서울과학기술대학교 MSDE학과 김관래 교수 연구팀(제1저자 양이준 연구원)이 원자힘현미경(Atomic Force Mciriscope·AFM)을 이용해 압전 나노선 소재의 크기에 따른 압전 성능을 평가하는 방법을 개발했다고 17일 밝혔다. 원자힘현미경에 부착된 미세한 탐침으로 산화아연 나노선을 구부릴 경우 전류가 감지되는 현상이 2006년 사이언스지에 발표되면서 산화아연 나노선의 압전효과가 처음으로 세상에 알려진 바 있다. 김관래 교수 연구팀은 약 100나노미터 크기의 직경을 가진 산화아연 나노선의 압전효과를 체계적인 방법으로 평가하기 위해 전도식 원자힘현미경(Conductive AFM)과 횡력 현미경(Lateral Force Microscope) 신호를 동시에 분석하는 연구를 시도했다. 두 현미경에서 얻은 신호들 간의 통계적 분석을 진행한 결과 산화아연 나노선의 종횡비가 증가할수록 적은 힘으로도 더 큰 전류를 얻을 수 있음이 증명됐다는 설명이다. 또한 이 과정에서 측정되는 전류가 산화아연의 압전효과뿐만 아니라 직경이 약 50나노미터인 탐침과 산화아연 표면의 접촉에 의한 마찰전기 효과에 의한 것임을 규명했다고 한다. 이번 연구에 대한 내용은 국제학술지 ‘네이처’ 자매지인 ‘사이언티픽 리포트(Scientific Reports)’ 2월 호에 게재됐다. 이 연구는 한국연구재단의 이공분야기초연구사업 기본연구(2019R1F1A1057944)의 지원을 받아 수행됐다. 서울비즈 biz@seoul.co.kr

뇌종양은 두개골 안 뇌에서 생기는 모든 종양을 말하지만 일반인들이 이해하는 뇌종양은 악성 뇌종양이다. 악성 뇌종양은 암종 중에서 특히 예후가 좋지 않은 종양으로 뇌전이암이나 교모세포종 등은 발병 후 평균 생존기간이 1~2년으로 매우 짧고 치료 효과도 떨어지며 재발도 잦다. 국내 연구진이 악성 뇌종양 환자의 생존율이 짧은 이유를 밝혀내고 새로운 치료전략을 제시해 주목받고 있다. 카이스트 의과학대학원 연구팀은 악성 뇌종양 세포가 산소를 과도하게 소비를 하는 경향이 있으며 이 때문에 선천성 면역세포인 감마델타 T세포의 면역반응이 떨어지기 때문에 예후가 특히 나쁘다고 16일 밝혔다. 이번 연구결과는 면역학 분야 국제학술지 ‘네이처 면역학’ 최신호(2월 11일자)에 실렸다. 연구팀은 뇌종양 악성도가 높을수록 저산소 환경이 심하고 감마델타 T세포가 종양에 미치는 영향이 적다는 사실을 확인했다. 또 감마델타 T세포가 많을수록 환자의 예후가 좋고 생존기간도 길어진다는 것도 확인했다. 감마델타 T세포는 피부나 장 같은 점막에 존재하는 선천성 면역세포로 세포 스트레스를 제거하거나 박테리아 감염을 차단하는 등 중요한 역할을 하는 것으로 알려져 있다. 연구팀은 뇌종양 세포가 주변 산소를 무차별적으로 소모하면서 외부에서 주입된 면역세포나 치료물질은 물론 감마델타 T세포 같은 선천성 면역세포에도 감지되지 않는 ‘스텔스’ 경향을 보인다는 것도 밝혀냈다. 연구팀은 생쥐에게 뇌종양을 유발시킨 뒤 종양 세포의 과도한 산소대사를 차단할 수 있는 화학물질과 감마델타 T세포를 함께 투여해 본 결과 면역세포의 종양조직 내 침투가 늘어 종양세포를 줄이고 생존률도 높이는 것을 관찰했다. 연구를 이끈 이흥규 카이스트 교수는 “이번 연구는 증식 속도가 빠르고 주변 산소를 과다소비하는 뇌종양 세포에 대해 산소유입을 차단하는 방식이 면역항암치료제의 효과를 높이는데 도움이 된다는 것을 보여주고 있다”라며 “감마델타 T세포 공급과 종양세포 산소차단 기술이 뇌종양 치료의 새로운 방식이 될 수 있을 것”이라고 설명했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

6600만년 전 지구를 차지하고 있던 공룡들이 갑자기 한 순간 사라졌다. 우주물체가 지구로 날아와 충돌하면서 지구상 생물종 4분의 3을 사라지게 만든 ‘다섯번째 대멸종’ 사건이다. 천문학계에서는 중생대 말 공룡을 멸종시킨 원인을 제공한 우주물체가 소행성인지 혜성인지에 대한 논란이 이어지고 있다. 이런 가운데 미국 하버드대 천문학과 연구팀은 멕시코 유카탄 반도에 있는 칙술루브 충돌구를 분석한 결과 공룡을 순식간에 사라지게 만든 우주물체는 태양계 최외곽부를 형성하고 있는 오르트 구름대에서 날아온 장(長)주기 혜성이 정상 궤도에서 벗어나 지구와 부딪쳤기 때문이라고 16일 밝혔다. 이번 연구결과는 기초과학 및 공학 분야 국제학술지 ‘사이언티픽 리포츠’ 15일자에 발표했다. 멕시코 유카탄 반도에 있는 직경 180㎞, 깊이 20㎞의 칙술루브 충돌구는 지름 10~15㎞ 크기의 우주물체가 45도 각도로 떨어져 생긴 것이다. 이 충돌로 중생대 백악기 말 지구상 생물들이 절멸됐다고 받아들여지고 있다. 지금까지 칙술루브 충돌구를 만든 우주물체가 혜성인지 소행성인지 정확히 밝혀지지 않은 상태에서 화성과 목성 사이 소행성 벨트에서 벗어난 소행성이 충돌하면서 만들었다는 주장이 힘을 얻고 있었다. 연구팀은 통계분석과 중력 시뮬레이션을 통해 칙술루브 충돌구는 소행성이 아닌 태양계 바깥 오르트 구름대에서 유래한 태양 공전주기가 200년 이상인 장주기 혜성 일부가 궤도를 정상궤도를 벗어나면서 쪼개진 파편 일부가 지구로 날아온 것이라고 분석했다. 오르트 구름대는 최외곽부로 명왕성과 카이퍼 벨트 너머에 얼음과 먼지 등으로 구성돼 태양계를 둥근 껍질처럼 둘러싸고 있는 가상의 천체부분이다. 오르트 구름대는 장주기혜성과 비주기혜성의 기원으로 알려져 있기도 하다. 연구팀에 따르면 장주기 혜성이 태양쪽으로 이동하는 과정에서 목성의 중력장에 의해 정상 궤도를 벗어나 태양과 더 가까운 궤도로 바뀌게 됐다. 태양에 가깝게 공전하는 궤도를 지나면서 ‘선글레이저 혜성’이 되고 혜성에서 태양에 가까운 부위와 먼 부위가 태양중력 차이를 보이면서 부서지는 조석분열 현상이 생긴다. 달 때문에 지구에서 조수간만의 차가 생기는 것처럼 조석분열은 위치에 따른 중력차이 때문에 물이 없는 혜성이나 소행성은 일부가 부서지게 되는 것이다. 이렇게 혜성의 조각난 일부가 지구와 충돌했다는 것이다.연구팀의 계산 결과 장주기 혜성의 20%가 선글레이저 혜성이 되고 선글레이저 혜성이 태양과 근접한 뒤 오르트 구름대로 돌아가는 과정에서 조석분열이 발생해 그 파편이 지구와 부딪칠 가능성은 10배 이상 높은 것으로 나타났다. 또 연구팀은 칙술루브 충돌구에서는 탄소질 콘드라이트 성분이 많은 것으로 나타났는데 화성과 목성 사이 소행성대에서는 탄소질 콘드라이트 성분을 가진 소행성은 10%에 불과하지만 오르트 구름대의 혜성은 대부분 탄소질 콘드라이트로 구성돼 있다고도 밝혔다. 애브러엄 로앱 하버드대 교수는 “목성은 오르트 구름대에서 유래된 장주기 혜성들을 태양에 근접한 궤도로 밀어넣고 조석파괴를 일으킬 수 있는 작용을 할 가능성이 큰 것으로 계산됐다”라면서 “이번 연구는 오르트 구름에서 온 장주기 혜성에 관한 더 많은 자료와 통계 등 증거를 확보하고 관측함으로써 비슷한 사건이 지구를 위협할 수 있는지를 파악하는데도 도움이 될 것”이라고 설명했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

