DGIST 로봇및기계전자공학과 최홍수 교수팀은 가톨릭대학교 서울 성모병원 김성원 교수팀, 스위스취리히연방공대 (ETH Zurich) 브래들리 넬슨 (Bradley J. Nelson) 교수팀과 공동연구를 통해 체내에서 분해 가능한 마이크로로봇을 분당 100개 이상 제작하는 기술을 개발했다. 최 교수 연구팀은 기존 마이크로로봇 제작 방법의 한계를 극복하기 위하여, 생분해성 재료이며, 빛에 의해 경화가 가능한 물질인 Gelatin methacrylate와 자성나노입자의 혼합물을 미세 유체 칩 내부에 흘려보내어 마이크로로봇을 분당 100여개 이상의 높은 속도로 제작할 수 있는 방법을 개발했다. 이는 기존의 마이크로로봇 제작 방법인 이광자 중합을 이용했을 때 보다 1만배 이상 빠른 속도이다. 기존 줄기세포 치료법의 경우 세포의 선택적인 전달이 어려웠으나, 줄기세포 담지 마이크로로봇은 전자기장 제어 시스템으로부터 발생하는 자기장을 실시간으로 제어하여 원하는 위치로 이동하는 것이 가능하다. 또 줄기세포가 부착된 마이크로로봇을 분해효소와 함께 배양하여 로봇의 분해성을 평가했다. 배양 6시간 후, 마이크로로봇이 완전히 분해되었고, 로봇 내부에 들어있던 자성나노입자는 자기장 제어 시스템으로부터 발생한 자기장에 의해 수거되었다 연구팀은 마이크로 로봇이 전달한 줄기세포가 정상적으로 전기적, 생리적 특성을 나타내는지 확인하였다. 이번 연구의 최종목표는 기존 신경세포 간의 연결이 끊긴 상태에서 로봇이 전달한 줄기세포가 가교역할을 정상적으로 수행하는 것인데, 이를 확인하기 위해 전기적 신호를 안정적으로 발산하는 쥐 태아로부터 추출된 해마 신경 세포를 활용하였다. 최 교수는 “마이크로로봇의 대량 제작, 전자기장에 의한 정밀 구동, 줄기 세포 전달 및 분화 등 본 연구를 통해 개발된 기술이 향후 표적 정밀 치료의 효율을 획기적으로 높일 수 있을 것으로 기대하고 있다.”고 밝혔다.

초파리는 좁쌀만큼 작은 곤충이지만, 20세기부터 과학 발전에 지대한 공헌을 했다. 처음에는 키우기 쉽고 세대가 짧은 특징 때문에 유전학 연구에 사용되다가 작은 곤충을 분석하는 기술이 크게 발전하면서 초파리는 이제 여러 분야에서 연구에 없어서는 안 될 실험 동물로 자리 잡았다.  가장 대표적인 분야는 뇌와 신경에 대한 연구다. 초파리의 뇌는 인간의 뇌보다 훨씬 단순하지만, 20만 개에 달하는 세포와 신경 회로를 지니고 있어 과학자들이 연구하기에 적합한 복잡도를 지니고 있다. 작지만 여러가지 복잡한 행동이 가능해 뇌와 신경 회로의 기능을 연구하기에 안성맞춤이다.  미국 라이스 대학의 과학자들은 초파리의 뇌를 원격으로 조종해서 날개를 움직이는 연구를 진행했다. 초파리보다 훨씬 작은 초파리의 뇌를 조종하기 위해 연구팀은 두 가지 기술을 사용했다.  우선 연구팀은 열에 민감한 이온 채널이 있는 신경세포를 지닌 유전자 조작 초파리를 만들었다. 그리고 날개를 움직이는 특정 신경 회로에 산화철 나노입자를 주입했다. 이 나노입자는 자기장과 반응해서 열을 낸다. 따라서 외부에서 자기장을 걸면 나노입자가 열을 방출하면서 특정 신경 세포의 이온 채널을 열어 신경 회로를 활성화한다. 이 연구에서 목표는 날개를 움직이는 신경 회로였다. (사진 참조)  연구팀은 이 방법으로 1초 이내에 원격으로 초파리의 날개를 움직이게 만들었다. 물론 연구팀의 진짜 목표는 초파리 날개를 원격으로 조종하는 것이 아니다. 연구팀의 궁극적인 목적은 사람에서 비침습적 방법으로 신경을 조종하는것이다. 예를 들어 시신경이 손상된 환자에서 뇌에 전극을 넣지 않고 외부에서 자기장을 통해 시각 피질을 자극해 시력의 일부를 회복하는 것이다. 마비된 신경이나 근육을 자극하는 일도 시도할 수 있다.  물론 현재는 기초 연구 단계이고 사람에서 적용하기 위해서는 앞으로 많은 연구가 필요하다. 초파리를 이용한 생물학 연구가 인류에게 희망이 될 수 있을지 앞으로 후속 연구가 주목된다.

지난 22일 일본 원자력규제위원회가 2011년 폭발사고가 발생한 후쿠시마 제1원자력발전소에 저장된 오염수의 해양 방류를 정식 인가하면서 한반도 앞바다 오염이 현실화되고 있다. 원전의 연료인 우라늄이 핵분열 할 때 삼중수소, 방사성 요오드 같은 다양한 방사성 물질이 만들어진다. 후쿠시마 원전 오염수에도 이런 방사성 물질이 다량 존재한다. 특히 원전에서 배출되는 방사성 요오드에 노출될 경우 갑상선암 발생 가능성이 크지만 원전 오염수에서 완전히 제거하기가 쉽지 않다. 이 같은 상황에서 한국원자력연구원 방사화학연구실과 연세대, 서울대, 기초과학연구원(IBS) 공동 연구팀은 바닷물이나 지하수에 녹아있는 방사성 요오드만 선택적으로 99.8% 이상 제거할 수 있으며 여러 번 사용이 가능한 흡착 물질을 개발했다고 25일 밝혔다. 이번 연구 결과는 수(水)처리 분야 국제 학술지 ‘워터 리서치’에 실렸다. 또 국내 특허 2건, 국제 특허 8건이 출원돼 일본에서는 특허 등록이 됐다. 바닷물에는 염소(Cl), 불소(F), 브롬(Br) 같은 할로겐 음이온이 다량으로 녹아있기 때문에 같은 할로겐 계열 음이온인 요요드(I)만 선택적으로 제거하는 것은 쉽지 않다. 기존에는 은(Ag)을 흡착제로 사용해 할로겐 음이온을 침전시킨 뒤 제거하는 방식을 사용했다. 문제는 비용이 많이 들고 침전 폐기물도 많이 발생한다는 문제가 있다. 연구팀은 자성을 가진 철(Fe) 나노입자 표면에 백금을 코팅해 요오드만 선택적으로 제거할 수 있는 흡착제를 만들었다. 흡착제 표면에 코팅된 백금이 요오드와 화학결합을 해 요오드만 제거하고 자성을 가진 철이 침전물을 회수하는 방식이다. 흡착제 표면에 붙은 방사성 요오드는 전기화학적 방법으로 분리해 방사성 폐기물로 손쉽게 처리할 수 있다. 실제로 오염수에서 방사성 요오드를 99.8% 이상 제거할 수 있다는 것이 확인됐다. 연구팀에 따르면 이번에 개발한 흡착제를 사용하면 후쿠시마 원전 사고 현장에 쌓여있는 수 백만t의 원전 폐수에서 방사성 요오드만 선택적으로 제거할 수 있다. 또 바닷물에 녹아있는 자연 요오드도 이번 기술로 추출할 수 있어 의약품, 화학제품 등 실생활에 필요한 요오드 생산 기술에도 활용할 수 있을 것으로 기대되고 있다. 배상은 원자력연구원 박사는 “이번 흡착제는 물 속 방사성 요오드만 제거하고 흡착제도 재사용할 수 있어 방사성 폐기물 발생량이 적고 흡착제 추가구매 비용도 줄일 수 있어 경제적이라는 장점이 있다”며 “이번 기술을 바탕으로 방사성 요오드 이외에 더 많은 방사성 동위원소 처리 기술을 개발하겠다”고 말했다.

