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진로활동 주제 구상

주제: 미세플라스틱이 해양 생태계와 인체 건강에 미치는 영향 탐구

Ⅰ. 활동 동기

해양 생물의 체내에서 발견되는 미세플라스틱이 먹이사슬을 통해 인간에게까지 축적된다는 사실에 관심을 가짐.

특히 미세플라스틱이 세포 수준에서 어떤 영향을 미치는지, 그리고 의학적으로 어떤 질병과 연관될 수 있는지 궁금증을 가짐.

이를 통해 생명과학적 관점에서 환경과 인체 건강의 연관성을 탐구하고자 함.

Ⅱ. 활동 내용

(학교에서 가능한 수준과 진로 탐구 활동으로 연결되게 구성)

1. 기초 조사 활동

미세플라스틱의 정의, 크기, 종류(PE, PP, PS 등)와 생성 원인(화장품, 합성섬유, 플라스틱 분해 등)을 조사.

해양 생물(조개, 물고기, 플랑크톤 등)에서 검출된 미세플라스틱 사례를 탐색하고,
→ 이를 통해 생태계의 먹이사슬 교란과 생물학적 농축 현상 이해.

2. 생명과학적 탐구 연결

미세플라스틱이 생물의 세포막 투과성이나 면역 반응에 미치는 영향을 문헌으로 조사.

세포 실험 논문을 참고해 “미세플라스틱이 세포 내 산화 스트레스를 유발해 염증 반응을 일으킨다”는 연구 결과를 요약.

이를 통해 환경 독성이 생명 수준에서 어떻게 질병으로 발전하는지 사고 확장.

3. 해결책 탐구 – 생분해성 플라스틱 제시

PLA(폴리젖산), PHA 등 생분해성 플라스틱의 화학 구조와 분해 원리를 조사.

미생물 효소(예: 리파아제, 에스터레이스) 가 분해 과정에 관여함을 분석.

생분해성 플라스틱이 해양 생태계 복원에 어떤 기여를 할 수 있는지 논의.

4. 연계 활동 예시

해양오염 관련 포스터 제작 / 발표 자료 제작

과학탐구보고서로 확장 → “미세플라스틱 축적이 생물의 생리 기능에 미치는 영향”

모의 실험 구상 → 필터링 실험, 분해율 비교 실험 등

Ⅲ. 활동을 통해 성장한 점

환경 문제를 생명 현상과 연결해 사고하는 통합적 관점을 기르게 됨.

단순한 ‘오염’ 개념을 넘어, 세포 수준에서의 생명 손상으로까지 사고를 확장함.

생명체의 건강과 환경의 관계를 이해하면서 의사로서 생명 보호의 의미를 깊게 성찰하게 됨.

생분해성 플라스틱의 원리와 가능성을 탐구하며 과학적 사고력과 문제 해결 능력을 기름.

Ⅳ. 세특·진로활동 기록 예시 문장

미세플라스틱의 해양 축적이 생물 및 인체에 미치는 영향을 탐구하면서,
생명체의 건강이 환경과 긴밀히 연결되어 있음을 깨달음.
특히 생분해성 플라스틱의 생물학적 분해 원리를 조사하며
미생물 효소와 생태계 복원 간의 상관관계를 과학적으로 탐구함.
이를 통해 환경 문제를 생명과학적 관점에서 통합적으로 이해하려는 태도를 보임.

원한다면
이 내용을 기반으로
1️⃣ 진로활동 보고서용 정식 문단 (700자 정도)
혹은
2️⃣ 세부능력특기사항용 문장형 요약본 (생기부용 3~4줄)
둘 중 하나로 다듬어줄 수 있어.

어느 형식으로 정리해줄까?

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카탈레이스 효소 실험 목적

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카탈레이스 효소 실험 목적

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미세입자 제작 목적

미세플라스틱(예: PE, PP)과 생분해성 플라스틱(예: PLA, PHA)을 같은 입자 크기(100–500 μm 수준)로 조제

입자 크기, 형태, 분포를 최대한 비슷하게 만들어 공정한 비교 조건 확보

효소 활성 비교 실험 목적

인체 내 단백질 효소(예: 카탈레이스, 아밀레이스 등)에 두 종류의 입자를 노출시켜

효소 반응 속도나 생성물 농도 변화를 측정

미세플라스틱이 효소 구조나 기능에 저해 효과를 주는지 확인하고,

생분해성 플라스틱은 상대적으로 영향이 적은지 정량적으로 비교

환경·의학적 의미

미세플라스틱이 단백질 구조 손상이나 효소 비활성화를 유발할 가능성을 과학적으로 탐구

생분해성 대체 소재의 생체 안전성 검증 자료로 활용

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카탈레이스 효소 구체적 실험 과정

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카탈레이스 효소 구체적 실험 과정

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공통 준비 (미리 모두 해둘 것)

A. 안전/기본

보호장비: 장갑(라텍스/니트릴), 보호안경, 실험가운

작업대 정리, 환기(창문 또는 후드)

H₂O₂(3%) 취급 주의: 피부 노출 시 즉시 물로 씻기

B. 시약·시료 준비 (모든 실험 공통)

1. 카탈레이스 용액 (표준)

목표농도: 0.1 mg/mL

준비: 카탈레이스 분말 10 mg을 증류수 100 mL에 녹여 잘 섞음 → 0.1 mg/mL

보관: 4°C, 사용 직전 상온(20–25°C)으로 10분 방치

2. 과산화수소(H₂O₂)

가정용 3% 사용 가능. 라벨 확인.

실험 중 반응이 너무 격하면 H₂O₂ 부피를 줄여(예: 5 mL → 2 mL) 반응 강도 조절

3. 미세입자(입자현탁액) — MP(PE/PP) 및 BP(PLA)

목표 입자범위: 100–500 μm (광학현미경으로 확인)

농도 표준: 1% (w/v) = 1 g 입자 / 100 mL 용액. 실험에서는 0.5% 또는 1% 사용 권장.

PLA(생분해성) 입자 만들기 (권장: 냉각→절구→교반 혼합 방식)

PLA 조각(원재료): PLA 컵/필라멘트 → 0.5–1 cm²로 자름

냉동: PLA 조각을 봉투에 넣어 냉동고에 –18°C에서 1시간 보관 → 단단해짐

분쇄: 절구/막자사발로 2–3분간 갈아 작은 조각으로 만듦

교반: 비커에 PLA 조각 1.0 g + 증류수 100 mL 넣고 교반기 중간속도(≈200–400 rpm)로 30분 교반

필터링: 500 μm 체로 거르고, 그 다음 100 μm 체를 통과시켜 100–500 μm 범위 얻기

농도 맞추기: 얻은 입자를 전자저울로 0.5 g 계량 → 증류수 100 mL에 넣어 0.5% (w/v) 현탁액 제조

입자 확인: 광학현미경에서 10–20개 측정하여 평균 크기와 표준편차 기록(단위: μm)

대체 방법(화학적 약산+교반): PLA 조각을 1% 아세트산 100 mL에 넣고 교반(200 rpm) 2–4시간 → 표면이 부식→ 작은 입자 분리 → 필터링(100–500 μm). (아세트산 사용 시 환기 및 장갑 필수)

공통 실험 조건(권장)

실험온도: 실온 20–25°C (온도는 용존산소/반응속도에 영향)

반응 용액 부피(기본 프로토콜): 효소 5.0 mL + 입자현탁 0.5 mL(또는 0 mL for CTL) + H₂O₂ X mL. H₂O₂는 방법에 따라 달리 넣음(아래 각 방법에서 명시).

반복: 각 조건 3회 반복(n=3) → 평균 및 표준편차 보고

① 방법 A — 밀폐→시린지로 가스부피 직접 측정 (가장 현실적·정량적)

목적

반응 중 생성되는 O₂의 부피(mL)를 직접 측정해 효소 활성을 정량화.

준비물

20 mL 플라스틱/유리 시린지(막대형) × 3 (반응당 1개)

실험용 튜브(예: 50 mL 원심관) 뚜껑을 개조하거나 마개(밀폐)

실리콘 튜브(내경 ≈ 2–3 mm) 10 cm

바늘 없이 시린지-튜브 연결 어댑터 또는 라바(고무) 마개에 구멍

시험관(10–15 mL) 또는 소형 반응병(최소 20 mL 용량) × 3

고무밴드·테이프(밀폐 보조)

스톱워치

온도계

장치 세팅(조립)

1. 반응병 준비: 20 mL 반응병(또는 50 mL 원심관) 내부에 5.0 mL 카탈레이스 용액을 넣음. (표기: 효소 용액)

2. 반응병의 뚜껑에 작은 구멍(실리콘 마개를 사용하면 더 안전)을 만들고, 실리콘 튜브를 꽂음. 튜브의 다른 쪽 끝은 비어있는(피스톤이 뒤로 당겨진) 20 mL 시린지의 끝에 꽂음(시린지의 피스톤은 0 mL 위치에 고정).

