위상차 현미경의 원리는 무엇인가요?
안녕하세요. 위상차 현미경은 세포를 염색하지 않고도 대비 효과를 주어 관찰할 수 있다고 하던데 어떻게 염색 없이도 대비 효과를 줄 수 있는지 이상자 현미경의 작동 원리가 궁금합니다.
일반적인 광학 현미경에서 살아 있는 세포를 그대로 관찰하면 대부분 무색 투명하기 때문에, 빛이 거의 흡수되지 않고 단순히 굴절률의 차이만 존재하는데요, 이 경우 망막에는 명암 대비가 거의 생기지 않아서 세포 구조를 뚜렷하게 보기 어렵습니다. 반면에 위상차 현미경은 바로 이 굴절률 차이에 따른 빛의 위상 변화를 명암으로 변환시켜 보여주는 장치입니다.
세포 안의 세포질, 세포핵, 소기관들은 굴절률이 조금씩 다릅니다. 굴절률이 높은 부분을 통과한 빛은 속도가 늦어지고, 낮은 부분을 통과한 빛은 상대적으로 빠르게 지나가는데요, 따라서 물질에 따라 빛의 위상이 미세하게 어긋나게 됩니다. 이때 위상 차이만으로는 우리 눈이 감지할 수 없기 때문에, 이 차이를 밝기의 차이로 변환해야 합니다.
위상차 현미경에는 특별한 위상판이 장착되어 있는데요, 세포를 통과하지 않고 그대로 들어온 직접광은 위상판에서 강제로 위상을 더 지연시키거나, 때로는 강도를 줄여 줍니다. 반면 세포 내부를 지나면서 산란된 회절광은 위상판에서 거의 영향을 받지 않습니다. 이렇게 위상이 달라진 직접광과 회절광이 다시 합쳐지면, 간섭 현상에 의해 특정 부분은 밝게, 다른 부분은 어둡게 나타나게 되는 것인데요, 굴절률이 높은 부분은 위상 지연이 커져 상대적으로 어둡게 보이며 굴절률이 낮은 부분은 밝게 보이게 되는 것입니다. 감사합니다.
1명 평가안녕하세요. 정준민 전문가입니다.
위상차 현미경은 투과된 빛의 위상차를 특수한 위상판으로 위상- 진폭 차로 변환해요
이렇게 하면 염색이 없이도 세포 구조가 밝고 어둡게 대비돼 선명히 보인답니다.
위상차 현미경은 빛의 위상차를 명암 차이로 바꾸어 염색 없이도 투명한 세포를 관찰할 수 있게 하는 것입니다.
보통 현미경은 빛이 시료를 통과하며 발생하는 위상 변화를 감지하지 못합니다. 하지만, 위상차 현미경은 이 위상 변화를 명암으로 변환하는 특수한 장치를 사용하는 것이죠.
우선 현미경의 조명부에 있는 환상 조리개가 링 모양의 빛을 만들어 시료를 비춥니다. 그리고 이 빛은 시료를 통과하며 시료의 굴절률과 두께 차이로 인해 위상이 변합니다.
그럼 대물렌즈에 있는 위상판이 시료를 통과한 빛의 위상을 조절하여 위상 변화를 명암 차이로 바꿉니다.
이 과정을 통해 위상이 변한 부분은 어둡게 보이고, 위상이 변하지 않은 부분은 밝게 보여 세포의 구조가 드러나는 것입니다.
위상차 현미경은 빛이 투명한 시료를 통과할 때 발생하는 위상차를 명암의 차이로 변환하여 관찰하는 원리를 이용합니다. 빛이 시료의 서로 다른 구조를 지나면서 굴절률과 두께 차이에 의해 빛의 위상이 미세하게 변하는데, 사람의 눈은 이러한 위상 변화를 인지하지 못합니다. 위상차 현미경은 환형 조리개와 위상판이라는 특수 장치를 이용해 시료를 직접 통과한 빛과 시료에 의해 회절된 빛의 경로를 분리하고, 이 두 빛 사이에 인위적인 위상차를 추가로 발생시켜 서로 간섭하게 만듭니다. 이 간섭 현상으로 인해 위상차가 보강되거나 상쇄되면서 이미지의 밝기 차이, 즉 명암 대비가 생겨 염색하지 않은 투명한 세포도 뚜렷하게 관찰할 수 있게 됩니다.
안녕하세요. 이성현 전문가입니다.
위상차 현미경은 투과된 빛의 위상 차이를 밝기 차이로 변환하여 투명한 시료의 구조를 관찰할 수 있도록 합니다.
시료를 통과한 빛은 굴절률이나 두께의 차이에 따라 위상이 변하며, 이 위상 차이는 위상판을 통해 명암으로 바뀌기 때문에 이러한 원리를 이용하면 세포를 염색하지 않고도 내부 구조를 자연 상태로 관찰할 수 있습니다.