민물에서 주로 발견되는 단세포 동물인 짚신벌레는 다리 없이도 잘 움직인다. 세포 표면에 있는 미세털(섬모) 덕분이다. 국내 연구진이 짚신벌레를 흉내내 몸 속에 들어가 질병을 치료할 수 있는 나노로봇 기술을 개발했다. 울산과학기술원(UNIST) 기계공학과 연구팀은 나노미터(㎚) 크기 자성 입자를 쌓아 올리는 방식으로 가늘고 긴 미세털 구조를 만들 수 있는 기술을 개발했다고 29일 밝혔다. 이번 연구 결과는 재료과학 분야 국제학술지 ‘어드밴스드 머티리얼즈’ 표지논문으로 실렸다. 섬모는 작은 외부 힘에도 민감하게 반응한다. 사람의 코와 폐에도 섬모가 있는데 외부에서 침입한 이물질을 밀어내는 역할을 한다. 짚신벌레 섬모는 노 젓듯 움직여 움직일 수 있게 해준다. 이 때문에 많은 과학자들이 섬모를 모방해 미세 기계 구동장치로 쓰기 위한 연구를 하고 있다. 그렇지만 원료를 틀에 넣어 찍어 내는 기존 방식으로는 나노미터 수준의 섬모 구현이 쉽지 않다. 연구팀은 자기력을 이용해 이런 문제를 해결했다. 니켈 금속 조각과 자성을 띤 나노입자를 쌓아 올리는 방식으로 가늘고 긴 섬모를 만든 것이다. 연구팀은 에어로졸 상태로 만든 자성 나노입자를 분사해 수직 방향으로만 쌓이도록 했다. 시간이 지나면 액체는 증발돼 날아가고 나노입자가 섬모형태로 남게 된다. 연구팀은 이 방식으로 지름 373㎚ 입자를 54개까지 쌓았다. 인공 섬모는 자성 나노입자 표면에 코팅된 물질 때문에 베어링 없이도 매끄럽게 움직일 수 있다. 연구를 이끈 정훈의 UNIST 교수는 “이번에 개발한 인공 섬모는 몸 속에 투입 가능한 나노로봇이나 오염물질을 제거하는 초미세 구동 장치 개발에 도움을 줄 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다.

영남대 의생명공학과 연구팀이 암 치료는 물론 암의 전이와 재발까지 예방 가능한 면역 암 치료법을 개발했다.. 면역 항암 치료란, 체내의 자체 면역을 활성화하여 암 세포만을 선택적으로 사멸 시키는 치료법이다. 연구팀은 “재조합 단백질 제조 방법을 활용해 면역 관문 단백질인 PD-1을 대량 합성하고, 이를 광열제인 인도시아닌 그린(Indocyanine Green)을 포함하는 하이브리드 나노 입자에 결합시켰다. 이 나노 입자를 적용하면 원발성 암의 광열치료가 가능하다. 이때 분비된 재조합 PD-1 단백질의 면역 관문 억제 효과로 암의 재발 및 전이까지 예방 가능하다”고 연구 성과를 밝혔다. 영남대 의생명공학과 진준오 교수는 “재조합 PD-1 단백질은 기존 항체에 비해 간단한 방법으로 대량 생산이 가능하다. 특히 추출 효율을 높이기 위해 사용한 히스티딘(Histidine)에 의해 구조체를 형성하는 응용 연구에도 사용 가능하다”면서 “재조합 PD-1 단백질을 적용한 하이브리드 나노입자는 원발성 암과 재발, 전이 암을 치료할 수 있는 새로운 암 치료제로 개발 될 수 있을 것으로 생각한다. 독성 및 염증과 같은 부작용으로 부터 자유롭기 때문에 응용 가능성도 무한하다”고 밝혔다. 이번 연구는 영남대 대학원 의생명공학과 황주영(박사 수료), 안은경(석박사통합과정 4기) 연구원이 공동 제1저자로, 진준오 교수가 교신저자로 참여했으며, 한국연구재단 중점연구소사업과 신진연구사업 지원으로 진행되었다. 연구 결과는 생체재료 분야 국제학술지 ‘바이오머티리얼스’ 온라인판에 지난 5월 2일 게재됐다.

기대수명이 늘어나고 있지만 행복한 노년을 위해서는 건강이 우선돼야 한다. 노년을 위협하는 주요 질병은 암과 치매, 파킨슨병 같은 퇴행성 뇌질환이다. 과학기술이 발달하면서 암은 관리가능한 질환이 됐지만 치매는 여전히 마땅한 치료나 예방법을 찾지 못하고 있다. 이 같은 상황에서 국내 연구진이 저주파 자기장을 이용해 알츠하이머 원인 물질을 제거하는 기술을 개발해 주목받고 있다. 카이스트 신소재공학과 연구팀은 저주파 자기장 반응성 나노입지를 개발해 알츠하이머를 유발시키는 것으로 알려진 베타 아밀로이드 단백질 응집체를 분해할 수 있다고 16일 밝혔다. 이번 연구 결과는 기초과학 및 공학 분야 국제학술지 ‘사이언스 어드밴시스’ 5월 13일자에 실렸다. 자기전기 소재는 자성과 전기성을 결합한 물질로 스핀트로닉스 소자, 트랜스듀서 같은 다양한 전자기기를 구성하는데 활용된다. 그렇지만 원자 내 양성자의 정전기적 상호작용 때문에 성능 향상에는 한계가 있다. 이에 연구팀은 자기전기 소재의 일종으로 반도체, 배터리 분야에서 주로 사용되는 코발트 페라이트와 비스무스 페라이트를 접합시켜 이종(異種) 자기전기 나노입자를 만들었다. 서로 다른 전기 소재를 접합시켜 저주파 자기장에 반응해 전기를 만들 수 있도록 했다. 더군다나 이번에 개발한 나노입자는 저주파 자기장에 반응해 전하 운반체를 생성할 때 열을 방출하지 않는다. 자기장은 뇌 조직을 손상없이 투과할 수 있어 자기공명영상(MRI) 같은 의료기기에도 이미 사용되고 있다.알츠하이머 치매를 유발시키는 것으로 알려진 베타 아밀로이드 응집체는 규칙적인 수소 결합을 갖고 있는 안정적 단백질 이차구조를 갖고 있어서 분해가 쉽지 않다. 연구팀은 이번에 개발된 나노입자를 주입한 뒤 저주파 자기장을 조사하면 베타 아밀로이드 단백질 덩어리를 산화시켜 응집체 결합력을 약화시켜 분해하고 신경독성도 중화시킬 수 있음을 확인했다. 연구를 이끈 박찬범 교수는 “이번에 개발한 저주파 자기장 반응성 나노소재는 독성이 낮고 자기장에 쉽게 반응해 아밀로이드 응집체를 효과적으로 분해할 수 있기 때문에 다양한 의료분야에 응용할 수 있다”며 “알츠하이머 형질변환 시킨 동물들을 대상으로 한 실험으로 안전성을 검증할 것”이라고 말했다.

