Doctor of Public Health 전상훈입니다
Q. 눈앞에 실지렁이가 다닌느것처럼 보이는데 어떻게 하면 나아질수 있을까요?
안녕하세요. 눈앞에 실지렁이 같은 형체가 떠다니는 듯한 증상은 비문증(floaters)으로 알려져 있으며, 이는 나이가 들면서 유리체(viterous body)가 변형되거나 수축하면서 발생하는 흔한 현상입니다. 유리체는 눈의 망막을 채우고 있는 젤 같은 투명한 물질로, 시간이 지남에 따라 변성되거나 농도가 불균일해지며 부유물이 생깁니다. 이러한 부유물들은 빛을 차단하거나 왜곡시켜 망막에 그림자를 드리우게 되어 실지렁이, 점, 거미줄 같은 형태로 보이게 합니다. 비문증의 원리는 유리체의 노화나 변성으로 인해 발생하는데, 일반적으로 이 증상은 무해하며 특별한 치료 없이 자연스럽게 적응되거나 감소하는 경우가 많습니다. 하지만 비문증이 심각하게 느껴지거나 갑작스럽게 증가할 경우, 망막 박리(retinal detachment)와 같은 심각한 질환의 신호일 수 있어 즉각적인 검사가 필요합니다. 이러한 경우, 안과 전문의와의 상담을 통해 원인을 명확히 파악하고 적절한 조치를 취하는 것이 중요합니다. 비문증을 완화하기 위해 여러 치료법이 존재하지만, 그 적합성은 개인의 상태와 증상의 심각도에 따라 달라집니다. YAG 레이저 유리체 절제술(YAG laser vitreolysis)은 레이저를 사용하여 유리체 내 부유물을 작은 조각으로 분해해 증상을 완화하는 방법입니다. 그러나 이 치료는 특정 조건에서만 효과적이며, 모든 환자에게 적합하지 않으므로 안과 전문의와 충분한 상담 후 결정해야 합니다. 또 다른 치료 방법으로 유리체 절제술(vitrectomy)이 있습니다. 유리체 절제술은 유리체를 부분적으로 또는 완전히 제거하고, 이를 인공 용액으로 대체하는 수술입니다. 이 방법은 중증 비문증에 대해 매우 효과적일 수 있으나, 수술 후 합병증의 위험이 있으므로 신중한 판단이 필요합니다.참고 문헌 : Retina (Ryan, Stephen J.)
Q. 복사기의 잉크는 어떤 성분이며, 어떻게 인쇄되어 나오는지 궁금합니다.
안녕하세요. 복사기의 잉크는 일반적으로 토너(toner)라 불리는 미세한 분말 형태로 구성되어 있으며, 이는 일반적인 액체 잉크와는 차별화된 성질과 작동 원리를 가지고 있습니다. 토너는 주로 플라스틱, 카본 블랙(carbon black), 철 산화물(iron oxide)과 같은 입자로 이루어져 있으며, 인쇄할 때 고온에서 용해되어 종이에 고착되는 방식으로 작동합니다. 이러한 토너 입자는 전자기적 성질을 가지고 있어 정전기 원리에 따라 종이에 부착됩니다. 복사기의 인쇄 과정은 복사기 내부에 있는 광전도성 드럼(photoconductive drum)을 포함하고 있으며, 이 드럼 표면에 레이저나 LED 광원이 특정한 패턴으로 빛을 투사합니다. 빛에 노출된 드럼 표면은 정전기적 성질이 변화하여, 텍스트나 이미지가 필요로하는 부위에만 정전기가 형성됩니다. 이후 토너 입자가 이 드럼에 부착되는데, 이는 정전기적 인력에 의해 선택적으로 드럼 표면에 달라붙게 됩니다. 드럼에 부착된 토너 입자는 회전하는 드럼을 통해 종이 표면에 전사됩니다. 이후, 종이는 고온의 히터(fuser)를 통과하면서 토너 입자가 녹아 종이에 고정됩니다. 이 과정에서 플라스틱 성분의 토너 입자가 종이에 단단히 결합되며, 텍스트와 이미지가 영구적으로 고착됩니다. 이러한 방식으로 토너는 종이에 날카롭고 선명한 인쇄 결과를 만들어내며, 이는 정전기와 열을 이용한 전사 및 고정의 원리에 의한 것입니다.