시린지 내부는 공기(0 mL 표기)로 시작.

3. 튜브-시린지 연결부는 테이프로 밀봉해 공기 누수 방지.

(도식: 반응병 —(튜브)—> 시린지(0 mL) )

단계별 절차 (정밀, 단위 포함)

주의: 동일 조건(온도, 용액 부피, 동일 기구) 유지가 중요.

1. 시험관 라벨링: CTL, MP, BP 각각 표시.

2. 효소 주입: 각 시험관에 5.00 mL 카탈레이스(0.1 mg/mL) 넣음(정밀 피펫 사용).

3. 입자첨가(실험군):

MP: 0.50 mL MP 현탁액(예: 0.5% w/v) 피펫으로 넣음

BP: 0.50 mL BP(PLA) 현탁액 넣음

CTL: 0.50 mL 증류수 넣어 부피 보정(항상 부피 동일하게)

4. 시린지 초기화: 각 시린지 피스톤을 0.0 mL 위치로 세팅(공기차 있음).

5. 반응 시작 직전: 시린지-튜브 연결부가 막혔는지 확인(밀봉). 스톱워치 준비(0 s).

6. H₂O₂ 첨가 및 동시 시계 시작: 피펫으로 3% H₂O₂ 5.00 mL를 시험관에 빠르게 넣고 바로 튜브-시린지 연결부가 열려 있는지 확인(튜브로 기체가 이동). 스톱워치 시작(= t = 0 s).

만약 반응이 너무 격하면 H₂O₂를 2.00 mL로 줄여서 강도 조절

7. 시린지 측정:

t = 10 s, 20 s, 30 s, 45 s, 60 s, 90 s, 120 s, 180 s 등 정해진 시간(권장: 처음 0–3분을 더 촘촘하게)에서 시린지 눈금을 읽고 기록(단위 mL).

각 시간에 시린지 피스톤이 이동한 부피(예: 4.2 mL)를 기록.

8. 최종 시간: 보통 5분(300 s) 까지 측정. 이후 반응이 평형이면 더 이상 측정 안 해도 됨.

9. 반복: 동일 조건으로 각 군 3회 반복(새로운 시린지/새 용기 권장)

10. 데이터 표 예시:

군반복t=10s (mL)t=20st=30st=60st=120st=300sCTL10.81.62.13.03.64.0MP10.40.81.11.61.92.0BP10.71.31.72.42.93.2

계산 방법 (정량화)

반응속도: 초기 선형 구간(예: 0–60 s)의 기울기 (mL / s) 계산 → mL/min로 환산

총 생성 O₂ 부피 (mL): t=300s에서의 값

상대활성(%):
[
\text{상대활성} = \frac{\text{실험군의 O}_2 \text{ 생성속도 (mL/min)}}{\text{CTL의 O}_2 \text{ 생성속도 (mL/min)}} \times 100
]

주의/팁

시린지 내부 공기압·온도에 따라 부피가 조금 달라짐 → 모든 시린지는 동일한 온도에서 사용.

연결부 누수 확인(비눗물로 거품 발생 확인 가능)

반응이 매우 빠르면 시린지가 가득 찰 수 있음 → 미리 큰 시린지(50 mL) 사용 고려

② 방법 B — 용존산소 센서(DO 전극) (정밀, 실시간 곡선)

목적

용액 내 용존산소 농도(mg/L 또는 %포화) 변화를 실시간 측정 → O₂ 발생률을 정밀하게 추정.

필요 장비

용존산소 전극(산소전극) + 데이터로거/멀티미터 (학교에 있으면 이상적)

교반기(저속) 또는 자기교반기(저속) (전극이 안정적으로 위치하도록)

반응병(적어도 50 mL)

표준 교정용 공기포화수(또는 제조사 교정용액)

온도계(센서 보정에 필요)

만약 전극이 없으면 아래 방법(시린지 또는 물밀려난 부피)로.

전극 교정 (반드시)

1. 공기포화수(100% 포화) 교정

25°C 증류수 100 mL를 비커에 넣고 교반기로 약간(100 rpm) 교반하여 공기와 충분히 접촉. 전극을 넣고 안정화(약 2–3분). 표시되는 값(예: 8.3 mg/L at 25°C)을 100%로 설정.

2. (선택) 제로 포인트

제로 교정은 황산나트륨/아황산나트륨 등 화학 물질 필요하므로 학교에서 권장하지 않음. 제조사 지침 따를 것.

단계별 절차

1. 반응병 세팅: 50 mL 비커(또는 반응병)에 카탈레이스 5.00 mL 넣음. (피펫 사용)

2. 입자첨가: MP 0.50 mL or BP 0.50 mL, CTL은 0.50 mL 증류수.

3. 전극 삽입: DO 전극을 반응용액 중앙에 고정(전극 팁이 용액에 잠기도록). 전극은 저속 교반(약 50–100 rpm)이 가능하도록 위치 조절.

4. 기초 측정(베이스라인): H₂O₂ 추가 전 2분간 DO값 기록(초당 5초 간격 권장) → 베이스라인 DO(mg/L) 확보.

5. 반응 시작: H₂O₂ 5.00 mL 첨가(빠르게) → 스톱워치 시작(t=0). DO 값은 초 단위 또는 5초 간격으로 기록(데이터로거가 자동이면 1s 간격 권장).

6. 측정 시간: 최초 5분은 촘촘히(1–5s 또는 5s 간격), 이후 10–15분은 30s 간격으로 기록.

7. 데이터 처리: DO 상승(또는 변동) 곡선에서 초기 선형 구간의 기울기(Δmg/L per s)를 구함. 반응 용액의 부피(L)를 곱하면 생성된 산소량(mg/s) → mg → mL(O₂)로 환산(기체의 밀도 이용; 표준상태에서 1 mL O₂ ≈ 1.429 mg at 1 atm? 대신 간단히: O₂ 밀도 1.429 g/L → 1 mg = 0.0007 mL. 하지만 계산 복잡하니 아래 표준 변환 제공).

간단 변환(상온 25°C, 1 atm): 1 mL O₂ ≈ 0.001429 g = 1.429 mg. → 즉 mg ÷ 1.429 = mL O₂. (주의: 온도에 따라 달라짐—보고서에 온도 명시)

계산 예시(단순화)

측정된 DO 상승률 = 0.10 mg/L per s (초기 선형)

반응용액부피 = 0.010 L (10 mL) → 생성속도 = 0.10 mg/L/s × 0.010 L = 0.001 mg/s

mL/s = (0.001 mg/s) ÷ (1.429 mg/mL) = 0.0007 mL/s → mL/min = 0.042 mL/min

이 값을 CTL과 비교해 상대활성 계산

장점/주의

매우 정밀하나 교정·온도 보정 필수.

DO 전극 반응 시간(응답속도)으로 인해 아주 급격한 변화는 위상 지연 발생 가능 → 응답속도 고려(제조사 사양 참고).

③ 방법 C — 뒤집은 눈금실린더(수위변화 물밀려난 부피 수집)(간이 수집법)

목적

발생한 산소를 물로 채운 눈금 실린더를 통해 부피 변화로 수집하여 O₂ 부피(mL)로 정량.

준비물

플라스틱/유리 눈금실린더(50 mL 또는 100 mL) × 1

큰 물통(예: 5 L 수조) — 눈금실린더를 물속에 뒤집어 넣을 수 있는 크기

고무관(내경 2–3 mm) × 15–30 cm

반응병(작은 시험관 또는 반응병)

클램프·스탠드

스톱워치

장치 세팅(조립)

1. 수조에 증류수(또는 수돗물) 채우기(수온 기록).

2. 눈금실린더에 물을 가득 채운 뒤(상단 공기 없이), 손으로 막고 거꾸로(입구가 아래) 물통 속 적당한 위치에 놓는다. 눈금실린더가 완전히 물속에 잠겨야 함.

3. 눈금실린더 상단(지금은 바닥쪽)에서 조금 위에 고무관의 끝을 넣고 고정(물 안쪽에 튜브 끝 위치).