사회적 거리두기 완화와 함께 실외 마스크 착용 의무화도 해제됐지만 코로나19가 완전히 사라지지 않은 시점에서 마스크를 벗고 나서기가 망설여지는 경우가 많다. 그렇지만 한편으로는 더위가 찾아오면서 마스크 착용이 불편함을 가져오는 것도 사실이다. 이런 상황에서 국내 연구진이 비염 완화 스프레이처럼 코에 뿌리고 몇 분만 빛을 쏘여주면 마스크를 착용하지 않아도 되는 기술을 개발해 제품화하는데 성공했다. 한국과학기술연구원(KIST) 화학생명융합연구센터는 기술 출자를 통해 창업한 디알나노에서 코를 통해 침투하는 바이러스, 세균 같은 병원균을 제거할 수 있는 의료기기를 개발하고 판매 인증을 받았다고 12일 밝혔다. 디알나노는 2015년 KIST 김세훈 박사팀이 개발한 광역동 암치료 원천기술을 활용해 스프레이 형태의 약물과 LED 광원을 만들어 사용시 콧 속 점막을 보호하는 얇은 막을 만들어 물리적 마스크 없이도 마스크 역할을 하는 일종의 투명 마스크를 만든 것이다. ‘리노딜라이트’라는 이름의 이번 제품은 메틸렌블루 나노입자를 코 점막에 직접 분사한 뒤 LED를 쏘여주면 외부에서 침입한 이물질을 제거하고 점막을 보호할 수 있게 해준다. 특히 스프레이를 뿌린 뒤 LED를 쏘여주면 주변 산소와 반응해 코 점막 상피세포에서 A형 인플루엔자 바이러스, 황색포도상구균을 95% 이상 사멸시킨다. 또 코로나19 변이 바이러스 복제를 막아 증식을 억제한다고 연구팀은 밝혔다. 동물 실험에서도 A형 인플루엔자를 감염시킨 동물에게 리노딜라이트를 사용한 결과 폐 염증과 부종을 감소시키는 효능을 확인했다. LED 광원은 휴대전화와 연결해서 사용할 수 있어 언제 어디서나 손쉽게 사용할 수 있다. 또 LED를 쏘여주지 않고 스프레이만 사용해도 되지만 많은 양을 분사해야 하고 효과도 다소 떨어진다고 연구팀은 설명했다. 한 번 사용후 약효 지속 시간은 6~8시간으로 알려져 있다. KIST 관계자에 따르면 이번에 개발된 제품은 판매 인증은 받았지만 일단 일반 소비자가 아닌 기업이나 단체 등 B2B 중심으로 판매된다. 디알나노 관계자는 “이번 개발한 기술과 유사한 원리를 활용한 광반응 제품들은 고출력 레이저 광원을 활용해 병원이나 수술실 같은 한정된 장소에서만 사용할 수 있다는 단점이 있다”며 “이번 기술은 스마트폰 전원만으로도 작동 가능한 저출력 LED 광원으로도 효과가 나타나기 때문에 어디서나 사용할 수 있다는 장점이 있다”고 말했다.

계명대 약학대학 제약학과 육심명 교수팀, 이수연 교수팀과 영남대학교 최동영 교수 연구팀의 공동 연구성과가 약학분야 우수저널인 “Journal of controlled release”에 게재됐다. 육 교수는 본 연구에서 뇌혈관 장벽(이하 BBB: Blood-Brain Barrier) 타겟팅이 가능한 락토페린을 나노약물에 결합 한 기술을 활용하여 항산화 및 항염 활성 물질인 레스베라트롤(RSV)를 효과적으로 뇌로 전달하는 새로운 형태의 나노 의약품을 개발했다. 락토페린 결합 나노입자는 먼저 효과적으로 BBB주변에 국소적으로 약물전달체의 농도를 높이게 되고 이는 뇌로의 약물의 전달을 높이게 된다. 효과적으로 전달된 레스베라트롤은 뇌 내 신경 보호효과를 나타내게 되어 파키슨병의 치료 효율을 높였다. 본 연구성과는 교육부의 중견연구자지원사업 ‘한국연구재단 대학중점연구소지원사업 (약물의존장애 핵심 진단기술 개발 및 치료전략 연구)’과 ‘4단계 BK21 사업’ 그리고 한국연구재단 기본연구의 지원을 받아 수행한 연구 결과이다.

최근 세계보건기구(WHO)는 화이자의 경구용 코로나19 치료제인 팍스로비드를 입원 위험이 높은 고위험군에 사용할 것을 강력히 권고했다. 최근 발표된 두 건의 무작위 대조군 연구에서 팍스로비드가 입원 위험도를 85%나 낮춰준다는 연구 결과가 나왔기 때문이다. 입원 위험도가 낮은 환자에게는 이득이 별로 없었지만, 고령층, 면역 저하자, 백신 미접종자에서는 상당한 입원 예방 효과가 있었다. 하지만 백신을 접종하고 코로나19 치료제를 투여에도 고위험군에서는 여전히 중증으로 진행하거나 사망하는 환자가 적지 않기에 과학자들은 차세대 백신과 치료제 개발에 힘을 모으고 있다. 신개념 치료제 가운데 최근 주목받는 기술은 바로 미끼인 디코이를 이용해 바이러스를 무력화시키는 방법이다. 코로나19를 일으키는 SARS-CoV-2 바이러스는 돌기 단백질을 이용해 인체 세포 표면에 있는 ACE2 수용체와 결합한 후 세포 안으로 들어온다. 현재의 코로나19 백신은 대부분 돌기 단백질에 대한 항체를 만들어 바이러스를 중화시키는 방법을 쓴다. 하지만 돌기 단백질은 바이러스에서 가장 변화가 심한 부위로 오미크론 변이처럼 새로운 변이가 등장하면 항체의 중화 능력이 떨어진다는 문제점이 있다. 따라서 과학자들은 아예 ACE2 수용체를 투입해 바이러스를 미끼로 유인하는 대안을 개발했다. 최신 전투기들이 가짜 무기를 이용해 따라오는 미사일을 기만하는 것처럼 바이러스를 미끼로 기만하는 것이다. 바이러스가 어떤 변이를 일으키든 간에 결국은 ACE2 수용체와 결합해야만 세포에 감염된다. ACE2 수용체와의 결합력이 우수한 변이일수록 미끼인 ACE2 디코이에 쉽게 낚여 진짜 인체 세포와 결합하지 못하게 만드는 원리다. 최근 미국 노스웨스턴대 연구팀은 세포외 소포(extracellular vesicles) 기반의 ACE2 디코이 나노입자를 개발했다. 실제 인체에 존재하는 소포체 표면을 ACE2 수용체로 덮어 미끼로 사용하는 것이다. 연구팀에 따르면 ACE2 디코이는 현재까지 보고된 여러 가지 코로나바이러스 변이에 효과적일 뿐 아니라 이론적으로 앞으로 등장할 변이에 대해서도 효과가 우수할 가능성이 높다. 항체를 회피하는 변이라도 ACE2 수용체에는 결합해야 하기 때문이다. 또 연구팀의 디코이 나노입자는 유전자를 조작한 사람 세포에서 만든 것으로 면역 거부 반응을 일으킬 가능성도 작다. 이론적으로 생각하면 디코이 방식의 코로나19 치료제는 다른 치료제와 기전이 다르기 때문에 병합 치료 시 시너지 효과를 기대할 수 있다. 그리고 백신이나 실제 감염에 의한 항체와 시너지 효과가 있을 수 있다. 변이에 의해 결합력이 떨어진다고 해도 항체가 일부 바이러스를 중화한 후 남은 바이러스가 디코이에 결합하면 실제 세포는 더 안전할 수 있기 때문이다. 물론 실제 사람에서 심각한 부작용 없이 효과적으로 모든 변이를 치료할 수 있을지는 이론이 아닌 실제 임상시험을 통해서만 알 수 있다. 디코이 방식의 코로나19 치료제에 대한 연구가 활발한 가운데 실제 임상시험을 통해 효과를 검증하고 도입될 수 있을지 주목된다.

