기후 변화로 세상이 급격히 더워지면서 인류가 직면한 여러 문제 중 한 가지는 폭염을 견뎌야 하는 것일지도 모르겠다. 그런데 최근 중국에서 일반 섬유로 만든 옷보다 체온을 5℃까지 낮출 수 있는 옷감을 개발했다는 소식이 전해졌다. 13일(현지시간) 사이언스얼러트 등 과학매체 보도에 따르면, 중국 화중과기대 연구진은 햇빛과 열을 현저하게 반사해 인체를 더욱더 시원하게 유지하는데 도움을 줄 잠재력을 지닌 신소재를 개발했다. 햇빛으로부터 신체를 보호하기 위해 많은 사람은 밝은색 옷을 입는데 여기에는 가시광선과 근적외선을 반사해 체온이 오르는 현상을 막는 효과가 있다. 하지만 근적외선의 경우 물 분자에 흡수돼 신체 주변의 공기를 가열하는 문제가 있어 냉각 효과는 미미한 것이 현실이다. 이에 따라 현지 연구진은 폴리젖산과 합성섬유로 만든 두께 550㎛ 직물에 이산화티타늄 나노입자를 혼합한 뒤 이를 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 박막으로 덮은 새로운 섬유를 만들어냈다. 이 새로운 직물은 일반적인 흰색 천처럼 보이지만, 가시광선과 자외선만이 아니라 중적외선을 반사하는 기능을 지녀 근적외선을 반사하는 것과 비슷한 효과를 얻을 수 있는 것으로 전해졌다.연구진은 ‘메타 패브릭’이라고 이름 붙인 이 새로운 섬유의 효과를 검증하기 위해 절반은 메타 패브릭, 나머지 절반은 순면으로 된 조끼를 제작해 자원봉사 대학원생에게 입게 하고 직사광선 아래서 1시간 동안 있게 했다. 그리고 조끼의 온도를 열화상 카메라로 측정했다. 그 결과, 메타 패브릭으로 만든 우측 절반의 온도는 33.4℃, 시판 중인 면으로 만든 좌측 절반은 36.4℃로 3℃ 정도 차이가 나는 것으로 나타났다. 이들 연구자는 또 조끼 안쪽에 설치한 온도 센서로 피부의 온도를 측정했는데 더운 날씨에 1시간 동안 있던 것으로 면으로 된 조끼 쪽 피부는 31℃에서 37℃까지 상승했지만 메타 패브릭으로 만든 조끼 쪽 피부는 31℃에서 32℃까지 상승해 그 차이는 5℃나 되는 것으로 확인됐다. 이밖에도 더운 날씨에 방치한 자동차를 이용한 실험도 시행했다. 메타 패브릭으로 차를 덮으면 덮개를 씌우지 않은 차보다 약 30℃, 시판 자동차용 커퍼를 사용한 차보다 약 27℃까지 온도가 낮아지는 효과를 얻을 수 있었다. 연구진에 따르면 메타 패브릭은 일반 섬유와 같은 시설에서도 옷으로 가공할 수 있고, 제조 원가도 일반 의류보다 10% 정도밖에 높지 않다. 이에 따라 연구진은 논문에서 “신소재 실험 결과는 이 소재가 스마트 섬유와 햇빛 차단용 제품, 물류 분야 등 다양한 용도로 응용할 큰 가능성을 보여준다”면서 “조만간 새로운 소재로 된 옷을 출시할 수 있을 것”이라고 내다봤다. 자세한 연구 결과는 세계적 학술지 ‘사이언스’ 최신호(7월 8일자)에 실렸다.

