변준호 교수팀, 국소 비만 치료 나노기술 ‘Advanced Materials’ 게재 숙명여자대학교 변준호 교수 연구팀이 빛 자극을 이용해 오직 지방세포에서만 지방을 선택적으로 분해하는 혁신적인 나노 기반 비만 치료 전략을 개발했다고 16일 밝혔다. 이는 전신 부작용이나 침습성 한계가 있던 기존 치료법의 단점을 극복하고, 원하는 부위에만 정밀하게 작용하는 안전한 국소 비만 치료의 새로운 가능성을 제시한 것으로 평가된다. 연구팀은 지방세포가 스스로 노폐물을 청소하며 지방을 분해하는 ‘샤페론 매개 자가포식(CMA)’ 기작을 활용했다. 개발된 나노플랫폼은 지방세포 고유의 막 성분으로 코팅되어 해당 세포에만 흡수된다. 이후 근적외선 빛을 쬐면 나노입자에서 발생하는 약한 열 자극이 CMA의 핵심 단백질을 활성화시킨다. 그 결과 지방 분해 효소가 지방 방울에 접근하게 되어 선택적인 지방 분해가 유도된다. 특히 주요 독성 지표에서 이상이 없어 국소 치료 전략으로서의 안전성까지 입증했다. 변 교수는 “지방세포를 직접 손상시키는 방식이 아닌 세포 본연의 분해 시스템을 정밀하게 ‘조절’하는 새로운 비만 치료 패러다임을 제시했다”며 “향후 비만 외에도 다양한 대사질환 치료로 확장 가능할 것”으로 기대했다. 이번 연구는 서울대, 고려대, 한국재료연구원과 공동으로 진행됐으며 세계적 학술지 ‘Advanced Materials’에 게재됐다.

효과적으로 전달하는 나노약물 개발삼중음성유방암 치료 극복 가능성 제시 단국대학교는 제약공학과 강래형 교수가 미국 위스콘신대학교(매디슨 캠퍼스) 글렌 S. 권 교수 연구팀과 함께 난치성 유방암인 삼중음성유방암 치료 효과를 높일 수 있는 나노 약물을 개발했다고 11일 밝혔다. 삼중음성유방암은 일반적인 유방암에서 나타나는 에스트로겐 수용체(ER), 프로게스테론 수용체(PR), HER2(사람 표피 성장인자 수용체) 등 세 가지 단백질이 모두 음성인 유방암 유형이다. 다른 유방암에 비해 전이와 재발 위험이 높아 정밀 표적 치료가 어렵고 항암제 반응성도 낮아 치료가 매우 어려운 암으로 알려져 있다. 삼중음성유방암 치료에는 세포독성 항암제가 사용되지만, 정상 세포까지 손상하는 부작용이 높아 두 가지 항암제를 함께 투여하는 병용요법을 주로 사용하고 있다. 그러나 병용요법은 약물이 체내에서 서로 다른 속도로 분해·흡수되면서 치료 효과가 약해지고 부작용이 커지는 구조적 문제가 있었다. 연구팀이 개발한 나노 약물 ‘라팍산(Rapaxane)’은 두 가지 항암제를 최적 비율로 하나의 나노입자에 담아 몸속에 들어가기 전에는 약효가 거의 없거나 약한 프로드러그(prodrug) 형태로 설계한 것이 특징이다. 세포 실험에서 ‘라팍산’은 단일 성분 항암제(파클리탁셀)에 비해 2배 이상 치료 효과를 보였다. 강 교수는 “이번 연구를 통해 삼중음성유방암의 약물 치료 효과를 극대화하고 약물 용량을 줄여 부작용을 낮출 수 있는 가능성을 확인했다”며 “약물 간 최적 비율을 유지해 전달할 수 있는 플랫폼을 실현했다는 점에서 의미가 크다”고 설명했다. 연구 논문은 나노의학 분야 최상위 국제학술지 ‘ACS Nano’(IF: 16.1, JCR 상위 6%) 2025년 12월호에 게재됐다. 논문명은 ‘Precise Ratiometric Drug Delivery for the Treatment of Triple-Negative Breast Cancer’(삼중음성유방암 치료를 위한 정밀 비율 조절 약물 전달 기술)이다.