뇌종양은 두개골 안 뇌에서 생기는 모든 종양을 말하지만 일반인들이 이해하는 뇌종양은 악성 뇌종양이다. 악성 뇌종양은 암종 중에서 특히 예후가 좋지 않은 종양으로 뇌전이암이나 교모세포종 등은 발병 후 평균 생존기간이 1~2년으로 매우 짧고 치료 효과도 떨어지며 재발도 잦다. 국내 연구진이 악성 뇌종양 환자의 생존율이 짧은 이유를 밝혀내고 새로운 치료전략을 제시해 주목받고 있다. 카이스트 의과학대학원 연구팀은 악성 뇌종양 세포가 산소를 과도하게 소비를 하는 경향이 있으며 이 때문에 선천성 면역세포인 감마델타 T세포의 면역반응이 떨어지기 때문에 예후가 특히 나쁘다고 16일 밝혔다. 이번 연구결과는 면역학 분야 국제학술지 ‘네이처 면역학’ 최신호(2월 11일자)에 실렸다. 연구팀은 뇌종양 악성도가 높을수록 저산소 환경이 심하고 감마델타 T세포가 종양에 미치는 영향이 적다는 사실을 확인했다. 또 감마델타 T세포가 많을수록 환자의 예후가 좋고 생존기간도 길어진다는 것도 확인했다. 감마델타 T세포는 피부나 장 같은 점막에 존재하는 선천성 면역세포로 세포 스트레스를 제거하거나 박테리아 감염을 차단하는 등 중요한 역할을 하는 것으로 알려져 있다. 연구팀은 뇌종양 세포가 주변 산소를 무차별적으로 소모하면서 외부에서 주입된 면역세포나 치료물질은 물론 감마델타 T세포 같은 선천성 면역세포에도 감지되지 않는 ‘스텔스’ 경향을 보인다는 것도 밝혀냈다. 연구팀은 생쥐에게 뇌종양을 유발시킨 뒤 종양 세포의 과도한 산소대사를 차단할 수 있는 화학물질과 감마델타 T세포를 함께 투여해 본 결과 면역세포의 종양조직 내 침투가 늘어 종양세포를 줄이고 생존률도 높이는 것을 관찰했다. 연구를 이끈 이흥규 카이스트 교수는 “이번 연구는 증식 속도가 빠르고 주변 산소를 과다소비하는 뇌종양 세포에 대해 산소유입을 차단하는 방식이 면역항암치료제의 효과를 높이는데 도움이 된다는 것을 보여주고 있다”라며 “감마델타 T세포 공급과 종양세포 산소차단 기술이 뇌종양 치료의 새로운 방식이 될 수 있을 것”이라고 설명했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

미세먼지가 심한 경우만 쓰던 마스크가 지난해 코로나19의 전세계 확산으로 이제 일상에서 없어서는 안될 필수품이 됐다. 그렇지만 요즘처럼 추운 겨울에는 마스크 안에 물방울이 맺혀 불편한 경우도 많고 습기 때문에 마스크 차단효과가 떨어지기도 한다. 국내 연구진이 습기에도 항균, 먼지 차단 효과를 그대로 유지할 수 있는 마스크 소재 물질을 개발했다. 광주과학기술원(GIST) 신소재공학부. GIST 연구소기업 퓨리파이테크노, LG전자 H&A사업본부 에어솔루션R&D랩 공동연구팀은 고분자에 전기적으로 양성과 음성을 모두 갖는 양성(兩性)이온을 부착시켜 정전기력을 영구적으로 가질 수 있는 필터소재를 개발했다고 16일 밝혔다. 이번 연구결과는 나노과학 분야 국제학술지 ‘ACS 응용나노재료’ 표지논문에 실렸다. 일반적으로 미세먼지나 항균 마스크에 사용되는 필터는 폴리프로필렌을 가는 실 형태로 뽑는 용융방사법으로 부직포를 만들어 정전기력을 부여해 미세먼지나 침방울을 차단해 병원균이 침투하는 것을 막는다. 문제는 폴리프로필렌 부직포 필터는 습기나 알코올, 유분입자, 탄소입자 등으로 정전기력이 쉽게 사라지면서 차단효과가 반감된다는 것이다. 연구팀은 양성이온이 고분자에 붙어있도록 해 영구적으로 정전기력을 유지할 수 있는 기능성 고분자 소재를 만들었다. 보통 필터가 습기에 노출되면 박테리아가 쉽게 형성되는데 이번에 개발한 필터는 고분자에 붙은 양성이온이 항균기능까지 갖추고 있어 박테리아 번식을 방지할 수 있다. 연구팀이 개발한 나노섬유 원단은 99.90% 항균성과 98.5%의 필터성능을 갖추고 있는 것으로 확인됐다. 습기에도 이 같은 성능은 떨어지지 않는 것으로 알려졌다. 또 다양한 화학구조 설계가 가능해 마스크 필터 뿐만 아니라 휘발성 유기물질, 바이러스 차단도 가능한 공기청정기에도 사용가능할 것으로 기대되고 있다. 이재석 GIST 교수는 “이번에 개발한 기술은 코로나19 확산방지와 미세먼지 차단을 위해 일상적으로 사용하는 마스크에 쉽게 활용할 수 있는 신소재 필터”라며 “나노재료 구조 변경으로 다양한 활용이 가능할 것”이라고 설명했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