2020년에 시작된 코로나19 대유행도 나름대로 마무리가 돼 가고 있다. 예상보다 백신 개발이 빠르게 이루어진 덕분이다. 안타까운 건, 그 반작용으로 국내 제약업계가 조롱의 대상으로 전락했다는 점이다. 일부 제약사에서 호언장담하던 ‘국산 치료제’와 ‘국산 백신’이 실제로 나오기는 하느냐는 빈정거림이 있다. 그 비난에도 일리는 있다. 허황된 계획으로 치료제를 만들겠다던 제약사들, 달콤한 사탕발림에 속은 정치인들이 K바이오라는 기이한 신조어를 만들어 기대감을 증폭시켰기 때문이다. 그런데 정작 국내 제약업계가 가진 진정한 강점은 부풀려진 신약 개발 역량이라기보단 바이오의약품 제조 역량에 있다. K바이오에 대한 찬미건 질타건 간에 애초에 둘 다 번지수를 잘못 찾았다는 것이다.●제약업계 ‘샌드위치 위기론’ 깬 바이오의약품 한국은 주요 선진국 중에서도 유독 제조업이 차지하는 비중이 높다. 2019년 기준 국내총생산(GDP)의 27.7%가 제조업에서 발생했다. 산업구조가 다른 미국(11.6%)이나 영국(9.6%)은 물론 비슷한 산업구조를 가진 독일(21.6%)이나 일본(20.8%)보다도 확연히 높은 수치다. 제조업 비중이 높은 한국 산업구조는 코로나19 대유행 시기 실물경제를 지탱하는 데 도움이 됐지만, 사실 15년여 전부터 높은 제조업 비중은 개선해야 할 현상으로 지목됐다. 높은 기술력이 필요한 제품에서는 북미나 유럽의 선진 기업을 뛰어넘지 못하고, 가격경쟁력이 중요한 중·저위기술 제품에서는 중국이나 여타 개발도상국의 추격을 떨쳐내지 못해 한국 기업들이 고사하리란 ‘샌드위치 위기론’이 횡행한 탓이다. 의약품 제조업인 제약업도 상황이 크게 다르지는 않았다. 의약품 밸류체인의 가장 밑바닥인 원료 의약품 생산은 이미 중국, 인도 등의 국가가 차지한 지 오래였고 굳건한 건강보험 제도가 시민의 의료지출을 억제해 주니 내수시장은 상방 한계도 명확했다. 산업적 관점에서는 큰 위험부담을 지고 신약 개발에 투자하는 것 외에 뾰족한 성장 전략이 없던 것이다. 그렇지만 고작 20조원대의 내수시장을 분점하는 국내 제약사들이 연매출 수십조원짜리 글로벌 다국적 제약사들과 신약 개발에서 경쟁한다는 건 현실적으로 어려운 일이다. 그래서 아주 드물게 나오는 일부 성공사례들 외에는 신약 개발의 높은 벽을 넘는 회사가 없었다. 후발주자에게는 추격당하고 고부가가치 제조업으로 전환하는 것에도 실패했던 것이다. 이런 제약업계의 난처한 상황이 바뀌게 된 건 바이오의약품의 시장 비중이 폭발적으로 증가하면서다. 바이오의약품이란 ‘생물체에서 유래하거나 추출한 약용 물질’이라고 할 수 있다. 정의에서 알 수 있듯 범주가 매우 넓은데, 그중 최근에 주목을 받는 건 바이오의약품의 한 분류군인 항체의약품이다. 생소한 명칭이겠으나 원리는 단순하다. 항체의약품은 외부에서 침입한 미생물을 정확히 타격하는 항체의 성질을 그대로 빌려, 인체의 신호체계에서 주요한 역할을 담당하는 신호 수용체에 결합하는 항체를 인위적으로 만들어 낸 것이다. 항체를 이용해 이런 수용체들을 차단함으로써, 기존에 사용하던 화학합성 의약품보다 더 정확하고 엄밀하게 인체의 생리작용을 조절할 수 있게 된 것이다. 최근 미국 식품의약국(FDA)에서 허가를 받은 세계 최초의 치매치료제 아두카누맙도 이런 항체의 성질에 빚을 지고 있다. 이처럼 항체의약품의 장점은 막대하지만, 그만큼 단점도 뚜렷하다. 생산과정이 기존 의약품보다 무척 까다롭기 때문이다. 그 까다로움 덕분에 한국 제약업계가 새로운 기회를 거머쥐게 됐다. ●민감한 ‘와인’ 같은 바이오의약품 바이오의약품 생산이 까다로운 이유는 일반적인 화학합성 의약품 생산과 달리 생산과정에서 생물체를 이용하기 때문이다. 화학합성 의약품은 기업마다 수율(yield)에 따른 생산단가의 차이는 발생할 수 있지만, 정해진 조건에 따라 화학 공정을 진행하면 얻어지는 결과물은 같다. 