면역 요법을 시작한 지 100일 이내에 코로나19 mRNA 백신을 접종한 특정 암 환자가 미접종 환자보다 생존율이 높다는 연구 결과가 나왔다. 미국 플로리다대학과 텍사스대학 MD 앤더슨 암센터 연구진은 센터의 암 환자 1000명 이상의 의료 기록을 분석한 결과 이러한 잠정적 결론을 내릴 수 있었다고 밝혔다. 이번 연구는 지난 19일(현지시간) 독일 베를린에서 열린 ‘2025 유럽 의학종양학회(ESMO) 학술대회’에서 발표됐다. 플로리다대 보건대 소아종양학자인 엘리어스 세이어 박사는 지질 나노입자와 mRNA에 대해 8년간 연구했다. mRNA는 모든 세포에 존재하며 단백질 생성에 필요한 정보를 담고 있다. 세이어의 연구실은 지난 7월 예상치 못한 발견을 했다. 암에 대한 강력한 면역 공격을 유발하는 데 굳이 특정 종양 단백질을 표적으로 삼을 필요가 없다는 것이었다. 대신 면역 체계가 단순히 바이러스 감염과 싸우는 것처럼 반응하도록 자극하기만 하면 되는 것이었다. 이에 연구진은 실험용으로 ‘비특이적’ mRNA 백신을 면역관문억제제(면역 체계가 종양을 인식하고 파괴하는 데 도움을 주는 일반적인 항암제)와 병용 투여한 실험용 쥐에서 강력한 항종양 반응을 관찰했다. 이 실험용 백신은 코로나19 백신과 유사한 기술을 통해 만들었으나 코로나19 바이러스나 별도의 암을 특정해 설계한 것은 아니었다. 이러한 발견은 플로리다대의 전 연구원이자 현재 MD 앤더슨 연구소의 연구원인 애덤 그리핀 박사에게 영감을 줬다. ‘표적을 특정해 설계하지 않은 mRNA 백신이 면역 체계가 항암 효과를 발휘했다면 코로나19 mRNA 백신도 당시 암 환자에게 비슷한 면역 증강 효과를 가져오지 않았을까?’ 이 가설을 확인하기 위해 연구진은 2019년부터 2023년까지 MD 앤더슨 센터에서 치료받은 3기 및 4기 비소세포 폐암(진행성 폐암)과 전이성 흑색종(피부암) 환자의 데이터를 분석했다. “노트북 오래해서 뻐근한 줄”…어깨 통증, 알고보니 ‘이 암’이었다英 30대 여성, 간·폐로 전이된 유방암 4기 진단 “조기 발견의 중요성 알리고 싶어”, 영국의 한 30대 여성이 어깨 통증을 단순한 근육통으로 여겼다가 유방암을 진단받은 사연이 전해졌다. 17일(현지시간) 영국 매체 더선(The Sun)에 따르면 마케팅 매니저인 클레어 새코(31)는 ...www.seoul.co.kr 비소세포 폐암은 전체 폐암의 약 85%를 차지하는 가장 흔한 유형의 폐암으로, 소세포폐암과 달리 상대적으로 성장 속도가 느리다. 연구진은 면역요법 시작 전후 100일 이내에 코로나19 백신을 접종한 진행성 폐암 환자 180명과 백신을 접종하지 않고 동일 약물로 치료받은 환자 704명의 의료기록을 살펴봤다. 분석 결과 면역 요법을 시작한 후 100일 이내에 코로나19 mRNA 백신을 접종한 환자는 접종하지 않은 환자보다 생존 기간이 상당히 길었다. 백신 접종은 생존 기간(중앙값)을 20.6개월에서 37.3개월로 거의 2배 가까이 연장시키는 것으로 나타났다. 전이성 흑색종 환자 중에서는 43명이 면역요법 시작 후 100일 이내에 코로나19 백신을 맞았고, 167명은 접종하지 않았다. 이때 생존 기간(중앙값)은 26.7개월에서 30~40개월로 늘어났다. 데이터 수집 시점에 일부 환자는 아직 생존해 있었기 때문에 백신의 효과가 더 강력했을 가능성이 있다. 그러나 mRNA 계열이 아닌 폐렴이나 독감 백신을 접종한 환자의 경우 생존 기간에 차이가 없었다. 세이어 박사에 따르면 기존에 면역 요법이 잘 듣지 않을 것으로 예상됐던 환자에게서 그 효과가 더욱 크게 나타났다. 다만 이번 연구 결과는 관찰 및 데이터 분석을 통해 나온 것으로 가설을 명확히 확인하기 위해서는 무작위 임상시험이 필요하다. 그렇다고 하더라도 연구진은 이번 발견이 미래의 암 치료법과 관련해 중대한 잠재성을 갖고 있다고 강조했다. “겉으론 멀쩡했는데” 41세 마라토너 눈물…‘이 증상’ 식도암 전조?평소 건강을 철저히 관리하며 마라톤 대회에도 출전했던 영국의 한 40대 남성이 소화불량에 시달리다 말기 식도암 진단을 받은 사연이 전해졌다. 최근 영국 데일리메일에 따르면 잭 반 아르데(41)는 2024년부터 잦은 위산 역류 증상을 겪었다. 이는 속 쓰림의 흔한 원인이지만, 그는 심각하게 여기지 않고 위산 억제제를 처방받아 복용했다. 그러나 증상은 계속 이어졌다. 상황이 급격히 악화한 것은 지난 7월이었다. 아르데의 아내 제스(42)는 어느 날m.seoul.co.kr 현재 의학계에서는 폐암과 피부암에 대해 주로 면역 체계의 ‘브레이크를 해제’하고 암세포를 더욱 효과적으로 인식하고 공격하도록 설계된 약물을 쓰곤 한다. 그러나 암이 진행된 단계에서는 대부분의 환자가 이러한 면역 요법이 잘 듣지 않으며, 이미 방사선 치료, 수술, 화학 요법 등의 방법을 다 쓰고 난 뒤인 경우가 많았다. 플로리다대학 연구진은 이번 분석 결과를 뒷받침하기 위해 쥐 실험에서 코로나19 바이러스 스파이크 단백질을 표적으로 하는 mRNA 백신과 면역치료제를 병용했다. 그 결과 면역치료제에 반응이 없는 암을 반응성 암으로 전환시켜 종양의 성장을 억제할 수 있다는 사실을 발견했다. 연구진은 향후 플로리다, 앨라배마, 조지아, 아칸소, 캘리포니아, 미네소타주 등 여러 지역의 병원, 암센터, 클리닉으로 구성된 임상 연구 네트워크를 통해 대규모 임상시험에 착수할 계획이다. 연구진의 발견이 임상시험에서도 확인되면 암 치료법에 혁신을 가져올 것으로 기대된다. 더욱 강력한 비특이적 만능 백신을 개발할 수 있는 것이다. 진행성 암 환자의 경우 만능 백신을 통한 생존율 증가는 암 치료를 위한 시간을 벌 수 있다는 점에서 커다란 이점을 제공할 수 있다. “병원 가보는 게 좋겠어”…이발하러 갔다가 암 발견한 10대, 무슨 일영국의 한 10대 소년이 이발사 덕분에 암을 발견한 사연이 전해졌다. 영국 매체 더미러, 데일리메일 등의 지난달 보도에 따르면 영국 슈롭셔주 러들로에 사는 오웬 노그로브(17)는 지난해 초 머리를 다듬기 위해 튀르키예 출신 이발사 피라트 다부토울루의 이발소를 찾았다. 이발사는 머리카락을...www.seoul.co.kr

2000년대에 본격화된 나노기술은 다양한 분야와 접목된 융합기술로 발전하고 있다. 그중 하나가 나노입자를 캐리어(운반체)로 활용하는 나노의약품이다. 나노 캐리어는 불안정한 약물을 보호하고 동시에 원하는 세포에 최적으로 약물을 전달할 수 있다. 나노의약품은 미래 정밀의학의 대표 기술 중 하나다. 지난 5월 한국화학연구원 감염병기술전략센터는 ‘단백질 나노 캐리어 분야 특허분석 보고서’에서 2032년 나노의약품 시장이 490조원 규모로 성장할 것으로 전망했다. 2022년에 이미 190조원 규모에 달했고, 매년 약 10%씩 성장 중이기도 하다. 밝은 전망과 동시에 나노의약품을 위한 새로운 품질 관리의 필요성도 제기됐다. 지난 7월에 열린 ‘제10회 의약품 품질 규제과학 콘퍼런스’의 특별 세션에서는 나노물질의 입자 크기, 결정성, 방출 특성 등을 고려해 나노의약품을 정밀하게 관리해야 한다는 주장이 발표됐다. 나노기술은 등장 초기부터 기술 위험에 사전 대비하는 제도를 갖춘 분야다. 2000년대 초반 나노기술에 대해 ‘미래의 만능 기술’이라는 열광과 SF적인 위험 시나리오가 함께 등장했다. 예를 들어 나노 로봇이 자기복제를 거듭하다가 마침내 세상을 삼켜 버리는, 이른바 ‘그레이 구’ 이야기다. 이는 당시 근거 부족이라는 비판에도 불구하고 대중의 이목을 끌었고 신기술의 위험을 검토하고 관리해야 한다는 인식을 촉발하는 데 영향을 줬다. 그 영향으로 물질 안전 관리에 관한 기존 제도에 나노물질을 포함하는 것은 물론 처음부터 나노기술의 다양한 잠재적 영향을 검토하고 대응하는 제도를 갖추게 됐다. 미국에서는 나노기술의 윤리적, 법적, 사회적 문제(ELSI)에 대한 연구 등을 지원했다. 한국에서는 ‘나노기술촉진법’에 나노기술 영향평가 규정을 두었다. 또한 세계 각국은 나노기술의 대중 수용을 위한 다양한 교육·문화 사업을 전개했다. 지난 20년 이상 나노기술이 큰 문제 없이 발전하고 확산한 데는 이러한 활동의 기여도 있을 것이다. 최근에 나노기술은 단일 기술이 아니라 바이오, 의약, 인공지능, 에너지 기술 등과 결합해 혁신을 만드는 일종의 기술 융합 플랫폼이 됐다. 그에 따라 나노의약품의 예처럼 나노융합기술의 안전에 대한 신뢰를 새롭게 쌓아야 하는 상황이 됐다. 예를 들어 의약품으로 체내에 축적된 나노입자의 장기적 영향, 의료용 나노센서가 수집한 방대한 건강 데이터로부터 개인정보를 보호할 방안 등의 문제에 대해 검토, 분석하고 대응 방안을 미리 모색해야 한다. 이는 최근 등장한 ‘책임 있는 연구와 혁신’(RRI)과도 관련이 깊다. 나노기술 영향평가는 그 방법의 하나로서 유용하다. 다만 2005년 이후 나노기술 영향평가가 이뤄지지 못한 상태다. 그런데 마침 2025년은 5+5 계획으로 추진되는 제6기 나노기술종합발전계획(2026~2035)을 준비하는 시기다. 나노융합기술의 특성을 반영한 나노기술 영향평가를 준비할 적기로 보인다. 이은경 전북대 과학학과 교수