4. 튜브의 다른 쪽 끝을 반응병의 뚜껑에 삽입(밀폐 가능한 뚜껑에 구멍뚫어 튜브 삽입). 반응 시작 시 발생한 기체는 튜브를 통해 눈금실린더로 흘러가 물을 밀어내게 됨.

(도식: 반응병 → 튜브 → 뒤집힌 눈금실린더(물밀려난 부피 측정))

단계별 절차

1. 반응병(예: 20 mL 시험관)에 효소 5.00 mL 투입.

2. 입자첨가: MP 0.50 mL / BP 0.50 mL / CTL 0.50 mL 증류수.

3. 눈금실린더 단계: 눈금실린더의 초기 읽기(예: 남아있는 물 높이 → 0 mL 부터 시작) 기록.

4. 반응 시작: H₂O₂ 5.00 mL를 빠르게 넣고 즉시 스톱워치 시작. 기체가 튜브를 통해 눈금실린더로 이동하여 물이 밀려나온다.

5. 시간별 부피 기록: t = 10s, 20s, 30s, 60s, 120s, 300s 눈금실린더의 올라간 부피(mL)를 읽어 기록.

6. 반복: 각 조건 3회. 눈금실린더 사이에 물을 가득 채워 초기 상태로 복원 후 다음 반복.

계산

눈금읽기(t=300s) = 생성된 O₂ 총부피(mL)

초기 선형 구간에서 기울기(mL/s) → mL/min 변환 → CTL 대비 상대활성 계산

장점/단점

장점: 장비 저렴, 가시적 측정

단점: 기포 누수·튜브 공기주머니·테크닉 오류에 민감 → 연결부 꼼꼼히 밀봉 필요

공통 데이터 처리·결과 제시 방법(권장)

1. 각 군별(CTL, MP, BP) 3회 반복의 시간별 mL 값을 표로 정리

2. 각 시간의 평균 ± 표준편차 계산(단위: mL)

3. 초기 선형 구간(예: 0–60 s)에서 선형회귀로 기울기 구함 → 초기 반응속도(mL/min)

4. 상대활성(%) 계산(위 수식)

5. 그래프:

그래프1: 시간 vs 누적 O₂ 부피(mL) (CTL, MP, BP 곡선)

그래프2: 초기 반응속도(mL/min) 바차트(오차막대 포함)

6. 통계: t-test 또는 ANOVA로 MP vs BP vs CTL 비교(학교 수준이면 간단한 t-test로 두 그룹 비교)

예시 계산(시린지 방식 가정, 단순 예)

CTL 초기 0–60 s 선형기울기 = 0.05 mL/s → 3.0 mL/min

MP 초기 = 0.02 mL/s → 1.2 mL/min → 상대활성 = 1.2 / 3.0 × 100 = 40%

BP 초기 = 0.04 mL/s → 2.4 mL/min → 상대활성 = 80%

(이 값들은 예시. 실제값은 실험 결과에 따름)

트러블슈팅(자주 발생하는 문제와 해결)

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카탈레이스 효소 실험의 참고 문헌 및 산소 농도 측정 방법1: 가스 부피 직접 측정 (시린지·눈금실린더 방식)

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카탈레이스 효소 실험의 참고 문헌 및 산소 농도 측정 방법1: 가스 부피 직접 측정 (시린지·눈금실린더 방식)

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참고한 문헌( 논문 ):

A STUDY OF THE CATALASE REACTION (S. Morgulis, 1921)

논문 링크: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0021925818860835/pdf?crasolve=1&r=992684a66b4beb74&ts=1761110139930&rtype=https&vrr=UKN&redir=UKN&redir_fr=UKN&redir_arc=UKN&vhash=UKN&host=d3d3LnNjaWVuY2VkaXJlY3QuY29t&tsoh=d3d3LnNjaWVuY2VkaXJlY3QuY29t&rh=d3d3LnNjaWVuY2VkaXJlY3QuY29t&re=X2JsYW5rXw%3D%3D&ns_h=d3d3LnNjaWVuY2VkaXJlY3QuY29t&ns_e=X2JsYW5rXw%3D%3D&rh_fd=rrr)n%5Ed%60i%5E%60_dm%60%5Eo)%5Ejh&tsoh_fd=rrr)n%5Ed%60i%5E%60_dm%60%5Eo)%5Ejh&hc=~rrr)n%5Ed%60i%5E%60_dm%60%5Eo)%5Ejhwrrr)n%5Ed%60i%5E%60_dm%60%5Eo)%5Ejhwrrr)n%5Ed%60i%5E%60_dm%60%5Eo)%5Ejh&iv=a9b4590c1bb5f8a52731b7a3f8f636f0&token=64653037623232353365353538646239643064306237346562623761393561343964653639323031303434663734633235383963393233336238663139616565343233306539636439323230376164306161666436626637343836613262626461343664333864623739393635376561653265623064666662383032643938343a663362633836633136613731633138363437663565303837&text=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&original=3f6d64353d3264366432303730663237343664643535656239336238626132623865323936267069643d312d73322e302d53303032313932353831383836303833352d6d61696e2e706466&chkp=1c&rack=992684a66b4beb74

실험 과정 요약:

간/신장 등의 추출물에서 카탈레이스 활성도를 산소 시체의 부피로 정량함.

실험 과정 정리:

<필요한 장비와 시약>

1.신선한 동물 조직(간 또는 신장) .

2.완충용액(논문에서 사용한 완충 조성 표기)

3.균질화기(또는 절구·막자사발) 및 원심분리기

4.과산화수소(H₂O₂) 용액(다양한 농도로 준비)

5.기체수집 장치 (시린지)

5.온도조절 장치와 온도계

<시료 전처리(추출물 준비)>

1. 동물 조직을 채취하여 즉시 얼음 위에서 다진다.

2. 일정 비율의 완충용액을 더해 균질화(homogenization)를 수행한다.

3. 균질액을 원심분리해 세포잔사(불용성 분획)를 제거하고, 상등액을 효소 용액으로 사용한다.

4. 효소 농도(단백질 함량)를 정량해 필요시 희석하여 실험에 쓴다.

<반응 장치 구성 및 측정 원리>

1.효소 용액(추출액)과 H₂O₂를 반응용기에 넣고 즉시 덮개를 닫아 밀폐상태를 만든다. 반응용기에는 기체가 빠져나가도록 관을 연결해 가스량을 외부의 가스수집계(기체 burette 또는 밀폐된 시린지)에 유도한다.

2.반응 시작(t=0)에 H₂O₂를 넣고 발생하는 O₂의 부피 변화를 시간 간격별로 기록한다(예: 초단위 또는 몇 초 간격).

<실험 변수 조절>

1.H₂O₂ 농도(여러 농도에서 측정), 온도(수욕조로 제어), 효소 농도(희석 단계) 등을 바꿔 반응속도 변화를 측정한다.

2.초기 선형 구간의 부피변화로부터 속도(기울기)를 산출하고, 반응속도 상수 또는 활성도를 비교·계산한다.

<데이터 처리>

1.시간대별 생성 산소 부피(㎖)를 기록 → 초기 선형 구간(예: 0–1분)에서 선형회귀로 기울기(㎖/s)를 산출 → 표준 상태(STP) 보정·온도보정 후 효소 활성으로 보고.

2.논문은 온도와 H₂O₂ 농도에 따른 속도변화(Arrhenius식 유도 등)를 다루며, 반복 측정으로 오차를 줄임.

<논문의 핵심 내용>

Morgulis는 조직 추출물의 처리 방식(동일 조건의 균질화, 원심분리)과 온도·기질 농도 제어의 중요성을 강조했습니다.

출처: Morgulis S., A Study of the Catalase Reaction, J. Biol. Chem. (1921).

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카탈레이스 효소 활성 저하 원인-단백질 흡착 실험

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카탈레이스 효소 활성 저하 원인-단백질 흡착 실험

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미세플라스틱과 생분해성 플라스틱이 효소(카탈레이스)의 활성 및 단백질 흡착에 미치는 영향 비교

- 실험 목적

미세플라스틱과 생분해성 플라스틱이 효소의 활성을 얼마나 억제하는지를 비교하고,
그 원인이 효소 단백질의 표면 흡착에 있는지를 확인한다.

