국내에서 생산한 천잠 누에고치의 일반 특성을 고찰한 결과 국내산 천잠 누에고치는 연두색 고치를 지으며, 층상구조를 가지고 있었다. 천잠 누에고치는 외피는 연두색이었고 내피는 흰색을 나타내어 천잠 누에고치의 색상을 나타내는 색소 성분은 외피에 존재하였다. 천잠 누에고치는 고치층의 무게는 0.528 g, 견층두께는 0.424 mm로 측정되었다. 천잠 누에고치를 구성하는 주요 아미노산은 알라닌, 글리신, 세린, 아스파르트산, 티로산, 아르기닌 순으로 나타났으며, X-선 회절분석 결과 $2{\theta}=16.8^{\circ}$, $20.4^{\circ}$ 부근에서 강한 회절 피크와 $2{\theta}=15.0^{\circ}$, $24.3^{\circ}$, $30.0^{\circ}$ 부근에서 날카로운 회절 피크를 나타내었다. 천잠 누에고치는 폭이 $20{\mu}m$ 정도인 섬유가 적층된 구조를 가지고 있으며, 고치의 안쪽과 바깥쪽에 흰색 결정을 가지고 있었다. 천잠 누에고치의 최대 열분해 온도는 $370^{\circ}C$ 부근이었다. 이러한 천잠 누에고치에 대한 연구 결과는 향후 천잠 누에고치를 이용한 소재 개발의 기초 자료로 활용될 수 있을 것으로 기대한다.
국내에서 생산한 천잠 누에고치의 일반 특성을 고찰한 결과 국내산 천잠 누에고치는 연두색 고치를 지으며, 층상구조를 가지고 있었다. 천잠 누에고치는 외피는 연두색이었고 내피는 흰색을 나타내어 천잠 누에고치의 색상을 나타내는 색소 성분은 외피에 존재하였다. 천잠 누에고치는 고치층의 무게는 0.528 g, 견층두께는 0.424 mm로 측정되었다. 천잠 누에고치를 구성하는 주요 아미노산은 알라닌, 글리신, 세린, 아스파르트산, 티로산, 아르기닌 순으로 나타났으며, X-선 회절분석 결과 $2{\theta}=16.8^{\circ}$, $20.4^{\circ}$ 부근에서 강한 회절 피크와 $2{\theta}=15.0^{\circ}$, $24.3^{\circ}$, $30.0^{\circ}$ 부근에서 날카로운 회절 피크를 나타내었다. 천잠 누에고치는 폭이 $20{\mu}m$ 정도인 섬유가 적층된 구조를 가지고 있으며, 고치의 안쪽과 바깥쪽에 흰색 결정을 가지고 있었다. 천잠 누에고치의 최대 열분해 온도는 $370^{\circ}C$ 부근이었다. 이러한 천잠 누에고치에 대한 연구 결과는 향후 천잠 누에고치를 이용한 소재 개발의 기초 자료로 활용될 수 있을 것으로 기대한다.
Antheraea yamamai silkworm cocoon is considered as a natural biocompatible materials, but can not be used as medical resources due to its difficult processability. In this study, we examined the general characteristics including cocoon shell weight and structural and thermal properties of Antheraea ...
Antheraea yamamai silkworm cocoon is considered as a natural biocompatible materials, but can not be used as medical resources due to its difficult processability. In this study, we examined the general characteristics including cocoon shell weight and structural and thermal properties of Antheraea yamamai silkworm cocoon. The cocoon shell weight and thickness of wild silkworm cocoon was 0.528 g and 0.424 mm, respectively. The cocoon has yellow-green color in outside cocoon but white in inner layer cocoon. Amino acid analysis showed that the main amino acid of Antheraea yamamai cocoon is alanine, glycine, serine, aspartic acid, tyrosine and arginine. X-ray diffractometry showed that strong diffraction peaks at $2{\theta}=16.8^{\circ}$, $20.4^{\circ}$, corresponded to ${\beta}$-sheet structure and sharp diffraction peaks at $2{\theta}=15.0^{\circ}$, $24.3^{\circ}$, $30.0^{\circ}$ due to the presence of calcium oxalate on cocoon surface. Antheraea yamamai cocoon was degraded at $370^{\circ}C$. These results might be used as basic information for development of non-textile materials using Anthereae yamamai silkworm cocoon.
