오차의 원인(내 가설과 다르다면): 비커의 온도 유지 안됨. 파인애플즙이 모둠마다 정확하지 않음. ph를 정확히 측정 안하고 실험함 등등

실험을 진행하면서 교과서에서 배운 이온, 전자 이동, 화학 결합 같은 개념이 실제로 눈에 보이는 색 변화나 도금 현상으로 나타난다는 점이 흥미로웠습니다.
특히 히스티딘과 글리신이 구리와 다르게 결합하는 이유를 분석하며, 분자의 구조가 물질의 성질에 직접적인 영향을 준다는 사실을 깨달았습니다.

또한 집에서 직접 구리 도금 실험을 해보면서, 전류가 흐르면 구리 이온이 금속 표면에 붙는 과정을 눈으로 확인할 수 있었습니다.
처음에는 단순히 색이 변하는 현상이라고 생각했지만, 전류의 방향과 세기에 따라 도금이 달라지는 것을 보고 전자의 흐름이 반응 결과를 결정한다는 것을 이해하게 되었습니다.
이번 실험을 통해 금속 도금이나 나노 소재처럼 물질의 구조와 성질을 조절하는 과정이 실제로 이루어진다는 것을 느낄 수 있었고,
신소재공학에서 소재를 설계하고 제작하는 일이 실험과 관찰에서 시작된다는 점도 알게 되었습니다.

이번 활동을 통해 화학 실험의 과정을 즐길 수 있었고, 앞으로는 결과를 더 과학적으로 분석하고 응용해보는 활동을 해보고 싶다는 생각이 들었습니다.

<천연 식물 추출물의 향균 효과 비교 실험>

동아리에서 실험을 하기 전 나는 과학 시간에 같은 실험을 이론으로 배운적이 있었다. 그래서 실험을 진행할 때 다른 실험들보다 더 이해하고 실험을 할 수 있었고, 내가 배운 내용을 활용해 실험을 한다는 것이 흥미로웠다. 실험에서는 마늘과 깻잎을 사용해 즙을 낸 후 디스크에 즙을 적시고, 대장균을 배양한 후 배지에 디스크를 올려 향균효과를 비교했다. 결과적으로 마늘의 향균효과가 더 컸다. 결과를 본 후 나는 왜 마늘의 향균효과가 더 큰지 추가적으로 조사해봤다. 마늘에는 ‘알린’이라는 성분이 들어있고, 마늘을 빻게되면 공기 중의 산소와 만나 ‘알라신’으로 변하게 된다. 알라신은 마늘이 자신을 보호하기 위한 방어물질이라고 볼 수 있으며, 강력한 향균작용을 한다. 알라신의 효능으로 마늘은 천연항생제의 역할을 할 수 있다. 새로운 내용을 알아보면서 우리의 몸이 방어하듯이 마늘도 자신을 방어한다는 것이 인상깊었고, 평소에 보던 마늘이 새롭게 보였다. 실험을 할 때 나는 수업시간에 배운적이 있어서 이해를 잘 하지못한 조원에게 실험에 대해 설명해줄 수 있었다. 그리고 도말봉을 이용해 세균을 배양했다. 또한 깨끗하고 안전한 과학실을 위해 실험이 끝난 후 책상 위의 즙이 떨어진 부분이나 더러워진 곳을 정리했고, 바닥에 떨어진 휴지나 비닐도 정리했다.

<알지네이트 비드>

염화칼슘 수용액에 색소가 섞인 알긴산 나트륨을 떨어뜨여 만든 것이 알지네이트 비드이다. 알긴산 나트륨을 녹여 염화칼슘 수용액에 떨어뜨리면 나트륨 이온과 칼슘 이온이 치환되면서 칼슘이온을 중심으로 두 가닥의 알지네이트 비드가 망상을 형성하는 반응이 일어나 알지네이트 비드가 형성된다. 실험을 한 후 알지네이트 비드가 여러 분야에서 다양하게 사용된다는 것을 알게 되었고 어떤 분야에서 어떻게 사용되고 있는지 궁금해졌다. 알지네이트 비드는 약물 전달 시스템에 활용된다. 약물을 캡슐화 하여 약물이 체내에서 서서히 방출되도록 도와준며 약물의 효능을 극대화하고 부작용을 최소화할 수 있다. 그리고 인공 위액과 인공 장액, 알지네이트 비드를 사용하여 약물 전달 시스템 실험이 가능하다. 다음에 실험을 할 수 있게 되면 알지네이트 비드를 만들었던 경험을 활용해서 약물 전달 시스템 실험을 직접 계획하고, 진행해 보고싶다. 그리고 알지네이트 비드 실험에서 색소를 사용했기 때문에 과학실 책상이 염색될 수 있을 것 같아 뒷정리를 더욱 신경써서 했다.

동아리 활동을 하며 다양한 실험을 접해볼 수 있었고 나의 진로와 관련된 실험들이 많아 더 흥미있게 참여할 수 있었다. 그리고 실험이 끝난 후 결과를 가지고 왜 이런 결과가 나왔는지 생각해보고, 실험에 결과에 관한 새로운 사실들도 알게되었으며, 실험을 활용하는 다른 실험에 대한 호기심도 생기게되었다.