암세포에만 선택적으로 침투해 사멸시키는 새로운 방식의 생화학적 나노머신이 국내 연구진에 의해 개발됐다. 한국과학기술연구원(KIST)은 생체분자인식연구센터 정영도 박사팀이 울산과학기술원 곽상규 교수팀·유자형 교수팀, 퓨전바이오텍의 김채규 박사와 함께 이러한 특성을 지닌 나노머신을 만들었다고 20일 밝혔다. 나노머신은 에너지를 사용해 기계적으로 움직이는 나노 크기의 구조체를 말한다. 연구팀이 개발한 나노머신은 특정 세포 환경에서 접힘, 펴짐 등 분자의 움직임을 통해 세포막을 뚫고 들어간 뒤 암세포를 죽인다는 것이다. 연구팀은 단백질이 거대 구조의 축과 실제 움직이는 부분으로 분리돼있어 축을 중심으로 특정 부분만 의도적으로 움직일 수 있다는 사실에 주목했다. 이에 착안해 2나노미터(㎚) 수준의 나노입자를 축으로 하고 유기 분자를 움직이는 부분으로 설계한 나노머신을 만들었고, 이 나노머신이 세포막을 뚫고 직접 침투할 수 있도록 했다. 개발된 나노머신은 암 세포막을 만나면 접혔다 펴지는 기계적 움직임을 보였고 세포에 직접 침투해 세포소기관을 망가뜨려 사멸을 유도했다.그렇다면 암세포만을 특정해 노릴 수 있도록 하려면 무엇이 필요할까. 연구팀은 나노머신의 기계적 움직임을 더 정교하게 제어하기 위해 낮은 수소이온농도지수(pH) 환경에서만 풀리도록 설계된 걸쇠 분자를 나노 머신에 끼워 넣었다. 연구팀은 “치료용 약물을 전달하는 캡슐형 나노 전달체와 달리 나노머신은 항암제를 사용하지 않고 기계적 움직임을 통해 암세포를 직접 죽이는 방식”이라며 “pH가 높은 정상 세포(pH 7.4 내외)에서는 나노머신의 움직임이 제한돼 세포 안으로 침투할 수 없지만, 암세포 주변(pH 6.8 내외)의 낮은 pH에서는 나노머신의 걸쇠 분자가 풀려 암세포에 침투할 수 있다”고 설명했다. 정 박사는 “단백질이 환경에 따라 형태를 바꿔 생물학적 기능을 수행하는 것에서 아이디어를 얻었다”며 “기존 항암치료의 부작용을 극복할 수 있는 새로운 대안이 될 것”이라고 기대했다. 이번 연구 결과는 미국 화학회지(JACS·Journal of the American Chemical Society) 최신호에 게재됐다.

모더나는 mRNA(메신저 리보핵산)를 체내에 전달하는 핵심 원부자재인 지질나노입자(LNP)의 조성비 특허를 보유한 아뷰터스와의 특허분쟁에서 패해 백신 생산을 위해서는 라이선스를 맺거나 수조원의 침해 비용을 지불해야 한다. 백신 개발에서 원부자재의 중요성을 반영한다. 백신 개발과 생산에 필수적인 핵심 원부자재 16종에 대한 특허를 분석해 연구개발 방향을 설정하거나 핵심 특허에 대한 회피 등 대응 전략 수립에 활용이 기대된다. 특허청은 지난해 mRNA(3종) 백신과 비mRNA(16종) 백신에 대한 특허분석 보고서를 발간한 데 이어 최종 보고서에는 백신 기술 자립을 위한 필수 원부자재에 대한 지식재산 정보를 수록했다. 백신 플랫폼별 제조공정과 공정별 필수 원부자재 정리뿐 아니라 국산화가 필요한 16종에 대한 주요 기업과 기술발전 현황, 라이선스와 특허분쟁 현황, 원천·핵심 특허 228건에 대한 심층분석 결과가 포함됐다. 또 특허분쟁이 우려돼 회피전략이 필요한 원부자재와 특허분쟁 위험성이 낮지만 가격경쟁력·수율 개선 등 개선전략이 필요한 원부자재를 구분해 연구자들이 다양하게 활용할 수 있도록 제시하고 있다. 김지수 특허청 특허심사기획국장은 “자동차용 반도체 품귀로 완제품 생산 차질이 발생한 것처럼 백신 생산 기술을 확보하더라도 필수 원부자재가 하나라도 빠지면 완제품을 생산할 수 없다”며 “백신 자립의 핵심인 원부자재 기술력을 확보할 수 있도록 정보 공유 및 맞춤형 특허전략 지원을 확대해 나가겠다”고 밝혔다.