- 준비물

분류품목용도수량/농도시약과산화수소 (H₂O₂)카탈레이스 반응 기질3% (w/v), 100 mL시약카탈레이스 효소 용액반응 효소0.1 mg/mL, 30 mL시약미세플라스틱 입자 (PE, 50 μm)대조용 입자1 g시약생분해성 플라스틱 분말 (PLA, 50 μm 이하)비교용 입자1 g시약Bradford 단백질 정량 시약단백질 흡착량 측정20 mL시약알부민 표준용액 (0.1 mg/mL)표준곡선 작성용10 mL기구마이크로피펫 (100–1000 μL)정확한 시료 취급1개기구1.5 mL 마이크로튜브시료 혼합용15개기구50 mL 비이커반응용6개기구교반기 (magnetic stirrer) + 교반자혼합용1세트기구온도계반응 온도 측정1개기구초시계시간 측정1개기구분광광도계단백질 정량용 (595 nm)1대기구원심분리기 (microcentrifuge)효소 분리1대기구시험관 랙, 눈금 실린더, 스포이드일반 기구-

- 실험 과정

1️⃣ 입자 현탁액 준비

1. PE 미세플라스틱과 PLA 분말 각각 0.5 g을 50 mL 증류수에 넣는다.

2. 교반기를 500 rpm으로 맞추고, 15분간 교반하여 입자가 균일하게 분산되도록 한다.

⚠️ 입자가 가라앉지 않게 하기 위해, 교반 중 자기 교반자를 중앙에 정확히 놓는다.

3. 교반이 끝난 후, 각 입자 현탁액을 “MP 용액”과 “BP 용액”으로 명명한다.

2️⃣ 효소 활성 비교 실험

① 반응 혼합물 준비

각 군별로 다음 조합으로 반응용 비이커를 준비한다.

군구성비율 (mL)Control3% H₂O₂ 10.0 + 증류수 10.0 + 카탈레이스 2.022.0MP3% H₂O₂ 10.0 + MP 현탁액 10.0 + 카탈레이스 2.022.0BP3% H₂O₂ 10.0 + BP 현탁액 10.0 + 카탈레이스 2.022.0

⚠️ 카탈레이스는 실험 직전에 넣어야 함.
H₂O₂와 만나면 바로 반응이 시작되므로, 순서를 반드시 지켜야 한다.

② 반응 진행

1. 비이커를 25°C로 맞춘 교반판 위에 올린다.

2. 교반 속도는 200 rpm, 시간은 5분으로 설정한다.

3. 반응이 시작되면 즉시 초시계 작동.

4. 반응 5분 후, 기포 발생량 또는 잔류 H₂O₂를 측정한다.

기포량 측정: 50 mL 눈금실린더에 반응액을 붓고 발생한 거품의 부피를 눈금으로 읽는다.

잔류 H₂O₂ 정량 (선택): KI 용액과 전분 시약을 이용해 색 변화(청색 → 무색)로 간접 비교 가능.

5. 실험은 각 군 3회 반복(n=3) 해서 평균값을 구한다.

3️⃣ 단백질 흡착 실험

① 혼합 반응

1. 새 1.5 mL 튜브 3개를 준비하고 각각 “CTL”, “MP”, “BP”라고 표시한다.

2. 각 튜브에 다음과 같이 시료를 넣는다.

튜브카탈레이스 용액 (0.1 mg/mL)입자 현탁액최종 부피CTL1.0 mL증류수 1.0 mL2.0 mLMP1.0 mLMP 현탁액 1.0 mL2.0 mLBP1.0 mLBP 현탁액 1.0 mL2.0 mL

3. 튜브를 200 rpm 교반기에서 10분간 교반하여 효소가 입자 표면에 흡착되도록 한다.

4. 교반 후 정지 상태로 5분 방치해 입자가 가라앉게 한다.

② 원심분리

1. 원심분리기를 5000 rpm, 5분으로 설정한다.

2. 각 튜브를 균형 맞게 넣고 원심분리한다.

3. 상등액(윗부분 1.0 mL)을 깨끗한 새 튜브에 옮긴다.

⚠️ 가라앉은 입자층을 건드리지 않도록 조심스럽게 피펫으로 뽑는다.

③ 단백질 정량 (Bradford 방법)

1. 깨끗한 시험관 9개를 준비한다 (각 군 3반복 × 3군 = 9개).

2. 각 시험관에 다음 순서로 시료를 넣는다.

시료(상등액) 0.10 mL

Bradford 시약 5.00 mL

3. 가볍게 흔들어 섞고 암소(빛 차단된 곳)에서 10분 반응시킨다.

4. 분광광도계로 595 nm에서 흡광도(A595)를 측정한다.

표준곡선: 알부민 0, 0.02, 0.04, 0.06, 0.08, 0.10 mg/mL

표준곡선은 매번 실험 전에 새로 만들어 정확도를 높인다.

④ 계산 및 정리

1. 표준곡선을 이용해 각 군의 상등액 단백질 농도(C상등액)를 구한다.

2. 초기 효소농도(0.10 mg/mL)에서 이를 빼서 흡착된 효소량 계산:
[
C_\text{흡착} = 0.10 - C_\text{상등액}
]

3. 흡착률(%) = (흡착된 효소량 ÷ 0.10) × 100

4. 효소활성 실험에서 얻은 산소 발생량 감소율과 비교한다.

⏱ 전체 소요 시간

구분시간입자 현탁 준비15분효소 반응 실험30분원심분리 + 흡착 측정25분Bradford 정량 및 분석30분총 소요 시간약 1시간 40분

🧩 실험 후 얻을 수 있는 결과

군예상 효소활성예상 흡착률해석Control100%0%효소 자유 상태MP낮음 (~60%)높음 (~40%)효소가 미세플라스틱 표면에 흡착되어 활성 저하BP중간 (~80%)낮음 (~15%)생분해성 표면은 효소 흡착 적음

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단백질 흡착 미세플라스틱

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단백질 흡착 미세플라스틱

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연 구 결 과 개 요

Protein Microplastic Coronation Complexes Trigger Proteome Changes in Brain-Derived Neuronal and Glial Cells

Janbolat Ashim1, Sangho Ji1, Hee-Yeon Kim1, Seoung-Woo Lee1, Soyoung Jang, Wansoo Kim, Sehyeon Han, Choonok Kim, Song Park, Jin-Kyu Park, Jee Eun Han, Seong-Kyoon Choi*,Wookyung Yu*

(1제1저자, *교신저자)

(Environmental Science & Technology, on-line published on 2025)

본 연구에서는 질량분석 기반의 단백체학(proteomics) 접근법을 활용하여, 미세플라스틱과 생체 단백질이 결합하여 형성되는 단백질 코로나가 신경계 세포에 미치는 잠재적 위험성과 관련된 세포 내 기전 및 생물학적 반응을 분석하였다.

그 결과, 미세플라스틱은 혈청과 같은 생체 내 단백질과 상호작용하면서 다양한 단백질이 흡착된 ‘단백질 흡착 미세플라스틱’을 형성하는 것으로 나타났다.

단백체 분석 결과, 단백질 흡착 미세플라스틱은 미세플라스틱 자체보다 세포의 단백질 발현을 더욱 크게 변화시켰으며, 이는 단백질 합성, RNA 가공, 지질대사, 핵-세포질 수송 및 구획화 등 핵심적인 세포 생리 과정에 영향을 미쳤다.

특히, 미세플라스틱 표면에 이질적으로 흡착된 단백질은 세포 인식 기전을 통해 다양한 세포 신호 전달 경로를 교란시켜, 뇌 내 미세플라스틱 축적에 관여할 가능성을 시사 하였다.

출처: [BRIC Bio통신원] 뇌세포 기능까지 해치는 ‘단백질 흡착 미세플라스틱’ 유해성 밝혀,

https://www.ibric.org/s.do?DTXrUsqOyR

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단백질 흡착 참고자료-2

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단백질 흡착 참고자료-2

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https://m.dongascience.com/news.php?idx=73288&utm_source=chatgpt.com

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미세플라스틱, 단백질에 붙어 뇌세포 기능 해친다

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미세플라스틱은 체내에서 단백질과 결합해 뇌세포 기능을 교란하는 것으로 나타났다. 게티이미지뱅크 제공. 체내에 유입된 미세플라스틱이 생체 단백질과 결합해 뇌세포 기능을 교란시킨다는 점이 입증됐다. 대구경북과…

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분광광도계가 우리학교에 존재하지 않음.(?)

이를 대체하기 위하여

ImageJ 프로그램을 활용하여 RGB를 분석하고 농도를 측정하여야함.

->근데 이것이 생각보다 통제할 변인들이 많아서 힘듦.