알지네이트비드 실험

1. 0.1m 염화칼슘 수용액을 만들기 위해 염화칼슘 1.5g을 비커에 담고 증류수를 100ml까지 따른다

2. 핫플레이트로 가열중인 물 100ml가 담긴 비커에 알긴산 나트륨 2g을 조금씩 넣으며 덩어리가 없어질 때까지 유리 막대를 젓는다 ( 용액이 끓지 않도록 해야함 )

3. 잘 섞인 용액에 색소를 넣고 다시 젓는다

4. 용액을 주사기에 넣고 0.1m 염화 칼슘 용액에 한 방울씩 떨어뜨린다

알지네이트 - 갈조류 세포벽 구성성분.

실험 원리 : 알긴산 나트륨을 녹여 염화칼슘 수용액에 떨어뜨리면 나트륨 이온과 칼슘 이온이 치환되며 칼슘이온을 중심으로 두 가닥의 알지네이트비드가 망상을 형성하는 반응이 일어나 알지네이트 비드 형성

실험에서 나의 역할

나는 알긴산 나트륨 용액을 만들기 위해 물 100ml가 담긴 비커에 알긴산 나트륨 2g을 넣어 알긴산 나트륨을 녹였다. 또한 알긴산 나트륨 용액을 주사기에 넣고 0.1m 염화 칼슘 용액에 한 방울씩 떨어뜨렸다. 이를 통해 만들어진 알지네이트 비드의 형태를 관찰했다. 알지네이트가 다양한 형태로 형성되는 것이 신기했다.

추가탐구 (알지네이트의 의료분야에서의 사용)

1. 상처 치료

알지네이트는 수분을 흡수하면서 젤을 형성해 상처 부위를 촉촉하게 유지하고, 새살이 잘 자라게 한다. 또한 상처 표면을 외부 세균으로부터 보호하고 상처에 직접적으로 붙지 않아 통증 최소화할 수 있다. 특히 칼슘 알지네이트 형태로 사용될 경우 혈액 속의 이온과 반응해 지혈 효과를 나타내기도 한다.

2. 약물 전달 시스템

알지네이트는 저해제나 미세입자 형태로 약물을 포함시킬 수 있는 능력이 있다. 이 성질을 활용하면 약물의 방출 속도를 조절하거나, 특정 부위에만 약물을 전달할 수 있다. 이는 특히 만성 질환 치료에서 주요한 역할을 하며 환자의 복용 편의성과 치료 효율을 높이는 데 기여한다.

3. 장 보호

알지네이트는 위산과 만나면 점성이 높은 젤층을 형성하는 특성이 있다. 이 젤층은 위 내용물과 식도 사이에 물리적 장벽을 만들어, 위산이 역류하는 것을 막고 식도 점막을 보호한다. 따라서 역류성 식도염이나 속쓰림 증상 완화에 효과적이다.

느낀점 및 더 탐구하고 싶은 점

이번 알지네이트 비드 실험을 통해 화학 반응을 직접 눈으로 확인할 수 있어서 흥미로웠다. 알긴산 나트륨 용액을 염화칼슘 용액에 떨어뜨렸을 때, 순간적으로 젤리 같은 구슬이 만들어지는 모습을 보며 신기했다. 또한 실험 도중 알지네이트는 어디에 이용될까? 라는 궁금증을 가지게 되었고, 내가 흥미를 가지고 있는 분야인 의료분야를 중심으로 알아보게 되었다. 알지네이트는 의료 분야에서도 유용하게 이용된다는 사실을 알게되었고, 특히 알지네이트가 수분을 흡수하며 젤을 형성해 상처를 촉촉하게 유지시키고, 새살이 자라기 좋은 환경을 만들어준다는 점이 인상 깊었다. 또한 칼슘 알지네이트가 혈액 속의 이온과 반응해 지혈 효과를 낸다는 점도, 응급 상황에 유용할 것 같다는 생각이 들었다. 앞으로는 알지네이트가 상처의 종류나 환자의 상태에 따라 어떤 차별화된 효과를 보이는지, 또 다른 재료들과 섞었을 때 어떤 효과를 내는지를 더 탐구해보고 싶다

나는 위 실험을 하면서 가루와 증류수등의 비율을 맞추기 위해 저울로 무게를 측정하는 역할을 담당하였다. 처음에는 그저 비율을 맞추는 일 이라고 생각하였지만 돌아보니 정확한 비율이 실험의 성공을 좌지우지 한다는 것을 깨달았다. 이 과정을 통해 정확성과 세밀함이 과학실험에서 기본요소이자 가장 중요한 요소인것을 느끼게 되었다. 또한 혼자 하는 일이 아니라 모둠원들과 역할을 나누어 실험을 진행하면서, 서로의 협력과 의사소통이 중요하다는 점도 배웠다. 내가 맡은 측정 단계가 제대로 이루어져야 다음 단계인 비드 형성이 원활하게 이루어진다는 것을 알게 되면서 한 사람의 역할도 결코 가볍지 않다는 책임감을 느꼈다.

이번 경험을 통해 생명공학이나 과학 연구를 할 때는 단순히 지식뿐 아니라 정확한 데이터 관리협업 능력 꼼꼼함이 필수적이라는 점을 배우게 되었고 이런 태도를 앞으로도 기를것이다.

알지네이트 비드가 현실에서 어떻게 쓰이는지 추가적으로 탐구해 보았는데, 알지네이트 비드가 세포캡슐화에 사용된다는것을 알았다. 세포 캡슐화란 살아있는 세포를 보호하기 위해 캡슐(비드)안에 가두는 기술이다. 이 기술이 필요한 이유는 세포를 체내에 직접 넣으면 우리 몸의 면역 시스템이 세포를 이물질로 인식하여 공격할 수 있다. 하지만 알지네이트 비드로 감싸면 산소나 영양분은 통과하지만 면역세포나 항체는 통과하지 못해서 세포가 안전하게 생존하고 기능을 유지할 수 있다. 실제로 당뇨병 치료 연구에도 활용 되고 있는데, 췌장에서 인슐린을 만드는 세포를 알지네이트 비드에 넣어서 환자에게 이식하면 면역 거부 반응 없이 인슐린을 분비할 수 있다. 또 인공장기 개발쪽에서는 간세포, 신경세포 등 여러세포를 비드안에 넣어 조직재생이나 인공장기 제작실험에 사용된다.

