연도별 연구과제 90 페이지첫페이지로 이동

대기오염의 많은 비중을 차지하고 있는 VOCs는 휘발성이 커 대기 중에 증기 형태로 존재하기 때문에 호흡기로 흡입하기 쉽고 이는 인체 곳곳에 악영향을 줄 뿐만 아니라 독성이 강한 톨루엔, 벤젠 등은 악취를 유발하기도 한다. 이러한 VOCs가 기존의 감축 방식보다 높은 효율로 감소한다면, 인체에 가해지는 건강상의 문제를 줄일 수 있고, 더 나아가 도로를 이용하는 사람들에게 쾌적한 환경을 제공할 수 있다는 장점이 있다. 그뿐만 아니라, 본 연구를 아스팔트 이외에도 VOCs가 많이 방출되는 조선소, 주유소 등 우리 주변에 존재하는 곳에도 적용할 수 있다. 또한, 그래프로 예측한 어떤 물질이 VOCs의 방출량 감소가 가장 효과적인지 인지하고 VOCs 양의 감소에 따라 대기 중 오존의 양이 저감해 환경 개선에 많은 도움을 줄 수 있다. 더 나아가 발생하는 유기화합물의 양과 오존 형성 간의 관계를 파악함으로써 앞으로의 오존 발생량을 예측할 수 있는 코드를 짜고, 이를 통해 올바른 대책을 마련할 수 있는 토대가 된다.

▪ 주제어: VOCs, 물, 광촉매, 모래, 아스팔트

케플러가 주장한 정다면체와 행성 궤도들 사이의 관계는 오차범위가 커서 틀렸다고 주장되었다. 하지만 물리적인 근거는 어디에서도 찾을 수 없었다. 우리는 케플러의 이론에 대해 수학적인 모형을 제시하고 물리적인 가능성을 탐구하고자 하였다. 먼저, 케플러의 이론에 오차범위를 다시 한번 계산하여 행성들 사이의 궤도 섭동현상과 큰 관계가 있을 것으로 생각하여 행성들 사이의 질량비를 조사했지만, 궤도와 관련된 근거는 찾을 수 없었다. 수학적 관계를 알기 위해 다양한 수학 수식들을 사용하여 비들을 조사하였더니 정다면체의 변과 공전궤도 반지름의 관계, 정다면체의 면이 이루는 각도와 행성 궤도의 적도 경사와의 관계 두 가지를 찾을 수 있었다. 이를 통해 케플러의 이론이 수학적 모형을 분석하고 물리적 의미를 추론해볼 수 있었다.

▪ 주제어: 케플러 정다면체, 케플러 법칙, 공전 궤도, 태양계, 외계 행성계

울릉도 석간주의 XRD 결과, 적철석 등의 발색광물이 검출되지 않았다. 이에 확산 반사 분광분석 후 Kubelka-Munk 함수를 2차 도함수 변환한 결과, 400~470nm, 500~620nm 구간에서 각각 침철석 과 적철석의 존재를 나타내는 최솟값 부근의 진폭 Y1과 Y2를 확인했다. 이 Y1과 Y2의 크기가 각각 두 산화철 광물의 함량과 직접적 연관성이 있음이 규명되었다. 적철석 광물안료 합성으로 700℃와 1000℃에서 각각 알루미늄(Al) 몰 비가 0.1씩 커지는 0~0.5[x=Al/(Fe+Al)]의 분말을 회수하였다. 700℃ 에서는 모두 적철석이, 1000℃에서는 x=0~0.2에서 적철석을, x=0.3~0.5의 경우 적철석 이외에 알루미나 가 추가 확인되었다. x가 커질수록 모두 적색도(a*)와 황색도(b*)가 증가되는데, 특히 1000℃에서 x가 커질수록 a*와 b*가 선형적으로 뚜렷이 증가하는 경향성을 보였다. 전자현미경 분석결과, 700℃와 1000℃에서 모두 x가 증가할수록 입도가 큰 폭으로 감소했는데, 입도 감소가 a*와 b* 증가의 주원인이 됨을 확인하였다. 적색 개발 안료의 울릉도 석간주 대체 가능성을 분석한 결과, 700℃와 1000℃ 합성 분말 중 x가 0.2보다 큰 경우가 이에 해당되었다. 개발 적색 안료는 전통 석간주의 색상을 충족할 뿐 아니라 열적 안정도도 높아 향후 보존과학 분야에서 활용이 기대된다.