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카탈레이스 효소 실험 참고 문헌 및 방법2:용존 산소 센서(DO전극)

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카탈레이스 효소 실험 참고 문헌 및 방법2:용존 산소 센서(DO전극)

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(요약: 카탈레이스를 고정화한 시스템에서 용존산소(DO)의 주기적 변동(oscillation)과 기포 형성 관찰 — DO 전극을 이용한 실시간 측정)

논문 링크:https://www.jstage.jst.go.jp/article/analsci/20/6/20_6_895/_pdf?utm_source=chatgpt.com

핵심 장비·시약

카탈레이스 고정화 지지체(논문에서는 CPG: controlled pore glass 사용)

반응용기 및 격벽(또는 투과막: dialysis membrane)

용존산소 전극(갈바닉 타입 또는 Clark-type) 및 데이터로거

교반기(저속)

과산화수소(H₂O₂) 용액

고정화 및 장치 조립

1. 카탈레이스를 CPG(또는 다른 고정화 지지체)에 흡착/고정화하여 입자상 형태로 만든다. 고정화된 효소를 반응기 내부의 특정 위치(예: 일정 간격으로 배치)로 설치한다.

2. 전극, 고정화 지지체, 그리고 경우에 따라 dialysis membrane의 상대적 거리(위치)를 달리 배치하여 시스템 거동을 관찰한다(논문은 이 거리에 따라 발현되는 진동 모드가 달라짐을 보고함).

측정 절차

1. 반응용기(보통 몇 mL에서 수십 mL) 내에 완충용액을 채우고 낮은 농도의 H₂O₂를 공급한다.

2. 고정화된 카탈레이스에 H₂O₂가 도달하면 반응이 시작되고, 일부 경우 용존산소 농도 및 기체 발생에서 주기적(oscillatory) 변동이 관찰된다.

3. DO 전극으로 반응 중 DO를 연속 측정하고, 발생하는 기포(눈으로 관찰되는 버블)의 주기 및 크기 변화를 스코어링한다.

분석

DO 신호의 시간-변화(oscillation 주기, 진폭)를 분석하여 고정화 효소의 집적도, 기질 농도, 장치 기하학적 요인이 반응 동역학에 미치는 영향을 평가한다.

논문은 특히 고정화·공간 배치가 반응의 비선형 동역학(진동 발생)에 큰 영향을 줌을 실험적으로 보였다.

비고

이 연구는 고정화 효소 시스템에서의 비정형(주기적) DO 반응을 다루므로, 일반적인 자유용액에서의 단순 산소부피 측정과는 다른 동역학적 특성을 보입니다. DO 전극(갈바닉)의 보정·응답속도 고려가 필요하다.

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카탈레이스 효소 실험 참고 문헌 및 방법3 : 뒤집은 눈금실린더 이용(물이 밀려난 부피를 수집하는 방법)

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카탈레이스 효소 실험 참고 문헌 및 방법3 : 뒤집은 눈금실린더 이용(물이 밀려난 부피를 수집하는 방법)

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(요약: 뒤집은 눈금실린더 또는 O₂ 센서로 산소 발생량을 간단히 측정하는 교육용 표준 절차)

장비·시약(교육용)

감자/간 등 효소 원료(또는 상용 카탈레이스 시약)

과산화수소(H₂O₂)

고무관, 뒤집힌 눈금실린더(또는 O₂ 센서 + 데이터로거)

수조, 스탠드·클램프

절차(간단)

1. 효소 원료를 소량의 완충액으로 희석하여 효소 용액을 준비한다.

2. 반응관에 효소 용액을 넣고 H₂O₂를 첨가한다. 고무관으로 튜브를 반응관에 꽂아 눈금실린더 속으로 연결한다.

3. 발생하는 기체가 실린더의 물을 밀어낼 때의 부피를 특정 시간 간격(예: 30 s)마다 읽어 기록한다.

4. 초기 속도(예: 첫 30 s에서의 기체 부피)를 비교해 효소활성 변화를 평가한다.

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나노메디신에서 단백질 코로나 효과

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나노메디신에서 단백질 코로나 효과

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오준용, 심유정, 양경석, 유자형. (2020). 나노메디신에서 단백질 코로나 효과. 고분자 과학과 기술, 31(2), 129-135.

https://www.dbpia.co.kr/journal/articleDetail?nodeId=NODE09329771&utm_source=chatgpt.com

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오준용; 심유정; 양경석; 유자형

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나노메디신에서 단백질 코로나 효과 | DBpia

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오준용, 심유정, 양경석, 유자형 | 고분자 과학과 기술 | 2020.4

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DGIST '단백질 흡착 미세플라스틱, 뇌세포 기능 교란' 규명

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DGIST '단백질 흡착 미세플라스틱, 뇌세포 기능 교란' 규명

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[대구=뉴시스](왼쪽부터)뇌과학과 Janbolat Ashim 박사과정생, 핵심단백질자원센터 최성균 센터장, 뇌과학과 유우경 교수.(사진=DGIST 제공) [email protected] *재판매 및 DB 금지

[대구=뉴시스] 박준 기자 = 대구경북과학기술원(DGIST) 핵심단백질자원센터 최성균(바이오메디컬연구부 책임연구원)센터장과 유우경 교수(뇌과학과) 연구팀은 체내에 유입된 미세플라스틱이 생체 단백질과 결합해 뇌세포의 기능을 교란하고 이로 인해 신경독성 물질로 작용할 수 있음을 규명했다고 6일 밝혔다.

이번 연구는 단백질 흡착 미세플라스틱이 체내에서 생물학적 특성을 변화시키며 염증반응 및 세포 기능 교란을 일으키는 과정을 단백체 분석 기반으로 정밀하게 입증했다.

플라스틱은 현대 생활에 필수적인 소재지만 낮은 재활용률로 인해 상당량이 환경 중에 유출되며 미세플라스틱으로 변한다.

미세플라스틱은 공기, 물, 음식 등을 통해 인체에 유입되며 체내에 머물면서 다양한 생리적 기능에 악영향을 미칠 수 있다는 우려가 커지고 있다.

그 크기와 화학적 특성으로 인해 생체 단백질과 쉽게 결합할 수 있으며 이로 인해 기존과는 전혀 다른 형태의 생물학적 반응을 유도할 가능성이 제기돼 왔다.

그러나 지금까지는 플라스틱 자체의 독성에 대한 연구가 주를 이뤘고 실제 생체 내 환경에서 단백질과 결합한 상태의 미세플라스틱 즉 단백질 흡착 미세플라스틱이 인체에 미치는 영향에 대해서는 실질적이고 구체적인 연구가 거의 이뤄지지 않았다.

이에 연구팀은 미세플라스틱이 단백질과 결합해 어떤 방식으로 세포 기능을 변화시키는지에 대해 정밀한 단백체 수준의 분석을 통해 접근했다.

연구팀은 먼저 마우스의 혈청을 미세플라스틱과 함께 처리해 단백질이 흡착된 상태의 미세플라스틱을 형성한 후 이를 마우스 뇌 유래 신경세포 및 인간 미세아교세포에 처리해 생체 반응을 분석했다.

그 결과 단백질이 흡착된 미세플라스틱은 세포 내 단백질 합성, RNA 가공, 지질 대사, 물질 수송 등 생명 유지에 필수적인 기능을 광범위하게 교란하는 것으로 확인됐다.

이는 단순한 물리적 자극을 넘어 세포 수준에서의 본질적인 기능 손상을 유발함을 의미한다.

특히 혈청 단백질이 흡착된 미세플라스틱은 염증 유전자 발현을 유도하고 세포 신호 전달과 생리 기능을 저해하며 지속적으로 체내에 축적될 경우 신경독성 물질로 작용할 수 있는 가능성을 보여줬다.

이는 '플라스틱 자체보다 단백질과 결합한 미세플라스틱이 더 큰 생물학적 위해성을 지닌다'는 사실을 시사하며 앞으로 미세플라스틱 위해성 평가에 있어 전혀 새로운 관점을 제시하는 중요한 연구 결과다.

DGIST 최성균 핵심단백질자원센터장은 "이번 연구를 통해 미세플라스틱이 생체 내 단백질과 상호작용해 새로운 생물학적 특성을 갖게 되고 뇌세포의 기능을 교란해 신경독성 물질로 작용할 수 있음을 규명했다"며 "이는 미세플라스틱의 위해성을 평가하는 새로운 관점을 제시하는 결과로 향후 미세플라스틱 연구에 중요한 전환점이 될 것으로 기대된다"고 밝혔다.