-또한 소화제와 소화효소 비교 실험에서는 서로 다른 pH 환경에서 단백질 분해 정도를 비교하고, 파인애플의 브로멜라인 효소가 인공 소화제보다 단백질을 더 잘 분해함을 확인하였다. 이를 통해 효소의 최적 작용 조건과 단백질 변성 원리를 이해하였다.

-천연 식물 추출물의 항균 효과 실험에서는 마늘즙과 깻잎즙을 이용해 대장균의 증식 억제 효과를 비교하였고, 나는 디스크에 천연 추출물을 흡수시키고 세균을 배양해 억제환을 측정하는 역할을 담당하였다. 마늘즙에서 더 넓은 항균 효과가 나타나는 것을 보고 천연 항생물질의 가능성에 관심을 가지게 되었다.

-구리 이온–아미노산 착물 형성 실험에서는 분광광도계를 이용해 히스티딘과 글리신의 구리 이온 결합 세기를 분석하는 과정에 참여하였고, 히스티딘이 더 강한 결합을 형성함을 확인하며 금속 이온이 단백질 구조에 미치는 화학적 상호작용을 이해하였다.

나는 알지네이트 비드를 이용한 효소 캡슐화 효율 비교나, 천연 항균 물질을 비드 형태로 고정화해 지속적인 항균 효과를 확인하는 실험을 추가로 탐구해보고 싶다.

분광광도계를 이용해 구한 구리 이온-아미노산 착물의 조성과 형성 상수를 두 아미노산의 결합의 세기를 비교했다. 이를 위해 구리 이온 용액과 서로 다른 농도의 아미노산 용액을 제조하여 반응시켰다. 완충용액, 아미노산 용액, 구리 이온 용액의 순서로 혼합한 뒤 약 1분간 흔들어 반응을 유도하였고, 생성된 착물의 흡광도를 측정하여 농도에 따른 결합의 세기 변화를 분석했다.

이번 실험을 통해서 아미노산 착물의 조성과 결합 세기를 분석하며, 미세한 농도 변화가 화학 반응 결과에 미치는 영향을 체감했다. 정밀한 실험 설계와 데이터 분석의 중요성을 배우는 계기가 되었다.

해조류에서 추출한 알긴산 나트륨을 증류수에 녹인 뒤 색소를 섞어 주사기로 0.1M 염화칼슘 용액에 한 방울씩 떨어뜨려 겔 형태의 알지네이트 비드를 제작하였다.

2내가 한 일

용액의 농도를 조절하고 비드의 형태와 탄성 변화를 관찰하여 농도 변화가 비드의 안정성과 탄성에 미치는 영향을 분석하는 역할을 맡았다. 실험 중 일정한 온도를 유지하며 용액의 균질성을 확보하기 위해 지속적으로 교반하고, 비드의 물리적 특성을 세밀히 비교하였다.

3배운 점과 개선할 점

알지네이트 비드가 효소나 세포를 안정적으로 보호할 수 있다는 사실을 통해 바이오공학자의 핵심 연구 분야인 효소 고정화와 약물 전달 기술의 원리를 이해하였다. 다만 실험 시 비드 크기의 균일성이 부족했던 점을 개선하기 위해, 주사기 압력과 점도 조절 등 변수를 더 정밀하게 제어할 필요성을 느꼈다.

이번 활동을 통해 바이오공학자로서 필요한 과학적 탐구력과 실험 설계 능력을 기르고자 하는 의지를 다졌다.

이번 실험을 통해 천연 식물의 성분이 항균제로서의 잠재력이 있음을 알게 되었고, 앞으로는 추출물 농도 조절 및 정량 분석 등을 통해 보다 정확한 결과를 얻을 수 있을 것이라 생각한다. 이 실험이 끝나고 왜 식물의 성분이 효과를 일으키는지 궁금하여 그 원리에 대하여 추가탐구를 진행했다.

추가탐구)

다음은 깻잎에 있는 성분이다.

로즈마린산은 폴리페놀 계열의 항산화 물질로 세균의 세포막에 결합해 세포막 투과성을 변화시키고 파괴한다. 이로 인해 세포 내 단백질 및 이온 등과 같은 물질이 유출되어 세균이 생존하기 어렵게 된다. 플라보노이드는 세균의 효소 활성을 억제하거나 DNA 합성 과정을 방해하는 물질로 세균의 증식 속도를 늦추는 역할을 한다. 깻잎 속의 천연 성분이 세균을 억제한다는 사실을 통해 자연의 성분도 과학적 근거를 가진 치료 자원이 될 수 있음을 알게 되었다. 이번 실험을 통해 화학적 작용을 통한 인체 응용 가능성으로 이어지는 사고 과정을 배우게 되었다. 보건분야에서 감염 예방, 염증 관리, 조직 재생은 핵심적으로 중요하다는 점에서, 천연 항균 성분을 활용한 치료제 개발이 미래의 치료 기술과도 연결될 수 있다고 느낀 의미있는 탐구였다

