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독서 토론 활동지 완성본

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김시언 독서 토론 학습지

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20218전원민 파일이 열리지 않아서 사진 첨부하겠습니다.

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20218전원민 파일이 열리지 않아서 사진 첨부하겠습니다.

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알지네이트는 천연고분자인 다당류 물질로서 갈색 해조류와 박테리아류 등에 다량 존재하며, 무독성, 무공해성, 생분해성 그리고 생체 적합성 등의 특성으로 인하여 산업분야, 생물의학, 생물공학 등 여러 분야에서 활용되고 있고, 흡착제로서 중금속 제거에 활용될 수 있다.

알지네이트의 가장 큰 특징은 이온겔화 능력이다. 알지네이트는 칼슘이나 바륨과 같은 이온과 반응하여 젤을 형성한다. 또한 알지네이트는 수용성이 높고, 점성이 강하다. 특히 나트륨 알지네이트는 물에 잘 녹아 점성이 높은 용액을 형성하며, 이 특성은 식품이나 화장품에서 점증제로 활용되기도 한다.

알지네이트는 생체적합성과 생분해성이 우수하여 인체에 무해하며, 체내에서 자연스럽게 분해되기 때문에 약물 전달 시스템 등의 의료, 제약 분야에서 매우 유망한 소재로 평가받는다.

추가적으로 알지네이트는 pH 반응성을 가지고 있어 산성의 환경에서는 알지네이트가 수축하거나 안정된 구조를 유지하는 반면, 염기성 환경에서는 구조가 팽창하거나 붕괴될 수 있다.

알지네이트 비드 제조 원리: 알긴산 나트륨 용액 속에는 알긴산 분자의 카복실라이트 이온 나트륨 이온과 결합해 이온 상태로 존재한다. 염화칼슘 용액을 칼슘이온을 제공하여 나트륨이온과 칼슘이온이 교환되면 3차원 겔 구조가 형성된다. 결과적으로 안정적인 구형의 알지네이트 비드가 형성된다.

pH 반응성 실험: 산성의 환경에서는 카복실라이트 이온이 카복실기가 되어 이온화가 줄고 수소결합이 증가해 수축 또는 비드 경화가 일어나 겔 구조는 상대적으로 안정적이게 된다. 중성의 환경에서는 이온화 상태가 중간이어서 구조가 안정하게 유지된다. 염기성의 환경에서는 카복실라이트 이온이 많아지고 음전하가 커져서 반발력이 증가하여 팽창하거나 겔이 붕괴된다. 따라서 약물전달 시스템에 사용된다면 pH에 따라 약물방출 조절이 가능하다.

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1조 조별 프로젝트 계획서

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1조 조별 프로젝트 계획서

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4조 실험 계획서

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각자 파일에 작성해서 반드시 PDF파일로 업로드하세요!!

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각자 파일에 작성해서 반드시 PDF파일로 업로드하세요!!

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동아리 프로젝트 실험 일지

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11023황순호

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논문일지 pdf

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논문일지 아케미스트

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2025+박미소+과학기사,논문읽기+동아리활동.hwp

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20422최송현

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11006 김시언 발표 자료

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10713박미소 동아리 주제발표 (아케미스트))

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Even if you are not a design expert, you can easily create the design you want with free templates.

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10910 백진우

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발표 동기

저는 농업 분야에 관심이 많습니다. 기후 변화, 병충해, 영양 불균형 문제는 인류가 반드시 해결해야 할 과제입니다. 크리스퍼 가위는 가뭄에 강한 작물, 병충해에 강한 작물, 영양 성분이 강화된 작물을 만들 수 있는 기술이어서 농업과 직접 연결된다는 점이 매력적이었습니다. 그래서 이번 발표 주제로 선택했습니다.

발표 내용 요약

크리스퍼는 1987년 세균 유전체에서 반복 서열로 처음 발견되었고, 2007년 세균이 바이러스를 막는 면역 시스템이라는 것이 밝혀졌습니다. 2012년 다우드나와 샤르팡티에가 이를 유전자 가위로 발전시켰고, 2020년 노벨 화학상을 수상했습니다.

작동 원리는 Cas9 단백질과 sgRNA가 결합해 목표 DNA를 찾고, PAM 서열을 확인한 뒤 DNA 이중가닥을 절단하는 것입니다. 세포는 이를 스스로 수리하는데, NHEJ 방식을 통해 유전자 기능을 끄거나, HDR 방식을 통해 원하는 유전자를 삽입하거나 교체할 수 있습니다.

농업에서는 가뭄·염분 저항성 작물, 병충해에 강한 작물, 영양 성분이 강화된 작물 개발에 활용되고 있습니다.