어린 시절 플라스틱 제품에 지속적으로 노출되면 성인이 돼서도 심장병과 불임, 천식 등 각종 질병에 걸릴 위험이 높아진다는 연구 결과가 나왔다. 미국 뉴욕대 의대 연구진은 플라스틱 속 화학물질이 호르몬을 교란하고 뇌 발달을 저해해 지능지수(IQ) 저하까지 일으킬 수 있다고 밝혔다. 뉴욕대 랑곤 헬스 연구진은 플라스틱 관련 최신 연구 수백 편을 검토한 결과를 지난 21일 국제 학술지 ‘랜싯 아동·청소년 건강’에 발표했다. 연구진은 수천 명의 임신부와 태아, 어린이를 대상으로 한 연구들을 종합 분석했다. 그 결과 플라스틱에 포함된 독성 화학물질들이 심장병, 비만, 불임, 천식 등 다양한 만성질환과 연관이 있는 것으로 나타났다. 연구진이 주목한 것은 플라스틱을 유연하게 만드는 프탈레이트, 단단하게 만드는 비스페놀, 열과 물을 차단하는 과불화알킬물질(PFAS) 등 3가지 화학물질이다. 연구를 주도한 레오나르도 트라산데 소아과 교수는 “이번 연구를 통해 플라스틱이 어린 시절 발생한 만성질환을 청소년기와 성인기까지 지속시키는 요인이라는 점을 확인했다”며 “자녀들의 건강한 삶과 장수를 바란다면 이러한 화학물질 사용 제한을 반드시 고려해야한다”고 경고했다. 이들 화학물질은 음식 포장재, 화장품, 영수증 등 일상생활에서 쉽게 접할 수 있는 제품에 광범위하게 사용되고 있다. 플라스틱 제품을 사용하거나 가열하거나 화학 처리할 때 미세플라스틱과 나노입자가 방출돼 우리 몸에 들어온다. 플라스틱 화학물질은 몸 전체 조직에 과도한 면역 반응인 염증을 일으키고, 여러 신체 기능에 영향을 미치는 호르몬의 작용을 방해하는 것으로 밝혀졌다. 특히 뇌 발달에도 악영향을 미쳐 여러 연구에서 어린 시절 노출이 지능지수 저하와 자폐증, 주의력결핍 과잉행동장애(ADHD) 같은 신경발달 문제와 연관이 있다고 보고됐다. 연구진은 플라스틱 사용을 줄이고 인간의 건강을 보호하는 방안도 제시했다. 트라산데 교수는 “부모들이 큰 비용을 들이지 않고도 아이들의 플라스틱 노출을 제한할 수 있는 안전하고 간단한 방법들이 있다”고 말했다. 플라스틱 용기를 유리나 스테인리스 스틸로 바꾸고, 플라스틱 제품을 전자레인지에 돌리거나 식기세척기에 넣지 않는 것이 도움이 된다고 설명했다. 의료진들이 명확한 지침을 제공해 부모들이 사용하는 제품에 대해 정보에 기반한 결정을 내리고 더 안전한 선택지로 유도할 수 있다고 덧붙였다. 정책 차원에서는 특히 건강 격차가 심각한 저소득 지역에서 불필요한 플라스틱 제품 사용을 줄이는 더 엄격한 규제 조치가 필요하다고 강조했다. 연구진은 플라스틱이 소아 의료 분야에서 조산아용 인공호흡기와 수유관, 천식 아동용 분무기, 감염 확산 방지 마스크 등에 필수적 역할을 한다며, 이번 연구 결과가 의료 분야에서의 플라스틱 필요성에 이의를 제기하는 것이 아니라 다른 곳에서의 불필요한 사용의 위험성을 강조하는 것이라고 밝혔다.

여름철 뜨거운 차 안에 방치된 플라스틱 물병이 ‘독성 폭탄’으로 변한다는 연구 결과가 주목받고 있다. 70도 이상 고온에 노출된 물병에서 암과 자폐증, 생식 기능 장애를 유발하는 치명적 화학물질이 급격히 증가해 인체에 심각한 위협을 가하는 것으로 나타났다. 영국 데일리메일은 지난달 28일(현지시간) 전문가들이 차량에 방치된 플라스틱 물병의 심각한 독성 위험을 경고했다고 보도했다. 보도에 따르면 시중에 판매되는 생수의 최대 80%에서 미세플라스틱과 각종 유해 물질이 검출되고 있으며, 이들 물질은 암, 생식 기능 장애, 아동의 발달 지연, 당뇨병 등의 대사질환과 직접적인 연관성이 있는 것으로 확인됐다. 무엇보다 에어컨이 꺼진 차량이나 고온 환경에서 독성 물질 용출량이 급격히 증가한다는 연구 결과가 주목받고 있다. 이는 플라스틱 물병을 70도의 고온에 4주간 노출시킨 중국 난징대 연구팀의 실험에서 밝혀진 사실이다. 연구팀은 고온에 노출된 ‘폴리에틸렌 테레프탈레이트’(PET) 재질 플라스틱병에서 독성 중금속인 안티몬과 환경호르몬 비스페놀A(BPA)가 물속으로 용출된 것을 확인했다. 안티몬에 노출되면 두통, 어지럼증, 메스꺼움, 구토, 복통, 불면증 등이 나타나고, 장기간 노출 시 폐렴증과 위궤양까지 유발될 수 있다. 비스페놀A는 더 치명적이다. 암을 비롯해 생식 기능 장애, 자폐증, 심혈관 질환, 조기 사망 등 질병과 연관된 것으로 알려졌다. 실험 결과 차량 내부 온도가 70도에 도달하자 두 독성 물질의 용출량이 급격히 증가했다. 문제는 이런 위험 온도에 어렵지 않게 도달할 수 있다는 점이다. 미국 질병통제예방센터(CDC)에 따르면, 27도 날씨에서조차 차량 내부 온도는 20분 만에 43도까지 치솟았으며, 40분 후에는 48도, 1시간이 지나면 51도에 이르렀다. 난징대 연구팀은 “플라스틱 물병을 고온에 보관하지 말 것”을 권고했다. 앞서 지난 2023년 캐나다 몬트리올 맥길대 연구팀의 실험에서도 비슷한 결과가 확인됐다. 연구진이 폴리에틸렌을 포함한 4가지 주요 플라스틱을 체온 수준인 37도로 가열하자 미세입자와 나노입자가 대량 방출됐다. 반면 4도 냉장 환경의 어두운 곳에 보관된 샘플에서는 유해 입자가 거의 검출되지 않아 온도의 영향을 극명하게 보여줬다. 최근 연구에서는 플라스틱 생수병에 수십만 개의 독성 미세플라스틱 입자가 들어있다는 사실이 밝혀졌다. 최첨단 레이저 분석 기술로 조사한 결과, 생수 1리터당 무려 24만개의 플라스틱 입자가 발견됐다. 수돗물 1리터당 5.5개와 비교하면 약 4만 4000배에 달한다.

