[더리포트] 일상에서 쓰는 용어 중에 무슨 법칙, 무슨 이론 무슨 효과란 말이 있다. 학자들이 복잡한 현상을 분석해서 얻은 연구의 결과다. 따라서 용어 하나를 파고들면 몰랐던 지식과 통찰을 얻을 수 있다. -편집자 주

‘아베의 한계.’ 이 용어를 처음 들으면 일본 총리 아베가 떠오를 법하다. 그러나 ‘아베’는 독일의 물리학자이자 광과학자인 에른스트 아베(Ernst Abbe)의 ‘이름’이다. 그는 현대 광학의 토대를 마련한 학자로 알려졌다.

28일 한국기초과학자원연구원(KBSI)는 현미경의 역사에 대한 시리즈를 블로그에 게시했다. 그 첫 번째 순서는 ‘광학현미경’이다. 광학현미경은 쉽게 말해, 우리가 일반적으로 실험실에서 쓰는 현미경을 가리키는 기구다.

현미경은 9세기 아랍의 과학자 이븐 피르나스(Abbas Ibn Firnas)가 처음 만든, 글씨를 확대하는 교정 렌즈에서 시작되었다.

또한 지금의 현미경과 같이 2개의 렌즈(대물렌즈와 접안렌즈)를 결합시킨 복합현미경을 처음 만들었던 사람은 1590년경 네덜란드의 안경제작자인 자카리아스 얀센(Zacharias Janssen)이다.

에른스트 아베는 이전의 렌즈 결함을 완전히 극복하여 현대 광학의 기초를 닦은 인물이다.

그는 광학현미경의 분해능(배율)을 비약적으로 향상시켜 본격적으로 현미경을 기본으로 한 연구시대를 열게 했다.

KBSI에 따르면 광학현미경은 살아있는 생물체를 관찰할 수 있다거나, 천연색으로 그 형태를 관찰할 수 있다는 장점이 있다. 그러나 아베는 광학기술의 가이드라인을 정했다.

현미경에 설치된 렌즈가 아무리 완벽하게 연마됐어도, 가시광선 파장의 절반보다 더 작은 물체를 구별할 수는 없다는 것이다. 이 이론이 바로 ‘아베의 한계’다.

그 한계란 약 200나노미터(1나노미터=10억 분의 1미터) 해상도를 말한다. 이는 세포 소기관까지는 구별이 가능하지만, 바이러스나 단일 단백질은 구분할 수 없다는 말이다.

그러나 이 아베의 한계는 깨졌다.

현재의 과학자들은 아베의 회절 한계를 포함한 여러 한계를 극복하며 더욱 정밀한 광학현미경을 만들어냈다. 2014년 노벨위원회는 초고해상도 광학현미경 기술을 개발한 세 명의 과학자들에게 노벨화학상을 수여했다. 독일의 슈테판 헬(Stefen Hell)은 살아있는 세포의 구조를 직접 확인할 수 있는 자극방출감쇄(STED) 현미경을 개발했고, 미국의 윌리엄 머너(William Moerner)와 에릭 베치그(EricBetzig)는 한 개의 분자를 직접 볼 수 있는 단분자 현미경을 개발하는 데 성공했다. 

현재 광학현미경은 알츠하이머나 헌팅턴과 같은 질환들의 기작을 분자 수준에서 이해할 수 있고, 퇴행성 뇌질환 연구에도 혁신적인 방법을 제공하는 등 수많은 연구에 도움이 되고 있다.

(이 기사는 한국기초과학자원연구원의 블로그 글을 발췌한 것임. 참고 https://blog.naver.com/open_kbsi/221631005833)