인도의 무허가 불법 의약품 공장에서 찍어낸 복제약도 의약품 순도(purity)의 측면에서 문제가 발생할 여지는 있어도, 만들어진 약물은 원래의 약과 동일한 효과를 낼 수 있다. 철저하게 모든 변인이 통제되는 화학 공정의 산물이다 보니 일반적인 공산품과 유사하게 재현성이 무척 높은 것이다. 그렇지만 바이오의약품은 인간이 생산하는 것이 아니라, 인간이 키우는 생물체에서 생산된다. 최첨단 공장에서 생산되긴 하지만 본질적으로는 ‘제조’가 아니라 ‘목축’에 가까운 일이다. 제약사가 바이오의약품을 생산하는 과정은 이렇다. 원하는 바이오의약품을 생산하도록 유전적으로 개량된 세포 수십억 개를 거대한 배양 탱크에 넣고 최적의 조건을 유지하며 세포들을 키우면, 세포들은 원하는 바이오의약품을 생산해 낸다. 이를 수확해서 이물질을 제거하고 잘 정제하면 최종적으로 원하는 약품의 형태로 가공이 된다. 문제는 이 과정이 무척이나 민감하다는 것이다. 와인 제조를 위해 동일한 품종의 포도를 키우더라도 토양에 따라, 일조량 등의 기후조건에 따라 와인의 독특한 향미인 테루아는 매해 조금씩 달라지는 것과 비슷하다. 와인 애호가들에게는 그 자체가 하나의 음미 요소겠지만, 균일한 의약품을 생산해야 하는 바이오의약품 생산에서는 공정 조건의 미세한 변화로도 제품의 질이 달라지는 게 무척 큰 난관이다. 같은 공장에서 생산하는 바이오의약품도 재현성을 유지하는 데 애를 먹다 보니, 가격경쟁력 하나만 보고 기술 수준이 낮은 개발도상국에 생산을 외주화하긴 힘들다. 그런데 기술적 역량을 갖추고도 주요 선진국에 비해 충분한 가격경쟁력을 가진 곳이 바로 한국이었다. 국내에서는 2005년 셀트리온이 미국 BMS사와 바이오의약품 위탁생산 계약을 맺고 대규모 바이오의약품 생산전용 공장을 설립한 것을 시작으로 2011년부터 삼성바이오로직스가 대규모 바이오의약품 생산 확충을 시작해 2021년 기준 단일 기업으로는 세계 최대 수준의 바이오의약품 생산역량을 확보했다. 이는 구체적인 수치로도 드러나는데, 2015년 기준 국내 의약품 생산량의 20%인 3조 3000억원어치가 해외로 수출됐지만, 5년 사이에 이 금액은 2배 가까이 늘어났다. 2019년 전체 의약품 생산액의 27%인 6조 600억원어치가 해외로 수출된 것이다. 2020년과 2021년에 코로나19 대유행으로 인해 발생한 추가적인 백신 위탁생산 수요 등을 고려하지 않더라도, 국내 제약산업은 이미 강력한 바이오의약품 생산역량을 갖추고 기존의 화학 합성의약품 생산에서 고부가가치 영역인 바이오의약품 생산으로 넘어가고 있었다는 것이다. 그런데 이런 추세가 일시적인 것은 아닐까? 결론부터 말하면 그럴 가능성은 작다.●한국이 최대 수혜국 될 세 가지 이유 첫 번째 이유는 초기에 개발된 블록버스터 항체의약품들의 특허가 점차 만료되고 있기 때문이다. 의약품 수출액이 늘어난 건 바이오의약품 위탁생산이 늘어난 영향도 있지만, 국내 기업들이 특허가 만료된 바이오의약품 시장을 노리고 복제약인 바이오시밀러 개발에 적극적으로 투자했기 때문이기도 하다. 복제약이라고는 하나 바이오시밀러 생산을 위한 설비 자체는 오리지널 바이오의약품과 같고, 실제로 생산된 바이오시밀러가 오리지널 바이오의약품과 얼마나 유사한지를 검증받지 못하면 허가를 받지 못하기에 위탁생산 등으로 기술축적이 이루어지지 않은 곳에서는 개발 자체에 도전하는 것도 쉽지 않다. 2025년까지 연매출 수조원대의 블록버스터 항체의약품들이 순차적으로 특허가 만료된다. 직접 바이오시밀러를 개발하는 게 가장 좋겠지만, 그렇지 못한다고 하더라도 바이오시밀러를 자체적으로 생산할 역량을 갖춘 제약회사는 세계에서도 손에 꼽는다. 바이오시밀러 자체 개발이 아닌 바이오시밀러 위탁생산만을 노리더라도 산업적 수요가 충분히 큰 셈이다. 두 번째 이유는 한국이 의약품의 대표적인 비관세 장벽인 현장실사(due diligence)에서 잠재적인 후발주자 국가들에 비해 상대적으로 자유롭다는 점이다. 의약품의 품질관리는 최종 생산물에 대한 검증도 중요하지만, 생산과정 자체를 검증하는 방식으로 이루어진다. 