느낀점

이 발표를 준비하면서 크리스퍼가 단순한 실험 도구가 아니라 인류의 미래를 바꿀 수 있는 기술이라는 것을 알게 되었습니다. 특히 농업에 적용하면 식량 문제와 영양 불균형을 해결하는 데 크게 기여할 수 있다는 점이 인상 깊었습니다. 동시에 기술 발전에는 윤리와 안전성 문제가 함께 논의되어야 한다는 것도 깨달았습니다. 무엇보다 제 진로와 직접적으로 연결된 주제를 다루면서, 앞으로 유전자 편집 기술을 활용해 농업 문제 해결에 기여하는 연구자가 되고 싶다는 목표가 더욱 확실해졌습니다.

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효소 활성은 지난 동아리 시간에 실험 해 본 주제이기도 하고, 생명과학에서 굉장히 기초적이면서도 다양한 응용이 가능한 주제라 흥미를 느껴 이 주제를 선택하게 되었습니다.

단순히 교과서 속 개념에 머무르지 않고, 실제로 실험을 설계하고 변인을 조절하면서 효소의 작용 원리를 깊이 이해할 수 있었고 효소 반응 속도에 영향을 주는 여러 요인을 발표 준비를 통해 더 구체적으로 체감할 수 있어서 도움이 되는 시간이었던 것 같고, 다른 사람들에게 설명하면서 스스로 이해가 더 깊어지며 과학적 사고와 탐구 능력이 한 단계 성장했다고 생각합니다.

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동기

실험에서 아밀라아제를 이용해 녹말 분해 실험을 하면서 효소가 온 도와 pH에 따라 활성이 달라진다는 것을 직접 확인했습니다. 이 실 험을 통해, 효소가 단순한 화학 반응이 아니라 환경 조건에 매우 민 감하게 반응한다는 사실이 흥미롭게 느껴졌습니다. 그래서 "왜 우리 몸 속 효소는 특정 온도와 pH에서만 활발히 작용할까?"라는 질문을 중심으로 이번 심화 탐구를 진행하게 되었습니다.

요약

효소는 일정한 모양을 유지해야 기질과 잘 결합하여 화학 반응을 일으킬 수 있습니다. 따라서 효소는 특정 온도와 pH에서만 활발하게 작용합니다. 온도가 너무 낮으면 분자 운동이 느려져 반응 속도가 떨어지고, 너무 높으면 효소가 변형되어 기능을 잃습니다. 또한 pH가 지나치게 높거나 낮으면 효소의 성질이 변하여 제대로 작용하지 못합니다. 예를 들어, 위에서 작용하는 펩신은 산성 환경에서, 소장에서 작용하는 트립신은 염기성 환경에서 가장 잘 기능합니다. 결국 효소는 안정적인 상태에서만 제 역할을 다할 수 있기 때문에 특정 온도와 pH에서 가장 활발히 작용합니다.

느낀점

효소는 단순히 우리 몸속에서만 작용하는 것이 아니라, 발효식품처럼 생활 속에서도 큰 역할을 한다는 점이 흥미로웠습니다. 특히 효소가 온도와

pH에 따라 작용 여부가 달라진다는 사실을 통해, 우리가 먹는 음식의 맛과 발효 상태도 과학적인 원리에 의해 결정된다는 것을 알 수 있었습니다.

이 과정을 배우면서 효소의 중요성을 다시 한 번 깨닫게 되었고, 평소 먹는 음식과 과학이 밀접하게 연결되어 있다는 점이 인상 깊었습니다.

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발표 내용 요약: 유전체 데이터는 현재 다양한 분야에서 활용되고 있고, 의료 분야를 발전시키고 유전 질병 연구 및 신약 개발을 촉진시키는 등 유전체 데이터의 활용은 다양한 이점을 가져왔다. 그러나, 이러한 유전체 데이터는 민감한 정보로서 과도한 활용에 따른 문제점들과 비윤리적인 측면에 대한 논의가 활발히 이루어지고 있다. 유전체 데이터가 한 번 유출되면 영구적으로 피해가 지속될 수 있고, 가족들의 데이터 또한 함께 유출될 수 있다. 그리고 보험 가입의 제한, 취업 제한 등 유전체 분석에 의해 우열한 유전자와 열등한 유전자를 가리게 돼 불공정한 차별을 야기할 수 있다. 현재 우리나라에는 유전체 데이터를 보호하기 위한 법률이 존재한다. 다만, 유전체 정보의 비윤리적인 활용을 막기 위해 정보 활용 동의서의 표준화가 필요하고 데이터 수집 및 보관, 활용 과정에 대한 감독을 국가 차원에서 강화할 필요가 있다.