이 실험은 천연 식물 추출물이 항균 효과를 가지는지 확인하는 실험으로, 마늘즙과 깻잎즙을 이용해 대장균에 대한 항생 효과를 비교하였다. 마늘과 깻잎에는 알리신과 페릴알코올 같은 항균 성분이 포함되어 있어서, 세균의 증식을 억제한다. 우리는 이 실험을 진행하기 위해 먼저 마늘즙은 비커에 따르고, 깻잎은 도자기에 넣어 빻아 즙을 내어 두 가지 천연 식물 추출물을 준비하였다. 이후 대장균을 도말봉을 이용해 LB배지 위에 골고루 도말하여 배양하였고, 미리 준비한 멸균 디스크를 마늘즙과 깻잎즙에 적신 후 각각의 배지 위에 3개씩 올려놓았다. 실험을 진행한 지 며칠의 시간이 지난 뒤, 배지를 관찰하여 대장균의 증식 여부를 확인하였다. 그 결과 마늘즙과 깻잎즙을 흡수한 디스크 주변에는 대장균의 성장이 억제된 부분이 관찰되었고, 이는 두 천연 식물 추출물 모두 항균 효과를 가지고 있음을 보여준다. 따라서 이번 실험으로 천연 식물 추출물인 마늘즙과 깻잎즙이 대장균의 증식을 억제하는 효과를 가진다는 결론을 얻을 수 있었다.

이 실험을 나는 1학년 학생들이 실험을 원활하게 진행할 수 있도록 전반적인 과정을 지도하고 도와주는 역할을 맡았다. 실험 준비물 분배와 실험 설명을 하였고, 학생들이 실험 중 문제가 생겼을 때 즉시 해결해 주었다. 또한 실험 결과가 정확하게 나올 수 있도록 각 조의 진행 상황을 점검하고 안전하게 실험이 이루어지게 관리하였다.

나는 이 실험을 진행하면서 단순히 실험 결과를 얻는 것보다 실험 과정에서의 정확성과 협동성이 얼마나 중요한 지를 깨달았다. 특히 1학년 학생들이 스스로 문제를 해결해 나가는 모습을 보며 나 또한 과학적 사고력과 책임감을 더 길러야겠다고 느꼈다. 실험이 잘 진행될 때는 보람을 느꼈고, 예상치 못한 상황이 발생했을 때는 침착하게 대처하는 방법을 배웠다.

천연 식물 추출물이 세균의 성장을 억제할 수 있다는 점을 환경 문제 해결에 적용할 수 있겠다는 생각이 들었다. 화학 약품 대신 마늘이나 깻잎처럼 자연에서 얻은 성분을 활용하면 환경오염을 줄이면서도 충분한 항균 효과를 낼 수 있다. 이런 점에서 친환경 공학 분야의 '자연 기반 정화 기술'이나 '생물학적 폐수 처리 기술'과 연결된 탐구를 더 해보고 싶다. 앞으로는 식물 추출물이 미생물의 성장 억제에 미치는 영향을 더 다양한 조건에서 실험해 보고, 이를 친환경 소독제나 정화제 개발로 확장해보고싶다.

이 실험은 구리 이온과 아미노산이 결합하여 형성하는 착물의 조성과 형성상수를 분광광도계를 이용해 구하고, 두 아미노산(히스티딘,글리신)의 결합 세기를 비교하는 것이 목적이었다. 조성은 구리 이온과 아미노산이 몇 대 몇으로 결합하는지를 나타내고, 형성상수는 구리 이온이 아미노산에 얼마나 잘 흡착하는지를 보여주는 값이다. 우리는 이 실험을 진행하기 위해 먼저 구리 이온 용액과 아미노산 용액을 각각 만들고, 분광광도계를 예열한 뒤 각 아미노산 용액의 최대 흡수 파장을 구했다. 이후 완충제,아미노산 용액,구리 이온의 순서로 혼합해서 1분 동안 흔든 뒤에, 2분간 반응을 기다리고 분광광도계로 흡광도를 측정했다. 실험 결과, 히스티딘(pH 7, 600nm)의 조성은 1:2, 조건부 형성상수(β₂app)는 8.9×10⁴, 로그값은 4.95였고, 글리신(pH 9, 600nm)은 조성 1:2, β₂app = 6×10⁴, 로그값은 4.78이었다. 이론적으로 히스티딘은 이미다졸 고리를 가지고 있어서 구리 이온이랑 더 강하게 결합하는데, 실험에서도 형성상수가 더 크게 나타나서 이론과 결과가 일치한다는 것을 알 수 있었다.

나는 이 실험에서 실험이 체계적으로 잘 진행되도록 전체 과정을 계획하고, 실험 과정을 동아리 부원들에게 안내하는 역할을 맡았다. 각 조가 용액의 농도를 정확히 맞추고 올바르게 측정할 수 있도록 점검하였고, 실험 도중 기기 오작동이나 데이터 오류가 발생했을 때 문제를 해결하는 데에도 참여하였다.

이번 실험을 통해 금속 이온과 아미노산의 상호작용이 단순한 결합이 아니라 전자 구조와 분자 특성에 따라 달라진다는 점이 흥미로웠다. 특히 분광광도계를 이용해 눈에 보이지 않는 분자 결합의 차이를 수치로 확인할 수 있다는 점이 인상 깊었다. 실험 과정에서는 정밀한 측정과 데이터 해석의 중요성을 다시 한번 느꼈고, 부원들과의 협동을 통해 복잡한 화학 실험도 충분히 할 수 있다는 자신감을 얻었다.