개별 공정이 제대로 이루어지면 최종 생산물이 잘못될 가능성도 작단 논리다. 이를 규격화한 것이 우수의약품 제조 및 품질관리 기준(GMP)이라 불리는 기준인데, 나름의 통일성은 있으나 국가별 고유 규제 권한이다 보니 실질적으로는 비관세 장벽으로 작용하는 경우가 잦다. 이런 문제를 해결하기 위해 유럽연합을 중심으로 상호 간의 실사를 면제해 주는 국제 조직인 의약품실사상호협력기구(PIC/S)가 설립됐는데, 한국은 2014년에 가입 승인을 받았다. 국내에서 생산된 바이오의약품을 유럽 국가에 수출할 때, 한국 식약처의 심사만으로도 별다른 추가적인 실사 없이 수출할 수 있게 된 것이다. 후발주자 국가의 기업이 바이오의약품 위탁생산 등에 진출한다고 하더라도, 신규 가입국이 승인을 받는 데는 4년에서 6년 정도가 걸린다. 지금 당장 신청하더라도 대규모 바이오의약품 특허 만료 시기를 넘기니, 특허 만료 후 초기 시장 선점이 중요한 복제약 시장에서 한국산 바이오의약품은 큰 강점을 지닌다고 할 수 있다. 세 번째 이유는 국내 제약업계가 현재 바이오의약품의 주류인 항체의약품 생산 외의 차세대 바이오의약품 생산 시설도 충분히 갖추고 있다는 점이다. 가령 코로나19 백신 개발 덕에 주목받고 있는 mRNA 의약품의 경우 항체의약품 생산과는 전혀 다른 유형의 공정이 요구된다. 약효를 나타내는 핵심 물질인 mRNA는 미생물을 배양하는 방식을 통해 얻어내고, 얻어진 mRNA를 안전하게 감싸는 역할을 하는 지질나노입자(Lipidnanoparticle·LNP)는 화학 공정을 통해 얻어진다. 그런데 국내 제약업계는 각각을 제조할 수 있는 설비를 이미 갖추고 있다. 다만 mRNA 백신은 실제로 이를 생산해 본 전력이 없는 데다 현재까지 허가를 받은 백신 개발사 두 곳이 각각 자체 생산, 다른 기업들과 위탁생산 계약을 맺었기에 국내에서 위탁생산을 진행하고 있지 못할 뿐이다. 코로나19 대유행이 어느 정도 진정되고 나면 이들 기술에 기반한 의약품 개발과 생산을 진행할 여지가 크니 추후 항체의약품에 대한 수요가 줄어들더라도 대응할 여력은 충분하다. 단기적인 바이오의약품 생산 수요는 물론 장기적인 바이오의약품 생산 수요에서도 부족함이 없다고 할 수 있다. ●K바이오는 낡은 이해가 만든 허상일 뿐 살펴봤듯, 국내 제약기업이 가진 진정한 역량은 단기간에 신약을 개발해 내는 것보단 이를 의약품의 형태로 생산하는 제조 역량에 있다. 여러 방향으로 입길에 오르던 K바이오는 제약산업에 대한 낡은 이해가 만든 허상일 뿐이다. 현재의 산업 현황에 대한 바른 이해를 통해 엉뚱한 찬미와 방향 잃은 비난이 멈추길 바란다. ■박한슬 차의과학대 약학과를 졸업하고 다양한 저술 활동에 전념하고 있다. 저서로는 약의 작용원리를 풀어 쓴 ‘오늘도 약을 먹었습니다’와 투자자 관점에서 바라본 제약·바이오산업 개론서 ‘바이오 투자의 정석’이 있다.

DGIST 에너지공학전공 상가라쥬 샨무감 교수팀은 연료 전지에 사용되는 내피온 소재의 ‘고분자 전해질막이 갖는 성능저하 및 열화 문제를 해결하는데 성공했다. 새로운 방식으로 개발된 PEM은 연료전지의 출력과 내구성을 모두 개선시킬 것으로 기대돼, 향후 연료전지가 활용되는 다양한 산업분야에 긍정적인 영향을 줄 것으로 예상된다. ‘고분자 전해질 연료전지’는 수소가스의 수소가 수소 이온과 전자로 분리되면서 수소 이온은 전해질 막을 통해서 반대 전극으로 이동하게 되고, 전자는 도선을 따라 이동하면서 전기에너지를 생산하는 원리로 작동된다. 이 때, 수소이온만을 통과시키는 막이 바로 고분자 전해질막(PEM)이다. 이러한 막을 제작하는데 있어 이온 전도성이 높은 ‘내피온’이 강점을 갖지만 습도가 낮아질수록 성능과 수명이 저하되는 단점을 지녀, 활용에 한계가 있어왔다. 이 샨무감 교수팀은 내피온으로 제작된 PEM이 낮은 습도에도 안정적은 성능과 수명을 보장할 수 있는 방법에 대한 연구를 진행했다. 