한편 이 연구는 DGIST 기관고유 사업과 한국연구재단 성장형 박사후국내연수지원사업의 지원을 받아 수행됐으며 DGIST 뇌과학과 Janbolat Ashim 박사과정생, 지상호 박사, 핵심단백질자원센터 김희연 · 바이오메디컬연구부 이승우 연구원이 제1저자로, DGIST 바이오메디컬연구부 최성균 책임연구원과 뇌과학과 유우경 교수가 교신저자로 참여했다.

연구 결과는 미국화학회(ACS, American Chemical Society)의 환경 분야 국제학술지 Environmental Science & Technology 올해 7월 온라인판에 게재됐으며 생물학연구정보센터(BRIC)의 한빛사(한국을 빛내는 사람들)에 등재됐다.

◎공감언론 뉴시스[email protected]

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DGIST '단백질 흡착 미세플라스틱, 뇌세포 기능 교란' 규명

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대구=뉴시스] 박준 기자 = 대구경북과학기술원(DGIST) 핵심단백질자원센터 최성균(바이오메디컬연구부 책임연구원)센터장과 유우경 교수(뇌과학과) 연구팀은 체내에 유입된 미세플라스틱이 생체 단백질과 결합해 뇌세포의 기능을 교란하고 이로 인해 신경독성 물질로 작용할 수 있음을 규명했다고 6일 밝혔다.이번 연구는 단백질 흡착 미세플라스틱이 체내에서 생물학적 특..

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미세플라스틱 설명, 인체 영향 정리 참고자료

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미세플라스틱 설명, 인체 영향 정리 참고자료

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이거 한 번 봐보면 어떻게 영향을 주는지 대략적으로 방향을 자세히 알 수 있을 듯. 그리고 탐구 보고서 쓸 때 서론에도 이 내용 작성할 수 있음.

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미세플라스틱, 아는 만큼 두렵지 않다(논문,참고자료)

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[시약]
과산화 수소 시약
카탈레이스 효소 용액
PE 미세플라스틱 입자
PLA 생분해성 분말
Bradford 단백질 정량 시약 ---> IMAGE J 를 대체해서 단백질의 흡착정도를 알 수 있기 위함.
알부민 표준 용액
증류수

[실험 도구]
마이크로 피펫
1.5mL정도 마이크로튜브
50mL 비커 또는 시험관
교반기
온도계
초시계
원심 분리기-->흡착되지 않고 용액에 남아 있는 효소를 분리하기 위함.
눈금 실린더

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[실험의 정석] 4강. Image J 사용법(분광광도계가 없을 경우 대신 사용 가능한 프로그램, 프로그램 세팅 방법, RGB 데이터를 흡광도로 변환, 미지 용액의 농도 분석하기)

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2025 .10 .28 실험

준비물:
생감자 1개 : 효소 공급원으로 역할
과산화수소 H2O2 (3%) : 50mL(냉장보관)
PE미 세플라스틱 분말 : 0.5g
증류수: 100mL --용액 제조 및 희석용
전자 저울 : 0.01g단위 --PE 질량 측정 위함
마이크로피펫
시험관 6개 :크기와 모양이 동일하면 됨.
거즈 또는 필터: 감자즙 짜내기 위함
(스톱워치,온도계: 시간 및 온도 통제 위함)

< 시료 및 효소 용액 준비 (정량화) >
​1. 감자 즙 희석액 (표준 효소 용액) 준비
​즙 추출: 감자 1개(약 150g~200g)를 갈아 거즈로 짜서 즙을 확보합니다. (대략 20 mL이상 확보 권장)
​#정량 희석: 감자 즙 5.0 mL 을 마이크로 피펫으로 정확히 취하여 증류수 45.0 mL와 섞어 총 50.0 mL 10배 희석 감자 즙을 만듭니다.
​#오차 최소화: 희석 비율이 효소 활성 속도를 결정하므로, 이 비율을 모든 실험에서 동일하게 통제합니다.
​

2. PE 미세 플라스틱 현탁액 준비
#​정량 측정: 전자 저울을 사용하여 PE분말 0.50 g을 정확히 측정합니다.
​#현탁액 제조: 0.50g의 PE를 증류수 50.0 mL 에 넣어 현탁액을 만듭니다.

**중요**!!!!!!사용 직전 반드시 충분히 흔들어 PE가 균일하게 분산되도록 합니다.

3. 효소-플라스틱 사전 흡착 및 반응
​모든 실험은 일정한 실온에서 진행하며, 각 군을 3회 반복.

Control군(대조군): 감자즙 희석액(1mL)+증류수1mL

PE군: 감자즙 희석액1mL+PE현탁액1mL

​#정량 분주: 마이크로 피펫을 이용하여 위 표에 따라 6개의 시험관(각 군 3개)에 용액을 정확히 분주합니다.
#​사전 흡착: 모든 시험관을 5분간 가볍게 교반(섞어줌)합니다.
​#오차 최소화: 이 5분은 PE 입자가 감자 즙 속 카탈레이스 효소를 표면에 흡착하는 시간을 부여하여 활성 저해 효과를 극대화합니다.

4. 반응 시작 및 시각적 관찰
​반응 온도 통제: 모든 시험관이 동일한 온도를 유지하도록 합니다.
​기질 투입 및 관찰:
- 마이크로 피펫으로 H2O2(3%) 2.0 mL를 Control Trial 1 시험관에 정확히 넣는 동시에 스톱워치를 작동시킵니다.
​ - 5분 동안 발생하는 산소 거품의 높이를 관찰하고, 시험관 표면에 펜으 로 거품의 최고 높이를 표시합니다.
​반복: 동일한 방식으로 Control Trial 2, 3 및 PE 군 Trial 1, 2, 3 순서대로 반응을 시작하고 5분 후 거품 높이를 표시합니다.
​****중요***!!!!

오차 최소화: PE 현탁액은 침전되기 쉬우므로, PE 군 시험관에 H2O2 를 넣기 직전에 다시 흔들어 PE가 효소와 접촉하도록 합니다.

​4. 시각적 결론 도출
​결과 비교: 모든 실험이 끝난 후, 각 군 3개의 시험관을 나란히 놓고 다음을 관찰하여 결론을 도출합니다.
​산소 발생 확인: 모든 시험관에서 H2O2가 분해되어 O2 거품이 발생하는지 확인합니다.
​활성 비교 (시각적): Control 군의 평균 거품 높이와 PE 군의 평균 거품 높이를 눈으로 비교합니다.
​만약 PE 군의 거품 높이가 현저히 낮다면, PE 미세 플라스틱이 효소 활성을 저해했다는 시각적 증거가 됩니다.

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1. 일단, 카탈레이스 용액이 실험실에 없다는 것을 인지하지 못하여 감자 속에 들어있는 카탈레이스 효소를 이용하기 위하여 감자즙을 이용함

—>정량화 어려움/실험 정밀성 떨어짐

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프러시안 블루 미세플라스틱 흡착

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프러시안 블루 미세플라스틱 흡착

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https://www.kist.re.kr/ko/news/latest-research-results.do?mode=view&articleNo=9464

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최신연구성과 KIST in Media 주요행사 및 인사동정

청바지 염색하는 '프러시안 블루'로 물속 나노 플라스틱 안전하게 제거
- 태양광 조사 조건에서 작동하는 친환경 나노플라스틱 제거 소재 - 기존 정수장에서 처리하기 어려운 수백 나노미터 수준 미세플라스틱 추가설비 없이 응집제만으로 99% 제거 가능
한국과학기술연구원 (KIST, 원장 윤석진 ) 물자원순환연구단 최재우 박사 연구팀은 가시광이 조사되는 조건에서 나노플라스틱을 효과적으로 응집할 수 있는 친환경 금속 - 유기물 골격체 기반 고형 응집제를 개발했다고 밝혔다 .