수억원에 달하는 초고속 펄스 레이저 대신 레이저 포인터와 같은 일반 광원으로도 생체조직 내부를 뚜렷하게 촬영할 수 있는 기술을 국내 연구진이 개발했다. 19일 울산과학기술원(UNIST)에 따르면 바이오메디컬공학과 박정훈·주진명 교수팀이 특수 나노 입자를 이용해 일반 연속파(CW) 레이저만으로 생체조직 내부를 3차원으로 촬영할 수 있는 비선형 형광 현미경 기술을 개발했다. 이 기술은 초고속 레이저 없이도 비슷한 해상도와 깊이 침투력을 갖췄고, 주변 조직 손상 없이 병변 부위만 선택적으로 자극하는 광역학 치료에도 활용될 수 있다. 생체조직은 빛이 잘 산란돼 뚜렷한 내부 이미지를 얻기 어렵다. 이런 이유로 초점 부근에서만 형광을 발생시켜 산란에 의한 배경 잡음을 걸러내는 다광자 현미경과 같은 특수 관찰 기술로 생체조직을 촬영한다. 하지만, 다광자 현미경 관찰은 고가의 펨토초 펄스 레이저를 광원으로 쓰기 때문에, 일반 병원이나 실험실에서는 사용하기 어려웠다. 이에 공동 연구팀은 ‘상향변환 나노입자(UCNPs)’를 이용해 이 같은 펨토초 펄스 레이저 없이도 초점에서만 형광을 유도할 수 있는 기술을 개발했다. 나노입자를 혈류를 통해 생체 부위에 주입한 뒤 일반 연속파 레이저를 쏘면 나노입자가 레이저 속 광자를 하나씩 흡수해 에너지를 축적하고 이를 자외선 또는 청색광 형광으로 방출하는 방식이다. 개발된 기술은 광역학(PDT) 치료에서 병변 외의 조직이 손상되는 부작용을 줄일 수도 있다. 광역학 치료는 빛을 병변에 침투시켜 파괴하는 방식인데, 이 과정에서 빛이 통과하는 경로의 정상 조직까지 함께 손상되는 문제가 있었다. 초점 부근에서만 형광을 발생하는 원리를 이용하면 병변 부위만 선택적으로 자극하고 주변 조직에는 영향을 주지 않는 정밀 광자극 치료를 할 수 있다. 연구팀은 실제 ‘상향변환 나노입자’가 방출하는 자외선을 이용해 자외선 반응성 물질을 특정 깊이에서만 활성화하는 실험에도 성공했다. 공동 연구팀은 “값비싼 초고속 레이저 없이도 고해상도 생체 이미징과 정밀 광치료가 동시에 가능한 기술”이라며 “MRI 같은 기존 진단 장비와 병행하면 의료 현장에서 뇌혈류 흐름이나 국소적 대사 반응 등을 정밀하게 추적하는 데도 도움이 될 것”이라고 말했다. 연구 수행은 과학기술정보통신부 한국연구재단과 정보통신기획평가원, 치매극복기술개발사업단, 범부처재생의료기술개발사업단, 포스코 청암재단 등의 지원을 받았으며, 그 결과는 재료과학 분야 세계적 권위지인 ‘어드밴스드 머티리얼스’의 표지 논문으로 선정돼 지난 12일 출판됐다.

코로나19 백신은 가장 빨리 만들어진 예방백신이자, mRNA를 이용한 최초의 백신이다. mRNA 백신은 새로운 치료 플랫폼으로 주목받고 있지만, 그 작동 원리는 여전히 명확히 밝혀지지 않았다. 이런 상황에서 국내 연구진이 mRNA 백신을 효과적이고 안정적으로 개발할 수 있는 작동 원리를 밝혀내 눈길을 끈다. 기초과학연구원(IBS) RNA 연구단은 mRNA 백신의 세포 내 전달과 분해를 제어하는 단백질 군(群)을 찾아내고 그 작동원리를 처음 밝혀냈다. 이 연구 결과는 과학 저널 ‘사이언스’ 4월 4일 자에 실렸다. mRNA 기반 기술은 코로나19 백신을 시작으로 감염병 대응뿐만 아니라 암 백신, 면역치료, 유전자 치료 등 다양하게 활용할 수 있다. 특히, mRNA 합성 기법과 mRNA를 보호하고 세포에 효율적으로 전달하는 물질인 지질나노입자 개발로 mRNA 기술은 혁신적인 치료 플랫폼으로 성장하고 있다. 문제는 치료용 RNA가 체내에서 어떻게 작동, 조절되는지 구체적인 기작은 충분히 알려지지 않았으며, 코로나19 백신의 핵심 물질인 N1-메틸수도유리딘 변형 염기에서 무엇이 효능을 높였는지, 원리도 분명치 않았다. 이런 상황에서 연구팀은 mRNA를 제어하는 세포 내 인자들을 찾아내고자 크리스퍼 유전자 가위를 이용한 녹아웃 스크리닝을 진행했다. 녹아웃 스크리닝은 유전자를 하나씩 제거해나가면서 특정 형질이나 세포 반응에 영향으로 미치는 유전자를 찾아내는 분석 기법이다. 연구팀은 이번 연구에서는 약 2만 개의 유전자를 포함한 크리스퍼 라이브러리를 활용해 mRNA 백신을 조절하는 세포 인자를 유전체 수준에서 스크리닝했다. 그 결과, mRNA가 세포 내로 전달 및 유입되는 데 필요한 핵심 단백질 인자들과 조절 경로를 밝혀냈다. 우선 세포막 표면에 있는 ‘황산 헤파란’ 분자는 mRNA를 감싼 지질나노입자와 결합해 세포 내 유입을 촉진해, 세포 내 소포체로 들어가게 된다. 황산 헤파린은 세포 표면에서 황산화된 당단백질로 외부 물질이 세포 내로 유입되도록 하는 데 중요한 매개체이다. 또, 양성자 이온 펌프인 ‘V-ATPase’는 소포체 내부를 산성화시키고 지질나노입자가 양전하를 띄도록 하여 소포체 막을 일시적으로 파열시키는데, 이 막이 깨지면서 mRNA가 세포질로 방출돼 단백질로 발현할 수 있게 되게 한다는 것을 확인했다. 이와 함께 RNA 치료제에 대한 주요 억제 인자와 함께 외부 RNA의 침입을 경보하는 양성자 이온의 중요한 역할도 처음 발견했다. 바이러스 감염 등에 대한 선천적 반응을 조절하는 RNA 결합 단백질이자 연결 효소인 세포질 내 ‘TRIM25’ 단백질이 mRNA를 침입자로 인식하고 제거한다는 것이다. 이 단백질은 소포체 막이 파열되면서 방출되는 양성자 이온에 의해 활성화되며, 외인성 RNA에 특이하게 표적, 결합해 다른 절단 효소 및 보조 단백질과 함께 RNA를 빠르게 절단하고 분해한다. 연구팀은 mRNA를 결합, 제거하는 TRIM25 단백질이 N1-메틸수도유리딘 변형 염기에는 그 결합력이 현저히 감소하여 mRNA를 절단, 분해하지 못한다는 사실도 발견했다. 코로나19 mRNA 백신의 효능과 안정성을 향상할 수 있었던 요인과 원리를 이해하게 된 것이다. 연구를 이끈 김빛내리 IBS 단장(서울대 생명과학부 석좌교수)은 “이번 연구는 mRNA 백신의 세포 내 작동 원리를 처음 밝혀냄으로써 mRNA 치료제의 효능과 안정성을 한 단계 높여갈 이론적 토대가 마련됐다는 데 의미가 크다”며 “양성자 이온이 면역 신호 전달 물질로 작용한다는 사실을 최초로 발견하고 외부 침입자에 대항하는 세포의 방어 기전에 대한 이해를 한층 넓혀 RNA뿐 아니라 면역, 세포신호 분야에도 새로운 연구 방향을 제시할 것으로 보인다”고 말했다.