미세먼지가 심한 경우만 쓰던 마스크가 지난해 코로나19의 전세계 확산으로 이제 일상에서 없어서는 안될 필수품이 됐다. 그렇지만 요즘처럼 추운 겨울에는 마스크 안에 물방울이 맺혀 불편한 경우도 많고 습기 때문에 마스크 차단효과가 떨어지기도 한다. 국내 연구진이 습기에도 항균, 먼지 차단 효과를 그대로 유지할 수 있는 마스크 소재 물질을 개발했다. 광주과학기술원(GIST) 신소재공학부. GIST 연구소기업 퓨리파이테크노, LG전자 H&A사업본부 에어솔루션R&D랩 공동연구팀은 고분자에 전기적으로 양성과 음성을 모두 갖는 양성(兩性)이온을 부착시켜 정전기력을 영구적으로 가질 수 있는 필터소재를 개발했다고 16일 밝혔다. 이번 연구결과는 나노과학 분야 국제학술지 ‘ACS 응용나노재료’ 표지논문에 실렸다. 일반적으로 미세먼지나 항균 마스크에 사용되는 필터는 폴리프로필렌을 가는 실 형태로 뽑는 용융방사법으로 부직포를 만들어 정전기력을 부여해 미세먼지나 침방울을 차단해 병원균이 침투하는 것을 막는다. 문제는 폴리프로필렌 부직포 필터는 습기나 알코올, 유분입자, 탄소입자 등으로 정전기력이 쉽게 사라지면서 차단효과가 반감된다는 것이다. 연구팀은 양성이온이 고분자에 붙어있도록 해 영구적으로 정전기력을 유지할 수 있는 기능성 고분자 소재를 만들었다. 보통 필터가 습기에 노출되면 박테리아가 쉽게 형성되는데 이번에 개발한 필터는 고분자에 붙은 양성이온이 항균기능까지 갖추고 있어 박테리아 번식을 방지할 수 있다. 연구팀이 개발한 나노섬유 원단은 99.90% 항균성과 98.5%의 필터성능을 갖추고 있는 것으로 확인됐다. 습기에도 이 같은 성능은 떨어지지 않는 것으로 알려졌다. 또 다양한 화학구조 설계가 가능해 마스크 필터 뿐만 아니라 휘발성 유기물질, 바이러스 차단도 가능한 공기청정기에도 사용가능할 것으로 기대되고 있다. 이재석 GIST 교수는 “이번에 개발한 기술은 코로나19 확산방지와 미세먼지 차단을 위해 일상적으로 사용하는 마스크에 쉽게 활용할 수 있는 신소재 필터”라며 “나노재료 구조 변경으로 다양한 활용이 가능할 것”이라고 설명했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

6600만년 전 지구를 차지하고 있던 공룡들이 갑자기 한 순간 사라졌다. 우주물체가 지구로 날아와 충돌하면서 지구상 생물종 4분의 3을 사라지게 만든 ‘다섯번째 대멸종’ 사건이다. 천문학계에서는 중생대 말 공룡을 멸종시킨 원인을 제공한 우주물체가 소행성인지 혜성인지에 대한 논란이 이어지고 있다. 이런 가운데 미국 하버드대 천문학과 연구팀은 멕시코 유카탄 반도에 있는 칙술루브 충돌구를 분석한 결과 공룡을 순식간에 사라지게 만든 우주물체는 태양계 최외곽부를 형성하고 있는 오르트 구름대에서 날아온 장(長)주기 혜성이 정상 궤도에서 벗어나 지구와 부딪쳤기 때문이라고 16일 밝혔다. 이번 연구결과는 기초과학 및 공학 분야 국제학술지 ‘사이언티픽 리포츠’ 15일자에 발표했다. 멕시코 유카탄 반도에 있는 직경 180㎞, 깊이 20㎞의 칙술루브 충돌구는 지름 10~15㎞ 크기의 우주물체가 45도 각도로 떨어져 생긴 것이다. 이 충돌로 중생대 백악기 말 지구상 생물들이 절멸됐다고 받아들여지고 있다. 지금까지 칙술루브 충돌구를 만든 우주물체가 혜성인지 소행성인지 정확히 밝혀지지 않은 상태에서 화성과 목성 사이 소행성 벨트에서 벗어난 소행성이 충돌하면서 만들었다는 주장이 힘을 얻고 있었다. 연구팀은 통계분석과 중력 시뮬레이션을 통해 칙술루브 충돌구는 소행성이 아닌 태양계 바깥 오르트 구름대에서 유래한 태양 공전주기가 200년 이상인 장주기 혜성 일부가 궤도를 정상궤도를 벗어나면서 쪼개진 파편 일부가 지구로 날아온 것이라고 분석했다. 오르트 구름대는 최외곽부로 명왕성과 카이퍼 벨트 너머에 얼음과 먼지 등으로 구성돼 태양계를 둥근 껍질처럼 둘러싸고 있는 가상의 천체부분이다. 오르트 구름대는 장주기혜성과 비주기혜성의 기원으로 알려져 있기도 하다. 연구팀에 따르면 장주기 혜성이 태양쪽으로 이동하는 과정에서 목성의 중력장에 의해 정상 궤도를 벗어나 태양과 더 가까운 궤도로 바뀌게 됐다. 태양에 가깝게 공전하는 궤도를 지나면서 ‘선글레이저 혜성’이 되고 혜성에서 태양에 가까운 부위와 먼 부위가 태양중력 차이를 보이면서 부서지는 조석분열 현상이 생긴다. 달 때문에 지구에서 조수간만의 차가 생기는 것처럼 조석분열은 위치에 따른 중력차이 때문에 물이 없는 혜성이나 소행성은 일부가 부서지게 되는 것이다. 이렇게 혜성의 조각난 일부가 지구와 충돌했다는 것이다.연구팀의 계산 결과 장주기 혜성의 20%가 선글레이저 혜성이 되고 선글레이저 혜성이 태양과 근접한 뒤 오르트 구름대로 돌아가는 과정에서 조석분열이 발생해 그 파편이 지구와 부딪칠 가능성은 10배 이상 높은 것으로 나타났다. 또 연구팀은 칙술루브 충돌구에서는 탄소질 콘드라이트 성분이 많은 것으로 나타났는데 화성과 목성 사이 소행성대에서는 탄소질 콘드라이트 성분을 가진 소행성은 10%에 불과하지만 오르트 구름대의 혜성은 대부분 탄소질 콘드라이트로 구성돼 있다고도 밝혔다. 애브러엄 로앱 하버드대 교수는 “목성은 오르트 구름대에서 유래된 장주기 혜성들을 태양에 근접한 궤도로 밀어넣고 조석파괴를 일으킬 수 있는 작용을 할 가능성이 큰 것으로 계산됐다”라면서 “이번 연구는 오르트 구름에서 온 장주기 혜성에 관한 더 많은 자료와 통계 등 증거를 확보하고 관측함으로써 비슷한 사건이 지구를 위협할 수 있는지를 파악하는데도 도움이 될 것”이라고 설명했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