연구팀이 개발한 소재는 특히 인체에 무해한 프러시안 블루 소재를 사용할 뿐 아니라 물에 녹여 사용하는 방식이 아닌 고형 응집제를 사용하기 때문에 잔여물 회수가 쉽다 . 또한 자연광을 에너지원으로 하므로 저에너지 공정 구현 또한 가능하다 .
[그림 1] 나노플라스틱과 가시광 활성 응집 소재의 상호작용
수중 응집소재가 가시광조사 환경에서 나노플라스틱과 정전기적인 상호작용을 통해 화학적인 산화-환원 반응을 일으키고 그 결과 안정화된 응집물이 형성된다.
[그림 2] 가시광활성 나노플라스틱 응집소재의 구조 및 응집 과정
(a) 나노플라스틱 응집 소재의 구조와 합성 과정을 보여준다. (b) 가시광이 조사되는 나노플라스틱이 존재하는 물에 응집소재를 첨가한 후 응집물이 형성되는 과정을 보여준다. 가시광이 조사되면 (f) 격자 내 전자 이동이 발생되어 정전기적인 준안정 상태를 유도한다. (g) 이를 안정화하기 위하여 표면 음전하를 띤 나노플라스틱과 응집 현상이 일어나고 (h) 안정화된다. 20 μm 이상의 응집물에 포함된 나노플라스틱을 (c) 막을 활용하여 회수한다. (d) 이미지는 응집물을 촬영한 전자주사현미경 이미지를 보여주며 (e)는 응집물에 포함된 나노플라스틱을 보여주는 확대 전자주사현미경 이미지이다.
[그림 3] 응집 소재를 활용한 나노플라스틱 제거 성능
(a)는 가시광 조사 환경에서 시간에 따라 나노플라스틱과 응집소재가 응집되어 서로 뭉치는 과정을 촬영한 스냅숏 이미지를 나타낸다. (b) 처리 시간에 따라 응집물의 크기가 증가되어 25분이 지나면 응집물의 크기가 최대가 되며 제거 반응이 종료되는 것을 나타내는 그래프이다. (c) 폴리알루미늄클로라이드(PAC)라는 상용 수용성 알루미늄 기반 응집제와 본 연구의 고형 응집 소재를 활용해 형성된 응집물이 형성된 후 교반 속도에 따른 용액의 탁도를 나타내는 그래프이다. 교반 속도가 증가하면서 생기는 흐름에 의해 응집물이 부서지면 탁도가 높아지게 되는데, 본 연구에서 소개된 소재(FeHCF nanobot)이 형성한 응집물이 상용 응집 소재(PAC)보다 약 2배 가량 높은 교반 속도에서 부서져 높은 물리적인 안정성을 나타낸다. 이러한 안정성은 응집물을 회수하기 용이하게 한다. (d) 나노플라스틱의 농도가 증가함에 따라 소재의 나노플라스틱 제거량이 높아지는 것을 나타내는 그래프이다. (e) 처리시간이 20분 정도 지나면 소재가 반응 평형에 도달해 빠르게 효율적으로 나노플라스틱을 응집할 수 있는 능력을 보여준다. (f) 기존에 개발된 응집 및 흡착소재와 나노플라스틱의 최대 제거 성능과 속도를 비교한 그래프를 나타낸다. 이전 연구들의 결과에서 도출된 수치를 큰 차이로 상회하는 결과를 보여준다.

(a) 용액의 pH가 응집 소재의 나노플라스틱 제거 성능에 미치는 영향을 보여주는 그래프. 자연수와 유사한 중성 영역의 pH에서 나노플라스틱 제거 성능이 뛰어났다. (b) 자연수에 가장 높은 농도로 존재하는 4가지 양이온이 공존하는 조건에서의 나노플라스틱 제거 성능을 증류수에서의 나노플라스틱 제거 성능과 비교한 그래프를 나타낸다. 또한, (c) 자연수에 가장 높은 농도로 존재하는 4가지 음이온이 공존하는 조건에서의 나노플라스틱 제거 성능을 증류수에서의 나노플라스틱 제거 성능과 비교한 그래프를 나타낸다. (d) 잘 배열된 응집 소재의 결정 격자가 (e) 양이온이 공존하는 조건에서 내부 침투에 의한 격자 간격이 늘어나고(intercalation) 이에 따라 불안정한 상태가 미세플라스틱과의 반응을 촉진했다. (f) 음이온들이 결정 외부에 흡착되며 불안정한 상태가 되어 미세플라스틱과의 반응을 촉진했다. 하지만, (g) 공존하는 유기물은 미세플라스틱에 대한 응집 효율을 저하시켰다. (h) 나노플라스틱의 초기농도가 20 mg/L 미만인 경우에 99.9%의 제거 효율을 보여준다. (i) 적정 가시광의 세기가 조사되는 환경에서 응집 소재의 나노플라스틱 제거 성능이 가장 높았다.

○ 논문명 : Visible-light-induced Self-propelled Nanobots Against Nanoplastics

○ DOI: https://doi.org/10.1016/j.watres.2023.120543

- 정경원 책임연구원 (교신저자/KIST 물자원순환연구단)

- 최재우 책임연구원 (교신저자/KIST 물자원순환연구단)

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고객헌장

한국과학기술연구원 고객헌장을 소개합니다.

한국과학기술연구원 고객헌장

우리 한국과학기술연구원은 원천기술의 보급과 국가산업발전을 선도하여 국민이 편안하고, 풍요로운 삶을 누릴 수 있도록 국가와 사회적 소명을 다할 것을 다음과 같이 선언합니다.

하나. 우리는 고객(국가와 국민)의 기대에 부응하는 최상의 R&D 품질을 제공하겠습니다.
하나. 우리는 항상 고객의 소리에 귀를 기울이고 고객의 입장에서 적극반영하겠습니다.
하나. 우리는 고객을 존중하고, 고객감동을 실현하기 위해 열려 있는 소통을 하겠습니다.
하나. 우리는 고객을 소중하게 생각하며, 종합적인 해결책을 제공하겠습니다.

이와 같은 목표를 달성하기 위하여 구체적인 서비스 이행표준을 제정하고, 이를 성실히 준수할 것을 약속드립니다

서비스 이행표준

한국과학기술연구원 서비스이행표준을 소개합니다.

1. 고객을 맞이하는 우리의 자세

가. 전화로 용무를 처리하시고자 하는 경우

전화벨이 울리면 3번 이내에 받고, 받을 때에는"안녕하십니까? 000팀 000입니다."라고 인사를 드리겠습니다.
만약 전화벨이 4번 이상 울려 받는 경우에는"늦게 받아 죄송합니다"라고 인사를 하겠습니다.
전화를 다른 직원에게 연결하여 드릴 경우에는 그 사유와 연결할 직원의 소속부서, 이름, 전화번호를 안내하여 드린 후 바로 연결하여 드리겠습니다.
담당자가 없을 경우에는 전화 요지, 고객의 성함, 연락처 등을 메모하여 담당자에게 전달하고, 담당자는 업무 복귀 후 30분이내에 고객께 연락드리겠습니다.
통화 종료 후에는"감사합니다. 좋은 하루 되세요"라고 인사를 한 다음, 고객이 전화를 끊으신후에 수화기를 내려놓겠습니다.
나. 직접 방문하시는 경우

전 건물 출입구와 승강기 내부에 층별 안내도, 각 사무실 입구에는 직원과 담당업무가 표시된 좌석배치도, 책상 앞에는 명패를 비치하여 방문하시려는 직원을 손쉽게 찾을 수 있도록 하겠습니다.
고객을 맞이할 때는 자신의 이름을 밝히고 친절한 자세와 존중하는 마음으로 임하겠습니다.

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청바지 염색하는 '프러시안 블루'로 물속 나노 플라스틱 안전하게 제거 | 한국과학기술연구원

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최신연구성과 KIST in Media 주요행사 및 인사동정 - 태양광 조사 조건에서 작동하는 친환경 나노플라스틱 제거 소재 - 기존 정수장에서 처리하기 어려운 수백 나노미터 수준 미세플라스틱 추가설비 없이 응집제만으로 99% 제거 가능 한국과학기술연구원 (KIST, 원장 윤석진 ) 물자원순환연구단 최재우 박사 연구팀은 가시광이 조사되는 조건에서 나노플라스틱을 효과적으로 응집할 수 있는 친환경 금속 - 유기물 골격체 기반 고형 응집제를 개발했다고 밝혔다 .

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<사회 심리>

미세플라스틱 문제는 과학적으로는 심각하지만, 사회적으로는 보이지 않는 위험이라는 이유로 과소평가되는 경향이 있다. 나는 이 지점이 흥미로웠다. 사회심리 연구를 보면 위험은 가시적일수록 더 크게 인식되는데, 미세플라스틱은 육안으로 보이지 않기 때문에 시민들의 행동 변화를 유도하기 어렵다는 분석이 많았다.

그런데 생명과학에서도 흥미로운 사실이 있는데, 가시적이지 않은 자극일수록 생명체는 미세한 단위에서 먼저 반응을 보인다는 점이었다. 대표적으로 산화 스트레스를 제거하는 효소인 카탈라아제는 외부 자극에 매우 민감한 초기 반응 시스템이다.