Antheraea yamamai silkworm cocoon is considered as a natural biocompatible materials, but can not be used as medical resources due to its difficult processability. In this study, we examined the general characteristics including cocoon shell weight and structural and thermal properties of Antheraea yamamai silkworm cocoon. The cocoon shell weight and thickness of wild silkworm cocoon was 0.528 g and 0.424 mm, respectively. The cocoon has yellow-green color in outside cocoon but white in inner layer cocoon. Amino acid analysis showed that the main amino acid of Antheraea yamamai cocoon is alanine, glycine, serine, aspartic acid, tyrosine and arginine. X-ray diffractometry showed that strong diffraction peaks at $2{\theta}=16.8^{\circ}$, $20.4^{\circ}$, corresponded to ${\beta}$-sheet structure and sharp diffraction peaks at $2{\theta}=15.0^{\circ}$, $24.3^{\circ}$, $30.0^{\circ}$ due to the presence of calcium oxalate on cocoon surface. Antheraea yamamai cocoon was degraded at $370^{\circ}C$. These results might be used as basic information for development of non-textile materials using Anthereae yamamai silkworm cocoon.
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문제 정의
본 연구에서는 국내산 천잠 누에고치의 비 섬유용 소재 개발을 위한 기초 연구의 일환으로 누에고치의 박리 가능성 등 견층 특성과 견층 무게, 견층 두께 등 경제적 특성을 비롯하여, 아미노산 조성, X-선 회절 특성, 표면 특성 등을 관찰하고 천잠 누에고치의 열 특성을 고찰함으로써 향후 천잠 누에고치를 이용한 소재 개발의 기초 자료로 활용하고자 한다.
제안 방법
X-선 회절분석은 X-선 회절분석기 (X-ray diffractometer, PANalytical X’pert-Pro)를 사용하여 측정하였다.
천잠 누에고치의 견층은 주사전자현미경 (Scanning electron microscope, Hitaxhi S-3500N)을 사용하여 백금으로 코팅한 후에 관찰하였다. 열중량분석기 (ThemoGravimetric Analyzer, Metter Toledo, DSC823e)를 사용하여 질소 기류하에서 1000℃까지 측정하였으며, 시차주사열량계 (Differential scanning calorimetry, Mettler Toledo)를 사용하여 10℃/min의 속도로 300℃까지 측정하였다.
X-선 회절분석은 X-선 회절분석기 (X-ray diffractometer, PANalytical X’pert-Pro)를 사용하여 측정하였다. 천잠 누에고치의 견층은 주사전자현미경 (Scanning electron microscope, Hitaxhi S-3500N)을 사용하여 백금으로 코팅한 후에 관찰하였다. 열중량분석기 (ThemoGravimetric Analyzer, Metter Toledo, DSC823e)를 사용하여 질소 기류하에서 1000℃까지 측정하였으며, 시차주사열량계 (Differential scanning calorimetry, Mettler Toledo)를 사용하여 10℃/min의 속도로 300℃까지 측정하였다.
천잠 누에고치를 층별 분리를 위하여 가는 핀을 사용하여 바깥층부터 벗겨내어 최대한 견층을 분리하였다. 천잠 누에고치의 색상은 사진을 찍어 컴퓨터를 이용하여 색상을 판정하였다.
대상 데이터
천잠 누에고치의 색상은 blue biliverdin과 노란색 물질 flavonoid가 함께 있기 때문인 것으로 알려져 있다. 본 실험에 사용한 천잠 누에고치는 야외에서 사육한 것으로 자연상태에서는 5,000 lux이상의 햇빛에 노출되어 그림 1에서 보는 바와 같이 연두색 고치를 짓는 것으로 판단된다.