최근 인공지능(AI) 스피커를 사용하는 사람들이 많아지고 있다. 음성인식 수준이 높아졌다고는 하지만 여전히 제대로 알아듣지 못하고 엉뚱한 답변을 내놓거나 다른 명령을 수행하는 경우가 있다. 여전히 ‘못 알아들어’ 속터지는 경우가 잦다. 이에 국내 연구진이 사람의 귀를 흉내내 초고감도 인공지능 기반 음성센서를 개발해 주목받고 있다. 카이스트 신소재공학과 연구팀은 음성 주파수 영역에서 센서의 막이 큰 진폭으로 진동하는 공진현상을 활용해 전기신호가 만들어지는 공진형 유연 압전 음성센서를 개발해 정확도가 높은 초고감도 인공지능 기반 화자 식별 및 음성 보안기술을 구현했다고 15일 밝혔다. 또 스마트폰과 인공지능 스피커에 탑재해 제품화하는데도 성공했다. 이번 연구결과는 기초과학 및 공학분야 국제학술지 ‘사이언스 어드밴시스’ 12일자에 실렸다. 인간이 먼 거리의 소리를 인식하는 방법은 달팽이관에 있는 사다리꼴 막이 가청주파수 대역에서 공진현상을 발생시켜 소리를 증폭시킨다. 연구팀은 사람의 귀를 흉내내기 위해 얇은 유연 압전막을 사용해 여러 공진 채널을 구현해 소리를 초고감도로 식별할 수 있는 공진형 음성 센서를 만들었다.유연 압전 음성센서는 신호 대 잡음비(SNR)가 우수해 음성인식 기능이 뛰어나고 다수의 채널을 이용해 적은 데이터양으로도 화자 식별 정확도를 높일 뿐만 아니라 원거리에서 스마트 기기들을 정확하게 제어할 수 있다. 연구팀이 개발한 음성센서를 같은 조건에서 기존 기술과 비교한 결과 음성인식 오류율을 60~95%까지 줄이는 것으로 확인됐다. 이건재 신소재공학과 교수는 “이번에 개발된 기술은 높은 민감도를 갖고 있으며 크기를 획기적으로 줄였기 때문에 미래 인공지능기술을 작동시키는데 핵심 센서로 적용할 수 있다”라며 “현재 대량생산 공정이 완성 단계에 있기 때문에 곧 상용화될 수 있을 것”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

국내 연구진이 적은 양의 첨가제만으로 전기차 배터리의 수명과 충전 속도를 높일 방법을 개발했다. 울산과학기술원(UNIST) 에너지화학공학과와 화학과 공동 연구팀이 대용량 리튬이온전지의 전극 소재 불안정성을 해결할 수 있는 배터리 전해액 첨가제를 개발했다고 14일 밝혔다. 이번 첨가제 기술은 기초과학 및 공학 분야 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션스’에 실렸다. 전기자동차 보급이 활발해지면서 더 빠르게 충전하고 한 번 충전으로 더 멀리 갈 수 있는 고용량 리튬이온전지에 대한 연구가 활발하다. 이를 위해 전지 전극 소재를 실리콘과 니켈 함량이 높은 하이니켈로 대체하는 기술이 주목받고 있다. 문제는 실리콘 음극은 충전과 방전 시 부피가 3배 이상 늘었다 줄었다 하는 것이 반복돼 내구성이 약하고 하이니켈 양극은 화학적으로 불안정하다. 이에 연구팀은 고분자 물질로 전해액 첨가제를 만들었다. 연구팀이 개발한 첨가제는 미량만으로도 전극에 보호막을 만드는 특징이 있다. 실리콘 음극은 반복적 부피 변화에 따른 기계적 과부하를 줄여 고속충전이 가능하게 했다. 또 하이니켈 양극에서는 내부 금속이 전해액으로 녹아 나오는 것을 막아 배터리 용량을 크게 만들어 줄 수 있다고 연구팀은 설명했다. 이번에 개발한 첨가제를 대용량 전지에 첨가하면 400회 충전과 방전을 반복하고서도 처음 용량의 81.5%를 유지하는 것으로 확인됐다. 이는 기존에 나온 전지 첨가제들보다 10~30% 이상 성능이 높은 수준이다. 최남순 에너지화학공학과 교수는 “이번 연구는 기존 첨가제의 단점을 보완해 고밀도 이차전지의 전기화학 특성을 높이고 고에너지 밀도를 갖는 리튬이온배터리 상용화에도 도움을 줄 것”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

국내 연구진이 적은 양의 첨가제만으로 전기차 배터리의 수명과 충전 속도를 높일 수 있는 방법을 개발했다. 울산과학기술원(UNIST) 에너지화학공학과와 화학과 공동연구팀이 대용량 리튬이온전지의 전극 소재 불안정성을 해결할 수 있는 배터리 전해액 첨가제를 개발했다고 14일 밝혔다. 이번 첨가제 기술은 기초과학 및 공학 분야 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’에 실렸다. 전기자동차 보급이 활발해지면서 더 빠르게 충전하고 한 번 충전으로 더 멀리 갈 수 있는 고용량 리튬이온전지에 대한 연구가 활발하다. 이를 위해 전지 전극소재를 실리콘과 니켈 함량이 높은 하이니켈로 대체하는 기술이 주목받고 있다. 문제는 실리콘 음극은 충전과 방전시 부피가 3배 이상 늘었다 줄었다하는 것이 반복돼 내구성이 약하고 하이니켈 양극은 화학적으로 불안정하다. 이에 연구팀은 고분자 물질로 전해액 첨가제를 만들었다. 연구팀이 개발한 첨가제는 미량만으로도 전극에 보호막을 만들어 실리콘 음극은 반복적 부피변화에 따른 기계적 과부하를 줄여 고속충전이 가능케 했다. 또 하이니켈 양극에서는 내부 금속이 전해액으로 녹아 나오는 것을 막아 배터리 용량을 크게 만들어 줄 수 있다고 연구팀은 설명했다. 이번에 개발한 첨가제를 대용량 전지에 첨가하면 400회 충전과 방전을 반복한 뒤에도 처음 용량의 81.5%를 유지하는 것으로 확인됐다. 이는 기존에 나온 전지 첨가제들보다 10~30% 이상 성능이 높은 수준이다. 최남순 UNIST 에너지화학공학과 교수는 “이번 연구는 기존 첨가제의 단점을 보완해 고밀도 이차전지의 전기화학 특성을 높이고 고에너지 밀도를 갖는 리튬이온배터리 상용화에도 도움을 줄 것”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