그 결과, 기존 사용되던 내피온에 새로운 물질을 혼합해 기존의 단점뿐만 아니라 성능과 내구성 문제를 함께 해결할 수 있었다. 샨무감 교수팀은 세륨-티타늄 산화 나노입자가 골고루 분포돼 있는 탄소 나노섬유를 내피온과 혼합, 기존 내피온이 갖는 단점을 해결할 수 있는 새로운 PEM을 개발했다. 혼합된 물질은 연료 전지에 사용된 내피온 소재의 PEM이 열화되는 것을 막아주고, 낮은 습도 환경에서도 정상적인 작동을 가능하게 했다. 여기에 기존 대비 열화 수준을 절반으로 낮춰, 섭씨 80도 상황에서 200시간 사용이 가능하던 기존 내피온의 내구성을 2배가량 향상시켰다. DGIST 에너지공학전공 상가라쥬 샨무감 교수는 “기존 내피온 소재의 PEM을 개선함으로써 향후 석유를 대체할 연료전지를 만드는데 기여할 수 있을 것이란 생각에 연구를 시작했다”며 “비용 절감 문제와 내구성 문제 해결과 관련된 추가 연구 등 앞으로 추가적인 연구를 진행해 본격적인 상용화를 이뤄낼 수 있도록 노력할 것”이라고 했다. 대구 한찬규 기자 cghan@seoul.co.kr

국내 연구진이 구리나노박막을 이용해 코로나19 바이러스를 차단할 수 있는 마스크를 만들었다. 한국재료연구원 나노바이오융합연구실 연구팀은 폴리프로필렌에 이온빔 기술로 구리나노박막을 코팅한 코로나19 항바이러스 마스크를 개발했다고 11일 밝혔다. 이번 연구결과는 고분자 분야 국제학술지 ‘폴리머스’에 실렸다. 구리를 이용한 마스크나 필터 제품들은 대부분 고분자 섬유에 구리나노입자를 포함시키는 방식이었다. 입자형태의 구리는 섬유 표면에서 쉽게 분리돼 사람이 흡입할 수 있기 때문에 인체 독성을 일으킬 가능성도 크다. 이에 연구팀은 플라즈마·이온빔 표면처리 기술로 마스크의 폴리프로필렌 필터 섬유를 처리한 뒤 20나노미터(㎚) 두께의 구리박막을 진공증착시켰다. 이렇게 만들어진 마스크 필터에서는 구리나노박막이 떨어지지 않아 구리나노입자 흡입을 막을 수 있다. 연구팀은 이렇게 만들어진 구리나노박막 마스크 필터를 이용해 만든 KF94 마스크로 국립마산병원과 함께 성능검증에 나섰다.성능 검증 결과 KF94 구리박막 마스크의 입자포집 효율은 기존 KF94 마스크와 유사한 수준을 보였으며 코로나19 바이러스를 마스크 표면에 1시간 이상 노출시킨 뒤에도 99.9% 이상 차단되고 활성화도 막는 것이 확인됐다. 연구를 이끈 이승훈 선임연구원은 “이번에 개발한 기술은 구리나노박막을 마스크 필터섬유에 부착시켜 구리나노입자로 인한 독성문제를 해결했다”라며 “항바이러스 필터소재 뿐만 아니라 플라즈마 기술을 활용한 방역 소재부품에 관련된 특허를 다수 보유해 기술이전으로 상용화를 앞당길 것”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

차의과학대학교 분당차병원 소화기내과 김미나 교수와 이비인후과-두경부외과 김소영 교수가 의과학연구정보센터(MedRIC) ‘2020년 의과학분야 한국의 우수 연구자’로 선정됐다. 의과학연구정보센터는 해마다 한국연구재단의 한국의학논문데이터베이스(KMbase) 및 국내외학술논문 검색 엔진인 Medline PubMed의 연구업적을 토대로 의과학분야의 한국 우수 연구자를 선정하고 있다. 이번 우수 연구자 선정으로 분당차병원은 난치ㆍ중증 연구중심병원으로서의 위상을 한층 더 높이게 됐다. 소화기내과 김미나 교수는 만성 바이러스 간염, 지방간 등 간질환 분야에서 뛰어난 연구 업적을 보이고 있다. 특히, 만성 B형간염 환자에서 간암 전단계인 간경변증을 조기 발견할 수 있는 간섬유화스캔의 유용성 확인 연구결과를 세계 최초로 보고하여 두산연강학술상을 수상했다. 또 하버드 의대 연구진과 함께 유병률이 크게 증가하고 있는 지방간의 발생과 진행에 미치는 원인들을 분석하는 공동 연구를 수행하고 있다. 이비인후과-두경부외과 김소영 교수는 난청, 메니에르병, 전정 질환 등에 대한 140편 이상의 논문을 국제학술지에 발표했다. 김 교수는 건강보험심사평가원 빅데이터를 이용해 치매, 골다공증 등의 만성질환이 난청, 이명, 안면마비, 메니에르병 등에 미치는 영향을 연구했다. 또 미세먼지와 나노입자에 의한 신경계 염증 반응과 퇴행성 변화를 연구했다. 이독성 난청 치료 물질 발굴과 연구, 감각신경성 난청에 의한 청신경계 가소성과 신경세포주위망 변화 연구 등 난청 치료 및 예방을 위한 다양한 연구를 수행하고 있다. 신동원 기자 asadal@seoul.co.kr