▪ 주제어: 석간주, 적색 안료, 적철석, 침철석, Kubelka-Munk 이론

천문학 지식은 광학과 천체 망원경에 관한 지식으로 대표되고, 관측 경험을 천체 망원경을 이용하여 관측할 수 있는가와 관련된다. 이후 우리는 관측 계획을 수립하고, 계획에 따라 천체를 관측한다. 관측 계획은 관측하고자 하는 타겟 설정, 관측 시기 결정, 관측 정보 확인 등으로부터 시작한다. 이와 같은 일련의 관측 계획을 수립한 이후에는 관측하고자 하는 장소를 물색해야 하는데, 일반적으로 안전하면서 광해가 적은 곳을 관측 장소로 선택한다. 만약 최적의 관측 장소가 결정된다면 타겟 설정, 관측 시기, 관측 정보 확인 등을 과정을 수월하게 해결할 수도 있다.

▪ 주제어: 소광, 대기 소광 계수, 광해, 등급

천체를 분광 관측하면 다양한 천체의 물리적 특성을 확인할 수 있다. 우리는 다양한 성능을 가진 간이 분광기부터 성능이 우수한 분광기를 제작하고, 이후 스펙트럼 분석 소프트웨어를 이용하여 천체의 스펙트럼을 분석해 천체의 특성을 분석해 보고자 연구를 시작하게 되었다. 우리는 연구를 통해 융합적인 지식을 획득하고, 분광기 제작 방법에 따라 분광기를 제작하는 방법을 학습할 것이다. 빛에 관한 법칙과 스펙트럼에 관한 지식을 통해 광학을 학습할 것이다. 나아가 천체 관측을 통해 천체의 특성을 연구하는 방법을 배울 것이다.



▪ 주제어: 분광기, 망원경, 회절격자, 그리즘, 스펙트럼

일상생활에서 가장 많이 사용하는 전자기기인 스마트폰에는 다양한 센서들이 탑재되어 있다. 모든 핸드폰에 내장된 조도센서로 광도를 측정하고, 아두이노에 연결된 서브 모터로 회전 운동 장치를 구현하여 광도곡선 변화를 탐구해보고자 한다. 또한, 진자운동, 용수철 상수·중력가속도 측정 등 스마트폰 센서로 실험을 진행해 그 결과를 분석해 볼 것이다.
조도 센서로는 외계행성과 쌍성의 식 현상으로 나타나는 광도 곡선을 측정해보고 결과 그래프에 나타난 실험 데이터로 탐구를 진행하였다. 이를 통해 광도곡선이 얻어지는 과정과 과학적 사실을 이해 할 수 있었다. 스마트폰 센서의 측정값을 활용할 수 있는 phyphox 앱을 활용해 중력 가속도와 용수철 상수를 구하는 실험을 진행했다. 기존에 센서로 실험하는 방식의 단점인 데이터 처리를 훨씬 간편하게 진행했다. 또한 실험을 진행하는데 있어서 사람이 아닌 기계를 통해 진행하여 오류나 오차가 훨씬 줄어들어 정량적인 탐구를 진행하는데 있어 장점이 있었다.

