이산화탄소(CO2)는 불연성, 비폭발성, 비방사성 기체로, 전 세계적으로 물리, 화학, 생물학 및 의학 분야에서 사용됩니다. 화학 합성을 통해 13CO2를 원료로 사용하여 수많은 복합 화합물을 생산할 수 있습니다. 이러한 화합물은 환경 기준, 법의학 연구 및 진단 분야에서 광범위하게 응용됩니다. 13C 동위원소로 표지된 요소는 요소호흡검사에 사용될 수 있다는 것이 잘 알려져 있습니다. (피험자에게 13C 동위원소로 표지된 요소를 경구 투여한 후, 위장에 헬리코박터 파일로리균 감염이 있는 경우, 13C 동위원소로 표지된 요소가 13C 동위원소로 표지된 CO2로 분해됩니다. 따라서 고정밀 가스 동위원소 비율 질량 분석기를 사용하여 날숨에서 13C 동위원소로 표지된 CO2를 검출함으로써 헬리코박터 파일로리균 감염을 진단할 수 있습니다.) (경구 투여된 13C-요소는 위장에 도달한 후 균일하게 분포되므로, 13C-요소와 접촉하는 부위에 헬리코박터 파일로리가 존재할 경우 민감하게 검출할 수 있습니다.) 최근에는 이처럼 다양한 화합물을 이용한 비침습적 호흡 검사가 의료 현장에 도입되고 있습니다. 레이저 분야에서도 13CO2는 레이저 가스로 사용되며, 기초 연구뿐 아니라 레이저 복강경 수술과 같은 임상 현장에서도 활용되고 있습니다.
생물학자들은 동위원소로 표지된 13C 가스를 조류, 박테리아 및 기타 미생물에 공급하여 NMR을 이용해 대사 과정을 연구합니다. 13C로 표지된 유기체에서 다양한 아미노산, 단백질, 지방, 당류 및 DNA를 추출할 수 있습니다. 표지된 조류나 박테리아를 먹이로 주어 진화된 미생물을 생산하면 추출되는 성분의 수가 크게 증가합니다. 과학자들은 표지된 성분을 이용하여 거대 분자의 구조와 단백질 사이의 배위 그룹 상호작용을 규명합니다. 순수한 13CO2 분위기에서 조류를 배양하면 조류 전체에 13C가 균일하게 표지될 수 있으며, 일부 연구자들은 이렇게 표지된 스피룰리나를 닭에게 먹여 활성 아미노산을 연구하기도 합니다.
13C 포도당과 13C 글루탐산의 중요한 응용 분야 중 하나는 뇌의 보상 대사 MRI(자기공명영상)입니다. 세포 증식은 13C로 표지된 DNA를 이용하여 측정할 수 있습니다. 13C로 표지된 성분과 최신 13C-MRS(자기공명분광법)를 사용하면 유전자 구조 및 유전자 정량 분석을 통해 인간 유전자와 생체 세포의 분자 구성 변화를 종합적으로 파악할 수 있습니다. 13CO2를 생물 시스템에 직접 적용하는 것(예: 13CO2가 풍부한 공기로 토양을 덮는 것)은 생명 실험을 위해 유기체의 탄소 동태를 모니터링할 수 있게 해줍니다. 13C로 표지된 물질은 토양의 유기 탄소 조성과 이동 경로를 추적하는 데 사용할 수 있습니다.
식물이 공기 중의 이산화탄소를 흡수할 때, 이산화탄소에도 13C 동위원소를 표지할 수 있습니다. 이는 기초 및 응용 과학 연구에 활용될 수 있습니다. 예를 들어, 표지된 식물을 먹인 후 유기물의 영양소 생체이용률 및 대사 작용 연구(동물과 인간의 다양한 식품으로부터의 영양소 생체이용률 연구)에 사용될 수 있습니다. 13C 표지 화합물과 분석 기기의 개발은 안정 동위원소의 응용 분야를 확장시켜 인간과 환경에 대한 새로운 지식 영역을 열어주었습니다.
게시 시간: 2024년 6월 26일