*발표 동기와 발표 후 느낀 점은 PPT에 적었습니다.

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발표동기
평소 플라스틱의 분해기술에 관심이 있어 '프러시안 블루'라는 물질의 화학적인 구조를 통해 빛을 받으면 미세플라스틱과 같이 응집되어 이를 제거할 수 있다는 사실을 조사하며 이때 대부분의 미세플라스틱은 포집이 어려운 해양에 녹아있어 프러시안 블루가 미세플라스틱입자와 응집되어도 이를 수거하기는 어렵다는 한계를 깨닫게 되어 프러시안 블루를 이용한 고분자 섬유 필터와 이것의 효율을 더 높이기 위한 방법을 조사해보게 됨.

내용요약
프러시안 블루는 최근 연구들에서 다공성 구조와 넓은 표면적 덕분에 세슘(Cesium)과 같은 방사성 물질이나 중금속 이온을 흡착하는 데에도 활용되는 물질임.
프러시안 블루를 통한 제거 및 흡착 기술들은 극소형 나노플라스틱, 세슘이나 중금속이온을 포집 대상으로 하고 응집 후 플라스틱 덩어리를 형성하여 제거하며 응집과 이온제거 방식이라는 공통점을  가짐.  하지만 연구들의 공통점 중 응집 방식의 포집은 실제 하천이나 바다처럼 유속이 있는 환경에서는 효과가 떨어질 수 있고, 프러시안 블루를 PLA 필터나 고분자 지지체에 고정해 세슘을 제거한 연구는 있지만  미세플라스틱에 적용한 사례는 많지 않은 등 응용가능성은 있었지만 현실적인 해결책이 되기에는 한계가 있었음. 이러한 한계를 극복하기 위해 전기방사 기술로 만든 고분자 섬유 필터에 프러시안 블루를 고정화하는 방법을 제시함. 이는 이전 연구들과 다르게 응집과 필터링 조합이나 필터의 구조 설계, 전기적 인력을 활용하는 방법임.
이를 구현하는 방법은 먼저 염화철 용액과 페로시안화칼륨 용액을 반응시켜 간단하게 프러시안 블루 나노입자를 제작하고 이를 고분자 섬유에 코팅하여 필터를 제작함. 이때 고분자 용액에 프러시안 블루 입자를 분산시킨 후 전기방사 기술을 이용해 더 촘촘한 섬유 필터로 만들 수 있음.
이때 이 전 대부분의 연구는 프러시안 블루의 흡착 능력 자체에만 집중하는 반면 '필터의 물리적 구조'를 조절해 포집 효율을 극대화하는 방안 2개를 제안함.
​첫 번째 방안은 필터의 구조를 변형하는것로,
​필터를 2~3개 층으로 만들어 층상구조를 이루어 미세플라스틱을 걸러내도록 설계하는 것임. (점점 좁아지게)
​두 번째 방안은 정전기적 인력을 활용하는 것으로,
​미세플라스틱은 보통 음전하를 띠는 경우가 많아 프러시안 블루 필터 표면을 양이온성 고분자로 코팅한다면, 필터와 미세플라스틱 사이에 정전기적 인력이 발생해 단순히 물리적으로 거르는 것보다 훨씬 강력하게 미세플라스틱을 끌어당겨 포집할 수 있음.
이렇게 필터의 기공 크기를 단계별로 조절하여 서로 다른 크기의 미세플라스틱을 순차적으로 걸러내고, 필터 표면의 전하를 조절해 미세플라스틱의 흡착 및 포집 효율을 향상시키는 방식은 기존의 단순 여과 또는 응집 방식과 비교할 때, 물리적 제거와 화학적 및 전기적 인자 복합 작용을 활용하는 융합적인 방식임.

발표소감
이번 발표활동을 통해 과학기술의 발전을 위해서는 새로운 물질을 개발하는 것보다 기존의 연구를 보완하는 방식이 더 효율적이라는 것을 알고 이번 제시안 처럼 물질의 응집시에 정전기적 인력을 활용하는 것과 같이 다양한 방법이 쓰일 수 있다는 것을 깨달았음. 또한 프러시안 블루가 염화철 용액과 페로시안화칼륨 용액으로 간단히 만들 수 있다는 점을 이용해 프러시안 블루를 이용한 미세플라스틱의 응집 실험을 진행하고 이의 한계를 직접확인하는 것을 후속활동으로 계획하게 되었음.