이번 실험은 친환경공학적 관점에서 바라보자면, 금속 이온과 아미노산의 착물 형성 원리는 오염물질의 흡착이나 중금속 제거 기술에도 응용할 수 있다. 특히 히스티딘처럼 금속 이온과 강하게 결합하는 천연 유기물이 환경 정화 과정에서 중요한 역할을 할 수 있을 것 같다. 앞으로는 금속-리간드 결합 원리를 활용하여 중금속 오염수를 친환경적으로 정화하거나, 생체 유래 물질을 이용한 금속 회수 기술을 연구해보고 싶다.

‘소화제와 소화효소 비교하기 실험’은 알약과 파인애플즙을 사용하여 소화제와 소화효소가 단백질을 얼마나 잘 분해하는지를 확인하기 위해 진행되었다.

나는 기장단으로서 실험 과정 전반을 관리하며 조별 역할 분담과 실험 안전을 점검하였고, 예기치 못한 변수(용액 농도 차이, 단백질 크기 불균형 등)를 조정하는 과정에서 문제 해결 능력을 기를 수 있었다. 그리고 1학년 학생들에게 실험내용을 설명해주고 물음에 답해주었다.

각 조는 산성, 중성, 염기성 환경을 조성하고, 동일한 단백질 시료를 준비하여 소화제 용액과 효소 용액을 각각 첨가하였다. 일정 시간 후 단백질의 질량 변화를 전자저울로 측정하여 분해 정도를 비교하였다. 그 결과, 산성 환경에서는 소화효소가, 중성 환경에서는 소화제가, 염기성 환경에서는 또 소화효소가 더 높은 분해 효율을 보였다. 이를 통해 소화제와 효소의 작용이 pH에 따라 다르게 나타나며, 효소는 특정 pH에서 활성도가 극대화된다는 점을 확인할 수 있었다.

실험을 통해 얻어낸 결과인 ‘효소가 특정 pH에서 활성도가 극대화 된다’는 점을 실제로 적용한 사례를 직접 조사해보았다. 조사를 해보니, 당뇨병 등 질병 진단에도 효소의 최적 pH를 고려한 분석용 효소가 사용되어 정확한 진단이 이루어 진다는 것을 새롭게 알게되었다. 예를 들어 포도당 산화효소나 글루코스 탈수소효소는 각각의 최적 pH에서 활성이 극대화 되는데, 진단키트에서는 이러한 효소가 가장 잘 작동하는 pH로 완충액을 조성하여, 혈중 당 농도를 신속하고 정확하게 측정할 수 있도록 설계되어있다고 한다. 추가 탐구를 통해 효소의 최적 pH를 맞춘 검사 시스템이 질병의 조기 진단과 빠른 결과 해석에 실질적으로 기여한다는 것을 배웠고 이를 더 발전시킨다면 사회에 긍정적인 영향을 끼칠 수 있을 것이라고 생각했다.

(참고 자료 출처: https://m.dongascience.com/news.php?idx=73115&utm )

최근 중금속 오염이 문제인데 이는 사람에게도 중독을 일으켜 치명적인 영향을 끼칠 수 있다. 그래서 중금속을 친환경적으로 제거할 수 있는지에 대해 알아보기위해 ‘분광광도법을 이용한 구리 이온–아미노산 착물의 조성 및 결합 세기 비교 실험’을 진행하게 되었다.

이 실험에서는 구리 이온과 두 종류의 아미노산(히스티딘, 글라이신)이 형성하는 착물의 조성과 형성상수를 분광광도계를 이용해 구하고, 각 아미노산의 결합 세기를 비교하였다. 흡광도와 농도 데이터를 이용해 금속 이온과 아미노산의 조성을 확인한 결과, 두 아미노산 모두 구리 이온과 1:2의 비율로 착물을 형성하였다. 그리고 히스티딘의 형성상수가 더 높게 나타났다. 이는 히스티딘 분자 내 이미다졸 고리가 구리 이온과 강한 배위 결합을 형성하기 때문이다. 반면 글라이신은 α-아미노기와 카복실기만을 가지는 단순한 구조로 인해 결합력이 상대적으로 약했다.

이 실험을 통해 아미노산의 구조적 차이가 금속 이온과의 착물 안정성에 직접적인 영향을 미친다는 점을 확인할 수 있었다. 그리고 실험을 진행하면서 분광광도계를 사용해 착물의 형성 과정을 정량적으로 분석하는 방법을 익혔다. 다음에는 이러한 착물 형성 원리를 바탕으로 아미노산 기반의 생체 모방 흡착제나 중금속 제거용 바이오소재 개발 가능성을 탐구해 보고자 한다. 특히 금속–리간드 결합 특성을 조절하여 생체 내 금속 항상성 유지나 환경 오염 정화에 응용할 수 있는지에 대한 궁금증을 풀어나갈 것이다.

알지네이트 비드 실험은 해조류에서 얻은 천연 물질을 이용해 비드를 만드는 실험이다.

실험 목적

-알지네이트의 겔화 원리를 이해한다.

-나트륨 알지네이트와 염화칼슘의 반응을 통해 비드를 형성하는 과정을 관찰한다.

-알지네이트 비드를 활용한 생명공학적 응용(세포 캡슐화, 약물 전달 등)에 대해 탐구한다.

실험과정

-첫번째 비커에 물 100ml, 염화칼슘 1.5g 넣고 염화 칼슘 수용액을 만든다.

-두번째 비커에 물 100ml를 넣고 핫플레이트에 가열하면서 천천히 알긴산 나트륨을 넣는다.