프레온가스는 오존층 파괴 ‘주범’증가량의 40~60% 中동부서 배출2017년 이후 매해 1만MT씩 감소1987년 9월 프레온가스(CFC11)를 비롯해 지구 오존층을 파괴하는 100여종의 화학물질 생산과 사용금지를 위한 몬트리올의정서가 유엔 회원국 197개국 전원 합의로 채택됐다. 덕분에 1990년대 중반부터 대기 중 프레온가스 농도가 감소하기 시작했다. ●널뛰는 프레온가스 배출량 그러나 2012년을 기점으로 감소 속도가 둔화되기 시작하다가 2018년에는 프레온가스 배출이 다시 증가하고 있다는 충격적인 보고가 있었다. 프레온가스의 대기 중 잔류 기간이 길고, 몬트리올의정서 발효 이후에도 건축물이나 냉장시설 단열재에 쓰이는 경우가 있었지만 대기 중 농도 증가에 영향을 미칠 수준은 아니었다. 이 때문에 유엔환경국(UNEP)을 비롯한 환경기구들에서는 프레온가스의 정확한 배출 지역을 찾는 데 골머리를 앓고 있었다.그런데 2019년에 경북대 지구시스템과학부(해양학) 박선영 교수팀은 중국 산둥성, 허베이성 등 중국 동부 지역에서 2013년부터 2017년까지 프레온가스 증가량의 40~60%를 배출하고 있다는 사실을 밝혀내고 국제학술지 ‘네이처’에 발표한 바 있다. 박 교수팀은 영국 브리스톨대, 일본 국립환경연구소, 영국 기상청, 스위스 연방재료과학연구소, 중국 저장대, 미국 매사추세츠공대(MIT), 해양대기관리청(NOAA), 캘리포니아 샌디에고대(UCSD) 스크립스해양연구소, 항공우주국(NASA) 고다드우주비행센터, 호주 CSIRO 해양대기연구소 연구진과 함께 다시 중국 동부에서 프레온가스 추적 조사를 한 결과 다행히 감소세를 보이고 있다는 것을 확인하고 분석 결과를 ‘네이처’ 2월 11일자에 발표했다. 연구팀은 한국 제주도 고산과 일본 하테루마섬에서 관측 자료와 화학수송모델(CTM) 시뮬레이션을 통해 프레온가스 농도 변화 추이를 종합 분석했다. 그 결과 중국 동부 지역의 프레온가스 배출은 2017년 이후 매년 1만메트릭톤(MT)씩 감소해 2019년에는 2013년 이전 수준으로 회복된 것으로 확인됐다. 메트릭톤은 1000㎏을 1t으로 하는 단위로 1016㎏을 1t으로 하는 롱톤(LT)이나 907㎏을 1t으로 하는 숏톤(ST)과 구분하기 위해 쓰인다. 이번 결과는 전 세계 프레온가스 감소량의 60%에 해당하는 것으로 중국 동부 지역에서 프레온가스 생산 및 배출이 심각했던 것으로 해석됐다.미국 NOAA, 콜로라도 볼더대, UCSD 스크립스해양연구소, MIT, 전미냉동공조협회, 비영리 환경단체인 천연자원보호위원회(NRDC), 영국 리즈대, 왕립지구관측센터, 왕립대기과학센터, 영국 기상청, 브리스톨대, 호주 CSIRO 해양대기연구소 공동연구팀도 2018~2019년 프레온가스 전 지구적 배출량이 1만 8000MT 감소하면서 2019년에는 2008~2012년 평균 연간배출량과 비슷한 5만 2000MT 배출에 그쳤다고 밝혔다. 이 연구 결과도 국제학술지 ‘네이처’ 2월 11일자에 실렸다.●美 등 공동연구팀도 “세계 배출량 감소” 두 논문에 모두 참여한 로널드 프린 MIT 지구대기행성과학과 교수는 “이번 연구 결과들은 프레온가스 배출량이 다시 감소세를 보이고 있다는 점과 함께 전 세계 배출량의 절반 이상이 중국 동부 지역에서 발생했다는 것을 확실히 보여 주고 있다”라고 말했다. 매튜 릭비 영국 브리스톨대 교수 역시 “이번에 관측된 것들은 2017년까지 배출되고 생산된 프레온가스의 극히 일부분일 것”이라며 “나머지는 여전히 건물 등에 갇혀 있을 가능성이 높기 때문에 다시 수치가 높아질 가능성은 여전하다”고 밝혔다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

조선 정조 때 문장가 유한준(1732~1811)은 ‘지즉위진애 애즉위진간’(知則爲眞愛 愛則爲眞看)이란 문장을 남겼습니다. “알면 진정 사랑하게 되고, 사랑하면 참으로 보게 된다”는 뜻입니다. 발레, 현대미술, 문화유산 등을 접할 때를 떠올려 보면 이치에 맞는 문장이라는 생각이 듭니다. 예술작품뿐만 아니라 요즘 열풍이 불고 있는 주식 투자에도 적용될 수 있을 것입니다. 언론매체에서 세상 모든 사람들이 주식 투자를 하고 있는 것처럼 떠들고 있으니 안 하면 뒤처지는 것 같아서 주가표도 볼 줄 모르는 상태에서 무턱대고 투자하는 경우가 있습니다. 주식 투자에 대해 제대로 알지도 못한 상태에서 하는 ‘묻지마 투자’는 당연히 손해로 연결될 수밖에 없습니다. 그렇다면 생물다양성 악화나 지구온난화 같은 환경 문제에서는 어떨까요. 이런 생태계 문제들도 제대로 해결하기 위해서는 세상 모든 사람들이 이 문제를 잘 알 때까지 기다려야 하는 것일까요. 영국 앵글리아 러스킨대, 랭커스터대, 브라질 파라연방대 공동연구팀은 브라질 아마존 농부들을 조사해 생물 다양성에 대한 지식이 거의 없더라도 자연과 강한 유대감을 형성할 수 있다는 연구 결과를 생태학 분야 국제학술지 ‘인간과 자연’(People and Nature) 2월 10일자에 발표했습니다. 연구팀은 브라질 아마존 지역에서 삼림 벌채가 가장 심각한 것으로 알려진 트랜스 아마존 고속도로 일대에 거주하는 농부 227명을 대상으로 자연, 특히 아마존에 사는 조류에 대한 지식과 심리적 애착에 관한 심층 인터뷰 조사를 했습니다. ‘지구의 허파’, ‘생태계의 보고’라고 불려 왔던 아마존 열대우림은 기후변화로 인한 위협과 함께 경제 발전을 이유로 무분별한 벌채가 되고 있습니다. 이번 연구는 생태계 파괴가 심각하게 이뤄지고 있는 남반구에 위치한 저소득 국가 및 지역을 일컫는 ‘글로벌 사우스’ 거주민을 대상으로 한 첫 연구라고 합니다. 조사 결과 대부분의 농부들은 아마존 숲에만 사는 새의 종류와 브라질 다른 지역에서 사는 것들을 구별하지 못하는 것으로 나타났습니다. 그렇지만 농부들은 많은 생물종이 살아가는 데 아마존 숲을 대체할 수 있는 지역은 없다는 것을 이해하고 생태계 보호에 대한 인식을 깊이 하고 있었다고 합니다. 지역에 대한 생태학적 지식과 자연에 대한 애정 간 상관관계를 발견하지 못한 것입니다. 이번 연구 결과는 선진국들을 대상으로 한 비슷한 연구에서 나온 결과와는 대조적인 것이어서 더 주목받고 있습니다. 지금까지는 생태계 보호를 위해서는 ‘자연에 대해 잘 알아야 한다’는 것이 상식처럼 받아들여져 왔는데 꼭 그렇지 않다는 것이지요. 생태계 보전과 지식 간 관계는 복잡하고 상황에 따라 다르기 때문에 ‘지식´만을 강조하는 일률적 접근 방식에서 벗어나야 한다고 연구팀은 조언했습니다. 나태주 시인은 대표작 ‘풀꽃’에서 “자세히 보고 오래 봐야 사랑스럽다”고 이야기합니다. 사람뿐만 아니라 자연도 자주 접하게 되면 애정이 생겨나고 지켜 주고 싶은 생각이 들기 마련입니다. 코로나19 때문에 자연은커녕 사람을 만나기도 쉽지 않습니다. 코로나 상황이 끝나면 사람이나 자연을 대하는 태도가 이전보다는 좀더 진지해질 것이라 기대해 봅니다. edmondy@seoul.co.kr

중국 저장대, 저장대 의대 공동연구팀은 계란 흰자 섭취는 심혈관 질환으로 인한 사망 위험을 오히려 낮출 수 있다는 연구 결과를 미국공공과학도서관에서 발행하는 국제학술지 ‘플로스 메디슨’ 2월 10일자에 발표했다. 연구팀은 미국국립보건원(NIH)과 전미은퇴자협회(AARP)가 1995~1996년 미국 6개주와 2개 대도시에 거주하는 50~71세 남녀를 대상으로 실시한 식이·건강 코호트에 참여한 52만 1120명을 대상으로 분석했다. 연구팀에 따르면 계란 전체(전란)를 섭취하는 사람들은 그렇지 않은 이들보다 혈중 콜레스테롤 수치가 증가하고 심혈관질환으로 사망할 확률이 19% 높아졌고, 계란 흰자나 계란 대체식품을 섭취하는 사람들의 심혈관 질환 사망 확률은 3% 정도 낮아졌다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

