Materials science - Rags to riches

[초보탈출]

Materials science

재료 과학

Rags to riches

누더기에서 귀한 것으로

Jul 24th 2008 From The Economist print edition

The jaws of ragworms may yield a valuable new material

갯지렁이의 턱이 새로운 가치있는 소재를 생산할 수도 있다.

WHEN it comes to prospecting for advanced materials, the animal kingdom rarely comes to mind. Yet engineers sometimes find that the forge of evolution produces more impressive substances than those devised by the human brain. Spider-silk, for example, is stronger than steel, and is now finding its way into bullet-proof jackets. And the ridges and furrows of a gecko’s ceiling-grasping toes have inspired a glueless adhesive tape.

향상된 재료를 찾을 시기가 오면, 동물 왕국은 드물게 생각이 난다. 아직, 공학자들은 때때로 진화의 용광로가 사람이 고안한 것보다 인상적인 물질을 생산한다는 것을 발견하다. 예를들어, 거미줄은 철보다 강하며, 그리고 방탄 자켓에 쓰이고 있다. 그리고 도마뱀의 천장을 붙잡는 발가락의 이랑과 고랑은 접착제없는 접착테이프에 영감을 주었다.

The newest candidate for translation from the animal to the human world, though, looks even more unlikely. Chris Broomell and Herbert Waite, of the University of California, Santa Barbara, have been studying the jaws of ragworms—which, as careless fishermen who have used them for bait can attest, can give a nasty nip. Dr Broomell and Dr Waite were curious about the composition of the only hard parts of an otherwise squishy animal. In finding out, they may have blundered across the starting point for a new material that is both strong and light.

그렇지만, 동물의 왕국에서 인간의 세계로 전환을 위한 가장 최근의 후보는 좀 더 다르게 보인다. 산타바바라의 캘리포니아 주립대학의 크리스 부르멜과 헐버트 웨이트는 부주의한 낚시꾼이 미끼로 쓰고 징그러운 집게가 있다는 것을 증명하고 줄 수 있는 갯지렁이의 턱을 연구해오고 있다.부루멜과 웨이트 박사는 다른 부분은 흐물거리지만 오직 단단한 부분의 구성에 대해 호기심을 가졌다. 그들이 발견한 것은, 그들이 가볍고 강한 새로운 소재를 찾는 지점을 우물쭈물 지나쳤을 수도 있다는 것이다.

Ragworms will be familiar to anyone with a childhood interest in sea-shore life. They crawl around beaches and mudflats using tiny structures along thesides of their bodies that work like legs, but are in fact gills. At the front of their bulbous blue heads they have curved fangs that act as jaws. They use these to capture and tear apart their crustacean prey.

갯지렁이는 어린 시절에 해변가의 생태계에 관심이 있었던 사람이면 누구에게나 친밀하다. 그들을 마치 다리처럼 움직이는 실제로는 아가미인, 그들의 몸 측면의 작은 구조물을 이용해서 해변과 갯벌을 기어 다닌다. 그들의 부풀어 오른 푸른 머리 앞쪽에, 턱처럼 움직이는 휘워진 엄니 모양의 것을 가지고 있다. 그들은 이것을 그들의 갑각률 먹이를 잡고 찢는데 사용한다.

In the 1980s ecologists looking for organisms that could be used as indicators of oceanic pollution took a keen interest in ragworms. These ecologists found that the worms’ jaws contained a lot of zinc, a metal that is toxic in large doses. Their initial suggestion was that the worms were dumping excess zinc into their jaws, where it could do no harm, as a way of keeping their bodies free of poison. Measuring the zinc in ragworm jaws was thus thought of as a way of monitoring zinc pollution.

1980년대에, 해양 오염의 지표로 쓸 수 있는 유기체를 찾는 생태학자들은 갯지렁이에서 민감한 흥미를 느겼다. 생태학자들은 그 벌레의 턱이 유독물질이 많은 금속인 아연이 많이 포함하고 있다는 것을 발견했다. 그들의 최초의 주장은, 그 벌레가 독으로부터 안전하기 위한 한 방법으로 해를 끼치지 않는 장소인 그들의 턱으로 많은 양의 아연을 쌓아 둔다는 것을 발견했다. 그래서, 참갯지렁이의 턱에서 아연을 측정하는 것은 아연 오염을 모니터링 하는 방법으로 생각되었다.

That suggestion, however, fell apart when it became clear that the jaws of worms from clean water, too, were stuffed with zinc. The ecologists lost interest. But the engineers were intrigued. Eventually, Dr Broomell and Dr Waite decided to have a look at what was really going on.

하지만, 깨끗한 물에서 하는 벌레의 턱에도 아연치 채워져 있다는 사실이 명확해지면서 그 주장은 사라졌다. 생태학자들은 흥미를 잃었다. 하지만 공학자들은 호기심이 발동했다. 결국, 브루멜과 웨이트 박사는 정말 무슨일이 있는지 알아 보기로 결정했다.

