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새우 껍질은 새로운 생분해성 재료에 영감을 주고 있다.
:생체모방공학의 또 하나의 사례
(Shrimp Shells Inspire New Biodegradable Material)
Brian Thomas

   하버드 위스 연구소(Harvard's Wyss Institute)는 생물체에서 발견되는 패턴을 모방하여 신물질을 디자인하고 고안해 내는 것을 전문으로 하고 있다. 최근에 그들은 곤충의 표피에서 발견한 다양한 소재로 인해 고무되었는데, 그 물질은 강하고 유연하면서도 매우 가벼웠다.

그들은 새우 껍질(shrimp shells)과 실크(silk)에서 얻은 '쉬릴크(shrilk)'으로 부르는 것을 제조해냈는데, 이것은 틀에 넣어 만들 수 있는 생분해성 물질로써, 몇몇 알루미늄 합금 만큼 강하면서도 무게는 단지 반에 불과하였다.

위스 연구소의 보도 자료에 따르면[1], ”쉬릴크는 쉽게 분해되는 쓰레기 봉투, 포장용기, 일회용 기저귀 등을 만드는데 사용될 수 있다”는 것이다.

발명자들은 새우, 바다가재, 곤충 등과 같은 절지동물의 외피로부터 상호 연결된 층들의 합판과 같은 배열을 모방하였다. 그들은 버려진 새우 껍질에서 얻은 키틴질(chitin)을 실크에서 얻은 단백질 사이의 박판 사이로 끼워 넣었다. 그러한 교차 짜깁기형의 패턴은 전체 강도를 두 배로 강화시켰다.

키틴질은 당들에 기초한 폴리머(polymer)로써, 절지동물과 몇몇 생물체에 단단하지만 유연한 보호 및 골격을 제공한다[2]. 오래 전에 연구자들은 새우 껍질과 같은 표피재료로부터 키틴질을 변형하고 추출하기 위하여 산(acid)을 사용하는 방법들이 알려져 왔다[3]. 이러한 키틴 유도체들은 일련의 형태로 주조되고, 특정 화학약품의 영향 하에서 강도가 증가된다.

‘쉬릴크’를 만든 공학자들은 층화기법(layering technique)을 추가하였는데, 이것은 원래의 새우 껍질에 강도를 제공하는 설계를 모방하여, 새로운 모양과 두께를 가미한 것이다. 공학자들은 절지동물이나 지렁이가 만드는 키틴질이나 실크 단백질을 제조할 수 있는 기계를 만든 것이 아니라, 단지 그 재료를 겹쳐 쌓는 생물체의 전략을 모방한 것이다.

이러한 것들을 모두 고려해 볼 때, 곤충의 표피와 쉬릴크에는 최소 3가지의 서로 다른 그리고 독립된 수준의 정보가 필요하다. 첫째로, 키틴질과 실크를 제조하고 배출하는 세포 수준의 특별한 소형 기계들을 만드는 특별한 유전적 설계도가 존재한다. 둘째로, 키틴질과 실크 단백질은 그 목적을 이루기 위해서 정확하고 특별한 분자패턴에 따라 정렬되어 있다. 마지막으로, 이러한 재료가 강하고, 유연하고, 생분해성을 가지기 위해서 전체가 문서화된 전략처럼 배치되어 있다.

이들 하버드의 연구자들은 의심할 바 없이 똑똑하지만, 그들은 이러한 세 가지 수준의 정보 중에서 세 번째 것만을 모방하는데 성공했을 뿐이다. 절지동물의 외피가 기능을 하기 위해서는 세 가지 수준의 정보들이 모두 필요하다. 이것은 그것들이 처음부터 동시에 명확히 설계되었을 뿐만 아니라, 그것을 설계하기 위한 탁월한 엔지니어가 필요함을 분명히 암시하고 있다. 그리고 그것을 설계한 최상의 후보자는 성경의 창조주 하나님인 것이다.


References

1. Inspired by Insect Cuticle, Wyss Researchers Develop Low-Cost Material with Exceptional Strength and Toughness. Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering at Harvard University press release, December 13, 2011, reporting on research published in Fernandez, J. G. and D. E. Ingber. Unexpected Strength and Toughness in Chitosan-Fibroin Laminates Inspired by Insect Cuticle. Advanced Materials. Published online December 13, 2011.
2. Cuttlefish and squid deposit chitin within a hard mineral apatite matrix to form cuttlebones and pens, respectively. Most fungal cell walls are also comprised of chitin and protein laid out in a stable yet porous support.
3. Guibal, E. 2005. Heterogeneous catalysis on chitosan-based materials: a review. Progress in Polymer Science. 30: 71-109.