박하나 딸기, 비누 냄새를 맡지 못하면 알츠하이머 치매를 의심해야 하며, 이는 알츠하이머를 유발시키는 단백질 이상이 후각신경계 일부에 문제를 일으키기 때문이라는 연구 결과가 나왔다. 대구경북과학기술원(DGIST) 뇌·인지과학전공 문제일 교수팀은 가천대 의대, 한국뇌연구원, 네덜란드 마스트리히트대, 독일 막스플랑크 신경유전학연구소 연구진과 함께 알츠하이머 초기에 특정 냄새를 맡지 못하는 증상은 후각신경계 일부 이상 때문이라고 9일 밝혔다. 이 같은 연구 결과는 신경과학 분야 국제학술지 ‘알츠하이머 연구 및 치료’에 실렸다. 연구팀은 알츠하이머를 앓도록 만든 생쥐와 일반 생쥐를 대상으로 실험을 실시했다. 그 결과 알츠하이머 치매로 인한 후각기능 이상은 후각신경계와 후각신경세포 일부가 사멸되기 때문이라는 사실을 확인했다. 알츠하이머를 일으키는 주요 원인으로 알려진 베타아밀로이드 단백질이 증상 초기에 후각신경계 일부에 많이 축적되는 것도 확인됐다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

박하나 정향, 비누 냄새를 맡지 못하면 알츠하이머 치매 초기증상을 의심해야 하며 이는 대뇌 전체의 이상이 아니라 후각신경계 일부에 문제가 생기기 때문이라는 연구결과가 나왔다. 대구경북과학기술원(DGIST) 뇌·인지과학전공 문제일 교수팀은 가천대 의대, 한국뇌연구원, 네덜란드 마스트리히트대 정신건강·신경과학부, 독일 막스플랑크 신경유전학연구소 연구진과 함께 알츠하이머 초기 특정 냄새를 맡지 못하는 증상은 기존에 알려진 것처럼 중추신경계 문제가 아닌 후각신경계 이상 때문이라고 9일 밝혔다. 이 같은 연구결과는 신경과학 분야 국제학술지 ‘알츠하이머 연구 및 치료’에 실렸다. 중앙치매센터에 따르면 2018년 기준으로 65세 이상 노인인구 중 10.2%에 해당하는 약 75만명이 치매를 앓고 있다. 치매환자의 70% 정도가 알츠하이머성 치매를 앓고 있는데 이들은 초기 단계부터 후각기능 저하가 나타나는 것으로 알려졌다. 알츠하이머 환자들은 박하, 정향, 가죽, 딸기, 비누 냄새 등 특정 냄새를 맡지 못하는데 원인이 정확히 밝혀지지 않았다. 연구팀은 알츠하이머를 앓도록 만든 생쥐와 일반 생쥐를 대상으로 행동실험과 생리학 실험을 실시했다. 그 결과 알츠하이머 치매로 인한 후각기능 이상이 대뇌 중추신경 이상 때문에 발생한다는 기존 주장들과 달리 후각신경계와 후각신경세포 일부가 사멸되기 때문이라는 사실을 확인했다. 알츠하이머를 일으키는 주요 원인으로 알려진 베타아밀로이드 단백질이 증상 초기에 후각신경계 영역 중 외측 비갑개부터 배쪽 후각구 영역에서 특히 많이 축적되는 것을 관찰했다. 또 후각영역의 신경연결정도를 수치화하는 방법을 개발해 분석한 결과 후각신경세포의 퇴화와 재생의 균형이 알츠하이머 치매 초기부터 무너진다는 것도 밝혀냈다. 연구팀은 이번 연구가 초기 알츠하이머 치매 환자나 위험군 조기선별을 위한 새로운 진단법 개발에 도움을 줄 것으로 보고 있다. 문제일 DGIST 교수는 “이번 연구는 알츠하이머는 물론 다른 퇴행성 뇌질환 진행 초기에 후각신경계와 중추신경계 간 연관성을 규명한 것으로 추후 알츠하이머 치매 위험군 조기선별 기술 개발에 도움을 줄 수 있을 것”이라고 설명했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

지난해 추석과 올 설 연휴는 코로나19 때문에 예년에 비해 귀성객이 많이 줄었다. 명절 연휴를 전후해 항상 부부, 부모, 형제간 다툼이 생기고 서로 간 연을 끊었다는 잦다는 보도를 흔히 볼 수 있다. 과연 이들 보도처럼 다툼과 헤어짐의 원인이 단순히 명절 때문일 수 있을까. 실험심리학자와 수리언어학자들의 실험에 따르면 인간관계의 파국은 특정 요인 하나 때문에 발생하는 것이 아니라는 분석 결과를 내놨다. 미국 텍사스 오스틴대 심리학과 연구팀은 인간 관계가 깨지기 몇 달 전부터 일상 대화에서 사용되는 사소한 단어들과 문장들에서 이미 조짐을 파악할 수 있다고 12일 밝혔다. 이 같은 연구결과는 미국국립과학원에서 발행하는 국제학술지 ‘PNAS’에 실렸다. 연구팀은 최근 1년간 이별을 경험한 미국인 6803명을 선정해 이들이 사회관계망서비스(SNS)의 일종인 ‘레딧’에 올린 102만 7541개의 포스트를 수집해 단어별, 문장별로 정밀 분석했다. 연구팀은 분석에 사용된 포스트는 단순히 인간관계에 관한 게시물 뿐만 아니라 다양한 일상을 다룬 게시물까지 포함시킨 것으로 대략 2년 동안의 레딧 기록에 해당하는 것으로 확인됐다.그 결과 다른 사람과의 관계가 끊어지기 3개월 전부터 사용하는 언어들이 변하게 되며 헤어진 뒤 6개월 정도가 지난 뒤에야 일상으로 돌아온다는 것이 확인됐다. 헤어지기 3개월 전부터 더 개인적인 단어를 사용하며 분석적이기보다는 감정적인 문장과 단어들 사용이 급격하게 증가하며 이름 대신 ‘나’(I) 또는 ‘우리’(We)라는 대명사 사용이 늘어나는 것이 관찰됐다. 연구팀에 따르면 ‘우리’라는 단어를 사용할 때도 타인을 배제하고 자기 중심적 문장들을 사용하는 경우가 많다고 밝혔다. 이 같은 글이나 단어사용 경향성은 인간관계에 관한 내용 이외일 때도 그대로 드러났다. 특히 이혼이나 오랜 동안 친했던 사람과 파국을 맞은 사람들에게서는 이런 경향이 더 강하게 나타나는 것으로 조사됐다. 이 같은 단어와 문장의 사용은 인간관계 파탄 당일에 최고조로 나타났으며 6개월 정도 지속되는 것으로 확인됐다. 일부 사람들은 관계가 끝난 뒤 1년이 지난 뒤에도 비슷한 언어사용 패턴을 보이는데 이들은 대부분 우울증을 앓는 경우가 많았다고 연구팀은 밝혔다. 연구팀 관계자는 우울증 환자들의 언어도 1인칭을 주로 사용하는 경우가 많고 타인의 감정에 공감하지 못하고 자기중심적일 때가 많다고 설명했다. 연구를 이끈 제임스 페니베이커 교수(사회·언어심리학)는 “일반적으로 사람들은 평소 말하거나 글을 쓸 때 대명사, 전치사, 관사를 몇 번 사용하는지 의식하지 않지만 이런 단어들의 사용은 무의식적으로 사람의 감정적, 심리적 상태를 드러낸다”라며 “인간관계에 문제가 있는 경우 평소 사용하는 언어를 꼼꼼하게 점검해본다면 문제점을 인식할 수 있으며 관계가 끝나도록 놔둬야 할지 관계를 지속해야 할지 결정할 수 있게 될 것”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

