성기홍 전 김해교육장
모든 생물체는 그 생명을 유지하는데 다양한 감각기관을 이용한다. 곤충의 눈은 겹눈(복안, compound eyes) 구조를 가지고 있어서 곤충이 비행 중에도 넓은 시야각과 빠른 감지 능력으로 포식자를 피하거나 먹이를 찾는 데 중요한 역할을 한다. 많은 곤충은 자외선(UV)을 감지할 수 있으며, 이는 꽃과 같은 식물의 특정 패턴을 인식하는 데 도움이 된다. 꿀벌은 빨간색을 감지하지 못하지만, 자외선, 파란색, 초록색을 감지할 수 있다. 나방은 빛에 끌리는 성질이 있는 것처럼 곤충은 특정한 빛 조건에서 더 활발하게 움직인다. 또 곤충은 동체시력이 뛰어나 빠르게 움직이는 물체를 잘 감지해 빠르게 날아다니는 동안 장애물을 피하고 먹이를 사냥하는 데 유리하다. 곤충의 시각 체계는 각기 다른 곤충 종에 따라 다양하게 발달해 있으며, 이는 곤충이 살아가는 환경과 생태적 역할에 따라 최적화되어 있다. 예를 들어 꽃가루를 수집하는 벌과 같은 곤충은 꽃의 자외선 패턴을 감지해 효과적으로 꽃을 찾을 수 있다.
사람의 눈으로 감지할 수 있는 전자기파의 범위를 가시광선(可視光線)이라고 하며. 가시광선의 파장 범위는 약 380㎚(나노미터)에서 740㎚ 사이다. 이 범위 내의 빛은 우리가 색깔로 인식할 수 있으며, 각각의 파장은 특정한 색깔에 대응한다. 가시광선은 태양광의 주요 구성 요소로, 지구상에서 생명체가 생존하는 데 필수적이다. 식물은 광합성을 통해 가시광선을 흡수해 에너지를 생성하며, 이는 생태계의 기초를 형성한다. 가시광선은 사람의 일상생활에 매우 중요한 역할을 하며, 과학 기술의 발전과 더불어 내시경, 현미경, 레이저 수술 등 다양한 의료 기기에서 사용되며, CCTV 및 기타 보안 장비에서의 활용, 분광기와 같은 기기를 통해 물질의 성질을 분석하는 등 그 응용 범위도 지속적으로 확대되고 있다.
인류 생활에서 다양한 여러 광원은 점점 더 많이 활용되고 있다. 이 중에서 요즈음 각광을 받고 있는 것이 ‘루미네선스(Luminescence)’이다. ‘루미네선스’는 물질이 열이 아닌 다른 에너지원에 의해 빛을 방출하는 현상을 의미한다. 이는 전기 에너지, 화학 반응, 생물학적 과정 등 여러 가지 원인에 의해 발생할 수 있다. ‘루미네선스’는 ‘형광’, ‘인광’, ‘화학발광’, ‘바이오루미네선서’, ‘전기발광’ 등이 있다. ‘형광(Fluorescence)’이란 주로 형광 현미경, 형광 램프 등에서 사용되는 빛으로, 물질이 빛을 흡수하고 나노초 단위의 매우 짧은 시간 동안 빛을 방출하는 현상으로 잔광 시간은 약 9~10 초 이내이다. 형광 물질은 흡수된 빛의 에너지를 거의 즉시 방출한다. ‘인광(Phosphorescence)’ 이란 야광 페인트, 야광 장난감 등에 사용되는데, 형광과 유사하지만 형광과 달리 빛을 흡수한 후 형광 보다 천배 이상 긴 잔광 시간을 가지며 빛을 방출하는 현상이다. 물질에 따라 다르며, 심지어 잔광이 1일까지도 갈 수 있다. ‘화학발광(Chemiluminescence)’이란 특정 화학 물질들이 화학 반응에 의해 빛이 방출되는 현상이다. 이러한 현상은 실험실에서 화학 반응을 모니터링하는 데 사용되며, 루미놀과 같은 물질이 대표적이다. ‘바이오루미네선스(Bioluminescence)’란 반딧불이, 심해 생물, 특정 곰팡이와 같은 생물체가 화학 반응을 통해 빛을 생성하는 현상이다. 이 현상은 루시페린이라는 분자가 루시페라제라는 효소와 반응해 빛을 방출함으로써 발생한다. ‘바이오루미네선스’는 연구와 실험실에서 다양한 용도로 사용되며, 특히 생물학적 과정과 질병 연구에 활용된다. ‘전기발광 (Electroluminescence)’은 LED(발광 다이오드)와 같은 장치에서 전기 에너지를 이용해 빛을 생성하는 현상이다.
‘루미네선스’ 현상은 다양한 분야에서 응용되고 있으며, 특히 의료, 생명공학, 환경 모니터링, 디스플레이 기술 등에서 중요한 역할을 한다. 각각의 ‘루미네선스’ 종류는 고유의 특성과 응용 분야를 가지고 있어 다양한 산업과 연구에서 유용하게 사용될 것이다. 더욱 높은 해상도를 가진 센서 개발이 계속되어 보다 정밀한 이미징과 세부 정보 수집을 가능하게 하고, 여러 기능을 하나의 센서로 통합하는 기술이 발전할 것이다. 또 에너지 소모를 최소화한 저전력 센서의 개발되어 배터리 수명을 연장하고, 에너지 자원을 절약하는 데 기여할 수가 있고, 주변 환경에서 에너지를 수집해 자체적으로 전력을 공급하는 기술이 발전할 것이다. 이러한 미래 기술이 우리나라에서도 활발하게 개발되기를 기원한다.
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