▪ 주제어: 스마트폰 센서, 광도 곡선, 식 현상, 진자 운동, 용수철 상수

염색질은 세포핵 내에서 특별한 구조를 가진다. 염색질의 특별한 구조는 전사 과정을 조절하는 유전자의 prromoter/inhancer갸 서로 만날 수 있도록 하는데, 이 구조를 형성하는데 관여하는 단백질이 Cohesin과 CTCF 단백질이다. 세포 핵 내부에서 Cohesin과 CTCF 단백질이 어떤 형태로 존재하고 어떻게 상호작용하는지를 관찰하기 위해 형광현미경을 이용하였다. HCT-116 (대장암 세포)를 배양해 형광을 표지하였다. 형광현미경을 이용해 관찰한 결과 CTCF와 Cohesin 단백질이 세포 핵 내부에서 단일 분자로 존재하는 것이 아니라 군집체를 형성함을 알 수 있었다. 또한 이들 사이의 거리를 측정했을 때 CTCF와 Cohesin이 가깝게 위치해 서로 상호작용함을 예측할 수 있었다.

▪ 주제어: 염색질, Cohesin, CTCF, TAD, 형광현미경

육류 소비 증가에 따른 환경 문제를 해결하기 위해 역분화 줄기세포를 이용한 배양육을 탐구 주제로 선정하였다. 그러나 학교에서 수행하기 어려운 실험이었기에 유니스트 김정범 교수님과의 협의를 통해 배양육의 기본이 될 수 있는 섬유아세포를 배양하고, 이후 전사 인자를 투입하여 세포가 어떤 배엽으로 분화하는지 관찰하는 것으로 주제를 수정하였다. 탐구 진행 과정에서 원래 유니스트에 방문하여 실험을 진행할 계획이었으나, 코로나 방역단계격상으로 인하여 학교에서 배양을 하게 되었다. 따라서 우리는 이후 배양육이나 동물세포 배양 실험을 하기 위한 기초를 마련하고자 실험기기 사용 방법을 익히고 유니스트에서 받은 HF134(human fivroblast) cell을 직접 계대 배양하며 변화를 지속적으로 관찰하였다. 그 결과 세포가 정상적으로 부착되었으며 섬유아세포의 형태를 띠게 되는 것을 확인하였다.

▪ 주제어: 배양육, 섬유아세포, 세포 배양, 전사 인자, 계대 배양

미토콘드리아는 오랜 기간동안 모계유전되는 것으로 알려져 왔다. 하지만 최근 부계의 미토콘드리아도 유전이 된다는 사실이 밝혀지게 되었다.(Luo, Shiyu et al, 2018) 본 연구는 모델링을 통해 mtDNA의 부계유전이 존재함으로써 세대에 따른 mtDNA의 유전적 다양성이 얼마나 영향을 미치는지 알아보고자 하였다. 원시 mtDNA로부터 7만년 전의 인류 한 세대를 구성하고, 이를 바탕으로 3500세대 정도를 거듭해가며 유전자 다양성의 변화를 측정한다. 이때 mtDNA의 유전적 다양성을 측정하기 위해 적절한 방법을 선택하고 부계 유전이 존재하는 경우와 그렇지 않은 경우에 발생하는 유전자 다양성 차이를 계산하여 부계유전의 효과가 인류의 mtDNA 다양성에 미친 영향의 정도를 알아보았다.