단국대병원(병원장 김재일)은 이비인후과 정재윤·이민영 교수팀이 레이저에 반응하는 나노입자를 적용해 전정신경의 재생에 효과가 있음을 확인했다고 25일 밝혔다. 우리 몸의 균형을 담당하는 전정기관에는 다양한 질환이 생길 수 있다. 다양한 원인에 의해서 전정 기능의 저하가 발생하는 전정신경염은 이비인후과로 오는 어지럼증 중 흔한 질환이다. 정재윤 교수는 “전정신경염 환자 대부분은 자연적으로 회복되지만, 일부는 전정 기능이 저하되는 후유증으로 지속적인 재활이 필요하거나 회복되지 않은 상태로 지낼 수밖에 없다”고 설명했다. 전정 기능 회복에 다양한 약물을 이용한 연구들은 귀를 통해 약물 전달이 어려워 난항을 겪고 있다. 교수팀은 이번 연구에서 전정신경에 약물을 잘 전달시킬 수 있는 레이저(near-infrared, NIR)와 이에 반응하는 나노입자(brainderived neurotrophic factor, BDNF)를 사용했다. 레이저와 나노입자를 동시에 치료한 경우 전정신경 모사체에 재생 효과가 있음을 확인했다. 이민영 교수는 “바로 임상 적용은 어려울 수 있지만 추후 어지럼 환자 신경 재생을 위해 사용될 수 있는 좋은 약물 전달 방식이 될 것”이라며 “난치성 전정신경염 환자 치료 가능성을 여는 연구로서도 큰 의의가 있다”고 말했다.

미국 국제학술지 ‘ACS 케미컬 뉴로사이언스’ 3월 표지논문 선정 경기도경제과학진흥원(경과원)과 한국과학기술연구원(KIST) 공동 연구팀이 천연물과 금 나노 기술을 결합해 알츠하이머 치매 질환에 개선효과가 있는 후보물질을 발견했다. 경과원 바이오연구개발팀은 천연물과 금 나노 기술을 결합해 퇴행성 질환중 하나인 알츠하이머병 치료 효과를 입증하는 연구결과가 국제 학술지 ‘ACS 케미컬 뉴로사이언스(ACS Chemical Neuroscience)’ 3월호 표지논문에 실렸다고 18일 밝혔다. ACS 케미컬 뉴로사이언스는 미국화학회(American Chemical Society)에서 발행하는 월간 동료 심사 학술지로, 신경과학과 화학의 교차 분야를 다루는 학술지다. 관련 내용은 ‘금 나노입자로 처리한 아프젤린의 알츠하이머병 인지능 개선효과(Enhanced Cognitive and Memory Functions via Gold Nanoparticle Mediated Delivery of Afzelin through Synaptic Modulation Pathways in Alzheimer’s Disease Mouse Models)’라는 논문이다. 이번 연구에는 경과원 최춘환 박사(바이오 연구개발팀)와 한국과학기술연구원(KIST) 공동 연구팀이 참여했다. 공동 연구팀은 금 나노입자(AuNP)가 약물을 효과적으로 전달해 기존에 생산성이 낮았던 천연 화합물의 한계를 극복할 수 있음을 주목하고 금 나노입자(AuNP)의 특별한 성질은 한약재인 칠해목(Ribes fasciculatum)에서 얻은 천연 성분 아프젤린(afzelin)을 결합해 알츠하이머 치료 효과를 높였다. 칠해목(까마귀밥나무)은 낙엽 활엽 관목으로 이뇨제, 해열제 등의 약재로 활용된다. 이 칠해목에서 추출한 아프젤린(afzelin)은 식물유래 천연물로 다양한 생리활성을 나타내는 화합물이다. 연구팀은 금 나노입자가 아프젤린의 효능을 극대화해 신경 보호 효과를 증가시키는 약물 운반체 역할을 수행함을 확인했다. 또한, 금 나노 기술이 해마의 콜린성 시스템을 회복시키고 신경전달물질의 활성을 증가시켜 인지능을 개선한다는 점을 밝혀냈다. 한편 경과원은 지난해 헬스케어 소재 개발을 포함해 15건의 연구개발 및 임상시험 5개 사 지원을 완료했다. 그 외에 천연물 소재 구축 183건, 소재 유효성 평가 86건, 기술이전 4건 등의 성과를 거뒀다. 김현곤 경과원장은 “바이오산업본부는 지속적인 연구개발(R&D)을 통해 바이오소재를 개발하고 산업화를 추진해왔다”며 “앞으로도 고령화 사회에 따른 노인성 질환 및 다양한 질환의 개선과 치료를 위한 소재 개발에 최선을 다하겠다”라고 밝혔다.

전 세계에 수십억 대 스마트폰과 수억 대 노트북, 태블릿 같은 IT 기기가 급속히 보급된 비결 중 하나는 고성능 배터리입니다. 리튬이온 배터리가 없었다면 스마트 기기의 성능이 지금처럼 높아지긴 어려웠을 겁니다. 전기차 역시 리튬이온 배터리가 없었다면 널리 상용화하기 힘들었을 것입니다. 2023년 전기차 판매 대수는 1400만대로 전체 자동차 시장의 18%에 달했으며 앞으로 배터리 기술의 발전에 따라 보급률이 더 늘어나 언젠가는 내연 기관 자동차를 대체할 것으로 보입니다. 하지만 리튬이온 배터리의 사용량이 급격히 증가함에 따라 수명이 다한 폐배터리를 재활용하는 것이 새로운 문제로 떠오르고 있습니다. 리튬이온 배터리는 다양한 소재로 만들어진 분리막, 전해질, 음극재, 양극재 등으로 구성되어 있습니다. 그런데 배터리마다 사용한 소재들이 서로 다르다 보니 리튬과 다른 유용한 광물을 추출해 재활용하기 까다로운 문제가 있습니다. 영국 레스터대학의 앤디 애벗 교수와 제이크 양 박사가 이끄는 연구팀은 패러데이연구소(Faraday Institution)와 함께 폐배터리 물질을 좀 더 쉽게 분리해 재활용할 수 있는 방법을 개발했습니다. 이들이 집중한 부분은 음극재 소재로 많이 사용되는 흑연을 다른 양극재에 많이 사용되는 니켈, 코발트, 망간 등과 분리하는 방법입니다. 이를 위해서 연구팀이 선택한 재료는 뜻밖에도 요리에 사용되는 식용유(cooking oil)였습니다. 물론 식용유 자체로는 흑연을 분리할 수 없기 때문에 초음파를 이용해 나노입자로 만든 후 물과 혼합해 유화액(emulsion)을 만들었습니다. 나노 유화액은 쉽게 흑연 입자에 달라붙습니다. 현재는 폐배터리 속 흑연을 제거하기 위해 고온에서 가열해 흑연을 태우고 있습니다. 이 과정에서 상당한 비용이 드는 것은 물론 적지 않은 이산화탄소가 발생해 온실가스를 배출하지 않는다는 전기차 본래의 취지에 상당한 모순이 발생합니다. 연구팀의 나노 유화액은 쉽게 구할 수 있는 소재를 사용해 비용을 낮출 수 있는 것은 물론 이산화탄소 발생 없이 흑연도 버리지 않고 회수할 수 있다는 것이 가장 큰 장점입니다. 물론 리튬-금속 산화물의 회수도 쉬워집니다. 연구팀은 이 기술에 대한 특허를 청원하고, 영국화학회에서 발간하는 저널(RSC Sustainability)에 발표했습니다. 그리고 소규모의 파일럿 폐배터리 재활용 시스템을 통해 상용화를 위한 검증 작업을 준비하고 있습니다. 식용유가 말 그대로 폐배터리를 유용한 자원으로 요리할 수 있을지 결과가 주목됩니다.