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효소의 특이성이란, 효소가 오직 특정 기질에만 반응하는 성질을 말합니다. 이때 효소와 기질이 만나는 방식은 두 가지 모델로 설명할 수 있습니다. 첫 번째는 ‘열쇠-자물쇠 모델’로, 효소의 활성 부위와 기질의 구조가 처음부터 완벽하게 들어맞는다는 개념입니다. 두 번째는 ‘유도적합 모델’인데, 이는 효소와 기질이 결합하면서 효소의 구조가 살짝 변형되어 최적의 반응 상태가 되는 모델입니다. 특히 DNA 중합효소는 유도적합 모델로 작용합니다. 염기쌍이 정확히 상보적일 때만 효소의 활성 부위가 닫히며, 올바른 염기만 합성할 수 있도록 구조가 조절됩니다.

DNA 중합효소는 새로운 DNA 가닥을 합성하는 효소로, 생명체의 세포 분열 과정에서 핵심적인 역할을 합니다. DNA 복제 시, 중합효소는 주형 DNA의 염기와 상보적인 뉴클레오타이드를 찾아 연결합니다.
이 과정에서 ‘잘못된 염기’는 결합하기 어렵게 되어 있고, 혹시 결합하더라도 ‘프루프리딩(proofreading)’ 기능을 통해 스스로 오류를 수정합니다. 예를 들어, 잘못된 염기가 결합하면 3’→5’ 방향의 엑소뉴클레아제 기능이 작동해 그 염기를 바로 제거하고 올바른 염기를 다시 붙입니다. 이렇게 해서 DNA 복제의 정확도는 약 10억 개 염기 중 1개만 오류가 생길 정도로 매우 높습니다.

CRISPR 시스템은 박테리아의 면역 체계에서 유래한 것으로, 외부 바이러스의 DNA를 인식하고 절단하는 역할을 합니다. 이때 Cas9 단백질은 ‘가이드 RNA’와 함께 작동합니다. 가이드 RNA는 표적 DNA의 염기서열과 상보적으로 결합할 수 있도록 설계되며, Cas9 단백질은 그 RNA의 안내를 받아 특정 DNA 부위를 찾아갑니다. Cas9은 PAM이라고 불리는 짧은 염기서열을 먼저 인식하고, 그다음 HNH와 RuvC라는 절단 도메인을 이용해 DNA의 두 가닥을 모두 절단합니다.

즉, CRISPR-Cas9은 ‘특정 염기서열을 인식해 절단하는 인공적 효소’라고 할 수 있습니다.

Cas9 단백질이 DNA를 절단한 이후에는 세포 내부에서 복구가 이루어집니다. 복구에는 두 가지 주요 메커니즘이 있습니다. 첫 번째는 NHEJ(비상동 말단 연결)로,
절단된 DNA의 양쪽 끝을 바로 붙여서 빠르게 복구하는 방식입니다.
하지만 이 과정에서 염기 일부가 손실되거나 삽입될 수 있습니다.

두 번째는 HDR(상동 재조합)으로,
세포가 비슷한 서열을 가진 DNA를 참고하여 정확하게 복원하는 방법입니다. 외부에서 주어진 DNA 서열을 이용하면 유전자를 수정할 수도 있습니다.

이번 탐구를 통해, 생명과학의 발전이 단순히 기술적 진보가 아니라
자연의 정밀한 분자 원리를 이해하고 응용하는 과정이라는 것을 느꼈다. 효소의 특이성이 단순히 “기질 선택성”이 아니라, 효소의 입체 구조 변화와 분자적 인식에 기반한 정교한 시스템이라는 점을 알게 되었다. 특히 DNA 중합효소의 프루프리딩 기능은 자연의 정밀함을 보여주었고, CRISPR-Cas9 기술은 인간이 그 정밀함을 응용해 새로운 가능성을 열고 있다는 점이 인상적이었다.

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대본

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아케미스트 주제탐구 발표_20422최송현

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학교 축제에서 사용한 슬라임의 점탄성, 변형 능력과 같은 특성이 적용된 소프트로봇의 특성과 기술적 가능성을 조사하고 발표하면서, 기존의 금속 기반 로봇이 해결하지 못하던 문제들을 ‘유연한 재료’와 ‘생체 모사 설계’로 풀어낼 수 있다는 점이 특히 인상 깊었다. 소프트 로봇의 핵심 기술들에 대해 조사하면서 단순한 로봇 하나에도 여러가지 기술들이 들어갔다는 것을 알게 되었다. 또한 소프트 로봇의 적용 분야에 대해서 알아보면서 미래 여러 공학 분야에서 큰 기여를 할 수 있을 것 같다 생각했다. 공학계열 진로를 준비하는 학생으로서, 단순히 기술을 배우는 것을 넘어 문제를 다양한 관점에서 분석하고 새로운 방식으로 해결하는 능력을 기르고 싶다는 동기가 더 확실해졌다.