▪ 주제어: 미토콘드리아, mtDNA, 부계유전, 유전적 다양성, 모델링

본 연구에서는 은행 열매의 악취 제거를 위한 효과적인 방법을 찾고 실제 적용 가능성을 확인하고자 한다. 부티르산 및 은행 외피 추출물을 사용하였고 제거 방법으로는 중화, 흡수/흡착, 디스크 확산법을 중심으로 HPLC, UV-Vis, IR을 활용하였다. 중화에서는 NaOCl, NaOH, CaCO3순으로 제거 효과가 크게 나타났으며, 흡수/흡착 방법은 제거 효과가 상대적으로 미미하였다. 디스크 확산법을 통해 부티르산의 항균 효과를 확인하였고 동시에 중화 및 흡수/흡착 결과를 추가 검증하였다. 은행나무 근처의 보도블럭은 자주 교체된다는 점에 착안하여 중화제와 흡착제를 활용한 보도블럭을 제작하고 악취 제거 효과를 확인하였다. 추후 연구에서 폐기물 토양의 안전성이 확보된다면 이 중화제와 흡착제를 활용한 보도블럭은 은행열매의 악취 제거 뿐 아니라 친환경 재생 측면에서 긍정적인 효과를 얻을 수 있을 것으로 기대된다.

▪ 주제어: 악취, 부티르산, 흡수/흡착, 중화, 디스크 확산법

콜라겐은 인체 결합 조직의 주성분이 되는 단백질로, 콜라겐의 다량 합성은 피부 재생 및 상처 치유를 의미한다. 파동을 이용해 콜라겐 합성량을 증가시킬 수 있다면 재생 및 상처 치유에 기여할 수 있을 것으로 생각된다. 따라서 우리는 파동 중 일상 생활에서 많이 접하기 가청역 음파를 이용하여 상피세포의 콜라겐 합성에 미치는 영향을 연구하고자 하였다. 폐 상피세포 WI-38 VA-13에 200, 1200, 2200Hz의 음파를 18시간 조사하였으며, 이후 tRNA를 추출하고 cDNA를 합성하여 mRNA 수준에서의 콜라겐1, 콜라겐3의 상대적인 합성량을 비교 분석하였다. 연구 결과, 200, 1200, 2200Hz의 음파를 18시간 조사하였을 때 콜라겐1은 합성량이 모두 증가하였는데 1200Hz의 음파에서 134배 이상 매우 증가하였고, 콜라겐3은 2200Hz에서 비슷하게 유지되었고, 200, 1200Hz의 음파에서 각각 0.87배, 0.56배로 감소하였다. 이는 가청영역 음파를 통해 폐 상피세포의 콜라겐1이 증가될 수 있으며, 특히 1200Hz의 음파가 크게 효과가 있는 것으로 보여진다. 우리가 가청 영역대의 음파에 노출되었을 때 폐 상피 세포의 콜라겐 합성 증가를 유발할 수 있다는 것을 의미한다. 이는 가청역 음파가 콜라겐 합성량에 영향을 준다는 결과로서, 다른 상피세포 역시 영향을 받을 수 있다고 생각된다. 가청 영역 음파에 의한 콜라겐 합성 증가는 이후 파동을 통한 피부 재생 및 상처 치유에 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

▪ 주제어: 콜라겐1, 콜라겐3, 가청역 음파, 폐 상피 세포, WI-38 VA-13

현 코로나 사태로 인해 마스크의 사용량이 늘어나고 있다. 마스크의 사용량이 늘어남에 따라 마스크의 착용으로 인해 피부 트러블이 발생했다는 사례가 늘어나고 있다. 장기간(4~8시간) 마스크를 착용할 경우 마스크에 의해 덮힌 피부의 습도, 경피 수분 손실량, 혈관 팽창으로 인한 홍반, 피부 pH, 피부 온도가 증가하며 이는 피부에 여러 종류의 문제를 발생시킨다. 이러한 환경은 여드름균의 활동성을 증가시켜 여드름 형성을 가속시킨다. 본 연구에서는 현 마스크 사태로 인한 여드름 문제를 해결하기 위해 AHA와 BHA를 다량 함유하고 있는 대중적인 과일인 레몬, 감귤의 껍질 속을 각각 에탄올로 추출하여 열건조, 동결건조하여 만든 추출물이 여드름균 P.granulosum과 S.warneri에 가지는 향균활성을 MIC와 Papar Disc Method를 통해 구해내려고 한다.

▪ 주제어: 여드름균, 추출물, 항균활성, Paper disc, MIC