포스테키안

2021 가을호 / 최신 기술 소개

2021-10-19 39

01 자가 면역 질환 치료제 개발에 도움 비타민 C

출처 https://www.embopress.org/doi/full/10.15252/embr.202152716

 

비타민 C가 우리 몸에 꼭 필요한 영양소라는 것은 널리 알려진 사실입니다. 비타민 C는 감염에 대한 저항, 상처 치유 등에 관여하며 인체의 기능과 건강을 유지해주죠. 그런데 지금까지 알려진 효능에 더해, 비타민 C가 자가 면역 질환의 완화와 억제에도 핵심적인 역할을 한다는 연구 결과가 발표되었습니다. 자가 면역 질환이란 자신의 장기 조직이나 그 성분에 대해 항체가 생성되는 알레르기 질환인데요. 올해 7월, 미국 라호야 면역학 연구소와 에모리 의대 과학자들이 공동 수행한 연구에서, 자가 면역 질환을 억제하는 유도 조절 T세포(iTreg, Induced Regulatory T Cells)의 작용 기전에 비타민 C가 중요한 역할을 한다는 사실을 밝혔습니다. iTreg는 조절 T세포(Tregs, Regulatory T Cells)의 한 유형으로, 면역계의 과도한 반응을 막아 장기 이식 거부 반응과 자가 면역 질환을 억제하는 치료제 후보로서 관심을 끌고 있습니다. Treg는 가슴샘에서 분화하여 발달하는 일반적인 조절 T 세포이고 iTreg는 말초에서 발달하는 조절 T 세포죠. 선행 연구에 따르면, iTreg가 효능을 발휘하기 위해서는 비타민 C가 TET 단백질의 효소 활성을 높여 안정적인 iTreg 생성을 촉진해야 합니다. 그런데 이를 바탕으로 면역치료법을 개발하려면 iTreg의 핵심적인 후성 유전적 특징을 확인해야 했습니다. 분석 결과, TET 단백질은 Treg의 유전자 발현과 후성 유전적 특징을 유지하는 데 꼭 필요했고, 여기에 비타민 C를 추가하면 인체의 야생형 Treg와 같은 유전자 발현과 후성 유전적 특징을 지니는 iTreg가 생성된다는 것이 발견되었습니다. 또한 비타민 C는 iTreg 발달에 필요한 IL-2/STAT5 신호를 강화하여 iTreg의 생존 가능성을 높인다고 합니다. 이 연구가 발전되어 어서 iTreg를 이용한 자가 면역 질환 치료제가 상용화되었으면 좋겠네요!

 

02 땀으로 전기를 생산하다 바이오 연료전지

출처 https://www.dongascience.com/news.php?idx=47988

미국 샌디에이고 캘리포니아대(UC샌디에이고) 나노공학과 조셉 왕 석좌교수 연구팀은 땀으로 전기를 생산하는 필름형 바이오 연료전지를 개발했습니다. 땀의 성분 중 하나인 젖산을 분해하여 에너지를 얻은 것인데요. (+)극에 젖산의 전자를 뺏는 효소를 넣고, (-)극에는 백금 촉매를 넣음으로써 전자가 공기 중 산소를 물로 바꾸는 화학 반응이 일어나는 동시에 에너지를 생성하도록 합니다. 이 연료전지는 넓이 1cm2 정도의 얇은 필름 형태로, 피부와 닿는 부분에는 하이드로겔을 붙여 땀의 흡수력을 높였고 생성된 전기를 저장하는 축전지도 달려 있습니다. 사람은 별다른 운동 없이도 하루에 평균적으로 600~700mL, 날이 더울 때는 최대 1L의 땀을 흘리는데, 이번에 개발된 연료전지는 이 양만으로 충분한 에너지를 생성해낼 수 있습니다. 땀이 많이 생성되는 부위인 손가락 끝에 이 연료전지를 붙이고 10시간 동안 자고 일어나면 최대 400mJ의 전기가 생성되는데, 이는 디지털 손목시계를 24시간 동안 켜 둘 수 있는 수준이며, 지금까지 개발된 에너지 하베스팅(Energy Harvesting) 장치 중 가장 높은 효율을 자랑한다고 합니다. 이 연료전지는 압전소자의 기능도 있어 손가락으로 키보드를 누를 때도 에너지를 생산할 수 있다고 하는데요. 땀으로 전기에너지를 생산해 내는 연료전지의 가능성은 과연 어디까지일지 기대가 됩니다!