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20419정예원 발표자료

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독서 토론 활동지

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독서 토론 활동지 2

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지구의 생태계는 물질의 순환을 통해 균형을 유지하고 있으며, 그 중 탄소 순환은 생물의 생존과 기후 변화에 직결되는 중요한 생태학적 과정이다. 대기 중 이산화탄소는 광합성을 통해 생물의 생명 활동에 활용되며, 다양한 생물학적, 화학적 과정을 거쳐 다시 대기나 해양, 토양 등으로 이동한다. 이러한 탄소의 이동에는 여러 생물학적 요인이 작용하지만, 그 중심에는 ‘효소’라는 생화학적 촉매가 존재한다. 효소는 유기물의 분해를 촉진하며, 탄소를 고정하거나 방출하는 데 결정적인 역할을 한다. 본 탐구에서는 탄소 순환에서 효소가 수행하는 구체적인 역할을 분석하고, 효소의 활동이 생태계와 기후 변화에 어떤 영향을 주는지 살펴보고자 한다.

탄소 순환은 대기, 생물, 해양, 토양 등을 포함한 복합적인 물질 이동 과정이다. 이산화탄소는 식물의 광합성을 통해 유기물로 고정되고, 동물은 이를 섭취하면서 생명 활동을 이어간다. 이후 유기물은 호흡, 배설, 사망 등을 통해 다시 환경으로 방출되며, 그 과정에서 미생물과 곰팡이, 세균 등의 분해자들이 작용한다. 이때 분해자들은 다양한 효소를 분비하여 복잡한 유기물을 단순한 물질로 분해하는데, 이 과정은 곧 탄소가 다시 무기물 형태로 순환되는 핵심 단계이다.

탄소 순환과 밀접한 관련이 있는 효소로는 셀룰라아제, 리파아제, 프로테아제 등이 있다. 셀룰라아제는 식물의 세포벽 성분인 셀룰로오스를 포도당으로 분해하고, 리파아제는 지방을 지방산으로, 프로테아제는 단백질을 아미노산으로 분해한다. 이처럼 유기물은 다양한 효소에 의해 점차 분해되고, 이산화탄소나 메탄과 같은 기체 형태로 방출되어 탄소 순환에 참여하게 된다.

특히 토양은 생물학적 탄소 순환이 활발히 일어나는 공간이며, 토양 속 미생물은 효소를 이용해 유기물을 분해하고 대기로 탄소를 방출한다. 이 과정은 기온, 수분, 토양의 유기물 함량, pH 등의 환경 요인에 따라 효소의 활성 정도가 달라지며, 이는 곧 탄소 방출량에도 영향을 미친다. 예를 들어 기온이 상승하면 일반적으로 효소 활성이 증가하여 분해 속도가 빨라지고, 그 결과 더 많은 이산화탄소가 방출된다. 이는 지구 온난화를 더욱 가속화시키는 ‘양의 피드백 효과’를 유발할 수 있다.

이 외에도 효소는 토양의 건강 상태를 평가하는 지표로도 활용된다. 디하이드로게나제와 같은 효소의 활성은 미생물의 활동성을 반영하며, 토양 내 유기물 분해 속도나 생태계의 복원력 등을 간접적으로 측정하는 데 사용된다. 이러한 분석은 향후 기후 변화 예측, 탄소 배출량 추정, 토양 회복력 평가 등 다양한 분야에서 응용될 수 있다.

탄소 순환은 생태계의 안정과 기후 변화 대응에 있어 핵심적인 역할을 하며, 그 중심에는 효소라는 생화학적 촉매가 존재한다. 효소는 유기물 분해를 통해 탄소를 무기 형태로 전환시키고, 이는 대기 중 탄소 농도 및 기후 시스템에 영향을 미친다. 효소의 활성은 환경 요인에 민감하게 반응하며, 특히 기온 상승과 같은 외부 요인은 탄소 방출 속도를 증가시킬 수 있다. 따라서 효소를 이해하고 분석하는 것은 단순한 생물학적 탐구를 넘어서, 지구 환경 문제를 해결하기 위한 기반이 될 수 있다. 앞으로의 환경 대응 전략은 기술적 접근뿐 아니라, 자연 생태계 내부의 생물학적 순환 메커니즘을 이해하고 조화롭게 활용하는 방향으로 나아가야 한다. 효소라는 작은 단위의 물질이 생태계 전체와 기후 변화에 미치는 영향을 인식하는 것은 환경 과학의 중요한 출발점이 될 것이다.