화장품 제조자개발생산(ODM) 기업인 코스맥스는 포항공대 화학공학과 이효민·이기라 교수 연구팀과 자외선 차단제의 불편함을 줄인 ‘야누스 나노입자’를 개발했다고 1일 밝혔다. 스파이크 야누스 나노입자는 친수성과 친유성을 동시에 가진 나노입자를 이용해 계면활성제를 사용하지 않는 신개념 자외선 차단 소재다. 나노입자 표면에 돌출된 작은 스파이크 구조들이 서로 얽히면서 계면활성제를 사용하지 않아도 자외선 차단제의 안정성을 확보할 수 있다. 계면활성제가 없어 끈적임과 같은 불편함도 나타나지 않는다고 회사 측은 설명했다. 이 소재는 재료과학 분야 국제학술지인 ‘스몰’(Small)에 소개됐다. 코스맥스는 이 소재가 선크림은 물론 기초·색조 화장품에 모두 적용할 수 있다고 했다. 특히 코스맥스는 선쿠션, 선스틱, 선패치, 선스프레드 등 자외선 차단제 유형을 세분화하고 있는데 이 일환으로 소재 개발이 이뤄졌다. 자외선 차단제 혁신에 집중한다는 계획이다. 최근 5년간 코스맥스의 전체 특허 출원(580여건) 중 10% 이상인 60여건이 자외선 차단 기술 관련이다. 코스맥스는 지난해 자외선 차단 기능성 제품 전담 조직인 ‘OTC랩’(Over-the-Counter·일반 의약품)을 신설하기도 했다.

가천대학교는 허재현·김일태·안용남 교수 등 공동연구팀(이가은 연구원, 박찬우 석사과정생)이 폭발 위험이 없는 고성능 수계아연 2차전지 전극물질을 개발했다. 17일 가천대에 따르면 공동연구팀은 수계아연 이차전지의 고질적인 문제로 알려진 충방전 과정에서의 아연 음극 위 덴드라이트 형성(배터리 음극 표면에 생기는 나뭇가지 모양의 결정체)과 수소 기체 발생, 수계 전해질 내부에서의 부식 문제를 해결하기 위해 아연 금속 표면에 티타산칼슘(CaTiO₃) 나노입자들을 코팅했다. 인조피막으로 사용된 티타산칼슘은 강한 내화학성을 가지고 있어 약산성 수계전해질 내부에서 아연 금속의 부식을 억제하고, 강유전성으로 아연 이온의 이동과 확산을 용이하게 해 준다. 충방전 과정에서 무작위적으로 성장하는 아연 덴드라이트 형성을 효과적으로 막아 충방전 수명을 길게 해 줄 뿐만 아니라, 전압창(용매인 물 분해가 일어나지 않는 범위)을 크게 확대해 에너지 밀도를 증가시킬 수 있다. 또한, n-type 반도체인 티타산칼슘의 일함수(4.33 eV)는 아연 금속의 일함수(3.78 eV)보다 높아 오믹 접합(두 물질 접합 시 에너지 장벽이 없는 구간)을 형성해 두 물질 간 원활한 전하이동이 가능하다. 연구팀은 이런 현상을 다양한 물리화학 및 전기화학적 분석법을 통하여 입증했다. 실제 티타산칼슘이 코팅된 아연 음극과 바나듐 촉매(V₂O₅) 양극을 이용, 양극과 음극이 모두 포함된 완전셀(Full cell)을 구성해 높은 에너지 밀도와 긴 사이클 수명을 가진 수계아연 이차전지를 구현했다. 연구팀은 “이번 연구결과를 통해 수계 아연 2차전지의 성능을 향상시킬 수 있는 새로운 연구방향을 제시했다”며 “향후 화재 및 폭발 위험이 있는 기존 리튬이온전지를 대체할 수 있는 수계 이차전지 연구개발에 다양하게 활용할 수 있다”고 밝혔다. 이번 연구결과는 최근 ‘저널 오브 에너지 케미스트리’ 온라인판에 게재됐으며 한국기초과학지원연구원 국가연구시설장비진흥센터와 한국연구재단의 지원을 받아 수행했다.

급성 골수성 백혈병은 성인에게서 나타나는 급성 백혈병 중 가장 흔한 형태로 약 65%를 차지한다. 조혈모세포가 악성 세포로 변해 골수에서 증식해 말초 혈액으로 퍼져 나와 전신에 퍼지면서 간, 비장, 림프샘 등을 침범하는 치명적 질병이다. 국내 연구진이 급성 골수성 백혈병을 효과적으로 치료할 수 있는 나노입자를 개발해 눈길을 끈다. 울산과학기술원(UNIST) 생명과학과 연구팀은 백혈병 암세포만 골라서 사멸을 유도하는 단백질 나노입자를 개발했다고 10일 밝혔다. 이 연구 결과는 나노 과학 분야 국제 학술지 ‘나노 투데이’에 실렸다. 급성 골수성 백혈병은 골수 기능 마비로 심각한 면역기능 저하와 출혈 경향이 나타나고 치료 받지 않는 경우 90%의 환자가 수개월 이내에 사망하는 치명적 혈액암이다. 문제는 기존 화학요법은 부작용이 크고, 고령자에게는 치료 과정에 무리가 있다. 연구팀은 백혈병 세포 표면에 있는 CD13이라는 단백질을 표적으로 삼았다. CD13에 강하게 결합하는 나노 바디와 암세포 사멸을 유도하는 단백질을 단백질 나노입자 표면에 부착해 백혈병 세포만 인지해 선택적으로 빠르게 사멸하도록 유도했다고 연구팀은 설명했다. 이렇게 만들어진 나노입자를 백혈병을 앓게 만든 생쥐에게 투입한 결과, 백혈병 암세포의 성장이 억제되고 선택적으로 제거함으로써 생존율도 두 배 이상 증가했다. 또 암 치료를 통해 나타날 수 있는 부작용도 줄어든 것을 관찰했다. 연구팀은 이번 나노 치료제가 급성 골수성 백혈병에 대한 안전한 표적 치료법 개발의 기초를 제공했으며, 사람에게 적용하기 위해서는 시간이 걸릴 것으로 예상했다. 연구를 이끈 강세병 UNIST 교수는 “이번 연구는 암세포만 선택적으로 제거할 수 있게 해 암 치료의 부작용을 줄일 수 있는 물질을 개발함으로써 백혈병 치료에 큰 진전을 가져올 것”이라고 말했다.