-두번째 비커를 가열하고 스포이드로 두번째 비커에서 액체 뽑는다.

-스포이드로 뽑은 알긴산 나트륨을 첫번째 비커(염화 칼슘 수용약)에 넣으면 알지네이트 비드가 생긴다.

내가 한 일

-기장단이 본인의 일들로 바쁠 때, 1학년 학생들의 실험에 막히는 부분을 도와주었다. 나 또한 알긴산 나트륨 용액을 만들고, 이 용액을 염화 칼슘 수용액에 떨어뜨려서 알긴산 나트륨이 겔 상태의 알지네이트 비드로 형성하는 것을 관찰했다.

추가탐구

-세포 캡슐화

세포를 알지네이트 용액에 섞은 뒤 CaCl₂ 용액에 떨어뜨리면,세포가 비드 내부에 포획된다.
세포는 비드 속에서 외부 환경으로부터 보호받으면서도, 산소·영양분·대사산물이 확산될 수 있어 생존이 가능하다.

응용 분야로는 세포 배양 시스템(미세환경이 유지되어 장기간 세포를 안정적으로 배양할 수 있음)이 있다.

-약물 전달 시스템

약물(또는 염료, 단백질 등)을 알지네이트 용액에 섞어 비드를 만들면,약물이비드 내부에 포획되어 천천히 방출된다.이는 약물이 체내에서 한 번에 모두 흡수되지 않고 오랜 시간동안 일정하게 방출되도록 돕는다.

응용분야로는 백신 전달 시스템(항원을 보호하며 점진적으로 방출시켜 면역 반응 유도)이 있다.

느낀점

-이 실험을 통해서 알긴산 나트륨과 염화 칼슘 수용액이 반응하여 겔 상태로 바뀌는 원리를 직접 확인하였다. 비드가 형성되는 과정을 보면서, 미세한 화학적 변화가 물질의 상태를 완전히 바꿀 수 있다는 점이 매우 흥미로웠다. 특히 알지네이트 비드가 실제로는 세포를 보호하거나 약물을 천천히 방출한다는 사실을 알게 되어이 실험이 단순한 화학 반응 관찰을 넘어 의학,환경,식품산업에도 연결된다는 점이 인상적이었다. 이번 경험을 통해 화학적 응용과 실제 응용이 연결된다는 과정을 이해하게 되었고, 앞으로 관련 탐구를 더 깊이 해보고 싶은 흥미를 느꼈다.

<구리 이온-아미노산 착물의 조성과 형성상수 측정 실험>

실험목적

-구리 이온(Cu²⁺)과 히스티딘, 글리신 아미노산이 형성하는 착물의 조성을 확인한다.

-착물의 형성상수를 분광광도계로 측정한다.

-두 아미노산 간 Cu²⁺ 결합강도를 비교하여, 아미노산 구조가 착물 안정성에 미치는 영향을 이해한다.

실험방법

구리 이온 용액과 아미노산 용액을 만들고 분광계도계를 이용해서 각 아미노산 용액 당 최대 파장을 구했다.그 후 완충제와 아미노산 용액, 구리이온 순으로 비커에 넣고 혼합하여 분광광도계에 넣어서 파장을 측정한다.

실험결과

-히스티딘/pH 7/600nm

조성: 1:2

β₂app(조건부 형성상수): 8.9×10^4

로그β₂app:4.95

-글리신/pH 9/600nm

조성: 1:2

β₂app(조건부 형성상수): 6×10^4

로그β₂app:4.78

인데, 이론상 히스티딘은 이미다졸 고리가 있어서 훨씬 흡착을 잘한다. 따라서 히스티딘의 형성상수가 글리신보다 크다.

내가 한 일

-히스티딘과 글리신의 표준용액을 만들고 다른 모둠이 서로 만든 농도가 다른 용액들을 모으고 분광광도계에 넣으며 착물하는데 필요한 것들을 도왔다.

느낀점

이번 실험을 통해 구리 이온과 아미노산이 만나 착물을 형성하는 과정을 직접 볼 수 있어서 흥미로웠다. 아미노산의 작용기(-NH₂, -COOH)가 금속 이온과 결합해 안정된 착물이 만들어지는 원리를 확인하니 교과서에서 배운 내용이 실제로 일어난다는 것을 체감할 수 있었다.

또한, 흡광도 변화를 이용해 착물의 형성 상수를 계산한 결과를 보면서, 실험 데이터를 통해 화학 반응의 안정성을 수치로 확인할 수 있다는 점이 신기했다.

실험 내용:

이번 실험은 소화제(알약)와 소화효소(파인애플즙)가 단백질을 분해하는 능력을 비교하고, pH 환경에 따라 분해 효과가 어떻게 달라지는지 알아보는 것이다. 1~6조로 나누어, 1·2조는 산성(식초), 3·4조는 중성(증류수), 5·6조는염기성(베이킹파우더) 용액을 사용했다.

각 조는 비커 2개에 각각 소화제 용액과 파인애플즙 용액을 만들어 단백질 시료를 담았다. 일정 시간이 지난 후 단백질을건져내어 질량 변화를 측정하여 단백질 분해 정도를 질량 감소로 확인했다.

실험 결과 요약:

pH 환경에 따라 단백질 분해 정도가 달랐으며, 파인애플즙(소화효소)이 소화제보다 단백질을 더 많이 분해하는 경향을보였다. 특히 중성이나 약산성 환경에서 파인애플즙의 분해력이 가장 강하게 나타났다. 반면 소화제는 산성 환경에서 조금 더 잘 작용했지만, 전반적으로 효소에 비해 분해력이 약했다.