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박미소 2025년 5월 23일 조별 프로젝트 나일론 합성 실험

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아케미스트 3조 보고서

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이번 탐구 발표를 통해 유기화합물의 성질은 단순히 물질의 이름이나 용도에 의해 결정되는 것이 아니라, 분자 구조와 극성기 구성에 의해 근본적으로 좌우된다는 사실을 깊이 이해하게 되었다. 나일론 합성 실험에서는 아미드 결합으로 인한 강한 수소결합이 고분자의 높은 강도와 낮은 용해성을 만든다는 점을 알게 되었고, 카페인 추출 실험을 통해서는 부분적으로 극성을 띠는 유기화합물이 용매의 극성에 따라 선택적으로 용해된다는 원리를 직접 확인할 수 있었다. 이를 통해 교과서에서 배웠던 ‘극성’과 ‘용해도’ 개념이 실제 실험 현상과 밀접하게 연결되어 있음을 체감하게 되었다.

또한 이번 탐구를 정리하며, 유기화학적 원리가 단순한 실험 결과 해석에 그치지 않고 새로운 소재를 설계하는 데까지 확장될 수 있다는 점이 인상 깊었다. 실험을 통해 이해한 구조–극성–물성의 관계를 바탕으로 바이오 기반 고분자 필름을 제안하면서, 화학이 이론 중심 학문이 아니라 실제 사회 문제와 연결될 수 있는 응용 학문이라는 인식이 더욱 분명해졌다.

발표를 준비하고 진행하는 과정에서 스스로의 탐구를 한 단계 더 객관적으로 바라볼 수 있었고, 단순히 ‘실험을 했다’는 사실보다 ‘그 실험을 통해 어떤 원리를 이해했는가’가 훨씬 중요하다는 점을 느끼게 되었다. 이번 발표는 유기화학에 대한 이해를 정리하는 동시에, 앞으로 더 깊이 있는 화학 탐구를 이어가고 싶다는 동기를 강화해준 계기가 되었다.

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프레젠테이션 8

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20319 이하영 연간 활동 보고서

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20319 이하영 연간 활동 보고서

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(조별 프로젝트 내용+심화탐구)+주제발표 심화탐구+여러 활동에 대한 소감까지 정리했습니당~ 감사합니다!

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2025 아케미스트 연간 활동 보고서

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이번 발표를 준비하며 ‘가교결합 기반 고분자 네트워크’라는 다소 추상적으로 느껴질 수 있는 개념이 실제 환경 문제 해결에 어떻게 활용되는지를 깊이 이해할 수 있었다. 특히 과학 탐험 축전에서 슬라임을 만들며 관찰했던 단순한 현상이 고분자 화학의 핵심 원리인 가교결합과 연결되고, 더 나아가 수처리 기술이나 바이오플라스틱과 같은 환경 공학 기술로 확장된다는 점이 인상 깊었다.

발표 자료를 조사하는 과정에서 가교결합이 단순히 고분자의 강도를 높이는 역할에 그치지 않고, 물성 조절을 통해 용해성, 내열성, 내구성, 생분해성까지 조절할 수 있는 중요한 기술임을 알게 되었다. 특히 바이오플라스틱의 경우, 친환경이라는 장점에도 불구하고 기계적 강도나 내수성의 한계가 존재하는데, 이를 가교결합 기술로 보완하고 있다는 점이 환경 문제 해결에 있어 화학 기술의 중요성을 잘 보여준다고 생각했다.

또한 최근 연구 동향과 산업 적용 사례를 정리하면서, 교과서에서 배우는 화학 개념이 실험실을 넘어 실제 사회 문제 해결에 직결된다는 사실을 체감할 수 있었다. 단순히 이론을 암기하는 것이 아니라, 그 원리가 어떤 맥락에서 활용되고 어떤 한계를 어떻게 극복하는지 이해하는 것이 과학 학습에서 중요하다는 점도 깨닫게 되었다.

이번 발표를 통해 화학과 환경공학이 밀접하게 연결되어 있으며, 지속 가능한 사회를 만들기 위해서는 과학적 원리를 바탕으로 한 기술 개발이 필수적이라는 인식을 갖게 되었다. 앞으로도 일상에서 접하는 현상이나 간단한 실험을 출발점으로 삼아, 이를 과학적 개념과 사회적 문제 해결로 확장해 탐구하는 태도를 유지하고 싶다. 이번 탐구 활동은 화학을 보다 능동적이고 의미 있는 학문으로 바라보게 만드는 계기가 되었다.

