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SEM으로 관찰한 잎 표면의 세계
식물의 잎 표면은 단순한 껍질이 아니라, 광합성·기체 교환·수분 조절·병원균 방어를 담당하는 정교한 생물학적 구조입니다. 표피는 잎의 가장 바깥층 세포로, 내부 조직을 보호합니다. 기공은 표피에 존재하는 미세한 구멍으로, 이산화탄소 흡수하고 산소를 방출합니다. 또 표면에는 연잎처럼 미세한 돌기와 나노 구조가 형성되어 물방울이 구형을 유지하며 굴러 떨어지도록 만듭니다. 이러한 식물의 표면 구조를 관찰해 원리를 분석하고, 인공 소재로 재현해서 산업 공정에 적용시킬 수 있습니다. 대표적으로 연잎 표면의 마이크로 돌기 구조는 건축 외장재에 초발수 처리를 하거나 태양광 표면에 오염 방지 처리를 하는데 응용됩니다.
- 시편 전 처리 과정
Step 1. 관찰할 식물을 시료대 크기에 맞게 잘라줍니다.
Step 2. 시료에 수분이 많은 경우, 상온이나 핫 플레이트 위에 놓고 건조시켜 수분을 날려줍니다.
Step 3. 건조된 시료를 카본 테이프나 실버 페이스트 같은 전도성 있는 물질을 사용해 시료대에 고정합니다.
Step 4. 고정한 시료를 SPT-20에 넣고 Pt나 Au로 표면을 코팅합니다.
Step 5. 코팅이 완료되면 시료대를 EM-40에 넣고 시료를 관찰합니다.
- SEM 이미지
[살아있는 잎 표면]
[죽은 잎 표면]
살아있는 잎과 죽어 있는 잎의 표면을 관찰하였습니다. 살아있는 잎의 표면은 수분이 남아있어 세포의 팽압이 유지되어 팽팽한 모습이지만, 죽은 잎에서는 수분이 제거되면서 표피 세포가 수축되어 변형되고, 큐티클 층이 함몰된 모습이 관찰되었습니다.
- SEM Image
[살아있는 나뭇잎의 공변세포]
[죽은 나뭇잎의 공변세포]
살아있는 잎과 죽은 잎 표면의 기공을 관찰하였습니다. 살아있는 잎에서는 공변세포의 기공이 약간 열려 있는 모습이 관찰되었으며, 이 열린 틈을 통해 이산화탄소와 산소가 이동하게 됩니다. 이 공변세포는 수분을 흡수하면 팽창하여 틈이 열리고, 수분이 감소하면 수축하여 닫힙니다. 죽은 세포의 잎에서는 수분이 없어 공변세포가 닫혀 있는 모습이 관찰되었습니다.
- 다른 시료 이미지
[나뭇잎 표면1]
[나뭇잎 표면2]
[나뭇잎 표면3]
