올해 C&EN 편집자들의 관심을 끈 것은 바로 이러한 독특한 발견들이었습니다.
크리스탈 바스케스 지음
펩토비스몰 미스터리
출처: 국립 커뮤니케이션
비스무트 서브살리실레이트의 구조 (Bi = 분홍색; O = 빨간색; C = 회색)
올해 스톡홀름 대학교 연구팀은 100년 묵은 수수께끼, 즉 펩토비스몰의 주성분인 비스무트 서브살리실레이트의 구조를 밝혀냈습니다(Nat. Commun. 2022, DOI: 10.1038/s41467-022-29566-0). 전자 회절을 이용한 분석 결과, 이 화합물은 막대 모양의 층 구조를 이루고 있었습니다. 각 막대의 중심부에는 산소 음이온이 세 개 또는 네 개의 비스무트 양이온을 번갈아 가며 연결하고 있었습니다. 한편, 살리실레이트 음이온은 카르복실기 또는 페놀기를 통해 비스무트와 배위 결합을 형성하고 있었습니다. 전자 현미경을 이용한 관찰을 통해 연구팀은 층 구조의 불규칙성도 발견했습니다. 연구팀은 이러한 불규칙적인 배열이 비스무트 서브살리실레이트의 구조가 오랫동안 과학자들에게 밝혀지지 않았던 이유일 수 있다고 추측합니다.
사진 제공: 루즈베 자파리
팔뚝에 부착된 그래핀 센서는 지속적인 혈압 측정을 제공할 수 있습니다.
혈압 문신
100년이 넘는 세월 동안 혈압 측정은 팔에 공기를 넣어 부풀리는 커프를 사용하는 방식으로 이루어져 왔습니다. 하지만 이 방법의 단점은 한 번의 측정이 개인의 심혈관 건강 상태를 단편적으로만 보여준다는 것입니다. 그러나 2022년, 과학자들은 몇 시간 동안 지속적으로 혈압을 측정할 수 있는 임시 그래핀 "문신"을 개발했습니다(Nat. Nanotechnol. 2022, DOI: 10.1038/s41565-022-01145-w). 탄소 기반 센서 어레이는 착용자의 팔뚝에 미세한 전류를 흘려보내고 전류가 신체 조직을 통과할 때 전압 변화를 감지하는 방식으로 작동합니다. 이 값은 혈액량 변화와 상관관계가 있으며, 컴퓨터 알고리즘은 이를 수축기 및 이완기 혈압으로 변환합니다. 텍사스 A&M 대학교의 루즈베 자파리 교수는 이 장치가 의사들에게 환자의 심장 건강을 장기간에 걸쳐 눈에 띄지 않게 모니터링할 수 있는 방법을 제공할 것이라고 밝혔습니다. 또한 의료 전문가들이 스트레스가 많은 병원 방문과 같이 혈압에 영향을 미치는 외부 요인을 걸러내는 데 도움이 될 수 있습니다.
인간이 생성한 활성산소
크레딧: Mikal Schlosser/TU 덴마크
네 명의 자원 참가자가 온도와 습도가 조절되는 방에 앉아 연구원들이 인간이 실내 공기 질에 미치는 영향을 연구할 수 있도록 했습니다.
과학자들은 세척제, 페인트, 방향제 등이 실내 공기 질에 영향을 미친다는 사실을 알고 있습니다. 올해 연구진은 인체에도 영향을 미칠 수 있다는 사실을 발견했습니다. 연구팀은 온도와 습도가 조절되는 실험실에 네 명의 자원자를 넣어 실험을 진행한 결과, 사람 피부의 천연 오일이 공기 중의 오존과 반응하여 수산화 라디칼(OH)을 생성할 수 있다는 것을 밝혀냈습니다(Science 2022, DOI: 10.1126/science.abn0340). 이렇게 생성된 반응성이 높은 라디칼은 공기 중의 화합물을 산화시켜 잠재적으로 유해한 분자를 생성할 수 있습니다. 이러한 반응에 관여하는 피부 오일은 스쿠알렌으로, 오존과 반응하여 6-메틸-5-헵텐-2-온(6-MHO)을 생성합니다. 오존은 다시 6-MHO와 반응하여 OH를 생성합니다. 연구팀은 이번 연구를 바탕으로 다양한 환경 조건에서 인체가 생성하는 수산화 라디칼의 농도가 어떻게 달라지는지 추가적으로 조사할 계획입니다. 한편, 연구진은 이번 연구 결과가 실내 화학 물질을 평가하는 방식에 대한 과학자들의 생각을 바꿔놓기를 기대하고 있습니다. 왜냐하면 인간은 흔히 배출원으로 여겨지지 않기 때문입니다.