 

출처 : ICR News, 2011. 12. 19.
URL : http://www.icr.org/article/6531/
번역자 : 문흥규

관련 자료 링크:

1. 캄브리아기에서 고도로 발달된 새우 눈이 발견되었다. : 3,000 개의 겹눈을 가진 생물이 하등한 동물인가? (Cambrian Shrimp Eyes Are 'Surprisingly Advanced')
2. <리뷰> ‘놀랍도록 잘 보존된’ 새우가 3억5천만 년이나 됐다고? ('Remarkably Preserved' Shrimp Is 350 Million Years Old?)
3. 사마귀새우의 경이로운 눈은 DVD 플레이어에 영감을 불어넣고 있다. (Sea Creature’s Amazing Eyes Could Inspire New DVD Players)
4. 살아있는 화석 : 새우 (Living fossils : shrimp)
5. 살아있는 화석 : 작은 새우 트리옵스(Triops) : 2억5천만 년(?) 동안 변화가 없었다 (Ghostly shrimp challenges evolution!)
6. 갑오징어 화석은 원래의 조직을 가지고 있었다. : 3천4백만 년 동안 분해되지 않은 키틴? (Fossil Cuttlefish Has Original Tissue)
7. 4억 년(?) 전 고생대 화석에 남아있는 키틴 단백질 복합체
8. 원래 껍질을 가진 채로 발견된 바닷가재 화석 (Teen Finds Lobster Fossil with Original Shell)
9. 조개껍질과 나비를 모방한 나노제품 (Nanofabrication Imitates Shells, Butterflies)
10. 곤충 날개의 무지개 색깔이 우연히? (Insect Wings Are Rainbows of Color)
11. 갑오징어의 색깔 변화는 TV 스크린 설계에 영감을 불어넣고 있다. (Cuttlefish colour changes inspire new energy-efficient TV screen design)
12. 생물들은 우리가 알고 있는 것보다 훨씬 더 현명하다. : 아메바, 두꺼비, 곤충들이 보여주는 경이로운 능력들. (Life Is Smarter Than We Know)
13. 거미 털 : 완벽한 방수 표면 (Spider Hair : The Perfect Water Repellant Surface)
14. 세계에서 가장 힘 센 생물체에 숨겨진 미스터리 : 습도에 반응하여 색깔을 변화시키는 헤라클레스 딱정벌레 (Mystery Behind the Strongest Creature in the World)
15. 놀라운 보석 딱정벌레 (The Amazing Jewel Beetle)
16. 가장 밝고 하얀 곤충 (This Bug Is Whiter than White, Brighter than Bright)
17. 곤충을 따르라! : 생체모방공학의 새로운 연구들 (Follow the Insects)
18. 생체모방공학의 새로운 뉴스들. (What’s New in Biomimetics?)
19. 생물들의 정교한 공학기술과 최적화. : 박쥐, 말벌, 물고기, 꿀벌, 개미, 얼룩말과 생체모방공학 (Life Shows Exquisite Engineering and Optimization)
20. 딱따구리, 혈액응고, 분자모터를 모방한 생체모방공학 (Three More Ways to Benefit from Nature’s Designs)
21. 경이로운 공학 기술이 수백만 년의 자연적 과정으로? : 생체 모방 공학자들의 논리적 오류 (Millions of Years of Evolution Equal Engineering?)
22. 모든 발명에 영감을 주고 있는 생체모방공학 (Biomimetics Is All About Design Inspiration)
23. 생물권 전역에서 공학적 설계가 발견되고 있다. : 생체모방공학의 계속되는 행진 (Engineering Designs Found Throughout the Biosphere)
24. 먹장어, 도마뱀, 잠자리의 생체모방공학 (Of Hagfish, Geckos and Dragonflies)
25. 생체모방공학의 여러 소식들 (Biomimetics Roundup)
26. 큰부리새, 굴, 거미를 이용한 생체모방공학 (What Do a Toucan, an Oyster and a Spider Have in Common? Bio-Engineers’ Drool)
27. 계속되는 생체모방공학의 성공 : 반딧불이, 나무, 피부, DNA, 달팽이처럼 만들라. (Make Like a Firefly)
28. 생체모방공학 소식으로 시작되는 한 해 (Happy New Biomimetics Year)
29. 개, 올빼미, 딱정벌레를 모방하라 : 생체모방공학은 우리의 삶을 증진시킬 것이다. (Make Like a Dog, Owl, or Beetle : How Biomimetics Will Improve Our Lives)
30. 자연이 38억 년 동안 연구개발을 했는가? : 생체모방공학의 계속되는 성공 - 해바라기, 규조류, 식물 의약품... (Nature : 3.8 Billion Years of R&D)
31. 식충식물이 R&D 수상을 이끌다 : 생체모방공학의 새로운 기술들 (Pitcher Plant Inspires R&D Award)
32. 생체모방공학을 통한 강렬한 희망 2 : 계속 발견되고 있는 생물들의 경이로운 능력들 (Living Surprises, Living Hopes)
33. 생체모방공학을 통한 강렬한 희망 1 : 계속 발견되고 있는 생물들의 경이로운 능력들 (Living Surprises, Living Hopes)
 
 
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