Q. 백혈구가 면역반응을 하는 원리는 무엇인가요?
안녕하세요. 백혈구(white blood cells)는 우리 몸의 면역 체계에서 핵심적인 역할을 수행합니다. 특히, 다양한 병원체에 대응하여 면역 반응을 활성화합니다. 백혈구는 여러 유형으로 나뉘며, 각각이 고유의 방식으로 병원체를 인식하고 파괴하는 기능을 가지고 있습니다. 백혈구의 면역 반응 원리는 크게 병원체 인식, 신호 전달, 병원체의 제거 과정으로 구분할 수 있습니다. 백혈구가 면역 반응을 시작하는 첫 번째 단계는 병원체의 인식입니다. 병원체는 특정 분자 패턴을 가지고 있으며, 이는 병원체 연관 분자 패턴(pathogen-associated molecular patterns ; PAMPs)으로 불립니다. 백혈구 표면에는 이러한 PAMPs를 인식하는 수용체인 패턴 인식 수용체(pattern recognition receptors ; PRRs)가 존재합니다. 대표적인 PRRs으로는 톨 유사 수용체(Toll-like receptors ; TLRs)가 있으며, 이 수용체는 병원체의 특정 구성 요소(ex : 세균의 리포다당류 또는 바이러스의 이중가닥 RNA)를 인식하여 면역 반응을 유도합니다. 병원체를 인식한 백혈구는 화학적 신호를 방출하여 다른 면역 세포들을 감염 부위로 끌어들입니다. 이 과정에서 염증 반응이 발생하며, 이는 혈관을 확장시키고 면역 세포들이 쉽게 이동할 수 있도록 합니다. 예를 들어, 대식세포(macrophages)와 호중구(neutrophils)는 감염 부위에 모여 병원체를 탐식(phagocyrosis)하여 소화합니다. 탐식 과정에서 백혈구는 병원체를 세포 내부로 삼킨 후, 리소좀(lysosome)이라는 소화 소기관에서 다양한 소화 효소와 산성 환경을 통해 병원체를 파괴합니다. 특히 림프구(lymphocytes) 중 T 세포와 B 세포는 특이적인 면역 반응을 담당합니다. T 세포는 바이러스에 감염된 세포를 직접 공격하거나 다른 면역 세포를 활성화하여 면역 반응을 증폭시키는 역할을 합니다. B 세포는 항체(antibody)를 생성하여 병원체와 결합하게 함으로써, 병원체가 다른 세포에 침투하지 못하도록 중화하거나 다른 면역 세포들이 병원체를 쉽게 탐식할 수 있도록 돕습니다.
Q. 원자가 아무 촉매와 흡착해 활성화 에너지에 영향을 미칠 수 있을까?
안녕하세요. 촉매 표면에 원자가 흡착되면, 이는 반응의 활성화 에너지(activation energy)를 낮추는 데 중요한 역할을 하며, 흡착 과정에서 촉매와 원자 간의 상호작용이 그 반응성을 결정합니다. 이 과정은 촉매 표면에 존재하는 활성 사이트(active sites)에서 일어나며, 이 사이트들은 반응물 분자가 흡착되는 위치로서 반응 경로를 결정하고, 활성화 에너지를 낮추어 반응 속도를 촉진합니다. 먼저, 촉매 표면의 화학적 특성이 중요한데, 이는 주로 촉매의 전자 구조에 기인합니다. 예를 들어, 백금(Pt)과 같은 전이 금속 촉매는 d-전자 궤도에서 유래한 자유 전자들을 제공하여 흡착된 원자와 강한 전자적 상호작용을 형성할 수 있습니다. 이러한 상호작용은 원자의 화학 결합을 부분적으로 깨뜨려 새로운 반응 경로를 제공하여 활성화 에너지를 낮추는 효과를 발휘합니다. 특히, 질소(N₂) 분자는 매우 안정한 삼중 결합(N≡N)을 가지고 있어 일반적으로 조건에서는 반응이 어렵지만, 철(Fe) 촉매와 같은 표면에서 흡착될 때 이 결합이 약화되어 반응이 촉진될 수 있습니다. 