개구리에게 안전한 과학
개구리가 자신을 방어하기 위해 분비하는 독화학물질을 연구하려면 연구자들은 개구리의 피부 샘플을 채취해야 합니다. 하지만 기존의 샘플 채취 기술은 종종 이 연약한 양서류에게 해를 끼치거나 심지어 안락사를 초래하기도 합니다. 2022년, 과학자들은 마스펙 펜(MasSpec Pen)이라는 장치를 이용해 개구리의 등 부분에 존재하는 알칼로이드를 채취하는 보다 인도적인 방법을 개발했습니다(ACS Meas. Sci. Au 2022, DOI: 10.1021/acsmeasuresciau.2c00035). 이 장치는 텍사스 오스틴 대학교의 분석화학자인 리비아 에벌린(Livia Eberlin)이 개발했습니다. 원래는 외과의들이 인체의 건강한 조직과 암 조직을 구분하는 데 도움을 주기 위한 용도로 개발되었지만, 에벌린은 개구리의 알칼로이드 대사 및 축적 방식을 연구하는 스탠퍼드 대학교의 생물학자 로렌 오코넬(Lauren O'Connell)을 만난 후 이 장치를 개구리 연구에도 활용할 수 있다는 것을 깨달았습니다.
사진 제공: 리비아 에벌린
질량 분석기 펜은 독개구리에게 해를 끼치지 않고 피부 샘플을 채취할 수 있습니다.
크레딧: Science/Zhenan Bao
신축성이 있고 전도성이 있는 전극을 사용하면 문어 근육의 전기적 활동을 측정할 수 있습니다.
문어에 딱 맞는 전극
생체 전자 장치를 설계하는 것은 타협의 연속입니다. 유연한 고분자는 전기적 특성이 향상될수록 종종 경직되는 경향이 있습니다. 하지만 스탠포드 대학교의 제난 바오(Zhenan Bao) 교수가 이끄는 연구팀은 신축성과 전도성을 모두 갖춘 전극을 개발하여 두 가지 장점을 모두 활용했습니다. 이 전극의 핵심은 서로 맞물리는 구조에 있습니다. 각 부분은 전도성 또는 유연성을 최적화하여 다른 부분의 특성을 저해하지 않도록 설계되었습니다. 바오 교수는 이 전극의 성능을 입증하기 위해 쥐의 뇌간 뉴런을 자극하고 문어 근육의 전기적 활동을 측정하는 실험을 진행했습니다. 그녀는 2022년 가을 미국 화학 학회(ACS) 학술대회에서 두 실험 결과를 발표했습니다.
방탄 목재
출처: ACS Nano
이 나무 갑옷은 총알을 최소한의 피해로 막아낼 수 있습니다.
올해, 화중과학기술대학교의 리후이차오 교수가 이끄는 연구팀은 9mm 리볼버에서 발사된 총알을 막아낼 수 있을 만큼 강력한 목재 갑옷을 개발했습니다(ACS Nano 2022, DOI: 10.1021/acsnano.1c10725). 이 목재 갑옷의 강도는 리그노셀룰로오스와 가교된 실록산 고분자 층이 번갈아 쌓여 있는 구조에서 비롯됩니다. 리그노셀룰로오스는 2차 수소 결합 덕분에 쉽게 부러지지 않으며, 이 결합은 끊어지더라도 다시 형성될 수 있습니다. 한편, 유연한 실록산 고분자는 충격을 받으면 더욱 단단해집니다. 리 교수는 이 소재를 개발하기 위해 피라냐의 날카로운 이빨에도 견딜 수 있을 만큼 질긴 피부를 가진 남아메리카 어종인 피라루쿠에서 영감을 얻었습니다. 연구팀은 이 목재 갑옷이 강철과 같은 다른 내충격 소재보다 가볍기 때문에 군사 및 항공 분야에 활용될 수 있을 것으로 기대하고 있습니다.
게시 시간: 2022년 12월 19일