Doctor of Public Health 전상훈입니다
Q. 해파리가 지구상에서 나타난 시기는 언제인가요?
안녕하세요. 해파리는 지구상에서 가장 오래된 다세포 생물 중 하나로, 그 기원은 약 5억년 이상 전으로 거슬러 올라갑니다. 이 생물들은 캄브리아기(Cambrain Peroid) 초기, 약 5억 4천만년 전에 처음 등장한 것으로 고생물학적 기록에서 확인되고 있습니다. 해파리는 그들의 단순한 구조와 명확한 화석 기록 덕분에 초기 해양 생태계에서의 중요한 역할을 했던 것으로 여겨집니다. 해파리의 진화적 고대성은 해파리와 유사한 체형을 지닌 다른 씬더리아(cnidarians)와도 관련이 있습니다. 이들 생물은 복잡한 조직이나 기관을 갖추지 않았음에도 불구하고, 매우 초기에 발달한 신경계와 소화계를 가지고 있어 다양한 환경에서 생존할 수 있습니다. 해파리는 주로 그들의 능동적인 수영 능력과 효과적인 포식 행위를 통해 다양한 해양 생태계에서 번성할 수 있었습니다.
Q. 해파리의 독에는 어떤 성분들이 있나요?
안녕하세요. 해파리의 독은 특히 해파리 종류에 따라 다양하며, 이들이 생산하는 독소는 인간을 포함한 다양한 대상에게 위험할 수 있습니다. 해파리의 독은 주로 단백질 기반의 복합체로, 여러 가지 생화학적 활성을 가지고 있습니다. 이 독성 단백질들은 통증을 유발하고, 세포를 파괴하며, 심지어 심장 및 신경계에 영향을 줄 수 있습니다. 네마토시스트 독소(Nematocyst toxins)는 해파리의 촉수에서 방출됩니다. 네마토시스트 독소는 강력한 펩티드와 단백질로 구성되어 있으며, 피부에 접촉시 즉각적으로 통증, 발적, 부기를 유발할 수 있습니다. 포로신(porins)은 세포막에 구멍을 만들어 세포 내용물이 유출되도록 하며, 이는 조직 손상과 괴사를 일으킬 수 있습니다. 일부 해파리는 신경계에 직접적으로 영향을 미치는 독소를 가지고 있어, 신경 전달을 방해하고 극심한 통증, 근육 마비 또는 호흡곤란을 유발할 수 있습니다.
Q. 타이레놀은 극성 약물이어서 물에 잘 녹는 건가요?
안녕하세요. 타이레놀의 주성분인 아세트아미노펜(acetaminophen)의 분자 구조는 하이드록실 기능 그룹(-OH)과 아미드(-NHCOCH₃) 그룹을 포함하고 있어, 이러한 극성 기능 그룹들은 물과 수소 결합을 형성할 수 있는 능력을 제공합니다. 이는 아세트아미노펜이 물에 상대적으로 잘 용해될 수 있는 근거를 제공하며, 이러한 특성은 약물의 생체 이용 가능성과 관련하여 중요합니다. 물에 대한 아세트아미노펜의 용해성은 주로 그 극성 그룹들에 의해 촉진됩니다. 하이드록실 그룹과 아미드 그룹은 물 분자와 강력한 수소 결합을 형성할 수 있으며, 이는 용액 상태에서의 안정성을 증가시킵니다. 하지만, 아세트아미노펜의 물에 대한 용해도는 그 것을 완전히 극성 물질로 분류하기에는 불충분하며, 그 이유는 분자 내에 비극성 성분(아로마틱 링)도 포함되어 있기 때문입니다. 아세트아미노펜 분자 내 주요 결합각을 고려하면, 벤젠 링과 연결된 하이드록실 그룹과 아미드 결합의 각각은 약 120도의 결합각을 형성하는 것이 일반적입니다. 이는 sp² 하이브리다이제이션(hybridization)된 탄소에 기인합니다. 또한, 아미드 그룹 내에서는 탄소-질소 결합이나 탄소-산소 결합 역시 평면적인 구조를 형성하고, 이들 또한 대략적으로 120도의 각을 형성할 가능성이 높습니다.