단국대학교는 김민규(화학공학과) 교수가 미국 조지아텍 Vladimir V. Tsukruk 교수와 공동으로 자기장을 이용해 빛의 방향을 자유롭게 조절하는 친환경 카이랄성 셀룰로스 소재를 발견했다고 30일 밝혔다. ‘카이랄성(chirality)’은 물질 분자식은 같지만 구조가 다른 특성을 말한다. 주로 자연계에 존재하는 단백질 아미노산, 단당류 등이 카이랄성을 띠고 있다. 이 가운데 셀룰로스 나노결정(Cellulose Nanocrystals)은 친환경적이고 유연성과 강도가 뛰어나 재료 및 생채 공학에서 차세대 카이랄성 소재로 주목받고 있다. 셀룰로스 나노결정은 빛의 왼쪽으로 회전하는 성질을 가졌다. 기존 연구에서는 이를 반대로 조절하거나 자유롭게 조절하는 것은 불가능했다. 연구팀은 자성 나노입자를 셀룰로스 나노 결정 표면에 부착한 결과 원래 성질과는 달리 오른쪽으로 회전한다는 사실을 밝혔다. 즉 자기장을 이용해 친환경 카이랄성 소재의 빛 회전 방향을 자유자재로 조절할 수 있게 된 것이다. 최근 과학계는 카이랄성 분자의 빛 회전 방향을 이용해 고성능 공학 컴퓨터, 차세대 바이오센서, 초전도체 등 첨단 전자·전기소자 개발로 관심이 높다. 김 교수는 “친환경적이고 지속가능한 △미래 광통신 △고성능 광학 컴퓨터 △카이랄 비선형 포토닉스 △유도된 카이랄 발광 등 광학 신소재 개발에 중요 밑거름이 될 것”이라고 밝혔다. 연구논문은 재료과학 및 다학제 연구분야 상위 5.5% (JCR, 2023년 기준)인 국제 저명 학술지 ‘ACS Nano(2023년 IF=15.8’ 2024년 9월에 온라인 게재됐다. 이번 연구는 미 공군 연구소 및 미 공군 과학 연구실 사업 지원을 받아 진행됐다.

근대 과학이 발달하기 이전, 이슬람부터 중세 유럽까지 세계 곳곳에서는 비금속을 인공적 수단을 통해 금 등의 귀금속으로 바꾸는 ‘연금술’이 유행했는데, 신비주의 성격이 강한 연금술과 연관된 흥미로운 연구결과가 나왔다. 호주 모내시대, 라트로브대, 호주연방 과학산업연구기구(CSIRO) 자원연구부, 시드니 국립 중성자 산란 연구센터, 전자현미경 연구센터 공동 연구진은 지진이 석영을 자극해 전기장을 형성시키고 이 과정에서 금이 형성된다는 연구결과를 내놓았다. 대륙지각에 풍부한 광물인 석영은 수정이라고도 부르며, 함유되는 극미량의 불순물에 따라 다양한 종(種)이 존재하는 광물이다. 일반적으로 석영은 압축되거나 늘리는 등 물리적인 스트레스를 받았을 때 전기장을 발생시키는 압전 광물이기도 하다. 금은 주로 석영과 광맥에서 형성돼 왔지만, 어떤 매커니즘을 통해 석영이 금으로 전환되는지는 명확히 밝히지지 않았다. 연구진은 먼저 지표면 스트레스(압력)의 핵심 요인인 지진이 석영에 가하는 ‘압전 전압’을 모델링했다. 이후 해당 데이터를 바탕으로 지진이 났을 때 석영 결정체에 더해지는 압력을 금이 용해된 용액에 가하는 방식으로 압전 전압을 만들었다. 그 결과 석영에 충분한 스트레스(압력)이 가해지면 그만큼 충분한 전압이 형성됐고, 액체에서 금이 침착(밑으로 가라앉아 들러붙음)되고 석영 표면에 금 나노입자가 축적되는 것을 확인했다. 이 같은 과정은 지진이 석영에게 미치는 영향과 동일한 것으로, 용해된 금이 포함된 액체가 석영 광맥의 틈으로 침투한 뒤 지진이 일으키는 전기장과 만났을 때 금이 형성된다는 게 연구진의 논린다. 또 처음 금이 침착된 뒤 지진으로 인해 추가적인 압력이 가해질 경우, 새로운 금이 그 위에 쌓이면서 더 큰 금덩어리를 만들어낼 수 있다. 연구를 이끈 모내시대학의 지질학자인 크리스 보이시 박사는 “금은 언제나 석영에서 형성돼 왔다는 것을 알고 있다. 그러나 어떻게 큰 금덩어리가 형성되는지는 알려진 바가 없었다”면서 “대체로 큰 금덩어리가 지진 중 조산운동으로 형성되는 퇴적층에서 발견된다는 점, 석영이 압전 광물이라는 두 가지 단서 덕분에 큰 금덩어리가 형성되는 미스터리를 풀 수 있었다”고 설명했다. 이어 “그러나 이것은 금술은 아니다. 이미 금이 용해된 용액에 압력을 가하는 방식을 이용했기 때문”이라면서 “금이 어디있는지 찾을 수 있는 최고의 과학적 방법은 석영의 압전 신호를 감지하는 것이다. 다만 이것은 석영 광맥이 어디있는지를 알려줄 뿐, 그 석영 광맥이 금이 있는지를 알려주지는 못한다”고 덧붙였다. 자세한 연구결과는 지구 과학 분야 국제 학술지 ‘네이처 지오사이언스’ 9월 3일자 최신호에 실렸다.

근대 과학이 발달하기 이전, 이슬람부터 중세 유럽까지 세계 곳곳에서는 비금속을 인공적 수단을 통해 금 등의 귀금속으로 바꾸는 ‘연금술’이 유행했는데, 신비주의 성격이 강한 연금술과 연관된 흥미로운 연구결과가 나왔다. 호주 모내시대, 라트로브대, 호주연방 과학산업연구기구(CSIRO) 자원연구부, 시드니 국립 중성자 산란 연구센터, 전자현미경 연구센터 공동 연구진은 지진이 석영을 자극해 전기장을 형성시키고 이 과정에서 금이 형성된다는 연구결과를 내놓았다. 대륙지각에 풍부한 광물인 석영은 수정이라고도 부르며, 함유되는 극미량의 불순물에 따라 다양한 종(種)이 존재하는 광물이다. 일반적으로 석영은 압축되거나 늘리는 등 물리적인 스트레스를 받았을 때 전기장을 발생시키는 압전 광물이기도 하다. 금은 주로 석영과 광맥에서 형성돼 왔지만, 어떤 매커니즘을 통해 석영이 금으로 전환되는지는 명확히 밝히지지 않았다. 연구진은 먼저 지표면 스트레스(압력)의 핵심 요인인 지진이 석영에 가하는 ‘압전 전압’을 모델링했다. 이후 해당 데이터를 바탕으로 지진이 났을 때 석영 결정체에 더해지는 압력을 금이 용해된 용액에 가하는 방식으로 압전 전압을 만들었다. 그 결과 석영에 충분한 스트레스(압력)이 가해지면 그만큼 충분한 전압이 형성됐고, 액체에서 금이 침착(밑으로 가라앉아 들러붙음)되고 석영 표면에 금 나노입자가 축적되는 것을 확인했다. 이 같은 과정은 지진이 석영에게 미치는 영향과 동일한 것으로, 용해된 금이 포함된 액체가 석영 광맥의 틈으로 침투한 뒤 지진이 일으키는 전기장과 만났을 때 금이 형성된다는 게 연구진의 논린다. 또 처음 금이 침착된 뒤 지진으로 인해 추가적인 압력이 가해질 경우, 새로운 금이 그 위에 쌓이면서 더 큰 금덩어리를 만들어낼 수 있다. 연구를 이끈 모내시대학의 지질학자인 크리스 보이시 박사는 “금은 언제나 석영에서 형성돼 왔다는 것을 알고 있다. 그러나 어떻게 큰 금덩어리가 형성되는지는 알려진 바가 없었다”면서 “대체로 큰 금덩어리가 지진 중 조산운동으로 형성되는 퇴적층에서 발견된다는 점, 석영이 압전 광물이라는 두 가지 단서 덕분에 큰 금덩어리가 형성되는 미스터리를 풀 수 있었다”고 설명했다. 이어 “그러나 이것은 금술은 아니다. 이미 금이 용해된 용액에 압력을 가하는 방식을 이용했기 때문”이라면서 “금이 어디있는지 찾을 수 있는 최고의 과학적 방법은 석영의 압전 신호를 감지하는 것이다. 다만 이것은 석영 광맥이 어디있는지를 알려줄 뿐, 그 석영 광맥이 금이 있는지를 알려주지는 못한다”고 덧붙였다. 자세한 연구결과는 지구 과학 분야 국제 학술지 ‘네이처 지오사이언스’ 9월 3일자 최신호에 실렸다.