조신흠 계명대 화학공학전공 교수와 오크리지 국립 연구소가 공동 연구로 빛과 상호 작용할 수 있는 초소형 반도체 나노큐브 정밀 조각 기술을 구현했다. 이와 같은 연구성과는 Phys.org 과학 뉴스와 오크릿지 연구소 뉴스로 소개되며, 더 빠른 컴퓨터 칩과 민감도 높은 광학 소재를 향한 도약이라는 평가를 받고 있다. 조 교수는 전자 현미경 빔으로 원자규모 초미세 구멍을 내 빛의 전자기장 신호를 제어하고 전달하는 패턴 구조를 조립해 냈다. 반도체 나노입자 자가조립구조를 전자 빔으로 조각을 한 초미세 구조 속에는 플라즈몬이라고 하는 전자의 집합적 진동으로 극소 공간에 구속된 강력한 전자파를 발현시켰다. 강력한 전자기파를 구속하는 나노 구조는 사람 머리카락보다 100,000배 더 얇은 나노미터 또는 10억 분의 1미터의 초미세 규모다. 본 연구로 활용된 나노입자는 반도체 재료 기반으로 에너지 조정 가능성의 핵심으로 빛과 전자 두 물리 세계의 장점을 모두 사용할 수 있는 기술이다. 나노 크기 큐브 시스템은 특정 위치에서 빛을 극도로 구속하고, 에너지를 조정 튜닝을 할 수 있게 해 준다. 전자빔으로 나노미터만큼 작은 3차원 구조를 조각하기 위한 이전 작업을 기반으로 플라즈몬 효과와 구조가 조각될 수 있음을 증명하고 있다. 주석과 불소로 도핑된 산화인듐으로, 금속처럼 행동하는 투명 반도체 소재로 만들어진 나노 큐브를 사용해 플라즈몬 나노회로에서 빛의 흐름을 지시할 수 있는 구조를 궁극적으로 대량 생산하는 데 필요한 기초적인 이해를 도울 것으로 보인다. 조 교수는 “1nm 이하 구조는 난제로 남아있지만, 본 연구를 통해 대량 1nm 나노구조 틈(gap)을 실현하기 위해 나노입자 자가조립 기법을 활용. 초미세 공정을 확장하여 전자 빔 조각 기법으로 미세 광회로 등 원하는 구조를 디자인할 수 있는 기술을 고안하게 됐다”고 연구 취지를 설명했다

영화 해리포터에 나오는 ‘투명망토’가 현실에서도 나올 가능성이 높아졌다. 국내 연구진이 굴절률을 제어해 빛의 경로를 조절하는 방식으로 투명 망토 제작을 가능하게 하는 ‘벌크 메타물질’을 구현하는데 성공했기 때문이다. 7일 한국연구재단은 서울대 정인 교수 연구팀 등이 음굴절하는 빛의 파장대를 정밀하게 조절할 수 있는 방식을 구현했다고 밝혔다. 메타물질이란? 메타는 ‘존재하지 않는’ ‘가상의’ ‘초월한’이란 뜻의 그리스어에서 나온 말이다. 메타물질은 자연계에 존재하지 않으며 인간이 만들어낸 새로운 성질을 가진 물질들을 총칭한다. 학술적으로는 자연에서 얻은 물질에서는 관찰되지 않는 성질을 가지도록 인공적으로 배열 및 설계한 물질을 뜻한다. 특히 빛‧에너지의 파장보다 작은 인공원자들로 이루어진 구조들의 집합체를 통칭한다. 메타물질은 이로 인해 빛과 국소적인 상호작용을 일으키며 빛의 위상, 세기, 진행 방향 등과 같은 다양한 특성을 변화시킨다. 새로운 광학 특성을 가진 메타물질은 무궁무진한 상상 속 기술을 구현할 수 있는 미래혁신소재 플랫폼으로 기대를 받고 있다. 메타물질은 빛을 일반적인 굴절 방향과 다른 쪽으로 휘도록 하는 ‘음굴절’과 빛의 파장보다 작은 초점을 만드는 등 특이 성질을 보인다. 실제로 음굴절이 구현되면 투명 망토, 빛의 파장보다 작은 초점, 초고해상도 이미징, 빛 경로 제어, 초고성능 센서 등에 응용할 수 있다.한국연구재단, 굴절률 제어해 빛 경로 조절하는 방식 적용 연구팀은 나노물질인 질화 보론과 흑연층이 자발적으로 교차해 쌓이는 합성법을 개발했다. 이들 분말을 벽돌처럼 찍어 잘라낸 벌크 소재(자연계에 일반적으로 존재하는 길이 100㎚ 이상의 눈으로 관측되는 물질)는 3차원 모든 방향에서 음굴절 등 자연계에 존재하지 않는 광학적 성질을 보일 수 있는 ‘하이퍼볼릭 메타물질’ 성질을 나타냈다. 눈에 보이지 않는 작은 크기의 나노 소재가 아닌 사람 눈으로 볼 수 있는 크기의 벌크 소재 형태로는 처음 구현된 메타물질이다. 평면 방향뿐만 아니라 모든 방향에서 들어오는 빛을 음굴절시키는 데다 파장대도 정밀하게 조율할 수 있다. 메타물질 여러 개를 이어 붙여 망토를 만들고, 망토의 빛 굴절률을 정밀 제어하면 투명 망토도 가능해진다는 것이다. 지금까지는 매우 작은 금속을 초고난도 특수 세공 기술로 가공해 나노 크기의 메타물질을 구현해 왔다. 구조 설계·변형이 어려운 기존 방식으로는 다양한 메타물질을 구현하거나 성질을 제어하는 데 어려움을 겪어 왔다. 연구팀은 “질화 보론과 흑연을 섞는 비율, 두께 등이 벌크 메타물질의 성질을 결정하는데 이는 메타성질을 화학적으로 제어한 최초의 결과”라면서 “투명 망토, 나노입자도 볼 수 있는 초고해상도 이미징 등의 실마리가 될 수 있을 것”이라고 전했다.

코로나19 상황이 길어지면서 위생, 감염, 편리함 등의 이유로 일회용 플라스틱 용기 사용이 급증했다. 이 때문에 플라스틱 폐기물이 증가하는 동시에 이것들이 분해돼 잘게 쪼개지면서 발생하는 미세플라스틱의 공습도 만만찮다. 이런 가운데 국내 연구진이 우리 밥상에 오르는 다양한 농작물도 초미세플라스틱 오염에 안전하지 않다는 충격적인 연구결과를 내놨다. 한국화학연구원 안전성평가연구소, 한국과학기술연구원(KIST), 포스텍 공동연구팀은 초미세플라스틱과 중금속 등이 섞인 복합오염 토양에서 자란 식물체에는 초미세플라스틱이 뿌리를 통해 흡수되고 더 잘게 쪼개져 축적될 수 있다고 16일 밝혔다. 이번 연구결과는 영국왕립화학회에서 발행하는 화학분야 국제학술지 ‘환경과학-나노’ 표지논문으로 실렸다. 미세플라스틱은 크기 5㎜ 이하 합성고분자화합물이며 100㎚(나노미터) 이하는 초미세플라스틱으로 구분한다. 생성 방법에 따라 1차 미세플라스틱, 2차 미세플라스틱으로 구분된다. 1차 미세플라스틱은 세안제나 치약 등에 들어간 미세한 스크럽제처럼 미세플라스틱 형태로 만들어진 것을 말하고 2차 미세플라스틱은 플라스틱 제품 사용과정이나 버려진 뒤 조각나고 파편화된 것을 말한다. 이번 연구에 앞서 상추, 밀 같은 농작물 내부로 초미세플라스틱이 흡수될 수 있다는 연구결과가 발표되기도 했다. 이번 연구에서는 식물 내부로 2차 미세플라스틱이 쉽게 흡수되고 복합오염된 토양 속에 있는 중금속 성분은 일반 중금속 오염 토양보다 15% 가량 더 많이 흡수된다고 밝혀졌다. 연구팀은 중금속인 카드뮴과 폴리스티렌(PS) 나노입자로 복합오염시킨 토양에서 애기장대라는 식물을 키우는 실험을 했다. 21일 뒤 뿌리와 잎의 횡단면 세포를 투과전자현미경으로 관찰했다. 그 결과 세포내 초미세플라스틱 입자 크기는 평균 30㎚로 땅 속에 처음 집어넣은 50㎚보다 작고 입자가 더 거칠게 변화된 것이 확인됐다. 이는 식물 대사작용을 통해 초미세플라스틱이 더 잘게 쪼개졌다는 것을 의미한다. 이렇게 잘게 쪼개진 초미세플라스틱은 인체에 유입될 경우 세포 속에 축적될 가능성도 크다. 국내 농작물 재배시 햇빛을 차단해 온도유지, 증발산 감소, 잡초방제 등을 위해 흙 위에 덮는 까맣고 얍은 플라스틱 필름(멀칭필름)이 연간 70만t 가량 쓰이고 있는데 미세화돼 땅 속에 유입되고 축적되는 것으로 알려져 있다. 안전성평가연구소 환경독성영향연구센터 윤학원 박사는 “이번 연구는 다양한 오염물질로 복합오염된 토양에서 경작된 농작물이 먹이사슬 최상위 포식자인 인간에게 유해한 영향을 줄 수 있다는 것을 명확히 보여주고 있다”라며 “이번 연구를 근거로 국내 유통 농산물의 초미세플라스틱 흡수와 오염도 조사가 필요하다”라고 말했다.

