Brad Amos는 삶의 대부분을 작은 세계를 생각하고 들여다 보며 보냈습니다. 현재 71 세인 그는 스코틀랜드의 스트래스 클라이드 대학에서 객원 교수로 일하면서 인간 팔의 길이와 너비에 해당하는 매우 큰 새로운 현미경 렌즈를 설계하는 연구원 팀을 이끌고 있습니다. 2016 년 Physics World의 10 대 돌파구 중 하나로 선정 된 소위 Mesolens는 매우 강력하여 한 시야에서 전체 종양 또는 마우스 배아를 이미지화하는 동시에 세포 내부를 이미징 할 수 있습니다.
“사진 용 카메라 렌즈의 넓은 범위와 현미경 대물 렌즈의 미세한 해상도를 가지고 있기 때문에 두 가지 접근 방식의 장점이 있습니다. 이미지가 매우 유용합니다.”
오늘날, Amos와 같은 현미경 검사자들은 의학 및 인체 건강에 광범위하게 적용되는 새로운 기술을 혁신하기 위해 전 세계에서 노력하고 있습니다. 그러나 이러한 최첨단 발전은 모두 16 세기와 17 세기에 만들어진 최초의 현미경으로 거슬러 올라갑니다. 당분간 최첨단이지만 그다지 인상적이지는 않습니다. 휴대용 돋보기보다별로 강력하지 않았습니다.
Amos는 어렸을 때 생일을 맞아 현미경을받은 이래로 가장 단순한 현미경에도 집착 해 왔습니다. 미세한 세계에 대한 그의 음모는 그가 찾을 수있는 모든 것을 탐구하면서 만족할 수 없게되었습니다. 조그만 터지는 거품 속의 힘부터 바늘 찌르기 아래에 구리 조각이 성형되는 방식까지. Amos는 구리에 대해 “이것은 마치 놀이 반죽과 같습니다. 매우 부드럽습니다.”라고 말합니다. 그는 맨눈으로 볼 수 없었던 범위에서 발견 한 현상에 대한 경외심을 설명합니다. “당신은 그렇지 않은 세계를 연구하고 있습니다. 심지어는 동일한 지각 규칙을 따르기도합니다.”
작은 세계에서 이러한 유형의 호기심은 처음부터 현미경을 추진했습니다. Hans와 Zacharias Janssen이라는 네덜란드의 아버지-아들 팀은 16 세기 후반에 최초의 복합 현미경을 발명했습니다. 그들이 렌즈를 튜브의 상단과 하단에 놓고 살펴보면 다른 쪽 끝이 확대되었습니다. 이 장치는 미래의 획기적인 발전을위한 중요한 토대를 마련했지만 3 배에서 9 배까지만 확대되었습니다.
이미지의 품질은 기껏해야 평범한 수준이었습니다. Golub Microscope Collection의 큐레이터이자 현미경 전문가 인 Steven Ruzin은 말합니다. 버클리 캘리포니아 대학교. Ruzin은 “그들을 통해 이미지를 찍었고 정말 끔찍합니다.”라고 Ruzin은 말합니다. “핸드 렌즈가 훨씬 더 좋았습니다.”
배율을 제공했지만이 최초의 복합 현미경은 해상도를 높일 수 없었기 때문에 확대되었습니다. 이미지가 흐릿하고 흐릿하게 보였습니다. 그 결과 약 100 년 동안 중요한 과학적 돌파구가 없었습니다.
그러나 1600 년대 후반 렌즈 개선으로 이미지의 품질과 확대 배율이 최대 270 배까지 향상되었습니다. , 주요 발견의 길을 닦습니다. 1667 년 영국의 자연 과학자 Robert Hooke는 초본 식물의 가지 내의 뚜렷한 부분을 포함하여 그가 관찰 한 수백 개의 표본에 대한 복잡한 그림으로 그의 저서 Micrographia를 출판 한 것으로 유명합니다. 그는 수도원에있는 세포를 상기시켜 세포 생물학의 아버지가 되었기 때문에 섹션 세포라고 불렀습니다.
1676 년에 네덜란드의 천상 인 과학자 Antony van Leeuwenhoek는보기를 목적으로 현미경을 더욱 개선했습니다. 그가 판매 한 옷감에서 우연히 박테리아가 존재한다는 획기적인 발견을했습니다. 그의 우연한 발견은 미생물학 분야와 현대 의학의 기초를 열었습니다. 거의 200 년 후 프랑스 과학자 루이 파스퇴르는 박테리아가 많은 질병의 원인이라고 판단했습니다 (이전에는 많은 과학자들이 썩은 공기와 악취가 우리를 아프게한다는 미아 스마 이론을 믿었습니다).
“It 위스콘신 매디슨 대학의 현미경 검사자인 케빈 엘리 세리 (Kevin Eliceiri)는 박테리아의 초기 발견에 대해 말했습니다. “당신을 병 들게 한 것에 대해 많은 혼란이있었습니다. 물 속에 박테리아와 사물이 있다는 생각은 역사상 가장 위대한 발견 중 하나였습니다.”