아쉬웠던 점:

실험 중 온도나 시간 조건을 완전히 통일하지 못한 점이 아쉬웠다. 또한 단백질의 크기나 두께를 일정하게 자르기가 어려워 실험 오차가 생겼을 가능성이 있다. 파인애플즙의 농도나 소화제의 종류도 통일되지 않아 결과 비교가 완벽하지는 않았다.

인상 깊었던 점:

파인애플즙 속 브로멜라인(bromelain)이라는 효소가 실제로 단백질을 분해한다는 사실이 매우 흥미로웠다. 눈으로보기엔 단순한 과일즙인데, 실제로 소화제처럼 작용하는 것을 확인하면서 자연에도 다양한 생명공학적 원리가 숨어 있다는 점이 인상 깊었다.

더 알아보고 싶은 점:

효소가 pH뿐만 아니라 온도 변화에 따라 어떻게 반응이 달라지는지도 궁금해졌다. 또, 파인애플뿐 아니라 키위나 파파야처럼 단백질 분해 효소를 가진 다른 과일들과 비교하면 어떤 차이가 있을지도 실험해보고 싶다. 나아가 인공 소화제의 성분(펩신, 파파인 등)이 어떤 화학 반응을 통해 단백질을 분해하는지도 더 깊게 알아보고 싶다.

생명 재료의 성질을 탐구하기 위해 알지네이트 비드 생성 실험을 진행했다. 알지네이트 용액을 염화칼슘 용액에 떨어뜨리면 구슬 형태로 굳는 원리를 직접 확인하는 활동이다. 비드의 모양과 크기가 일정하게 나오도록 알지네이트 농도, 용액을 떨어뜨리는 높이, 피펫을 누르는 속도 등을 하나씩 바꿔 보며 어떤 조건에서 가장 안정적인 비드가 만들어지는지를 비교했다. 특히 농도가 조금만 달라져도 비드의 단단함이나 투명도가 크게 바뀌는 것을 관찰하면서, 작은 차이 하나가 실험 결과에 큰 영향을 준다는 것을 느꼈다. 이 과정에서 부원들의 실험 데이터가 서로 다를 때 그 이유를 분석하고, 실험 조건을 다시 정리해서 반복 실험을 진행하는 역할을 맡아 전체 실험의 흐름을 안정시키는 데 기여했다. 활동을 하면서 단순히 ‘구슬이 만들어진다’는 결과보다, 어떤 원리 때문에 그런 변화가 나타나는지 이해하는 과정이 더 중요하다는 것을 배울 수 있었다. 같은 실험을 여러 번 반복하면서 내가 조절한 변수들에 따라 결과가 달라지는 모습을 직접 보니, 생명과학 실험에서 정확성과 세밀함이 중요하다는 것을 느꼈다. 실험이 잘되지 않을 때는 원인을 찾기 위해 부원들과 의견을 나누는 과정이 흥미로웠고, 그 과정 자체가 문제 해결 능력을 키워준다고 느꼈다.

추가탐구

실험 후 알지네이트 비드 내부에서 물질이 어떻게 이동하는지 궁금해져 ‘확산 조절 원리’를 주제로 추가로 탐구했다. 알지네이트 비드는 겔 구조를 가지고 있어 내부에 작은 공간이 형성되는데, 이 공간의 크기와 밀도에 따라 물질이 비드 밖으로 퍼져 나가는 속도가 달라진다는 점을 알았다. 특히 알지네이트 농도가 높아질수록 구조가 더 촘촘해져 확산이 느려진다는 내용을 찾아보며, 실험에서 관찰했던 비드의 단단함 변화와 연결해 이해할 수 있었다. 또한 이러한 확산 조절 기능이 생명공학에서 물질 전달이나 미세 환경 조성에 활용된다는 것을 알게 되었고, 비드 구조가 단순한 구슬이 아니라 연구에서 중요한 의미를 가진다는 점이 흥미로웠다.

저는 이 실험은 구리 용액과 각각 다른 비율의 아미노산 용액을 제작후 섞어 분광광도계를 통해 파장을 측정해 조성과 흡착한 정도를 나타내는 형성상수를 구하는 실험이었습니다.

저는 이 실험을 하며 모둠원과 구리 25ml에 각각 아미노산 용액을 0, 1.25, 2.5, 5, 10 ml 물 25, 23.75, 22.5, 20, 15ml로 섞어가며 용액을 만들기 위해 스포이드를 통해 농도를 조절해가며 섞는 역할을 하였습니다.

이 실험을 하면서 히스티딘에 이미다졸 고리가 있어서 전자쌍 공여 능력을 높여 흡착을 훨씬 잘한다는 사실을 알게되었습니다.  따라서 히스티딘의 형성상수가 글리신보다 커 실험을 성공하게 된 것에 성취감을 느끼기도 했습니다. 하지만 실험과정중 스포이드로 용액을 혼합할때 실수로 비율이 달라지게 되면 그에 따른 결과가 바뀔수있다는 것을 알고 정확한 실험결과를 구하는것이 매우 힘든 과정이라는 생각이 들었습니다. 또한 아미노산의 비율을 바꿔가며 구한 흡광도에 따라 조성과 형성상수가 구해진다는 점에서 정확한 실험설계와 측정값 분석이 탐구에서 가장중요하다 느끼게 되었습니다.

