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전자현미경이 밝혀낸 곤충의 비밀
곤충은 지구 생물종의 다수를 차지하며, 생태계 유지와 물질 순환에서 핵심적인 역할을 수행합니다. 외형적으로 단순해 보이지만, 실제로는 외골격, 날개, 감각기관 등에서 효율성과 기능성이 극대화된 구조를 지니고 있습니다. 곤충의 외골격은 가볍지만 높은 강도를 유지하도록 층상 구조로 이루어져 있어, 항공우주와 자동차 산업에서 경량·고강도 소재 설계에 중요한 참고 모델이 됩니다. 파리 발바닥의 미세한 털 구조는 접착제 없이도 강한 부착력을 제공해 의료용 패치나 로봇 개발에 활용되고 있습니다. 이러한 곤충의 특성은 산업 전반에 걸쳐 새로운 기술 개발의 아이디어가 되고 있습니다.
- 시편 전 처리 과정
시료를 관찰할 때, 수분이 남아있으면 SEM 에서 제대로 관찰이 되지 않기 때문에, 핫 플레이트나 건조기 위에서 시료를 충분히 건조해야 합니다. 생물은 전도성이 없기 때문에, 시료에 전자가 통하게 하기 위해 백금이나 금 같은 금속 물질로 코팅을 한 뒤 SEM에서 관찰합니다. 만일 시료에 코팅하는 것을 원하지 않는다면, 저진공(LV)에서 BSE 모드로 관찰하여 차징 현상을 최소화 합니다.
Step 1. 시료를 채취합니다.
Step 2. 시료에 수분이 남아있지 않도록 충분히 건조합니다.
Step 3. SPT-20 코팅기에 시료를 넣고, 타겟을 선택한 뒤 4mA에 300sec로 코팅 합니다.
Step 4. 코팅된 시료를 시료대에 고정합니다.
Step 5. EM-40 장비에 넣고 시료를 관찰합니다.
- SEM 이미지
[벌의 눈]
[벌의 얼굴]
SEM으로 생물 시료를 관찰할 때는 최대한 시료에 손상이 가지 않도록 가속 전압과 전자 빔의 크기를 줄이는 것을 추천 드립니다. 벌의 얼굴을 확대하여 수 십 마이크로 크기의 겹눈이 육각형 모양으로 균일하게 배열 되어있는 것과 얼굴 표면에 원통형 모양의 두꺼운 털이 밀집해 있는 것을 관찰 하였습니다.
- 고진공/저진공 이미지 비교
[개미의 얼굴 (고진공)]
[개미의 얼굴 (저진공)]
비 전도성 시료에 코팅을 하지 않을 경우 전자가 쌓여서 빠져나가지 못하는 차징 현상이 일어나는데, 차징 현상이 심하면 위 사진과 같이 관찰하는 도중 비 정상적으로 밝기가 변하거나 시료가 망가지는 현상이 일어납니다. 저 진공 모드를 사용하면, 진공을 낮추기 위해 챔버에 들어간 공기에 의해 대전 현상이 일어나 차징이 줄어들게 되어 코팅하지 않은 비전도성 시료도 올바르게 관찰이 가능합니다.
- 다른 시료 이미지
[파리 날개]
[개미]
[벌 얼굴]
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