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연꽃잎으로 메타물질 만든다

과학뉴스



연꽃잎으로 메타물질 만든다

최근 일본 도쿄공업대학교 코타로 카지카와 교수팀이 연꽃잎을 이용해 대부분의 빛을 흡수할 수 있는 메타물질을 만드는 데 성공했다고 밝혔어요. 메타물질이란, 자연에서 일반적으로 발견되지 않는 성질을 가지고 있는 물질을 뜻해요. 코타로 교수는 연꽃잎 표면에 마카로니를 닮은 100나노미터 굵기의 막대기들이 흩뿌려져 있는 모습을 관찰했어요. 이 모습은 이전 연구에서 메타물질을 만들기 위해 사용했던 구조와 비슷했지요. 이에 연구팀은 연꽃잎으로 메타물질을 만들기 위한 연구를 진행했답니다.

연구팀은 비교를 위해 연꽃잎과 쑥, 약모밀의 표면에 각각 10나노미터 두께로 금을 코팅해 봤어요. 10나노미터는 금 원자를 약 40층 정도로 쌓은 높이와 비슷한 두께지요. 금 코팅 결과 약모밀과 쑥 잎은 금빛으로 반짝인 반면, 연꽃잎은 금빛으로 반짝거리지 않고 오히려 새카맣게 변한 것을 확인할 수 있었어요(위 작은 사진). 연꽃잎의 특이한 표면구조로 인해 이와 같은 현상이 발생한 거예요. 까맣게 변한 연꽃잎에 빛을 쪼이고 반사되어 나오는 빛의 양을 측정했더니, 대부분의 빛은 흡수되고 1% 정도의 빛만 반사됐답니다. 코타로 교수는 “이번 연구결과는 만들기 힘들다고 여겨지는 메타물질을 연꽃잎을 이용해 아주 간단한 방법으로 만들었다는 데 큰의미가 있다”고 말했어요.


풍선이 터지는 모양에도 규칙이 있다?!

풍선이 터지는 짧은 순간에도 과학이 존재해요. 프랑스 파리 디드호대 세바스티앙 물리네 박사 연구팀은 풍선이 터지는 모양이 풍선 표면이 받고 있는 힘에 따라 변한다는 사실을 밝혀냈답니다.

풍선이 터지는 현상은 워낙 순식간에 일어나기 때문에 그동안 자세히 관찰하기가 어려웠어요. 이에 연구팀은 초고속 카메라를 사용해 풍선이 터지는 현상을 관찰했답니다. 이때 풍선 내부의 공기 양을 조절해 풍선 표면이 받는 힘을 변화시켰어요. 실험 결과, 공기를 적게 넣어 표면이 1600N/m 이하의 힘을 받으면 풍선 표면에 두세 개의 균열만이 발생하며 비교적 큰 조각들로 갈라졌어요. 반면 공기를 많이 채워 표면이 2170N/m 이상의 힘을 받는 경우, 힘의 크기가 커질수록 균열의 갈래도 늘어나 풍선이 40갈래 이상으로 갈라졌답니다.

세바스티앙 물리네 박사는 “이 결과를 응용하면 균열에 관련된 많은 자연 현상을 과학적으로 예측할 수 있을 것”이라고 말했어요.




영국 브리스톨대 스테판 라우텐슬래거 연구원이 공룡의 입 크기를 측정했어요. 입 크기는 턱 근육이 최대한 늘어났을 때 입이 이루고 있는 각도로 측정하는데, 공룡은 턱 근육에 대한 자료가 없어 그동안 측정이 불가능했답니다. 이에 스테판 연구원은 컴퓨터 그래픽으로 공룡의 두개골을 만들고, 공룡과 같은 분류군에 속한 말똥가리와 미시시피 악어의 턱 근육을 넣어 가상의 알로사우루스, 티라노사우루스, 엘리코사우루스 머리를 만들었어요. 그리고 가상 공룡의 입을 벌려 본 결과 각각 79°, 64.5°, 43.5°까지 벌릴 수 있었지요. 초식동물인 엘리코사우루스의 입이 가장 작았던 거예요. 스테판 연구원은 “입 크기는 동물의 식습관을 보여 주는 증거”라며, “이 연구는 공룡의 식습관 연구에 대한 중요한 자료가 될 것”이라고 말했어요.







안녕하세요! 저는 느끼한 음식을 먹을 때 가장 많이 생각나는 채소, 고추예요. 김치, 떡볶이, 라면 등 매운 맛이 나는 음식에는 대부분 고추가 들어가죠.

제 매운 맛의 비밀은 ‘캡사이신’에 있답니다. 고추 안에 들어 있는 캡사이신이 입 안에 있는 통각 신경을 자극해서 매운 맛을 느끼도록 하는 거예요. 캡사이신이 많이 들어 있을수록 매운 맛이 강해지지요. 인도에서 재배되는 ‘부트 졸로키아’라는 고추에는 한국의 청양고추보다 100배나 많은 캡사이신이 들어 있다고 하니, 얼마나 매울지 상상도 안 되죠?