신종 코로나바이러스 감염증(코로나19) 예방 백신 접종자 근처에 가면 가려움증이 생기거나 두통을 겪는 등 이상 증상이 발생한다는 주장이 일부 미접종자 사이에서 확산되고 있다. 최근 ‘코로나 백신 부작용 피해자 모임’ 등 일부 온라인 커뮤니티에는 코로나19 백신 ‘쉐딩(Shedding) 현상’을 경험하고 있다는 글이 다수 올라왔다. 쉐딩 현상은 백신 접종자들이 바이러스 입자를 방출해 미접종자에게 가려움증이나 염증, 두통, 생리불순 등 이상 증상을 유발하는 것으로, 일부 미접종자들이 내놓은 주장이다. 이밖에도 백신 접종자 근처에서 블루투스를 켜면 백신 접종자의 수만큼 정체불명의 기기가 연결된다는 근거 없는 주장까지 나오고 있다. 미접종자 A씨는 지난달 30일 온라인 커뮤니티에 글을 올려 “모더나 맞은 학원 수강생분과 오랫동안 차 한 잔 마셨는데 얼굴이 얼얼하다. 수강생분이 저를 보고 이야기한 방향으로 뭔가 TV 끌 때 전자파 파장 있는 것처럼 느껴진다”고 주장했다. 또 다른 미접종자 B씨는 “화이자 접종한 사람들 근처에 있으면 극도의 가려움증을 느낀다”며 “특유의 느낌만으로 근처에 화이자 접종자가 있구나 하고 예측할 수 있을 정도”라고 증상을 호소했다. 해당 커뮤니티에는 백신 접종자가 구충제 ‘이버멕틴’이나 솔잎차, 비타민 C와 D를 섭취해 독소 배출을 차단해야 한다거나 백신 접종을 한 후 한의원에 가 피를 뽑아내야 한다는 글까지 확산되고 있는 상황이다. 해당 현상과 관련 미국 질병예방통제센터(CDC)는 홈페이지를 통해 “백신 배출 현상은 살아있는 균을 쓰는 백신에서는 발생할 가능성이 있지만 미국에서 현재 사용 승인하고 있는 코로나 백신은 해당 없다”고 밝힌 바 있다. 생리 주기가 변한다는 주장에 대해서도 “코로나19 백신을 맞은 사람과 가까이 있어도 생리 주기에 영향을 받을 수 없다. 스트레스, 수면 문제, 식단이나 운동 변화 등 많은 것들이 월경 주기에 영향을 줄 수 있다”고 일축했다. 앞서 AP통신은 지난 4월 “코로나19 백신 불신론자들에 의해 백신 접종을 받은 사람과 물리적으로 가까이 있는 것만으로도 생리 주기의 변화나 유산을 경험할 수 있다는 음모론이 온라인에 퍼지고 있다. 하지만 코로나19 예방 접종을 받은 사람이 백신을 접종 받지 않은 사람에게 백신을 전파하는 것은 생물학적으로 불가능하다”고 밝힌 바 있다. 현재 우리나라에서 접종 진행 중인 4종 백신은 살아있는 균을 사용하지 않는다. 아스트라제네카(AZ)와 얀센은 변형된 바이러스를 전달체로 사용하는 바이러스 벡터 백신이며, 화이자와 모더나는 항체 생성을 유도하는 물질을 지질나노입자 안에 담아 인체에 전달하는 방식인 mRNA 백신이다.

중국의 과학자들이 코로나19 발생 전 전염성이 강한 변종 코로나바이러스를 만들 계획을 세우고 트럼프 행정부 산하 기관에 연구비 지원을 요청한 사실이 최근 폭로된 것과 관련해 세계보건기구(WHO)의 한 전문가가 관련 문건 속 연구 과정대로 실험을 진행하면 자연계에 뚜렷한 조상이 없는 코로나바이러스를 만들어낼 수 있었을 것이라고 지적했다. 영국 일간 텔레그래프 5일자 보도에 따르면, 익명을 요구한 WHO 전문가는 이 문서는 왜 자연에서 Sars-CoV-2(코로나19 바이러스)와 밀접하게 닮은 바이러스를 지금까지 발견하지 못하고 있는지를 설명할 수 있다고 밝혔다. 현재 코로나19 바이러스와 가장 가까운 자연 유래 바이러스는 지난달 라오스에서 보고된 Banal-52 바이러스다. 이는 코로나19 바이러스와 게놈이 96.8% 정도 일치하긴 하지만, 염기 서열이 99.98% 정도 일치하는 ‘직계 조상’급 바이러스는 여전히 발견되지 않고 있다고 텔레그래프는 지적했다. 이에 대해 WHO 전문가는 또 “문서에 상세히 기술된 연구 과정은 어떤 자연 유래 바이러스와도 100% 일치하는 것이 아닌 새로운 바이러스 염기 서열을 만들어낼 것”이라고 지적하면서 “그러면 그 연구팀은 염기 서열에서 바이러스 게놈을 합성해 자연에 존재하지 않지만 자연적으로 발생한 것처럼 보이는 바이러스 게놈을 만들어냈 수 있었을 것”이라고 설명했다. 텔레그래프 등 영국 언론들은 최근 코로나19의 기원을 조사하기 위해 전 세계 여러 과학자가 협력해 만든 웹 기반 조사팀 ‘드래스틱’이 공개한 해당 문서를 바탕으로 중국의 우한 바이러스연구소(이하 우한연구소)가 코로나바이러스 조작 연구를 미국에 제안했었다고 전했다. 당시 보도에서 우한연구소의 과학자들은 코로나19가 처음으로 발생하기 18개월 전 박쥐 코로나바이러스의 새로운 ‘키메라 스파이크 단백질’을 포함한 피부 침투 나노입자를 윈난성의 동굴 박쥐에 전파할 계획을 세웠던 것으로 드러났다. 이들 연구자는 또 인간을 더 쉽게 감염시킬 수 있도록 유전적으로 강화된 키메라 바이러스를 만들 계획도 세운 뒤 미국 국방부 산하 국방고등연구계획국(DARPA)에 연구비 약 160여억 원의 지원을 요청하기도 했었다.이런 제안은 우한연구소와 밀접하게 일했던 피터 다작 ‘에코헬스 얼라이언스’ 대표가 제출한 것으로 밝혀진 바 있다. 해당 연구팀에는 ‘박쥐 우먼’으로 불리는 우한연구소 소속 스정리 박사도 포함된 것으로 드러나 논란이 일기도 했다. 하지만 국방고등연구계획국은 “제안한 과제는 지역 사회를 위험에 빠뜨릴 것이 명백하다”는 등 이유로 연구비 지원을 거절했던 것으로 알려졌다. 한편 미국에서는 문제의 요청서에 요약된 실험 연구와 유사한 연구에 지난 2018년 연구비를 지원한 사실이 얼마 전에 드러났다. 미국 비영리 탐사보도 매체 디인터셉터는 코로나19 기원을 파헤치기 위해 정보공개법(FOI) 요청으로 입수한 문건에서 미 국립보건원(NIH)이 2014년부터 5년간 코로나바이러스 연구에 연간 66만6000달러, 5년간 총 330만 달러의 보조금을 지원하는 데 승인했다고 밝혔다.