First, they checked the strength and durability of the jaws by pressing them with a microscopic diamond probe. This revealed that the material from which they are made is as strong as aluminium and impressively light. It is also quite unusual. Most strong biological structures of this sort—bones, teeth, shells and so on—are highly mineralised. That is, they incorporate crystals of insoluble inorganic salts, most often calcium carbonate or calcium phosphate, in a matrix of protein. This creates a composite material akin to glass-fibre or carbon-fibre. These composites are of interest to engineers in their own right, but when Dr Broomell and Dr Waite stuck ragworm jaws in an X-ray spectroscope they found no sign of mineralisation at all.

첫째, 그들은 초소형의 다이아몬드 탐침을 턱에 눌러 봄으로써 강도와 내구성을 알아봤다. 이것은, 이 물질이 매우 가벼울 뿐만 아니라 알루미늄과 같은 강도라는 것으르 밝혔다. 그리고 그것은 꽤 보통과 달르다. 이런 종류의 튼튼한 생물학적 구조 - 뼈, 이, 조개껍질 등등 -는 매우 광물화 되어 있다. 즉, 그들은 탄산 칼슘, 인산 칼슘 같은 불용성 무기염의 결정을 단백질의 배열속에 포함하고 있다. 이것은 복합 물질을 탄소섬유나 유리섬유와 비슷하게 만든다. 이런 복합 물질은, 그것 자체 만으로 공학자들의 흥미를 끄는 것인데, 브루멜과 웨이트는 갯지렁이의 턱을 X선 분광기에 넣고나서 어떤 광물화의 신호도 없다는 것을 발견했다.

That confused them, and they have spent several years trying to find out what is really going on. What they have discovered, as they report in Biomacromolecules, is that the zinc is far from being a pollutant. In fact, it is crucial.

그 사실을 그들을 당황케 했고, 그들은 정말 무슨이 있는 지를 알기 위해 몇 년을 더 소모했다. 그들이 발견한 것은, 그들이 Biomacromolecules에 제출한, 아연이 오염과 거리가 멀다는 것이다. 사실, 그것은 중요하다.

Making wings from worms

벌레에서 비행기 날개를 만들기

Ragworm jaws are made of a mixture of protein and zinc ions. The protein in question contains a lot of an amino acid called histidine. Indeed, it has ten times more histidine than the average protein. Histidine likes to bind tightly to zinc ions. The consequence is that a material composed of histidine-rich proteins and zinc is extremely strong. But, lacking the dense calcium salts of mineralised biological structures, it is also quite light.

갯지렁이의 턱은 단백질과 아연이온의 혼합물로 만들어져 있다. 문제의 단백질은 많은 양의 히스티딘이라고 불리는 단백질을 가지고 있다. 게다가, 그것은 일반 적인 단백질보다 10배나 많은 히스티딘을 가지고 있다. 히스티딘은 아연 이온을 꽉 붙잡아 두는걸 좋아한다. 그 결과, 히스티딘이 풍부한 단백질과 아연이 혼홥된 물질은 매우 강하다. 하지만, 광물화된 생물학적 구조의 조밀한 칼슘염이 없어서, 이것은 역시 꽤 가볍다.

Strong and light is a desirable combination in an engineering material—and particularly so in those materials used in aircraft. Dr Broomell and Dr Waite have thus passed their discovery on to a group of scientists at NASA, America’s aerospace agency, in order that they can try to take the next steps. These are to see whether worm-jaw protein, or something similar, can be made in bulk, and to try forming it into useful shapes. If both of those prove possible, then an intriguing alternative to traditional composite materials may become available—and worms, in a sense, will fly.

강하고 가벼움은 공학적 소재가 원하는 조합니다. - 특히 비행기 제작에 쓰이는 소쟁서. 브루멜과 웨이트 박사는 그래서, 그들의 발견을 나사의 과학자들이 다음 단계를 취하기 위해 노력하는 것을 가능하게 하기 위해 미국의 항공 우주국인 나사의 과학자들에게 전해주었다. 다음 단계라는 것은, 벌레의 턱에 있는 단백질 또는 유사한 것들이 대량으로 생산가능한지를 보는 것과 유용한 형태로 형성이 가능한지 시도해 보는 것이다. 만약 2가지가 가능한 것으로 판명된다면, 전통적인 복합 소재에 대한 흥미로운 대안이 사용 가능해 질지 모른다. - 그리고 벌레는, 어떤 의미에서, 날수 있게 되는 것이다.

===============

원래 이거 말고 다른건데, 공학얘기가 나와서 했습니다 -0-

이상한 부분은 알려주시면 고치겠습니다.