또한, 흡착의 형태는 활성화 에너지에 큰 영향을 미칩니다. 물리적 흡착(physisorption)보다 화학적 흡착(chemisorption)이 일어나는 경우, 흡착된 원자와 촉매 표면 사이에 강한 화학 결합이 형성되므로 결합 에너지가 조절되어, 원자들 간의 재배치가 수월해집니다. 이러한 화학적 흡착은 특히 촉매의 활성 사이트에서 활발히 일어나며, 원자들이 분해되거나 재조합되어 최종 생성물로 전환되는 경로를 형성하게 됩니다. 촉매의 활성 사이트는 결합(defects) 또는 비정상적인 원자 배열에 의해 생성되기도 하며, 이는 표면 에너지를 변화시켜 흡착된 원자의 반응성을 크게 높입니다. 예를 들어, 산화철(Fe₂O₃) 같은 금속 산화물 촉매에서는 특정 결함 위치가 생성되어 산화 반응이 촉진될 수 있습니다. 온도와 압력 조건 역시 촉매 반응의 효율성을 결정짓는 중요한 요소입니다. 고온·고압 조건은 흡착된 원자 또는 분자의 운동 에너지를 높여 활성화 에너지 장벽을 쉽게 넘어가게 합니다. 예를 들어, 하버-보쉬 공정에서 질소와 수소가 고온·고압 조건에서 철 촉매 표면에 흡착되면 암모니아(NH₃) 합성 반응이 촉진됩니다. 이처럼 원자가 촉매에 흡착되어 활성화 에너지에 미치는 영향은 촉매의 화학적, 물리적 특성, 흡착 형태 활성 사이트의 특성, 반응 조건에 의해 결정됩니다.
Q. 하버의 암모니아 합성법에서 수소와 질소 분자의 촉매 표면 흡착 과정?
안녕하세요. 하버-보쉬 공정(Haber-Bosch Process)은 질소와 수소로부터 암모니아(NH₃)를 합성하는 산업 공정으로, 이 반응은 높은 온도와 압력에서 수행되며, 촉매의 역할이 필수적입니다. 이 과정에서 철(Fe)과 같은 금속 촉매가 사용되며, 촉매의 표면은 질소(N₂)와 수소(H₂) 분자의 흡착 및 반응이 이루어지는 중요한 활성 사이트(active sites)를 제공합니다. 질소와 수소 분자가 촉매 표면에 흡착(adsorption)하는 과정은 먼저, 질소와 수소 분자는 촉매 표면에 가까워지면, 촉매의 표면 에너지와의 상호작용에 의해 약하게 결합하며 표면에 흡착됩니다. 이때, 흡착된 분자들은 촉매와의 상호작용을 통해 화학적 결합이 약화됩니다. 특히, 질소 분자(N₂)는 매우 강한 삼중 결합(N≡N)을 가지고 있기 때문에 이 결합을 깨기 위해 촉매의 도움을 필요로 합니다. 촉매 표면에 흡착된 질소 분자는 표면에서 결합 에너지가 약화되어 N≡N 결합이 점진적으로 분해됩니다. 이를 해리 흡착(dissociative adsorption)이라고 부르며, 질소 분자는 결국 두 개의 N 원자로 분리되어 촉매 표면에 결합됩니다. 수소 분자(H₂)도 마찬가지로 촉매 표면에 흡착되어 H₂ 결합이 해리되어 두 개의 수소 원자로 분리됩니다. 이렇게 촉매 표면에 흡착된 질소 원자와 수소 원자들은 촉매 표면에서 서로 이동하며 결합을 시작하게 됩니다. 먼저, 하나의 N 원자와 두 개의 H 원자가 결합하여 NH를 형성하고, 이어서 또 다른 H 원자가 결합하여 NH₂를 생성합니다. 이러한 일련의 반응 과정을 거쳐 최종적으로 NH₃가 형성됩니다. 이렇게 생성된 NH₃ 분자는 촉매 표면에서 탈착(desorption)되어 반응 시스템에서 분리됩니다. 탈착은 암모니아 분자가 촉매 표면과의 결합 에너지가 충분히 낮아져, 촉매 표면에서 떨어져 나가는 과정을 의미합니다.