STED 현미경

현재 상용화되어있는 현미경은 미생물학 등 각종 생물학 분야의 기반으로, 크게 전자현미경과 광학현미경으로 나뉜다. 전자현미경은 목적에 따라서 투과형, 주사형 등으로 분류되며, 최근의 것은 수백만 배까지 상을 확대해서 관찰할 수 있고 간격이 1∼2 옹스트롬 가량인 결정 내의 원자배열까지 판별할 수 있으므로 바이러스 등의 미생물까지도 선명하게 관찰이 가능해, 생물학, 의학, 공학 등 넓은 분야에 걸쳐 이용되고 있다. 하지만 고온의 빛을 비추기 때문에 살아있는 생명체 관찰이 어렵고 이를 고정시키고 얇게 만드는 과정에서 시료가 훼손될 수 있다는 맹점이 있다. 반면 일반 대중에게도 친숙한 광학현미경은 시료 훼손이 덜하다는 특징이 있지만, 전자현미경에 비해 확대배율과 분해능에서는 떨어진다는 단점이 있었다. 1873년 독일의 현미경학자 에른스트 아베는 이를 광학현미경의 한계로 정의하였고, 이는 19세기부터 수백 년 동안 정설로 자리잡아 뛰어넘을 수 없는 물리적 한계로 인식되어 오고 있었다. 이른바 ‘아베 회절 한계(Abbe diffraction limit)’라고 불리는 이 개념은 가시광선 파장의 절반(약 200나노미터)보다 가까이 있는 두 물체들은 가시광선 빛의 회절 탓에 광학현미경으로 구별해낼 수 없음을 의미한다.
한편 뛰어난 공간 분해능을 가진 근접장 주사 광학 현미경(near-field scanning optical microscopy)이 이를 극복할 수 있는 해결책 중 하나로 제시되었지만, 시료의 제한적인 표면만을 관찰할 수 있는 기술의 특성상 이는 광학 현미경의 가장 큰 수요자인 생물학자들에게는 각광받지 못했다. 하지만 독일의 과학자 슈테판 헬은 ‘원거리장 형광 나노스코피(far-field fluorescence nanoscopy)’라는 기발한 발상으로 STED 현미경(STimulated Emission Depletion microscopy)을 개발해 이를 극복하는 데 성공하였다.