우울증은 이전에는 단순히 기분이 저하된 상태로 알려져 ‘마음의 감기’라며 누구나 한 번쯤 경험하는 것으로 잘못 알려져 왔었다. 그렇지만 우울증은 생각이나 사고과정, 동기, 의욕, 행동, 수면, 신체활동 등 전반적인 정신적, 육체적 기능이 저하돼 심할 경우는 죽음에 이르는 경우도 많은 심각한 정신질환이다. 우울증의 정확한 발병 원인에 대해서는 알려져 있지 않은 상태이다. 이 같은 상황에서 신경과학자들이 우울증을 유발시키는 뇌세포를 찾아냈다. 캐나다 맥길대 더글라스 정신건강연구소, 신경과학통합연구센터, 맥길대 의대 정신과학과 공동연구팀은 우울증으로 사망한 성인과 다른 원인으로 급사한 사람의 뇌세포를 분석한 결과 우울증을 앓는 사람들에게서 유독 많이 발견되는 뇌세포를 발견했다고 6일 밝혔다. 이번 연구결과는 신경과학분야 국제학술지 ‘최신 정신과학’ 5일자에 실렸다. 최근 국내 연구진은 몸 속 염증이 뇌에 영향을 미쳐 우울증을 일으킬 수 있다는 연구결과를 내놓기도 했다. 많은 연구자들이 우울증은 체내 염증이 신경세포에 영향을 미치거나 특정 뇌신경세포가 우울증을 유발시킬 것이라고 보고 있다. 이 같은 가운데 연구팀은 맥길대 부속병원의 윤리위원회의 승인을 받아 우울증으로 사망한 10명과 우울증을 포함한 정신질환이 아닌 다른 신체증상으로 인해 급사한 10명의 뇌 조직을 비교했다. 연구팀은 기억과 학습에 관여하는 것으로 알려진 뇌 해마 부위에 존재하는 성상교세포의 GFAP와 비멘틴이라는 단백질에 주목했다. 성상교세포는 별 모양의 형태를 하고 있는데 신경세포에 영양공급, 이온농도 조절, 노폐물 제거 등 역할을 한다. 뇌 조직 분석결과 우울증을 앓았던 사람들의 뇌에서는 전반적으로 성상교세포 숫자가 줄고 비멘틴 GFAP도 눈에 띄게 줄어든 것이 확인됐다. 또 성상교세포의 구조나 형태는 일반인이나 우울증 환자나 다르지 않았지만 세포의 분포와 숫자에서 확연히 차이가 났다. 중증 우울증으로 진행될 수록 성상교세포의 숫자는 급격히 줄어드는 것으로 조사됐다. 우울증이 다른 요인들도 있겠지만 뇌 세포의 구성과도 밀접한 관련이 있을 것으로 연구팀은 보고 있다. 이 때문에 성상교세포의 감소를 막아주면서 자연스럽게 뇌 기능을 강화하는 방법을 찾는 것이 우울증 개선에 도움을 줄 수 있으며 장기적으로는 치매와 같은 기억 관련 질환도 예방할 수 있을 것이라고 연구팀은 설명했다. 연구를 이끌고 우울증과 자살에 있어서 뇌 염증의 역할을 연구하고 있는 나귀브 메차와르 교수는 “이번 연구는 우울증 유발에 관여하는 뇌세포를 찾아냄으로써 효과적인 신개념의 우울증 치료제를 개발할 수 있을 뿐만 아니라 부작용이 없는 효과적 우울증 치료가 가능해지도록 도울 수 있을 것”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

한국과 미국 과학자가 자연에는 없는 단백질을 합성해 고감도 센서를 만드는데 성공했다. 미국 시애틀 워싱턴대 생화학과, 단백질디자인연구소, 생명공학과, 하워드 휴즈 의학연구소, 카이스트 생명과학과, 국립강원대 의생명과학대 공동연구팀은 새로운 단백질을 합성해 질병 진단, 병원균 감지 등에 사용되는 고감도 단백질 센서 플랫폼을 만들었다고 5일 밝혔다. 이번 연구결과는 국제학술지 ‘네이처’에 실렸다. 단백질 센서는 질병이나 병원균 진단, 치료 예후 추적 등에 많이 사용되는데 자연계에 존재하는 것이나 이를 변형한 형태들이 많다. 문제는 자연계에 존재하는 단백질을 센서로 사용하기 위해서는 비용이나 시간이 많이 투입된다는 점이다. 연구팀은 계산 단백질 디자인 방법으로 자연에 존재하는 단백질이 아닌 인공적 골격 단백질을 만든 뒤 심해 새우가 만들어 내는 발광 단백질과 재조합시켜 단백질을 감지하는 기능을 만들었다. 이렇게 만들어진 ‘두 요소’ 단백질 시스템은 특정 단백질과 만날 때만 결합하고 결과적으로 발광하도록 설계됐다. 또 발광 정도는 표적 단백질 농도에 따라 달라지기 때문에 발광 여부와 세기를 측정함으로써 표적 단백질 존재와 농도를 감지할 수 있다. 연구팀이 만든 단백질 시스템은 레고 블록처럼 조립하는 방식으로 원하는 단백질 센서를 만들 수 있는 플랫폼으로도 사용할 수 있다. 실제로 연구팀은 이번 기술을 이용해 B형간염 바이러스 단백질 센서, 코로나바이러스 단백질 센서 등 8종류의 고감도 단백질 센서를 만들었다. 오병하 카이스트 생명과학과 교수는 “이번에 개발한 단백질 센서의 작동 방식은 자연계에서 찾을 수 없기 때문에 자연의 모방을 넘어 자연에 존재하지 않는 단백질과 기능을 창출할 수 있다는 장점을 갖는다”라고 설명했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