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탐구동기:나는 생명체의 세포 수준에서 일어나는 현상과 그것이 질병 치료로 이어지는 과정에 큰 흥미를 가지고 있다. 특히 세포 내 에너지 생성의 중심 기관인 미토콘드리아가 생명 유지와 질병 발생에 결정적인 역할을 한다는 점에 관심을 갖게 되었다. 미토콘드리아 기능 이상이 신경계 질환, 근육 질환, 대사 질환 등 다양한 질병의 원인이 된다는 사실을 알게 되면서, 이를 근본적으로 해결할 수 있는 방법에 대해 탐구하고 싶어졌다.

느낀점:미토콘드리아 이식기술을 탐구하면서 교과서에서 배운 미토콘드리아의 기능이 실제 질병 치료와 연결될 수 있다는 점이 인상 깊었다. 미토콘드리아가 세포의 에너지를 만드는 중요한 기관이라는 것은 알고 있었지만, 그 기능 이상이 다양한 질병의 원인이 된다는 사실을 조사하며 생명과학 지식의 중요성을 다시 느끼게 되었다. 특히 손상된 미토콘드리아를 정상 미토콘드리아로 대체하는 이식기술은 질병의 원인을 세포 수준에서 해결하려는 시도라는 점에서 매우 흥미로웠다.

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아케미스트_독서토론활동

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오늘날에는 학생들이 학업 목적으로 잠을 줄이고 공부에 몰두하기 위해 고카페인 음료를 섭취하거나 커피를 마시는 모습을 어렵지 않게 볼 수 있다. 시험기간마다 고카페인 음료에 의존하고 심리적인 안정감을 위해 습관처럼 마시는 학생들을 보며 카페인이 뇌에 미치는 영향이 궁금해졌고, 각성 효과가 생기는 이유와 과정에 대해 과학적으로 알아보고 싶었다. 나는 궁금증 해결을 위해 '카페인 투여 흰쥐의 뇌 부위별 GABA 함량 변화(오진경, 정은이, 심인섭/2010.6)' 논문을 참조하고 논문 이외 내용을 추가 조사하였다.
인간은 충분한 수면을 취해야 적절한 각성 상태를 유지할 수 있고, 수면의 양이나 질이 저하되면 피로를 느끼게 되고 각성 수준과 수행 능력의 효율성이 저하되며, 활력이 감소된다. 중추신경 자극제인 카페인은 각성 효과, 피로감의 개선, 기분의 고양 등의 효과가 있기에 수면 부족으로 야기되는 졸음, 피로감, 불쾌감, 기억력 감퇴, 주의집중력 감소 등을 개선시키기 위해 사용되기도 한다. 이것이 학업 능력 향상을 원하는 학생들이 시험기간에 카페인을 의도적으로 섭취하는 근원적인 이유라고 설명할 수 있다.
카페인이 수면에 미치는 영향과 각성 효과에 대해 자세히 다루어 보자. 수면 촉진 물질에는 GABA (gamma amino butyric acid), 아데노신, 아세틸콜린, 세로토닌 등이 있다. 전방 시상하부의 배측외측 시각전핵은 신경전달 물질로 GABA를 가지며 수면 중에 활성화되고 수면 도중 잠에서 깨는 것을 막는다. 시상 망상핵 역시 GABA를 신경전달 물질로 가지고 수면 방추파를 발생시킨다. 카페인은 각성을 증가시키고 피질 활성화를 유도하고 피로를 덜 느끼게 하는 화합물로, 시상하부의 전시각영역의 수면 동안 활동하는 신경세포를 흥분시키거나 탈억제시키고 기저전뇌의 각성 동안에 활동하는 신경세포를 억제하여 수면 상태를 유발하는 아데노신 수용체의 작용을 차단함으로써 각성을 유발하고 피질에서 수면의 서파 활동의 감소를 야기한다. 즉, 결과적으로 정리하면 카페인을 마시면 GABA, 아데노신과 같은 수면 촉진 물질이 감소하여 각성 효과가 나타나고 카페인이 수면을 막아주게 된다는 것이다.
카페인 투여는 시간의 경과와 투여 용량에 따라 어떤 영향을 미칠까? 해당 논문에서는 흰쥐에게 카페인을 용량별로 나누어 투여하고 뇌 변화를 관찰한 실험 결과를 제시하였다. 뇌 부위별 GABA 함량은 시간적 경과에 따라 대뇌 피질과 시상하부에서 대조군에 비해 유의미하게 감소하였다. 카페인 투여 용량에 따른 뇌 부위별 GABA 함량의 변화는 대조군에 비해 저용량에서 고용량으로 갈수록 감소하는 경향을 보였다. 카페인 투여 후 매 30분 단위로 수면-각성 단계의 기간을 뇌파로 측정하였을 때, 활동 각성 기간이 증가하고 수면 기간이 감소되는 현상이 관찰되었다. 또한 이 효과는 카페인 용량에 의존적으로 나타났다. 수면 관련 세포들은 시상하부의 전측 및 시삭전 영역들에서 많은 입력을 받는데, 시상하부나 기저전뇌의 GABA 분비 세포를 손상시키면 깨어있는 시간이 길어진다는 사실을 알 수 있었다. 위 연구를 통해서 해당 논문에서는 카페인 투여는 시간적 경과와 용량에 따라 GABA 함량에 영향을 미치며, 특히 시상하부와 대뇌 피질에서의 GABA 함량의 감소는 수면장애와 관련이 있음을 시사한다고 밝힌다.
나는 각성 효과를 일으키는 카페인이 장기적으로는 집중력을 저하시키고 효율성을 낮춘다는 이야기가 근거 있는 주장인지 알아보고 싶었기에 논문 이외에 추가적으로 카페인이 장기적으로 뇌에 미치는 영향에 대해 더 조사해 보았다. 조사 결과, 카페인은 단기적으로 아데노신 수용체를 차단해 집중력과 각성도를 일시적으로 높여주지만, 장기적으로 반복적으로 복용할 시, 오히려 집중력이 저하된다고 한다. 뇌는 항상 균형을 맞추려 하기 때문에 카페인 장기 복용 시 아데노신 수용체 수가 증가하게 되고 카페인이 없으면 아데노신 효과가 과도하게 나타나서 카페인이 없으면 더 피곤해지고 결국 집중이 저하되며 두통과 무기력을 유발하게 된다고 한다. 그리고 카페인은 반복 노출될 경우 도파민 반응을 둔감화시켜 자극이 없으면 집중하기 어렵게 만들고, 논문에서 밝힌 바와 같이 수면장애를 유발하여 만성적으로 수면의 질이 저하되고 주의 지속 시간이 감소하여 학습 효율이 저하된다.
논문을 찾아보며 카페인의 작용 원리에 대해 자세히 알게 되어 뇌의 구조적 작동 원리를 이해하는 데 도움이 되었다. 카페인은 각성 효과를 일으키지만, GABA 함량의 감소를 일으켜 수면장애를 불러일으킬 수 있고 학습 효율을 장기적으로 저하시킬 수 있다는 사실을 깨닫게 되었다. 앞으로 나는 카페인을 복용하며 각성 효과를 통해 공부하는 방식보다는 잠을 적절하게 자며 공부 효율성을 장기적으로 지킬 수 있는 방식을 택해야겠다. 카페인 의존의 문제점과 심각성에 대해 모르고 카페인을 섭취하는 학생들이 많은 것 같다. 청소년기 카페인 섭취의 문제점과 뇌 과학적 영향에 대한 교육이 학생들에게 필요할 것 같다.

