상태(1x10-4 이상)에서 고속으로 가속되는 전자선이다. 전자선이 표본을 투과하여 일련의 전기자기장 electromagnetic field 또는 정전기장 electrostatic field을 거쳐 형광판이나 사진필름에 초점을 맞추어 투사된다. 이 전자의 파장은 가속전압에 따라 다르며 흔히 사용되는 전압(100 KV)에서의 전자파장은 0.004nm이다. 광학렌즈 대신 사용되는 자기장 magnetic field은 불완전하며 개구수 numerical aperture가 없다. 따라서 전자현미경의 이론적 분해능(해상력)은 약 0.001nm이나 생물학적 표본에서 사용되는 분해능은 약 0.2nm(side entry), 0.14nm(top entry)이다.

최근에 고전압(500∼1,000KV)을 사용하는 투과전자현미경이 개발되어 비교적 두꺼운 조직표본도 투과할 수 있게 됨으로써 관찰이 가능해 졌으나 아직은 크게 활용되지 않고 있다.

전자현미경은 확대율과 해상력이 뛰어나 광학현미경으로 관찰할 수 없는 세포 및 조직의 미세한 구조를 관찰할 수 있으며, 단백질과 같은 거대분자보다 더 작은 구조도 볼 수 있다. 한편 이러한 특수구조를 설명하는 새로운 용어가 출현되기도 했다.

SEM

주사전자현미경 scanning electron microscope(SEM)은 보다 최근에 개발되었으며 투과전자현미경과는 다소 다르다. 주사전자현미경은 전자가 표본을 통과하는 것이 아니라 초점이 잘 맞추어진 전자선 electron beam을 표본의 표면에 주사한다 주사된 전자선이 표본의 한 점에 집중되면 일차전자만 굴절되고 표면에서 발생된 이차전자는 검파기 detector에 의해 수집된다. 그 결과 생긴 신호들이 여러 점으로부터 모여들어 음극선관 cathod ray tube에 상을 형성하게 한다. 주사전자현미경의 특징은 초점이 높은 심도를 이용해서 비교적 큰 표본을 입체적으로 관찰할 수 있다는 것이다.

전자beam을 시료 위에 주사시켜서 시료로부터 튀어나온 2차 전자를 모아서 검출한 후 여러 가지 복잡한 기계장치를 거친 후 CRT에 영상화시키는 전자 현미경이다.

검출기는 scintillater라고도 하는데 scintillater로 검출된 2차 전자는 광전 중배관으로 운반되어 여기서 신호가 증폭 된후 다시 video amplifier에서 영상신호 증폭을 거친 후 CRT에서 관찰하게 된다. 따라서 TEM은 얇은 시편(60nm정도)을 beam이 투과하여 관찰하므로 2차적인 또는 단면적인 구조를 나타내지만 SEM은 시료 위를 주사된 상을 관찰하므로 3차원적인 입체 상을 관찰할 수 있다. TEM이나 SEM은 각각의 camera system을 통하여 관찰 즉시 촬영을 할 수 있게 되었다.