독성 제거한 병원균 녹여서 동결건조1시간 전 가루에 증류수 더해 활성화생산비도 1회 접종에 약 5600원 불과“의료 낙후 지역서도 손쉽게 사용 가능”한국에서도 이달 중순을 전후해 코로나19 백신접종이 시작될 전망이다. 전무후무한 감염병에 대해 백신이라는 무기를 갖게 됨으로써 그동안 사회적 거리두기와 같은 수세적 대응에서 공세적 대응으로의 전환이 가능해졌다. 현재 사용이 승인된 코로나19 백신들은 제조방법은 물론 보관온도도 다르다. 화이자 백신은 영하 70도 이하의 극저온에서 보관해야 해 의료시스템이 제대로 갖춰지지 않은 지역이나 저개발 국가에서는 사실상 사용이 어렵다. 코로나19 백신 이외에 감염병 예방 백신들도 최적 보관온도가 있다. 적정 보관온도를 유지하지 못할 경우 약물이나 항원, 항체 활성 단위인 ‘역가’가 떨어져 접종을 받아도 예방 효과가 없는 ‘물백신’이 된다. 세계보건기구(WHO)도 모든 백신의 50% 이상이 운송·보관 과정에서 온도 유지에 문제가 생겨 폐기된다고 밝히고 있다. 과학자들이 온도 변화에 영향을 받지 않고 약효를 그대로 유지할 수 있는 백신 생산법을 연구하는 이유다.3일 과학계에 따르면 미국 노스웨스턴대 화학·생명공학과, 합성생물학연구센터, 생화학연구소, 생명과학과, 기계공학과, 통합암연구센터, 코넬대 화학·생물분자공학과, 의생명공학부, 아이오와대 미생물·면역학과, 유전학과 공동연구팀은 보관이 편하고 접종 시점에 신속하고 손쉽게 백신을 만들 수 있는 기술을 개발하고 기초과학 및 공학분야 국제학술지 ‘사이언스 어드밴시스’ 2월 4일자에 발표했다. 연구팀은 무세포(cell-free) 합성생물학 기법으로 비병원성 대장균과 독성을 제거한 병원균을 시험관에 함께 넣고 용해시킨 뒤 동결 건조하는 ‘인비트로 결합백신 기술’(iVAX)을 개발했다. 병원균의 세포벽을 제거하고 유전자 활성을 조절하는 분자기구(molecular machinery)를 모아서 체내 침투가 용이하도록 돕는 비병원성 대장균과 섞어 결합백신을 만들고, 다시 가루 형태로 만드는 것이다. 병원균의 당단백질을 대장균과 결합시켜 몸속에 들어가면 자연스럽게 면역 반응을 일으킬 수 있도록 하는 원리다. 연구팀은 탄저균만큼이나 위험한 야토균(Francisella tularensis)으로 실험했다. 야토균은 생물무기로 개발될 정도로 감염력과 치사율이 높아 미국 질병통제예방센터(CDC)에서는 1급 위험성 독소로 지정돼 있다. 연구팀은 생쥐들에게 iVAX 방식으로 만든 야토균 백신을 접종시켰다. 특히 온도 안정성을 확인하기 위해 백신은 37도에서 1주일가량 노출시킨 뒤 접종 1시간 전 증류수와 섞어 사용했다. 시험 결과 백신을 맞은 생쥐들은 야토균에 노출된 뒤에도 모두 살아남았다. 연구팀에 따르면 iVAX 방식의 결합백신은 일반 분말형 주사제들과 마찬가지로 사용 1시간 전 백신가루에 증류수를 첨가하면 곧바로 약효가 활성화되기 때문에 사용이 편리하고 상온에서 6개월 이상 보관이 가능하다. 생산비도 1도스(1회 접종분량)당 5달러(약 5600원)에 불과하다. 연구를 이끈 마이클 주잇 노스웨스턴대 교수(합성생물학)는 “iVAX 방식의 백신은 기존 백신들처럼 냉장 유통이 필요 없어 복잡한 공급망을 필요로 하지 않아 의료시설이 낙후된 지역이나 국가에서도 손쉽게 사용할 수 있다”고 설명했다. 주잇 교수는 “이번에는 박테리아성 감염병에 대한 백신을 만들었지만 바이러스성 감염병 백신은 물론 다른 치료제 개발에도 활용할 수 있을 것”이라고 덧붙였다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

‘수-헬-리-베-붕-탄-질-산-플-네-나….’ 중·고등학교에서 처음 화학이라는 과목을 배울 때 선생님들은 가장 먼저 ‘원소 주기율표’를 외우도록 합니다. 왜 암기해야 하는지도 모른 채 외우다 보니 많은 사람들이 화학은 암기과목이고 재미없는 학문이라는 잘못된 고정관념을 갖게 됩니다. 1896년 러시아 화학자 드미트리 멘델레예프가 당시 알려진 30여개의 원소를 원자량과 원소 성질에 따라 배치해 주기율표를 만들었습니다. 멘델레예프의 주기율표는 아직 발견되지 않은 원소들의 원자량과 성질을 정확하게 예측할 수 있게 해 줬습니다. 화학을 연금술 수준에서 벗어나 예측 가능한 학문으로 만들고 지난 20세기를 ‘화학의 세기’가 되도록 한 것도 주기율표 덕분입니다. ●핵실험서 극미량 생성되는 초방사성 원소 실제로 화학자와 물리학자들은 주기율표로 알려져 있는 원소들의 새로운 성질을 연구하거나 미지의 원소들을 찾아나섭니다. 미국 로런스 버클리 국립연구소 화학부, 분자주조(Molecular Foundry)부, 캘리포니아 버클리대 핵공학과, 로스알라모스 국립연구소, 조지워싱턴대 화학과 공동연구팀은 주기율표 끄트머리 부분에 있는 원자번호 99번 ‘아인슈타이늄’(Es)의 결합거리와 복합구조를 관찰하는 데 최초로 성공했습니다. 이번 연구 결과는 국제학술지 ‘네이처’ 2월 4일자에 실렸습니다. 아인슈타이늄은 원소번호 89번 악티늄(Ac)부터 103번 로렌슘(Lr)이 배치된 악티늄족 원소입니다. 악티늄족 원소는 모두 반감기를 갖고 붕괴하는 방사성 원소들입니다. 아인슈타이늄은 1952년 11월 초 미국이 태평양 한가운데 마셜제도에서 수소폭탄 실험을 하고 한 달 뒤 낙진 속에서 100번 원소 페르뮴(Fm)과 함께 발견됐습니다. 수소폭탄 실험에서 발견된 원소다 보니 아인슈타이늄 발견은 군사기밀로 다뤄지다가 1955년이 돼서야 공개됐습니다. 초방사성 원소라고 불리는 아인슈타이늄은 은백색 금속원소로 자연에서는 존재하지 않고 핵실험이나 고출력 원자로에서나 극미량으로 만들어집니다. 자연에서 존재하는 시간이 지나치게 짧다 보니 기초과학 연구 이외에는 활용처를 찾지 못하고 있지만 암 치료에 사용될 가능성이 있는 것으로 평가받고 있습니다. ●새 치료제나 원자력 기술 개발 도움 기대 연구팀은 오크리지국립연구소의 연구용원자로 ‘HFIR’을 이용해 순수한 아인슈타이늄을 만들어 결합거리를 측정하는 데 성공한 것입니다. 아인슈타이늄은 발견된 지는 오래됐지만 밝혀진 것이 거의 없고 이를 이용해 활용하는 데도 어려움을 겪는 것은 어떤 화학반응을 일으킬 수 있는지 제대로 이해하지 못했기 때문입니다. 이번 결합거리 측정의 성공은 다른 악티늄족 원소들의 특성도 예측할 수 있을 뿐만 아니라 아인슈타이늄이 다른 분자와 어떻게 결합시킬 수 있는가를 이해할 수 있게 해 주는 만큼 새로운 방사성 치료제나 원자력기술 개발에도 도움을 받을 수 있을 것으로 기대되고 있습니다. 어쩌면 이번 연구는 보통 사람의 시선으로 보기에는 그저 과학자들의 호기심이나 충족시키는 쓸데없는 짓처럼 보일 수도 있습니다. 그렇지만 우리처럼 항상 과학에서 실용성이나 당장 써먹을 수 있는 것에만 관심을 갖다 보면 과학 선도국은커녕 매년 10월 다른 나라 과학자들이 노벨과학상 수상을 하는 것을 지켜만 봐야 할 것입니다. edmondy@seoul.co.kr