분석에 사용한 이동상 용액은 A 용액은 sodium acetate trihydrate 19.5 g, triethylamine 550 μL, 1l milli Q water를 혼합한 후 인산을 사용하여 pH 6.4로 고정하여 제조한 용액 935 ml와 CH3CN 65 ml를 혼합하여 제조하였다.
5 g/L 용액으로 95 ~ 100℃에서 30분간 처리한 후 40℃의 물로 세척하는 과정을 3회 반복 수행하였다. 실험에 사용한 천잠 누에고치의 연감율은 15.9%였다. 천잠 누에고치를 층별 분리를 위하여 가는 핀을 사용하여 바깥층부터 벗겨내어 최대한 견층을 분리하였다.
천잠 누에고치는 수원 소재 농촌진흥청 국립농업과학원에서 2012년도에 사육한 천잠 누에고치를 수확하여 사용하였다. 누에고치의 정련은 알칼리 정련법에 의하여 수행하였다(Shin et al.
이론/모형
가수분해된 천잠 견사 용액으로부터 50 μL를 취하여 Pico Tag의 표준방법에 의하여 PTC-amino acid 유도체를 제조하여 분석용 시료로 사용하였다.
천잠 누에고치는 수원 소재 농촌진흥청 국립농업과학원에서 2012년도에 사육한 천잠 누에고치를 수확하여 사용하였다. 누에고치의 정련은 알칼리 정련법에 의하여 수행하였다(Shin et al. 2012). 간단하게 기술하면, 정련 욕비 1:50 의 조건에서 Na2CO3 2.
천잠 누에고치의 아미노산 조성 분석은 Pico Tag System (Waters, USA)를 사용하였다. 먼저 40 mg의 시료를 채취하여 vial에 담고 6 N HCl 15 ml를 가하여, vial의 산소 등을 질소로 치환한 후 105℃오븐에서 20시간동안 가수분해하였다.
성능/효과
천잠 누에고치를 구성하는 주요 아미노산은 알라닌, 글리신, 세린, 아스파르트산, 티로산, 아르기닌으로 나타났다. 또한 분류학상 같은 속에 속하는 작잠 누에고치는 알라닌, 글리신, 세린, 티로신, 아스파르트산, 아르기닌 순으로 나타나 천잠 누에고치가 아스파르트산이 작잠 누에고치에 비하여 많은 함량을 보였다. 반면 가잠 누에고치는 글리신, 알라닌, 세린, 티로신, 아스파르트산으로 주요 아미노산의 조성에 차이가 있음을 확인하였다.
또한 분류학상 같은 속에 속하는 작잠 누에고치는 알라닌, 글리신, 세린, 티로신, 아스파르트산, 아르기닌 순으로 나타나 천잠 누에고치가 아스파르트산이 작잠 누에고치에 비하여 많은 함량을 보였다. 반면 가잠 누에고치는 글리신, 알라닌, 세린, 티로신, 아스파르트산으로 주요 아미노산의 조성에 차이가 있음을 확인하였다.
천잠 누에고치는 80℃ 부근과 160℃ 부근에서 강한 흡열 피크를 나타내었다. 시차열분석 결과 나타난 80℃ 부근과 160℃ 부근의 흡열 피크는 열중량분석 결과 나타난 중량 감소가 일어나는 위치로서 천잠 누에고치 및 천잠 누에고치 표면에 존재하는 calcium oxalate에 존재하는 수분의 증발에 의한 흡열 피크로 해석된다.
이것을 확대한 결과 그림5(b)에서 보는 바와 같이 결정성 물질이 표면에 존재함을 관찰되었다. 천잠 누에고치 안쪽 표면을 관찰한 결과에서도 바깥쪽 표면과 마찬가지로 섬유가 적층된 형태를 보였으며, 표면은 작은 결정성 물질로 존재함을 확인하였다.