이번 실험을 통해 추가로 아미노산이 pH에 따라 양이온,중성,음이온 형태로 변화하기 때문에 배위 가능한 전자쌍의 분포가 달라진다는것을 추가로 조사해보았고 다른 pH 조건에서 히스티딘, 글리신 착물의 형성상수가 어떻게 달라지는지 추가로 실험해보고 싶었습니다. 그리고 이를 조사해나가며 산염기 평형과 배위화학이 착물의 안정성에 미치는 영향을 더 탐구해보고 싶었습니다.

요약본:

동아리장으로 궁금했던 중금속 실험을 계획하여 교내 동아리 중 가장 관심받는 동아리로 손꼽힘. SDGs 탐구 중 중금속 오염과 친환경 제거방법에 관심을 가지고 탐구를 기획하여 리더십있게 부원들을 이끔. 학술자료에서 흡착소재로 폐과일껍질을 활용한 것을 접하고, 과일껍질 종류별 펙틴 함량에 따라 흡착 효율이 다를 것이라는 가설을 설정함. 펙틴의 카르복실기가 띠는 음전하와 중금속 양이온 간의 전기적 인력을 흡착 원리로 구리 흡착 실험을 설계함. 검량곡선에서 '오렌지>사과>배' 순으로 흡착 효율이 높음을 확인하고, 펙틴 함량과 다공성 매트릭스 구조의 중요성을 결론으로 도출함. 나아가 배위결합과 형성상수를 심화 학습하며 화학적 흡착으로 탐구를 확장하여 추가 설계함. 특히 생명과학의 '히스타민-수용체' 결합에서 아이디어를 얻어, 아미노산이 리간드로 작용할 가능성을 제시함. 히스티딘, 글라이신의 형성상수 측정 실험을 수행한 후, 몰비법과 분광광도계로 분석함. 히스티딘의 높은 형성상수 값을 이미다졸 고리의 염기성도로 설명하는 등 교과 지식을 융합해 심층 분석하는 탐구 역량을 보여줌. 나아가 발표 시 오차와 한계점을 솔직하게 성찰하는 모습에서 연구자로서의 지적 정직성을 확인할 수 있었음.

꼭 들어갔으면 하는 부분만 추려서 요약본을 써봤는데 최대한 반영해주시면 감사하겠습니다!!

1년 간 생화학 실험 동아리(바이오 동아리)기장을 맡으며 성실히 실험을 계획하고 진행하였다. 동아리에서 실험을 하기 전 항상 아침 일찍 학교에 나와 모의실험을 진행했으며 실험에 있어 까다로운 점이나 강조해야할 부분을 직접 경험하고 동아리 시간에 부원들에게 설명하였다. 동아리 실험 뿐 아니라, 교내 내신 시험 및 학교생활면에서도 조언을 많이 해주고, 후배들의 선망이 두터운 선배로 활동하고 있다.

SDGs를 공부하며 주변 환경문제들을 접하는 도중 중금속 오염에 관한 환경문제를 알게 되었고 중금속을 친환경적으로 제거하기 위한 방안을 생각하다 폐과일껍질을 이용한 중금속 흡착 실험을 계획하였다. 실험을 위해 사과껍질, 배껍질, 오렌지껍질을 말려 분말로 만들고 황산구리 용액과 섞어 구리를 흡착하였다. 흡착 정도를 확인하기 위해 구리 표준용액을 제작하여 imageJ 프로그램으로 검량곡선을 제작하였고 용액들의 G값을 측정하여 검량곡선을 통해 오렌지>사과>배 순으로 흡착이 잘된다는 결과를 도출해내었다. 

이 실험 이후 다른 물질을 통해 중금속을 제거할 수 있는 방안을 찾던 도중 물리적 흡착을 이용한 저번 실험과 달리 화학적 결합을 이용해보자라는 생각을 해보았고 생명과학 시간에 히스타민이 수용체와 결합하여 알레르기를 일으킨다는 것을 공부한 경험이 히스타민이 중금속도 흡착할 수 있을까라는 생각으로 이어져 아미노산을 리간드로 한 형성상수 측정 실험을 기획하였다. 형성상수 측정을 위해 몰비법을 이용하여 황산구리 용액에 아미노산(히스티딘, 글라이신) 용액과 증류수를 넣어 다양한 농도의 용액을 만들고 이를 분광광도계를 사용해 흡광도를 측정하여 조성을 찾고 형성상수를 도출했다.

두 실험이 끝난 후, 실험의 과정과 원리를 정리하기 위해 ppt를 만들어 부원들에게 발표하였고 이론적 배경을 근거로 두 실험의 결과를 분석하였다. 과일껍질을 이용한 실험을 할때 분말가루에 수분차이가 났던 점과 교반기를 사용하지 못해 손으로 용액을 섞었다는 점, 실험결과를 사진으로 찍을때 조명과 각도가 달라졌다는 점이 정확한 실험 결과를 도출해내지 못했던 것 같고 아미노산을 이용한 실험을 할때 완충제가 부족하여 그냥 증류수로 진행했던 것과 분광광도계의 조작 미흡으로 최대흡수파장을 구하지 않고 실험을 진행했던 점이 아쉬움으로 남았다고 발표하였다. 다음에 실험을 한다면 이론적 배경부터 정확히 설명하여 부원들과 서로 파드백을 받으면 더욱 능동적으로 실험을 진행할 수 있겠다라고 생각하였고, 다음엔 물리적 흡착과 화학적 배위를 비교하여 어느 흡착 방식이 호율적인지 확인하는 실험을 해보고 싶다고 생각하였다.