연금술(Alchimie)은 근대 과학의 등장 직전 유행했던 기술로, 흔하게 볼 수 있는 철이나 구리 같은 금속을 금으로 만드려는 시도였다. 17세기 과학 혁명 이후 근대 화학이 등장한 뒤에는 역사 속으로 사라졌다. 연금술에서는 값싼 금속을 귀금속으로 바꾸는 과정에는 ‘마법사의 돌’이라는 일종의 촉매가 필요한 것으로 봤다. 그런데, 최근 지진이 ‘마법사의 돌’ 역할을 할 수 있다는 재미있는 연구 결과를 내놨다. 호주 모나쉬대 지구·대기·환경학부, 전자현미경 연구센터, 라트로브대, 호주연방 과학산업연구기구(CSIRO) 자원연구부, 시드니 국립 중성자 산란 연구센터 공동 연구팀은 지진이 석영에서 전기장을 형성해 금이 침착하게 한다는 연구 결과를 지구 과학 분야 국제 학술지 ‘네이처 지오사이언스’ 9월 3일 자에 발표했다. 석영은 압축되거나 늘리는 등 기계적 스트레스를 받으면 전기장이 발생하는 압전 광물이다. 금은 주로 석영 광맥에서 주로 생기지만, 금이 어떻게 형성되는지에 대한 구체적 메커니즘은 밝혀지지 않았다. 연구팀은 우선 지표면 스트레스의 핵심 요인인 지진이 석영에 가하는 압전 전압을 모델링했다. 이 데이터를 바탕으로 금이 용해된 용액에서 석영 결정체에 지진이 났을 때 더해지는 압력을 가한 뒤, 압전 전압을 형성했다. 그 결과, 석영에 압력 스트레스가 가해지면 충분한 전압이 형성되면서 액체에서 금이 침착되고 석영 표면에 금 나노입자가 축적되는 것이 관찰됐다. 연구팀에 따르면 이 과정은 지진이라는 자연 현상에 의해 흔히 발생할 수 있다. 용해된 금이 포함된 액체가 석영 광맥의 틈으로 침투하고, 지진이 일으키는 전기장이 금덩어리를 형성하게 한다는 설명이다. 처음 금이 침착된 뒤, 지진으로 인해 추가적 압전 스트레스로 새로운 금이 그 위에 형성되면서 더 큰 금덩어리를 만드는 데 도움이 된다고 연구팀은 밝혔다. 연구를 이끈 크리스토프 보이시 호주 모나쉬대 교수는 “실험실 실험을 기반으로 하고 있지만, 금광이 어떻게 형성되는지 이해를 높일 수 있을 것”라고 말했다.

단국대학교는 코스메디컬소재학과 최영봉 교수 연구팀이 바이오 연료전지(Biofuel Cell)의 전력 생성 성능을 8배 이상 증가 등 고성능의 직물형 바이오 연료전지를 개발했다고 3일 밝혔다. 이번 연구는 고려대 조진한·정윤장 교수팀과 강원대 권정훈 교수와 공동으로 진행됐다. 바이오 연료전지는 포도당을 산화시킬 때 생성되는 화학 에너지를 전기 에너지로 변환하는 생체 친화형 전지다. 심박조율기·신경 자극기·약물 전달 펌프를 비롯한 이식용 바이오메디컬 기기의 전력 공급원으로 활용된다. 기존 바이오 연료전지는 촉매 역할 효소가 전자를 전달하는 매개체에 제대로 고정되지 않아 시간이 지나면서 효소가 떨어지는 문제가 발생했다. 연구팀은 전도성 직물 지지체 표면에 금속 나노입자를 결합해 효소를 고정하는 새로운 조립 매커니즘을 개발했다. 새롭게 개발된 직물형 바이오 연료전지는 기존 방식의 전지에 비해 전류 생성 성능이 80% 이상 증가했고, 전력 생성 성능은 8배 이상 증가했다. 유연성과 물리적 특성이 높아 일반적 의료기구인 주사기 바늘, 카테터, 스텐트 등에 사용이 가능하다. 최 교수는 “높은 성능을 요구하는 고성능 바이오센서나 생체 삽입형 의료기기 전력 공급원으로 폭넓게 사용될 것으로 기대한다”고 말했다. 이번 연구는 국제 저명 학술지인 어드밴스드 에너지 머터리얼즈(Advanced Energy Materials, IF =27.8) 7월 호에 표지(Front Cover Image)로 선정됐다. 논문명은 ‘높은 출력과 작동성을 갖춘 하이브리드 바이오연료전지, 전자 전달 강화 매개체를 이용한 안정성 및 다중 상호 작용 어셈블리’(A Hybrid Biofuel Cell with High Power and Operational Stability Using Electron Transfer-Intensified Mediators and Multi-Interaction Assembly)다.

국내 연구진이 실내조명을 이용해 공기오염 원인 물질을 고감도로 감지할 수 있는 기술을 개발했다. 카이스트 신소재공학과 연구팀은 가시광을 활용해 상온에서 초고감도로 이산화질소를 감지할 수 있는 가스 센서를 개발했다고 10일 밝혔다. 이번 연구 결과는 재료과학 분야 국제 학술지 ‘어드밴스드 머티리얼즈’에 실렸다. 기존 가스 센서는 금속산화물 반도체 기반 저항 변화식이어서 300도 이상 가열이 필요하다. 이 때문에 일반적인 상온 측정에는 한계가 있다. 이를 대신할 광활성 방식 가스 센서 기술이 눈길을 끌고 있지만, 인체에 해로운 자외선이나 근자외선 영역의 빛을 활용해야 한다는 단점이 있다. 이에 연구팀은 광활성 방식 가스 센서를 녹색광을 포함한 가시광선 영역으로 확대해 범용성을 높였다. 녹색광을 조사했을 때 이산화질소 감지 반응성은 기존 대비 52배로 증가했다. 특히 실내조명에 사용되는 백색광을 조사했을 때도 최고 수준의 이산화질소 가스 감지 반응성을 달성했다. 연구팀은 이를 위해 가시광선 흡수가 어려운 인듐 산화물 나노섬유에 비스무스 원소를 첨가해 청색광을 흡수할 수 있도록 중간 밴드 갭을 형성했다. 여기에 금 나노입자를 추가로 덧붙여 가스와의 산화-환원 반응을 촉진하는 국소 표면 플라즈몬 공명 현상을 통해 녹색광 영역에서도 활성도를 높였다. 비스무스와 금 나노입자 첨가 효과와 나노섬유가 갖는 넓은 비표면적 특성을 통해 상온에서 이산화질소 반응성을 기존 센서 대비 52배 늘어났다. 연구를 이끈 김일두 카이스트 신소재공학과 교수는 “이산화질소는 자동차 배기가스나 공장 매연 등에서 검출되는 대표적 대기 환경 유해가스”라면서 “이번 연구 결과는 우리 주변에서 일반적으로 접근할 수 있는 녹색 및 청색광(430~570㎚·나노미터) 영역의 가시광선을 활용해 상온에서 초고감도로 감지할 수 있는 신소재를 개발한 것”이라고 말했다. 김 교수는 “실내조명 및 기기와의 결합한 가스 센서의 상용화에 큰 역할을 할 것으로 기대한다”고 덧붙였다.