오늘날 과학의 가장 중요한 화두 중 하나는 '나노(1㎚=10억 분의 1m)' 세계의 비밀을 파헤치는 것입니다. 이런 나노 세계를 항해하는 과학자들에게 나침반 역할을 하는 것이 바로 '사진'입니다. 주사터널링현미경(STM·Scanning Tunneling Microscopy), 주사전자현미경(SEM·Scanning Electron Microscopy) 등을 이용해서 나노 세계를 들여다볼 수 있게 되었기 때문입니다.
그렇다면, 사진으로 본 나노 세계의 모습은 어떨까요? 홍진기 미국 MIT 연구원(화학공학과 Post-Doctor)과 강상욱 상명대학교 교수(화학과)가 여러분에게 나노 세계의 비밀을 살짝 보여줍니다. 일주일에 화, 목 두 차례씩 여러분을 찾아갈 세상에서 제일 신기한 사진과 함께하는 특별한 과학 에세이 '나노 세계 여행'을 놓치지 마십시오. <편집자>
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| ⓒ홍진기 |
초등학교 시절 오전 2교시가 끝나면 우유 먹는 시간이었다. 좀 더 정확하게 말하자면 돈을 낸 학생들에 한해서 우유를 먹었다. 가정 형편을 떠나서 우유보다 콜라를 더 좋아했던 아이들에게 우유를 더 권장하소다 담임선생님께서는 우유의 장점에 대해 많은 설명을 했었던 기억이 있다.
지금도 가장 기억에 남는 말은 "완전하다"라는 수식어였다. 우유야말로 영양학적으로 완전한 식품이어서 우유만 먹고도 상당 시간을 살 수 있을 정도로 뛰어나고, 그 때문에 성장기 때는 키가 제대로 자라려면 더욱더 챙겨먹어야 한다고 강조했던 게 기억이 난다. 실제로 우유는 송아지의 유일한 먹이이며 이것만으로 생명을 유지하고 있으므로, "완전하다"라는 수식어는 전혀 과장이 아니라고 볼 수 있다.
이렇게 귀한 식품을 고려 시대에는 일부 귀족층만 마셨다고 한다. 지금은 누구나 쉽게 우유를 구매할 수 있는 세상이니 얼마나 좋은 세상인가? 이런 우유를 현미경으로 자세히 들여다보면 매우 재미있는 구조로 되어 있음을 확인할 수 있다. 무언가 알맹이가 떠다니는 구조다.
보통의 분자나 이온보다 크고 지름이 1㎚~100㎚ 정도의 미립자가 기체 또는 액체 중에 분산된 상태를 콜로이드(colloid) 상태라고 하고, 콜로이드 상태로 되어 있는 전체를 '콜로이드'라고 정의한다. 사진에서 보이는 저런 원형 미립자가 액체 상태에 둥둥 떠다니는 구조이니 우유는 전형적인 콜로이드 상태라고 보면 된다.
그렇다면 일반 용액과 콜로이드 용액은 우유에서 보이는 사진에서처럼 알맹이가 떠 다니느냐 그렇지 않느냐의 차이라고 쉽게 이해할 수 있다. 그래서 반투막(半透膜)에 일반 용액을 흘려보내면 다 흘러나오지만, 콜로이드 용액의 알맹이들은 막에 의해 걸러지게 된다. 그래서 정제가 가능한 것이 바로 콜로이드 용액이다.
요즘 같이 바쁘고 스트레스를 받아 여유 있게 다양한 음식물 섭취가 힘든 현대인에게 멀티 비타민이 인기이듯이, 앞으로 세상이 더 바빠지면 저 우유 속 알갱이만 걸러서 따로 알약으로 먹는 세상도 조만간에 나올 듯 싶다.
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