다음 해인 1677 년 Leeuwenhoek은 처음으로 인간의 정자를 확인했을 때 또 다른 특징을 발견했습니다. 의대생이 현미경으로 연구하기 위해 임질 환자의 사정을 가져 왔습니다. Leeuwenhoek은 작은 꼬리 동물을 발견하고 자신의 정액 샘플에서 똑같은 꿈틀 거리는 “동물”을 발견했습니다.그는 이러한 획기적인 발견을 발표했지만 박테리아의 경우와 마찬가지로 과학자들이이 발견의 진정한 의미를 이해하기까지 200 년이 지났습니다.
1800 년대 후반에 Walther Flemming이라는 독일 과학자는 세포 분열을 발견했습니다. 수십 년 후, 암이 어떻게 자라는 지 명확히하는 데 도움이되었습니다. 이것은 현미경 없이는 불가능했을 발견입니다.
“세포막이나 종양의 일부를 표적으로 삼고 싶다면 그것을 지켜봐야합니다.” Eliceiri는 말합니다.
Hooke와 Leeuwenhoek이 사용한 원래 현미경에는 한계가 있었지만 튜브로 연결된 두 렌즈의 기본 구조는 수세기 동안 관련성이 유지되었습니다. 지난 15 년 동안의 발전은 2014 년에 독일과 미국 연구팀이 초 고해상도 형광 현미경이라는 방법으로 노벨 화학상을 수상했습니다. 이제 우리는 세포 내에서 발달하는 단일 단백질을 추적 할 수 있습니다. 유전자를 빛나게하거나 “형광”시키는 혁신적인 기술을 통해 가능해진 ng 방법은 파킨슨 병과 알츠하이머 병과 같은 질병을 퇴치하는 데 잠재적으로 적용 할 수 있습니다.
Ruzin은 연구원들이이 기술을 사용하여 모든 것을 탐색하는 버클리에있는 캘리포니아 대학의 생물학 이미징 시설을 이끌고 있습니다. Giardia 기생충 내의 미세 구조 및 박테리아 내의 단백질 배열. 현대 현미경 연구를 맥락에 적용하기 위해 그는 17 세기까지 거슬러 올라가는 164 개의 골동품 현미경을 포함하는 세계에서 가장 큰 공개 전시 컬렉션 중 하나 인 Golub 컬렉션의 가장 오래된 항목을 학부생과 공유합니다. 재학생. 그는 심지어 1660 년경 상아로 만든 이탈리아 산 컬렉션을 포함하여 컬렉션에서 가장 오래된 컬렉션을 다루도록합니다.
“나는 깨질 것이기 때문에 초점을 맞추지 마십시오라고 말하지만 학생들이 보게합니다. Ruzin은 이렇게 말합니다.
그래도 초 고해상도 현미경의 힘에도 불구하고 새로운 과제를 안겨줍니다. 예를 들어 표본이 고해상도로 움직일 때마다 Ruzin은 “세포가 열 운동만으로 진동하고 물 분자가 따뜻하기 때문에 부딪히면 튀어 오르면 시간이 걸리기 때문에 초 고해상도를 죽일 수 있습니다.”라고 Ruzin은 말합니다. (이러한 이유로 연구자들은 일반적으로 초 고해상도 현미경을 사용하여 라이브 샘플을 연구하지 않습니다.)
그러나 Amos의 Mesolens와 같은 기술은 배율이 4 배로 훨씬 낮지 만 시야가 훨씬 더 넓습니다. 최대 5mm 또는 새끼 손가락 손톱 너비 정도까지 캡처 할 수있어 살아있는 표본을 촬영할 수 있습니다. 이는 생쥐 배아가 배아에 통합 될 때 신생아의 혈관 질환과 관련된 유전자를 따라 실시간으로 발생하는 것을 볼 수 있음을 의미합니다. 그 전에 과학자들은 배아의 혈관 질환을 연구하기 위해 X- 레이를 사용했지만 Mesolens 에서처럼 세포 수준까지 세부 사항을 파악하지는 못했습니다.
“아모스는 거의 들어 본 적이 없습니다. 누구든지 광학 현미경을위한 새로운 대물 렌즈를 설계 할 수 있도록했습니다. 우리는 생물 학자들이 연구하고자하는 새로운 유형의 표본을 수용하기 위해이 작업을 수행했습니다. ” 온전한 유기체를 연구하지만 그들이 볼 수있는 세부 사항의 양을 타협하고 싶지는 않습니다.
지금까지 데이터 저장 업계는 Mesolens를 사용하여 반도체 재료를 연구하는 데 관심을 표명했으며 석유 산업의 일원이되었습니다. 렌즈 디자인은 특히 빛을 잘 포착하여 전이 종양의 세포가 바깥으로 이동하는 것과 같은 복잡한 세부 사항이 펼쳐지는 것을 관찰 할 수 있도록합니다. 그러나 진정한 힘은 l 이러한 새로운 기술은 아직 남아 있습니다.
“지난 100 년 동안 만들어진 것과는 다른 목표를 개발하면 모든 종류의 알려지지 않은 가능성이 열립니다.”라고 Amos는 말합니다. “우리는 그 가능성이 무엇인지 이제 막 시작했습니다.”
편집자 주, 2017 년 3 월 31 일 :이 게시물은 Leeuwenhoek이 복합 현미경을 개선하지 않았으며 Ruzin의 수집이 17 세기로 거슬러 올라간다는 사실을 반영하여 편집되었습니다.