진병관 교수팀은 뇌에서 열과 고통을 인식하는 역할을 하는 TRPV1 단백질에 주목했어요. 쥐에게 TRPV1의 작용을 방해하는 약물을 투여하자 도파민이 제대로 분비되지 않았거든요.

이 현상을 목격한 연구팀은 캡사이신이 TRPV1의 작용을 활발하게 만든다는 기존 연구 결과에서 아이디어를 얻어 쥐에게 캡사이신을 투여하기로 했어요. 실험에 사용된 쥐는 캡사이신 투여에 앞서 약물 주사를 맞아 도파민의 분비가 억제된 상태였답니다.

이 쥐에 캡사이신을 1주일간 투여한 결과, 쥐의 도파민 분비가 정상으로 돌아왔어요.



캡사이신이 사람들에게 도움을 줄 때도 있어요. 최근 경희대 진병관 교수팀이 캡사이신으로 파킨슨병을 치료할 수 있다는 연구결과를 발표했어요.

파킨슨병은 영국의 의사 제임스 파킨슨의 이름을 따 지은 이름이에요. 60세 이상의 사람들 100명 가운데 한 명이 걸리는 병으로, 아직 치료법이 정확히 밝혀지지 않은 희귀 난치병이지요.

파킨슨병에 걸린 사람은 뇌에 이상이 생겨 온 몸이 떨리고 몸을 제대로 가눌 수 없어요. 뇌에 있는 ‘흑질’이라는 부분에서 신경전달물질인 ‘도파민’이 제대로 분비되지 않아 운동신경을 제대로 제어하지 못하기 때문이에요.



저에겐 지구에서 해야 할 일이 남아 있어요. 캡사이신이 사람에게도 효과가 있을지 아직 모르거든요. 다행히 연구팀이 파킨슨병에 걸려 죽은 사람의 뇌 조직을 조사한 결과, 사람과 쥐가 비슷한 과정을 거쳐 파킨슨병에 걸린다는 사실이 밝혀졌어요. 캡사이신이 파킨슨병에 걸린 사람들을 치료할 수 있다는 가능성을 보여 준 거예요.

매운 맛을 내는 채소라고만 생각했던 고추가 사람들을 파킨슨병에서 해방시켜 줄 수 있는 약으로 사용될 수 있다니 무척 기뻐요. 미안하지만 전 지구 정복보다 사람들을 돕는 일을 더 하고 싶답니다.

자신의 위성을 파괴하는 화성

화성이 자신의 위성인 포보스를 파괴하고 있어요. 나사의 테리 허포드 박사 연구팀은 포보스에 있는 줄무늬를 분석하는 과정에서 이와 같은 사실을 발견했답니다.

과학자들은 1978년 바이킹 1호가 찍은 포보스의 사진을 통해 포보스 표면에서 줄무늬를 발견했어요. 지금까지 과학자들은 이 줄무늬가 생긴 원인이 물리적 충돌에 의한 것이라고 생각했지요. 그러나 나사의 테리 허포드 박사 연구팀은 포보스 표면의 줄무늬가 ‘조석력’ 때문에 생겼다고 밝혔어요.

조석력은 지구 해수면의 높이를 변화시키는 힘으로, 달과 지구가 서로 잡아당기는 힘에 의해 생겨요. 뉴턴의 만유인력 법칙에 따르면 질량을 가지는 두 물체는 서로를 잡아당기는 힘을 가진답니다. 이 힘은 물체 사이의 거리가 멀수록 약해지지요. 따라서 달이 지구 표면에서 가까운 지역을 더 세게 잡아당겨 이 지역의 해수면이 상승해요. 같은 원리로 화성과 포보스 사이에도 조석력이 존재한답니다.

연구팀은 조석력이 포보스에 미치는 영향을 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 분석했어요. 그 결과, 포보스에 가해지는 조석력의 크기가 큰 곳에 줄무늬가 생겼다는 사실이 밝혀졌답니다. 또한 조석력의 크기를 계산한 결과, 포보스가 조석력으로 인해 수백만 년 후 파괴될 수 있는 것으로 나타났어요.

테리 허포트 박사는 “이 연구는 포보스와 비슷한 환경에 있는 다른 위성들을 조사하는 데 큰 도움이 될것"이라고 말했어요.
 
 
만화 : 조주희
글 : 정한길 어린이과학동아 jhg1road@donga.com
기타 : [만화] 조주희
이미지 출처 : Otota DANA(F), Scientific Reports, Joe Dyer(F), NASA Goddard Space Flight Center, [만화] 조주희

어린이과학동아 2015년 23호