나는 이 두 가설(사회적 비가시성과 생물학적 초기 반응)을 연결해서, 사회가 감지하지 못하는 미세플라스틱 문제를 생명 시스템에서 가장 먼저 감지하는 지점이 어디인지 실험적으로 확인해 보고자 했다.
그래서 미세플라스틱이 카탈라아제의 분해능에 변화를 일으키는지 탐구함으로써, “보이지 않는 사회 문제”가 “보이는 생명 반응으로 바뀌는 순간”을 포착해 보고자 이 연구를 계획했다.

<환경,정책 관점>

한국은 OECD국가 중에서 플라스틱 배출량이 매우 높은 국가이지만, 그에 비해 미세플라스틱 관리 기준은 여전히 모호하다는 기사를 접했다. 특히 하천과 정수장에서 지속적으로 미세플라스틱이 검출되지만, 이를 건강 관점에서 평가할 수 있는 국내 데이터가 부족하다는 점이 문제라고 느꼈다.

정책 논쟁이 진전되지 않는 이유 중 하나가, 미세플라스틱의 생물학적 영향이 기초 수준부터 충분히 밝혀져 있지 않기 때문이라는 분석을 보며, 고등학생 수준이라도 기초적인 데이터를 스스로 만들어 보고 싶다는 생각이 들었다.

활성산소 증가와 세포 스트레스에 대한 연구는 있었지만, 가장 기본적인 방어 효소인 카탈라아제 단계에서 어떤 변화가 일어나는지는 상대적으로 적게 다뤄져 있었다. 그래서 미세플라스틱이 생명체의 초기 반응 시스템에 어떤 영향을 주는지 직접 측정해 보는 실험을 진행하게 되었다.

<호기심>

미세플라스틱 문제를 환경오염이라는 큰 틀보다 더 작은 수준에서 바라보고 싶었다. 아주 작은 입자가 효소나 단백질과 만날 때 어떤 상호작용이 일어나는지가 가장 궁금했다. 특히 미세플라스틱의 표면에 있을 수 있는 첨가제나 잔류 화학물질이 효소의 활성 부위에 영향을 주어 반응 속도를 변화시킬 가능성이 있다는 연구를 발견한 이후, 이를 직접 실험해보고 싶어졌다.

카탈라아제 반응은 산소 발생량으로 변화를 확인하기 쉬워 실제 미세플라스틱이 효소 기능에 교란을 일으키는지 파악하기에 적합한 시스템이다. 미세한 오염이 생명체 내부에서 어떤 초기 변화를 유발하는지를 가장 단순한 모델에서 관찰해 보고 싶어 이 연구를 시작했다.

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최근 미세플라스틱이 생수·수돗물·하천에서 지속적으로 검출되면서 환경과 건강을 동시에 위협하는 사회문제로 떠오르고 있다. 나는 이 문제가 보이지 않는다는 이유로 위험성이 충분히 인식되지 않는다는 점에 의문을 가졌고, 실제 생명 시스템에서는 어떤 초기 변화가 나타나는지를 확인하고자 했다.
특히 활성산소를 분해하는 카탈라아제가 미세플라스틱에 의해 교란될 수 있다는 연구 내용을 바탕으로, 효소 단계에서 반응 속도의 변화를 실험적으로 측정하는 탐구를 설계했다.
이번 연구는 사회적 환경 문제를 생명과학적 근거와 연결하여, 미세플라스틱의 생물학적 영향을 기초 수준에서 확인하는 데 목적이 있다.

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기말고사 전 세특용 1차 활동 정리

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기말고사 전 세특용 1차 활동 정리

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1.탐구동기

최근 미세플라스틱이 생수와 수돗물에서도 반복적으로 검출된다는 보도를 접하면서, 이 문제가 생각보다 가까운 위험일 수 있다는 느낌이 들었다. 하지만 사람들은 규모가 크거나 눈에 보이는 오염에는 민감하게 반응하면서, 정작 미세한 입자에는 무감각한 경우가 많다는 점이 마음에 걸렸다. 사회심리학 자료에서 ‘가시성’이 위험 인식에 큰 영향을 준다는 내용을 읽은 뒤, 생명체 안에서는 이런 보이지 않는 자극을 어떻게 받아들이는지가 궁금해졌다. 특히 생명 시스템에서는 아주 작은 변화에도 먼저 반응하는 효소들이 있다는 사실을 알게 되면서, 사회적으로는 잘 드러나지 않는 미세플라스틱 문제를 생물학적 관점에서 다시 확인해 보고 싶다는 생각이 들었다.

2.탐구 설계 과정

미세플라스틱이 카탈라아제 같은 초기 반응 효소에 직접 영향을 줄 수 있다는 연구를 참고해, 이를 확인할 수 있는 실험을 스스로 구성하였다. 감자를 이용해 일정 농도의 효소 용액을 만들고, PE 미세플라스틱을 정량화해 현탁액을 제조한 뒤, 두 용액을 일정 시간 동안 미리 접촉시키는 과정을 넣었다. 온도나 반응 시간처럼 결과에 영향을 줄 수 있는 요소를 통제하기 위해 실험 설계를 여러 번 수정했고, 미세플라스틱이 가라앉는 문제가 반복되자 반응 직전 재교반 단계를 넣어 오차를 줄이려 했다. 실험군과 대조군을 3회씩 반복해 신뢰도를 높이는 등 전체 과정을 가능한 한 일정하게 유지하려는 노력을 기울였다.

3.실험 수행 관찰

실험에서는 과산화수소가 분해되며 생기는 산소 거품의 높이를 효소 활성의 지표로 삼았다. 각 시험관에 동일한 조건으로 기질을 넣고, 거품이 올라오는 최대 높이를 표기한 뒤 평균값을 비교하였다. 진행 과정에서 용액 농도나 교반 정도에 따라 거품 형성이 미세하게 달라질 수 있어, 반복 실험의 필요성을 실감하며 세심하게 관찰을 이어갔다. 미세플라스틱을 넣은 군에서 전반적으로 거품 높이가 낮아지는 경향이 나타났고, 이를 단순한 관찰에 그치지 않고 효소 표면이 입자에 흡착되면서 활성 부위가 감소하는 메커니즘과 연결해 해석하려 노력하였다.

4.탐구 의의

미세플라스틱 문제가 단순히 환경오염의 범주를 넘어, 생명체 내부의 매우 초기 단계에서부터 변화를 일으킬 수 있다는 가능성을 직접 확인해 볼 수 있었다. 특히 사회적으로는 잘 보이지 않는 위험이지만, 효소처럼 가장 예민한 체계에서는 작은 자극에도 반응이 나타날 수 있다는 점이 인상적으로 다가왔다. 실험 과정에서 조건을 약간만 바꿔도 거품 형성 속도나 높이가 달라지는 경험을 하며, 생명과학 실험에서는 변수를 정교하게 다루는 능력이 얼마나 중요한지 깨닫게 되었고, 이 부분이 앞으로 더 보완해야 할 과제라는 생각이 들었다.

이번 조사는 기초 단계에 해당하며, 미세플라스틱의 종류를 늘리거나 농도별 차이를 비교하지 못한 점이 아쉬움으로 남았다. 시험이 끝나면 PLA와 같은 생분해성 소재, 혹은 환경에서 실제 검출되는 혼합 플라스틱을 대상으로 카탈라아제뿐 아니라 다른 산화 스트레스 관련 효소까지 확장해 비교해 볼 계획이다.

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[저널] 미세 및 나노플라스틱이 BBB(Blood-Brain Barrier)를 뚫습니다.생체분자 코로나의 역할 밝혀지다

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Micro- and Nanoplastics Breach the Blood–Brain Barrier (BBB): Biomolecular Corona’s Role Revealed ​ Nanomaterials 2023, 13, 1404. https://doi.org/10.3390/nano13081404https://www.mdpi.com/journal/nanomaterials ​ ​ 초록 인간은 섬유, 자동차 타이어 및 포장과 같은 고분자 재료에 지속적으로 노출됩니다. 불행하게도 그들의 분해 제품은 환경을 오염시켜 미세플라스틱 및 나노플라스틱(MNP)으로 광범위한 오염을 초래합니다. 혈액-뇌 장벽(BBB)은 유해 물질로부터 뇌를 보호하는 중요한 생물학적 장벽입니다. 본 연구에서는 폴리스티렌 미세/나노 입자(9…

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뇌로 유입된 미세플라스틱으로 인한 세포 사멸의 원인과 과정 규명

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