본문내용
1. 서 론
1.1. 생물발광의 이해
생물발광은 생물체 내에서 일어나는 자연발광 현상이다. 생물체 내에는 화학 물질이 반응하면서 빛을 내는데, 이러한 화학반응에 의해 생성된 빛 에너지로 인해 발광이 일어난다. 대표적인 예로 반딧불이, 해파리, 심해생물 등의 발광을 들 수 있다. 생물발광은 화학적 에너지를 빛 에너지로 전환하는 과정에서 매우 효율적으로 변환이 이루어져 에너지 손실이 적다. 따라서 생물발광은 에너지 효율이 높아 실생활에 많이 적용되고 있다. 예를 들어 생물발광을 이용한 친환경 램프 개발, 의료 분야의 발광 영상 기술, 환경 오염 측정 등이 있다. 이처럼 생물발광은 자연의 원리를 모방하여 인간의 삶을 보다 편리하고 지속가능하게 만드는데 기여하고 있다.
1.2. 생물발광의 활용 분야
생물발광은 의료, 환경 등 다양한 분야에 접목될 수 있다는 것을 알 수 있다. 의료 분야에서는 기존의 방사성 원소나 자기장을 이용한 분자영상기법의 한계를 극복할 수 있는 발광영상이나 형광영상에 대해 탐구할 수 있다. 또한 발광 박테리아를 이용하여 인체에 유해한 외부 반응을 빠르게 탐지하고 암세포의 분포도와 전이 방법을 알아볼 수 있다. 환경 분야에서는 발광 박테리아로 에너지 전환 효율이 낮은 백열 전구를 대체할 수 있는 친환경 램프를 만들 수 있고, 발광 박테리아를 통해 토양이나 수질의 오염도를 검사할 수 있다. 분자 수준적으로 생체의 생화학적인 변화까지 영상화 할 수 있는 광학영상법은 현재 상용화 되어 있는 자기장 또는 방사성을 이용한 CT, MRI에 비해 효율적이고 각광받는 기술이다. 형광영상법은 세포, 조직, 또는 생체 내의 형광물질이 외부에서 조사한 빛을 흡수한 후 흥분되어 좀 더 긴 파장의 빛을 방출할 때 이를 감지하여 영상화하는 방법이며, 생물발광영상은 배경 영상 노이즈가 거의 없고 생체 내 좀 더 깊은 곳에서 나오는 빛을 감지해 낼 수 있으며, 짧은 시간 내에 많은 수의 영상을 얻을 수 있다는 장점이 있다. 이러한 광학영상 기법은 종양 수술 뿐만 아니라 여러 가지 수술에 이용되어 보다 좋은 수술 결과를 낼 수 있을 것이다. 또한 백열전구가 전기에너지의 10%만 빛으로 방출하고 나머지는 열로 빠져나가는 데에 비해 생물발광은 에너지 전환 효율이 매우 높아 90%가 가시광선으로 바뀌고 녹색 형광 단백질의 경우에는 빛 공해가 없어 친환경적인 램프를 만들 수 있다. 더 나아가 바이오센서를 이용하여 토양이나 수질오염 시 발광하는 생물을 개발할 수 있다.
1.3. 연구의 필요성과 목적
생물발광의 이해와 활용 분야
연구의 필요성과 목적이다. 과학기술이 발전함에 따라 생물발광에 대한 관심이 증가하고 있다. 생물발광은 의료와 환경 등 다양한 분야에서 활용 가능한 자연의 현상이다. 이에 생물발광을 활용하면서 발생되는 문제점을 인식하고 이를 해결할 수 있는 방안에 대해 모색해볼 필요가 있다. 또한 생물발광과 창의적인 아이디어를 결합하여 더욱 나은 미래를 만드는 방법을 찾아볼 수 있다. 이러한 노력을 통해 생물발광 기술이 발전하고 사회에 긍정적인 영향을 미칠 수 있을 것이다.
2. 본 론
2.1. 생물발광의 의료 분야 적용
2.1.1. 발광 영상 및 형광 영상의 활용
MRI, CT 같은 방사성 원소나 자기장을 이용한 분자영상기법은 한계를 지니고 있는데, 이를 극복할 수 있는 대안으로 발광영상과 형광영상이 제시되고 있다. 발광영상은 생체 내 자발광 물질이 빛을 내는 현상을 이용하여 영상을 획득하는 기술이다. 생체 투과도가 높은 근적외선 영역의 빛을 활용하면 생체 내 깊은 곳까지 영상화할 수 있어 진단 분야에서 유용하게 활용될 수 있다. 또한 배경 노이즈가 거의 없고 빠른 영상 획득이 가능하다는 장점이 있다. 이를 통해 암 치료 효과 정량 분석이나 줄기세포 치료 후 이식편의 생존율 분석 등에 활용될 수 있다. 형광영상은 형광단백질이 외부 자극을 받아 빛을 방출하는 원리를 이용한다. 방사성물질을 이용하지 않으므로 반복적인 영상 획득이 가능하다는 장점이 있으며, 유전자 발현이나 표적물질의 분포 및 이동 등을 관찰할 수 있다. 특히 해파리에서 추출한 녹색형광단백질(GFP)은 대표적인 형광단백질로 활용되고 있다. 이와 같은 광학영상법은 분자 수준의 생체 정보를 제공할 수 있어 질병의 근본 원...
1
2
3
4
5
6
7
8
9