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아케미스트 연구일지 822

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아케미스트 관심분야 추후활동

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첨가물에 대한 오해 해소 및 주체적 소비 습관 기르기: 학교 매점 식품에서 흔히 발견되는 주요 첨가물 2가지를 직접 선정하고, 공신력 있는 기관의 자료를 토대로 해당 첨가물의 안전성과 일일 허용 섭취량을 조사한다.이 조사 결과를 활용하여, '과연 첨가물의 일일 허용 섭취량을 초과하려면 콜라를 하루에 몇 L나 마셔야 하는가?'와 같은 구체적인 질문에 대한 답을 담은 인포그래픽 자료를 제작하고 교내에 배포한다. 이 과정을 통해 학생들은 막연한 불안감 대신 과학적 근거를 바탕으로 첨가물을 이해하게 된다.

더 나아가, 첨가물의 정보와 실제 제품의 함량을 비교하여 하루 첨가물 허용 섭취량을 계산하고 시각화한다. 이 분석은 일상적인 식습관으로는 일일 허용 첨가물 허용 섭취량을 초과하기 매우 어렵다는 사실을 명확히 보여줌으로써, 불필요한 공포심을 제거하는 데 핵심적인 역할을 한다. 또한, 캠페인에서는 보존료가 식중독 위험을 낮추고 유통 기한을 연장하는 등 첨가물의 기능적 역할을 함께 교육하여 이해의 균형을 맞춘다. 최종적으로는 성분표를 읽고 첨가물을 해석하는 실습형 교육 프로그램을 운영하여, 소비자들이 무작정 '무첨가' 제품만을 고집하지 않고 성분과 기능을 따지는 주체적이고 합리적인 소비자로 성장하도록 돕는 것을 목표로 한다. 이러한 활동은 식품 구매시 성분표를 꼼꼼히 확인하는 습관을 형성하는 데 크게 기여한다.