중국 과학자들이 신종 코로나바이러스 감염증(코로나19) 발생 전 전염성이 강한 변종 코로나바이러스를 만들 계획을 세우고 트럼프 행정부 산하 기관에 연구비 지원도 요청한 것으로 드러났다. 22일 영국 일간 텔레그래프는 코로나19 기원 조사를 위해 전 세계 과학자들이 만든 웹 기반 조사팀 드래스틱이 공개한 문서를 인용해 이같이 보도했다. 보도에 따르면 중국 우한연구소 과학자들은 코로나19가 처음으로 발생하기 18개월 전, 박쥐 코로나바이러스의 새로운 ‘키메라 스파이크 단백질’을 포함한 피부 침투 나노입자를 윈난성의 동굴 박쥐에 전파할 계획을 세웠다. 또 그들은 인간을 더 쉽게 감염시킬 수 있도록 유전적으로 강화된 키메라 바이러스를 만들 계획도 세운 뒤 미국 국방부 산하 국방고등연구계획국(DARPA)에 연구비 1400만 달러(한화 165억 7600만원) 지원을 요청하기도 했다고 밝혔다. 해당 연구팀에는 ‘박쥐 우먼’으로 불리는 우한연구소 소속 스정리 박사도 포함된 것으로 드러났다. 이 같은 제안은 우한연구소와 밀접하게 일했던 피터 다작 ‘에코헬스 얼라이언스’ 대표가 제출한 것으로 나타났다.美국방부 산하 기관에 연구비 지원 제안했다 거절당해 DARPA는 “제안한 과제는 지역 사회를 위험에 빠뜨릴 것이 명백하다”는 등 이유로 연구자금 지원을 거절했다고 전해졌다. 당시 연구팀은 박쥐 코로나바이러스에 인간 특유의 분절 부위를 삽입하기를 원했던 것으로 나타났다. 현재 델타 변이가 강력한 전염력을 갖게 만든 유력한 후보 중 하나로 꼽히는 요인이 바이러스의 스파이크 단백질 내 ‘퓨린분절부위’다. 퓨린분절부위는 현재 알파와 델타 변이에서 모두 나타난다. 이에 옌리멍 홍콩대 공중보건대학 박사는 “퓨린분절부위는 자연적으로는 만들어질 수 없는 것”이라며 코로나19의 우한 연구소 기원설을 제기했다. 익명을 요청한 세계보건기구(WHO) 코로나19 연구원은 “두려운 부분은 그들이 전염성 키메라 메르스(MERS·중동호흡기증후군) 바이러스를 만들고 있었다는 것”이라며 “이러한 바이러스의 치사율은 30％ 이상으로 사스코로나바이러스-2보다 최소 10배 이상 치명적이다”고 밝혔다.美정보기관, 코로나19 우한기원설 결론 못내 최근 공개된 미국 18개 정보기관이 작성한 보고서에서는 코로나19가 생물학 무기로 개발됐을 가능성은 배제됐다. 코로나19가 중국 우한연구소에서 만들어진 것인지, 아니면 바이러스에 감염된 동물로부터 인간에게 전염된 것인지에 관해서는 명확한 결론을 내리지 못한 것이다. 최근 월스트리트저널(WSJ)에 따르면 미 정보당국이 조 바이든 대통령이 지시한 코로나19 기원 재조사에서 ‘자연발생설’과 ‘중국 우한 실험실 유출설’에 대해 결론을 내리지 못했다. 바이든 대통령은 이 같은 내용의 보고를 받았으며, 정보당국이 이 보고서 내용을 대중에 공개하기 위해 며칠 내 기밀 해제를 추진할 계획이라고 밝혔다. 바이든 대통령은 앞서 지난 5월26일 미 중앙정보국(CIA) 등 정보당국에 “최종적인 결론에 도달할 수 있도록 노력을 배가하라”며 코로나19 기원에 대한 재조사를 지시한 바 있다. 당시 바이든 대통령은 재조사가 코로나19 종식과 다음 팬데믹(대유행)에 효과적으로 대비하기 위한 것이라고 했지만 대중 강경책의 일환이란 해석이 나오기도 했다.중국 “다른 국가의 실험실 조사가 실시돼야 한다”…美기원설 주장 앞서 세계보건기구(WHO)는 중국 현지조사를 마친 뒤 지난 3월 코로나19가 우한 연구소에서 기원했을 가능성은 낮고 자연발생적일 가능성이 크다고 밝혔다. WHO는 더 정확한 결론을 위해 추가 조사가 필요하다고 덧붙였다. 하지만 중국 정부는 WHO의 재조사 요구를 받아 들이지 않겠다고 거부한 바 있다. 중국은 오히려 코로나19의 미국 기원설을 주장한다. 량완녠 WHO 코로나19 1단계 기원 조사팀 중국 측 팀장은 “중국 실험실 누출 이론은 가능성이 매우 희박하다. 다른 국가의 실험실 조사가 실시돼야 한다”면서 미군 포트 데트릭 연구소 조사 필요성을 언급했다.