 

03 최초로 규명되다 화성 내부 구조

출처 ttps://www.dongascience.com/news.php?idx=48158

독일 쾰른대와 스위스 취리히연방공대 연구팀이 미국항공우주국(NASA)의 화성탐사선 인사이트가 보낸 화성 지진파 기록을 분석해 화성의 내부 구조를 밝혀냈습니다. 지구가 아닌 다른 행성의 지진파를 분석해 내부 구조를 알아낸 것은 이번이 처음이라고 합니다. 인사이트가 화성에 착륙하여 돔 형태의 지진계를 내려놓은 2018년 11월부터 올해 4월까지 500차례가 넘는 지진을 관측한 결과, P파와 S파 형태의 지진파가 포착되었습니다. 이 지진파 정보를 통해 화성의 내부 구조를 알아낼 수 있었는데요. 화성의 내부도 지구처럼 지각, 맨틀, 핵으로 이루어져 있다고 합니다. 화성의 지각은 최소 두 개의 층으로 이루어져 있는데, 가장 바깥에 두께 8km인 지각과 두께 12km인 지각이 공존하며 그 밑에 두께 19km 정도의 지각 혹은 암석층인 맨틀이 있습니다. 지구의 지각이 바다 판에서 약 5~10km, 대륙판에서 약 40~50km인 점을 고려했을 때 지구의 바다 판보다 조금 더 두꺼운 셈입니다. 맨틀은 지구처럼 상부와 하부로 나뉘어 있습니다. 상부는 맨틀이 굳은 암석권으로 두께가 약 500km이며, 하부에는 약 300km의 유동성 있는 층이 존재합니다. 핵의 반지름은 지구 핵의 60% 정도인 1,830km로, 과학자들의 예상보다 큰 수치였습니다. 지금까지는 화성의 밀도가 지구보다 낮은 이유가 철과 니켈 같은 무거운 원소가 포함된 핵의 비율이 지구보다 낮기 때문일 것이라 예상해 왔는데, 내부 구조가 밝혀진 이후부터는 철과 니켈 사이에 산소 같은 가벼운 원소가 포함되어 있어서 그런 것이라 추측되고 있습니다. 인사이트에 설치된 X 밴드, 즉, 레이더에서 자주 사용하는 주파수 대역으로 화성의 구조를 더욱더 세밀하게 밝혀낼 수 있을 것이라 하니, 화성의 비밀을 하나씩 해결해 갈 수 있을 것으로 기대합니다!

 

04 구부러지는 얼음 초저온 상변이 얼음

출처 https://www.youtube.com/watch?v=gsd_Q4hYhpo&ab_channel=ScienceNews

일반적으로 얼음은 딱딱한 고체 상태이며, 힘을 가하면 깨지기 마련입니다. 그런데 특수한 환경에서는 얼음이 구부러질 수도 있다는 점, 상상이 가시나요? 중국 저장 대학의 나노 과학자 페이젠 수 연구팀은 초저온 상태에서 얼음이 구부러진다는 사실을 밝혔습니다. -150℃에 육박하는 초저온 환경에 전기전압이 충전된 텅스텐 바늘을 놓고 수증기를 방출하면, 전기장이 만들어지면서 바늘이 물 분자를 끌어당겨 결정으로 만듭니다. 생성된 결정은 인간의 머리카락보다도 얇은, 4.4㎛의 얼음 실이었습니다. 이 얼음 실은 180° 가까이 구부러지면서 고리를 형성할 정도로 유연한 성질을 보였습니다. 일반적으로 얼음은 얼음 속 균열과 기포 등의 결함 때문에 이론보다 훨씬 낮은 탄성률을 보이는데, 초저온에서 생성된 얼음 실은 이론적인 수치에 더욱 가까워진 탄성률을 가집니다. 또한, 연구진은 얼음 실을 구부렸다가 힘을 뺐을 때 얼음이 원래의 모양으로 튀어 오르는 현상을 통해 얼음의 상변이를 관찰했습니다. 일반적인 얼음의 상은 육각형 결정 형태로, 이를 lh 상이라 부릅니다. 구부러진 얼음의 구부러진 부분에는 육면체 형태인 ll 상이 발견되었으며, 구부러지는 도중 lh 상에서 ll 상으로의 상변이가 순간적으로 나타난다고 합니다. -70℃의 얼음에서 이 같은 상변이가 나타나며, 얼음이 다시 펴질 때는 반대의 상변이가 발생합니다. 이를 통해 얼음 상변이 연구의 새로운 길이 열렸으며, 이 얼음이 극저온에서 광케이블 재료나 얼음에 대한 분자 흡착, 얼음 표면 변경 등을 연구하는 저온 센서로 활용될 것으로 보입니다. 우리에게 너무나도 익숙한 얼음이 익숙하지 않은 형태로 변해 높은 활용성으로 주목받고 있다니! 정말 신기하지 않나요?

 

글. 전자전기공학과 20학번 26기 알리미 이승은