Q. 리튬이온전지 안에서 인터칼레이션, 디인터칼레이션 과정이 일어나는데, 이 과정 중 흑연의 층간 간격이 더 넓어지는 이유는?
안녕하세요. 리튬 이온 전지 내에서 흑연 층간 간격의 확장은 전기화학적 인터칼레이션(intercalation)과 디인터칼레이션(de-intercalation)과정의 직접적인 결과입니다. 이 과정은 리튬 이온이 흑연의 층상 구조 내로 들어가고 나오면서 발생하는 전기적 및 구조적 변화에 기반을 두고 있습니다. 리튬 이온이 흑연의 층 사이로 들어가는 과정에서, 각 리튬 이온은 흑연의 탄소 원자들 사이에 위치하게 됩니다. 이 위치에서 리튬 이온들은 자신의 전자 일부를 탄소층에 양도하여, 흑연의 전기적 중성을 유지하려는 성질을 나타냅니다. 이러한 전자의 이동은 흑연 층 사이에 추가적인 전기적 인력 및 반발력을 발생시키는 원인이 됩니다. 삽입된 리튬 이온들은 양의 전하를 띠고 있으며, 이들 사이에서 작용하는 전기적 반발력이 증가합니다. 이 반발력은 흑연 층 사이를 밀어내어 층간 간격을 확장시키는 주된 원인 중 하나로 작용합니다. 또한, 리튬 이온의 삽입으로 인한 흑연 층의 전자 구조 변화는 층간 결합력에 영향을 미치며, 이로 인해 구조적으로 층간 간격이 넓어집니다. 또, 리튬 이온의 삽입과 제거는 흑연의 구조적 무결성에 중대한 영향을 미치며, 이는 재료의 전기화학적 성질을 결정하는 중요한 요소입니다. 흑연 층간 간격의 조절은 리튬 이온 전지의 성능, 특히 사이클 수명과 에너지 밀도에 직접적인 영향을 미칩니다.
Q. 리튬이온전지 안에서 인터칼레이션, 디인터칼레이션 과정이 일어나는데, 이 과정 중 흑연의 층간 간격이 더 넓어지는 이유는?
안녕하세요. 리튬 이온 배터리 내의 흑연(graphite) 사용은 그 탁월한 전기화학적 특성 때문입니다. 특히, 흑연의 층간 간격이 리튬 이온의 인터칼레이션(intercalation)과 디인터칼레이션(de-intercalation) 과정에서 넓어지는 현상은 이러한 배터리 시스템의 중요한 동작 원리 중 하나입니다. 이 현상의 기본 원리는 전기화학적 상호작용 및 분자 구조 변화에 기초하고 있습니다. 흑연의 층간 간격이 리튬 이온의 인터칼레이션 과정에서 넓어지는 주된 이유는 리튬 이온과 흑연층 사이의 전기적 상호작용 때문입니다. 리튬 이온이 흑연의 층 사이로 들어갈때, 각 리튬 이온은 흑연의 탄소 원자들과 전자를 공유합니다. 이 과정에서 리튬 이온은 전자를 흑연 층에 양도하며, 이로 인해 흑연 층은 음의 전하를 띠게 됩니다. 리튬 이온 자체는 양의 전하를 띠고 있기 때문에, 이 양전하가 인접한 리튬 이온들과의 전기적 반발력을 유발합니다. 이 반발력은 흑연 층 사이의 거리를 늘리는 원동력이 됩니다. 또한, 리튬 이온이 삽입됨으로써 흑연 층 사이의 전자 구조가 변화하여 흑연의 결정 구조 내에서 전자 밀도가 재분배됩니다. 이러한 변화는 흑연 층 사이에 더 많은 공간을 필요로 하며, 결과적으로 층간 간격이 증가하게 됩니다. 결론적으로, 리튬 이온 배터리에서의 흑연 층간 간격의 확장은 리튬 이온의 전기화학적 상호작용과 관련된 구조적 변화 때문입니다. 이 과정은 배터리의 충전 및 방전 사이클 동안 반복적으로 일어나며, 흑연의 구조적 안정성과 전기화학적 성능 유지에 기여합니다.