약물을 삼키거나 주사를 했을 때 위치를 알려주고 작용속도까지 전달할 수 있는 다기능 약물전달체 기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다. 카이스트 생명화학공학과, 중앙대 화학과, 가천대 바이오나노과학과 공동연구팀은 중금속 흡착 단백질을 이용한 금속 나노입자 생합성기술을 개발하고 이를 활용한 위치 영상화 가능 약물전달체를 개발했다고 7일 밝혔다. 이번 연구결과는 미국 화학회에서 발행하는 재료과학 분야 국제학술지 ‘ACS 어플라이드 머티리얼즈 앤드 인터페이시스’에 실렸다. 현재 금속 나노입자를 합성할 때 쓰이는 방법으로는 생체 독성이 있어 동물이나 사람에게 사용하기 어렵다. 이런 문제를 해결하기 위해 단백질을 미생물 내에서 과발현시켜 금속 나노입자를 생합성시키는 기술이 개발됐지만 나노입자를 만들기 위해 미생물이 받아들일 수 있는 금속의 종류나 농도가 제한된다. 이에 연구팀은 대장균에 중금속 흡착 단백질을 만들 수 있는 유전체의 일종인 플라스미드를 형질전환시켜 삽입한 뒤 단백질을 과발현시켰다. 그 다음 과발현된 단백질을 하이드로젤의 일종인 알지네이트 젤에 포집해 활성을 안정화시키는데 성공했다. 중금속 흡착 단백질을 포집한 알지네이트 젤은 다양한 종류의 금속 이온을 30분 이내로 빠르게 고농도로 흡착, 환원시켜 금, 은, 자성 나노입자, 양자점 나노입자 등 다양한 종류의 금속 나노입자를 고농도로 생합성할 수 있다는 것이 확인됐다. 연구팀은 항암제 같은 약물과 중금속 흡착 단백질을 알지네이트 젤에 동시에 포집한 뒤 높은 형광을 나타내는 양자점 나노입자를 젤 내부에 합성함으로써 형광으로 위치 추적이 가능하도록 했다. 또 약물이 장시간에 걸쳐 서서히 방출되는 서방형 다기능 약물 전달체를 만들 수 있다는 것을 제시했다. 실제로 연구팀은 항암제와 녹색 형광을 드러내는 카드뮴 셀레나이드, 파란색 형광을 보이는 유로피움 셀레나이드로 이루어진 양자점을 동시에 포집한 약물전달체를 실험용 생쥐에게 먹인 뒤 약물 전달체의 위치를 영상으로 추적할 수 있다는 사실도 확인했다. 카이스트 생명화학공학과 박현규 교수는 “이번에 개발된 물질은 독성 걱정 없이 고속, 고농도로 다양한 금속 나노입자를 생합성할 수 있고 동시에 약물의 서방형 방출이 가능하기 때문에 위치 추적이 가능한 약물전달체에 응용할 수 있다”고 설명했다.

국내 연구진이 피 뽑지 않고 눈물만으로도 혈당을 측정할 수 있는 당뇨관리 기술을 개발해 주목받고 있다. 광주과학기술원(GIST) 의생명공학과 정의헌 교수와 한양대 생명공학과 이동윤 교수가 주도하고 강동경희대병원, 미국 매사추세츠종합병원 연구진이 참여한 공동연구팀은 인체에 무해하고 전극이 필요없는 스마트 콘택트렌즈로 혈당을 측정할 수 있는 기술을 개발했다고 30일 밝혔다. 이번 연구결과는 나노과학 분야 국제학술지 ‘나노 레터스’에 실렸다. 당뇨환자들은 식사 후 손가락 끝을 바늘로 찔러 혈액을 채취해 혈당을 측정한다. 혈당 측정을 위해 수시로 손가락을 찌르는 것은 육체적, 심리적 부담감을 줄 뿐만 아니라 바늘을 통한 감염 같은 부작용이 발생하는 경우도 있다. 연구팀은 당뇨 환자의 경우 혈중 포도당 수치가 높아지면 땀이나 눈물, 소변 등 다른 체액에서도 포도당 수치가 높아지며 특히 눈물이 다른 체액들에 비해 질병 상태와 상관관계가 높다는 점에 착안했다. 연구팀은 눈물 속 포도당 농도에 따라 렌즈 속 나노입자가 색깔이 변하는 스마트 콘택트렌즈를 개발했다. 또 색변화 정도를 정밀하게 촬영할 수 있는 시스템과 안구의 흔들림에 따른 측정오차를 최소화할 수 있는 안구추적 알고리즘도 개발했다. 이번에 개발된 스마트 콘택트렌즈는 전극이 없고 인체에 무해한 나노입자의 색깔 변화를 카메라를 통해 정량적으로 분석할 수 있으며 이 모든 것을 스마트폰과 연계해 사용할 수 있다는 장점까지 갖고 있다. 정의헌 GIST 교수는 “이번 기술은 환자들의 부담을 높이는 기존 당뇨 진단방식을 개선할 수 있다는 점이 가장 큰 장점”이라며 “앞으로 딥러닝 기술과 바이오빅데이터 활용 기술을 결합시키면 보다 정확한 당뇨측정이 가능할 것”이라고 말했다.

DGIST 에너지공학과 이종수 교수 연구팀은 높은 색재현율을 갖는 녹색발광 비카드뮴 양자점 합성기술을 개발했다. 이번에 개발된 양자점 소재는 차세대 디스플레이를 포함한 AR/VR 등 다양한 광전소자에 활용될 수 있을 것으로 기대된다 양자점(Quantum Dot)은 머리카락 굵기의 수만 분의 1에 불과한 초미세 나노 크기 반도체 나노입자다. 특히 자연색을 그대로 재현할 만큼 높은 색 재현력을 갖고 있어 초고화질 디스플레이에 적용되는 HDR(High Dynamic Range) 기술에 최적화된 소재다. 여기에 다른 발광체보다 색 순도와 광 안정성이 높아, 차세대 디스플레이를 포함한 다양한 광전소자 분야에서 꿈의 신소재로 각광받고 있다. 이 때, 양자점의 발광파장의 반치폭이 좁을수록 높은 색 재현력를 갖게 되는데, 현재까지는 녹색발광 비카드뮴 양자점의 발광피크 반치폭은 35nm가 한계였다. 이종수 교수팀은 승온법을 이용, InP계 양자점 합성공정을 최적화 했으며, 염화아연(ZnCl2)과 옥타놀(1-Octanol)을 이용해 양자점 표면의 안정화 처리를 진행해 양자점 발광파장의 반치폭을 33nm이하로 줄이는데 성공했다. 또한 양자효율 80%이상 달성과 더불어 기존 양자점과 동일한 수준의 안정성 확보에도 성공하며 양자점을 정제하는 과정에서 발생하던 양자효율 손실 및 안정화 감소의 문제도 해결했다. 이 교수는 “이번 연구는 비카드뮴계 양자점의 한계로 알려진 30nm 이하의 발광피크 반치폭이 가능하다는것을 증명한 연구”라며 “향후 후속 연구를 통해 30nm이하의 발광 반치폭과 함께 100%에 근접하는 양자효율을 갖는 친환경 양자점 개발을 진행해 차세대 디스플레이 및 관련 산업분야에 기여하고자 한다”고 말했다. 이번 결과는 한국연구재단에서 지원하는 중견연구자지원사업 및 대구경북과학기술원 그랜드챌린지연구혁신프로젝트(Pre-CoE) 초연결미래소자밸리트로닉스 연구단 지원을 통하여 수행되었으며, 재료화학분야의 최고 권위있는 학회지중의 하나인 재료화학(Chemistry of Materials)에 5월 28일 지면에 게재됐다.