플라스틱 쓰레기들이 제대로 분리수거되지 않고 버려질 경우 햇빛이나 바닷물에 분해되면서 작은 크기의 플라스틱 조각이 된다. 바로 미세플라스틱이다. 미세플라스틱은 땅 속이나 물 속으로 들어가면서 환경은 물론 인체에도 심각한 영향을 미칠 수 있다. 이 때문에 미세플라스틱이 얼마나 토양이나 물 속에 스며들어있는지를 정확하게 파악하는 것이 필요하다. 한국과학기술연구원(KIST) 센서시스템연구센터, 고려대 KU-KIST 융합대학원 공동연구팀은 수십~수백 나노미터(㎚) 크기의 미세물질을 포착하는 나노입자 포집기술과 테라헤르츠파 증폭기술을 결합한 새로운 개념의 광(光)핀셋 기술을 개발했다고 30일 밝혔다. 이번 연구결과는 재료과학 분야 국제학술지 ‘어드밴스드 사이언스’ 최신호(3월 24일자)에 실렸다. 1초에 1조번 이상 진동하는 전자기파인 테라헤르츠파는 파장이 길고 광에너지는 낮아 인체에 무해하다는 특성 때문에 비파괴 검사에 많이 쓰인다. 문제는 물 속에서는 테라헤르츠파가 흡수되버리기 때문에 수중 미세물질을 포착하고 분석하기에는 감도가 지나치게 낮아진다는 것이다. 이에 연구팀은 극미량의 나노입자를 포집하는 전기집게 기술과 테라헤르츠파 변화를 이용한 고민감도 광센서를 하나로 결합시켰다. 지렛대의 원리를 이용한 기계적 집게가 아닌 전기와 특정 파장의 빛을 이용한 광집게가 만들어 진 것이다. 이는 미세입자의 존재와 응집정도에 따라 달라지는 굴절률 등에 따라 테라헤르츠파의 투과율이나 공명주파수가 달라지는 원리를 이용했다. 연구팀은 물에서 테라헤르츠파가 흡수되는 것을 피하기 위해 반사형 센서 시스템과 나노미터 크기의 미세구조를 갖는 메타물질 센서를 만들어 입자를 효과적으로 포집해 분석할 수 있게 했다. 미세입자의 굴절률에 따라 미세하게 변화된 테라헤르츠파 신호를 증폭시켜 형광표지 같은 처리기술 없이도 감도를 수 십~수 백배 높여 극미량 미세입자를 비접촉식으로 모니터링할 수 있게 한 것이다. 실제로 이번 기술을 활용하면 40마이크로리터(㎕)에 존재하는 1(100만분의 1) 정도의 극미랭 미세입자를 검출할 수 있다. 서민아 KIST 박사는 “이번 기술은 물 속에 포함된 미세플라스틱이나 혈액이나 체액 속에 녹아있는 생체고분자 같은 미세물질을 실시간으로 검출해 정량적, 정성적으로 분석할 수 있게 해줄 것”이라며 “특히 실제 의료현장에서 특정 질병에 관여하는 미량의 생체분자를 실시간 검출 및 분석하는 데 매우 유용하게 이용될 수 있을 것으로 기대된다”라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

코로나19로 쓰고 버려지는 마스크가 늘면서 심각한 환경오염 문제로 떠오르고 있다. 이런 가운데 국내 연구진이 100% 자연분해되면서도 숨쉬기 편하고 여러 번 사용 가능한 고성능 마스크 필터를 개발했다. 한국화학연구원 정밀바이오화학연구본부 황성연 바이오화학소재연구단장팀은 버려졌을 때 한 달 내에 100% 자연분해될 뿐만 아니라 숨쉬기도 편하고 여러 번 사용할 수 있는 N95성능의 생분해 마스크 필터를 개발했다고 22일 밝혔다. 이 같은 연구결과는 기초과학 및 공학 분야 국제학술지 ‘어드밴스드 사이언스’ 3월호 표지논문으로 실렸다. 연구팀은 ‘폴리부틸렌 숙시네이트’(PBS)라는 생분해 플라스틱으로 나노섬유와 마이크로섬유를 뽑아 부직포로 만들었다. 부직포에 ‘키토산 나노위스커’라는 키토산 나노입자로 코팅해 새로운 마스크 필터를 만들었다. 