본 실험에서 사용한 천잠의 형태와 고치의 모양을 그림1에 나타내었다. 천잠 누에고치는 계란형의 모양을 하고 있으며, 섶자리고치도 쉽게 관찰할 수 있었으며 천잠 누에고치의 색은 연두색이었다. Kato 그룹의 연구(Yamada and Kato 2004, Kato et al.
천잠 누에고치를 구성하는 주요 아미노산은 알라닌, 글리신, 세린, 아스파르트산, 티로산, 아르기닌 순으로 나타났으며, X-선 회절분석 결과 2θ = 16.8o, 20.4o 부근에서 강한 회절 피크와 2θ = 15.0o, 24.3o , 30.0o 부근에서 날카로운 회절 피크를 나타내었다.
천잠 누에고치의 아미노산 조성을 작잠 누에고치 및 가잠 누에고치와 비교하여 표 2에 나타내었다. 천잠 누에고치를 구성하는 주요 아미노산은 알라닌, 글리신, 세린, 아스파르트산, 티로산, 아르기닌으로 나타났다. 또한 분류학상 같은 속에 속하는 작잠 누에고치는 알라닌, 글리신, 세린, 티로신, 아스파르트산, 아르기닌 순으로 나타나 천잠 누에고치가 아스파르트산이 작잠 누에고치에 비하여 많은 함량을 보였다.
2012). 천잠 누에고치의 무게는 작잠 누에고치보다는 작으나 가잠 누에고치와 비숫하였으며, 천잠 누에고치의 두께에서도 작잠 누에고치보다는 두껍고 가잠 누에고치보다는 얇은 특성을 보였으나 유의적인 차이는 없었다.
후속연구
이러한 결과는 그림 3에서 보는 바와 같이 천잠 누에고치에서 관찰되는 것과 일치하는 것으로 색상을 나타내는 색소 부분이 외피에 존재하고 있음을 시사한다. 누에고치의 색상과 유전현상에 관한 논의는 추후에 검토되어야 할 것으로 사료된다.
천잠은 누에고치를 지을 때 한 층 한 층 겹쳐서 짓기 때문에 층상 분리가 가능한 것으로 판단된다. 이러한 이유는 누에가 고치를 짓는 습성의 차이에 기인한 것으로 판단되나 생리학적인 유전적인 특성에 대한 추가적인 연구가 필요할 것으로 생각된다.
천잠 누에고치의 최대 열분해 온도는 370oC 부근이었다. 이러한 천잠 누에고치에 대한 연구 결과는 향후 천잠 누에 고치를 이용한 소재 개발의 기초 자료로 활용될 수 있을 것으로 기대한다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
천잠 실크단백질이란 무엇인가?
천잠 실크단백질은 가잠(Bombyx mori), 작잠(Antheraea pernyi)과 함께 고급 섬유용 재료를 생산하는 대표적인 견사곤충인 천잠(Antheraea yamamai Cuerin-Meneille)이 생산하는 천연 고분자 물질이다. 섬유용 소재로서 천잠사는 독특한 광택과 색상을 가지고 있어 고급 섬유용 소재로 사용되어 왔다.
천잠이 지은 누에고치층의 층상 분리가 가능한 이유는 무엇인가?
가잠 누에고치에서도 이와 같은 특성이 관찰되었으나 작잠 누에고치에서는 층상구조를 관찰되지 않았다(data not shown). 천잠은 누에고치를 지을 때 한 층 한층 겹쳐서 짓기 때문에 층상 분리가 가능한 것으로 판단된다. 이러한 이유는 누에가 고치를 짓는 습성의 차이에 기인한 것으로 판단되나 생리학적인 유전적인 특성에 대한 추가적인 연구가 필요할 것으로 생각된다.
천잠 누에고치 안쪽 표면에서 관찰되는 특성은?
이것을 확대한 결과 그림5(b)에서 보는 바와 같이 결정성 물질이 표면에 존재함을관찰되었다. 천잠 누에고치 안쪽 표면을 관찰한 결과에서도 바깥쪽 표면과 마찬가지로 섬유가 적층된 형태를 보였으며, 표면은 작은 결정성 물질로 존재함을 확인하였다.
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