이 필터는 코팅 표면 전하로 외부물질을 달라붙게 하고 체처럼 외부물질을 걸러내는 방식 모두를 적용해 기존 마스크 필터들의 단점을 보완했다. 이번 기술은 마이크로섬유도 함께 사용해 기공을 넓힘으로써 숨쉬기 편하게 했다. 연구팀에 따르면 이번에 개발된 필터는 2.5㎛(마이크로미터)의 미립자들을 98.3%까지 차단하는 것으로 확인됐다. 이는 시중에 판매되고 있는 N95, KF94 마스크와 같은 필터성능이다. 실험결과 해당 마스크는 사용 후 폐기했을 때 흙 속에서 28일 이내에 100% 분해되는 것으로도 확인됐다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

코로나19로 인해 마스크 사용이 늘어나면서 사용 후 버려지는 마스크도 증가하면서 심각한 환경오염을 일으키고 있다. 국내 연구진이 100% 자연분해되면서도 숨 쉬기 편하고 여러 번 사용가능한 고성능 마스크 필터를 개발해 주목받고 있다. 한국화학연구원 정밀바이오화학연구본부 연구팀은 버려졌을 때 한 달 내에 100% 자연분해될 뿐만 아니라 숨쉬기도 편하고 여러번 사용할 수 있는 N95성능의 생분해 마스크 필터를 개발했다고 22일 밝혔다. 이 같은 연구결과는 기초과학 및 공학 분야 국제학술지 ‘어드밴스드 사이언스’ 3월호 표지논문으로 실렸다. 코로나19로 생활필수품이 된 마스크는 분해와 재활용이 되지 않아 심각한 환경오염 문제를 유발시키고 있다. 특히 폴리프로필렌이라는 플라스틱으로 만들어지는 필터는 썩지도 않는다. 현재 사용되고 있는 마스크 필터는 플라스틱 섬유 가닥을 교차시켜 만들어진 공간에 정전기를 발생시켜 바이러스나 미세먼지를 달라붙게 하는 정전기 필터방식과 플라스틱 섬유를 여러 겹 겹쳐 공간을 작게 만들어 이물질을 통과하지 못하게 만드는 방법이 있다. 정전기 필터식은 습기나 입김의 수분에 오래 노출될 경우 정전기력이 떨어져 필터 기능이 오래가지 못하고 여러 겹을 겹치는 방식은 착용했을 때 숨쉬기가 불편하다는 것이다.연구팀은 ‘폴리부틸렌 숙시네이트’(PBS)라는 생분해 플라스틱을 강화시킨 뒤 나노섬유와 마이크로섬유 형태로 뽑아 이들을 겹쳐서 부직포로 만들었다. 부직포를 키토산 나노입자인 ‘키토산 나노위스커’로 코팅해 새로운 마스크 필터를 만들었다. 이 필터는 코팅 표면 전하로 외부물질을 달라붙게 하고 체처럼 외부물질을 거르는 방식 모두를 사용해 기존 마스크 필터들의 단점을 보완했다. 기존의 체 방식 필터는 나노섬유로만 만들어져 섬유 사이 공간이 좁아 숨쉬기 불편했는데 이번 기술은 마이크로섬유도 함께 사용해 기공을 넓힘으로써 숨쉬기 편하게 했다. 또 습기에도 강해 오랫동안, 여러 번 재사용할 수 있다. 연구팀에 따르면 이번에 개발된 필터는 2.5㎛(마이크로미터)의 미립자들을 98.3%까지 차단하는 것으로 확인됐다. 이는 시중에 판매되고 있는 N95, KF94 수준의 필터성능이다. 이와 함께 사용후 쓰레기 분해 시험결과 흙 속에서 28일 이내에 100% 생분해되는 것으로 확인됐다. 황성연 화학연구원 바이오화학소재연구단장은 “현재 필터 이외에도 마스크 콧대 고정 철사, 마스크 풀림 방지 연결고리, 고무줄 등 마스크의 모든 부분을 생분해성 소재로 대체할 수 있는 연구를 진행 중”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

국내 연구진이 어떤 항생제도 듣지 않는 슈퍼박테리아를 현장에서 10분만에 검출해 낼 수 있는 기술을 개발해 주목받고 있다. 한국기초과학지원연구원 소재분석연구부, 바이오화학분석팀, 전북대 의대 진단검사의학과 공동연구팀은 항생제 내성 슈퍼박테리아 중 하나인 ‘클로스트리디오이데스 디시필’(C,디시필)을 현장에서 바로 검출할 수 있는 진단키트를 개발했다고 15일 밝혔다. 이번 연구결과는 분석화학 분야 국제학술지인 ‘바이오센서 앤드 바이오일렉트로닉스’ 15일자에 실렸다. C,디시필은 현재 나와있는 항생제로는 치료가 불가능한 장내세균으로 감염될 경우 발열, 설사, 복통이 발생하며 심할 경우는 전격성위막대장염, 독성거대결장, 패혈증 등으로 인해 사망에 이를 수도 있다. 이 때문에 미국 질병통제예방센터(CDC)는 C,디시필을 ‘최고 위협단계’ 세균으로 규정하고 있다. 치료제가 없는 C,디시필의 확산을 막기 위해서는 빠르고 정확한 조기진단이 필요하다. 그러나 현재 사용되는 진단법은 항원검사, 독소검사, 유전자 검사까지 3단계에 걸쳐 시행되기 때문에 이틀 이상의 시간이 걸리고 항원검사와 독소검사 민감도가 낮아 정확하고 신속한 진단이 어렵다는 문제도 있다. 연구팀은 C,디시필을 빠르게 검출하는 고감도 다중 분석기술을 개발하고 이를 종이 기반의 다중 검출키트(mPAD)로 만들었다. 연구팀은 왁스프린팅을 한 종이에 친수성, 소수성 패턴을 만들고 5겹으로 쌓아 입체 유체통로가 있는 mPAD를 만들었다. mPAD의 구멍 안으로 미량의 분변시료를 떨어뜨리고 검출신호 증폭을 위해 시약이 건조처리된 다른 구멍에 물을 떨어뜨리면 시료는 유체통로로 먼저 흘러간 다음 시약이 물에 녹아 흘러가게 된다. 용액은 mPAD 종이 표면 금나노입자에 반응하면서 측정감도가 커지면서 색 변화를 통해 감염여부를 확인하게 된다. 실제로 C.디시필 감염의심환자의 분변 시료 미량을 mPAD에 떨어뜨리면 감염여부를 확인할 수 있는 바이오마커 항원 1종과 독소 2종 검출여부를 10분 내에 육안으로 확인할 수 있다. 연구팀에 따르면 mPAD 검출민감도는 97%, 정확도는 95%에 이르고 종이 기반으로 만들기 때문에 제작비용이 저렴하고 추가 장비가 필요치 않다는 장점이 있다. 기초과학지원연구원 권요셉 박사는 “이번 연구는 C.디피실 진단 원천기술을 확보하고 국산화 가능성을 제시한 것”이라며 “고비용의 유전자 검사가 포함된 기존 검사법을 대체하게 될 것으로 기대한다”고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

국내 연구진이 형광등, 백열등 같은 실내조명에서 나오는 가시광선으로 공기 중 바이러스와 박테리아 같은 병원균을 박멸할 수 있는 항균필터 기술을 개발해 주목받고 있다. 한국생산기술연구원 바이오메디칼생산기술센터, 세종대 기계공학과, 한국과학기술연구원(KIST), 영국 런던대(UCL) 공동연구팀은 햇빛이나 실내조명의 가사시광선을 이용해 공기 중에 떠다니는 미생물을 살균할 수 있는 필터기술을 개발했다고 8일 밝혔다. 이번 연구결과는 나노분야 국제학술지 ‘나노 레터스’에 실렸다. 실내 공기 중에는 바이러스, 박테리아, 곰팡이 같은 각종 미생물들이 먼지와 함께 떠다닌다. 인체에 무해한 것들도 있겠지만 질병을 일으킬 수 있는 것들도 있기 때문에 기존에는 은, 산화구리, 산화아연 같은 무기물질이나 키토산 같은 천연 유기물질로 만든 항균필터로 이들을 제거했다. 문제는 항균처리된 필터 표면에 직접 접촉돼야 제거할 수 있으며 시간이 지날수록 먼지가 쌓이면서 병원균 정화기능이 떨어지게 된다는 점이다. 이산화티탄은 대표적인 광촉매로 자외선을 흡수하면 주위 산소, 물과 반응해 미생물을 살균할 수 있는 활성산소를 만들어 낸다. 일상적인 실내 공간에서는 자외선을 활용하기 어렵고 가시광선을 이용하기 위해서는 추가적인 복잡한 공정을 거쳐야 한다는 단점이 있다. 이에 연구팀은 가시광선을 만나면 활성산소를 만드는 이산화티탄과 가시광선에 반응할 수 있는 유기염료를 결합시킨 복합나노입자를 만들고 수분 저항성, 광화학적 살균성능을 갖도록 표면처리를 했다. 이번에 개발한 항균필터는 필터 표면에 병원균들이 접촉하지 않더라도 가시광선으로 만들어진 활성산소가 필터 주변의 병원균까지 제거할 수 있다. 연구팀은 이번에 개발한 필터로 표피포도상구균에 대한 항균성을 실험한 결과 실내조명(2.9㎽/㎠)에서는 4시간 뒤에 99.9%, 태양광(18~21㎽/㎠)에서는 1시간 뒤 99.98%가 사라진 것을 관찰했다. 표피포도상구균은 피부에 있는 일상적인 균으로 병원성을 드러내지는 않지만 간혹 식중독이나 패혈증, 요로감염 등을 일으키기도 한다. 연구팀은 실용화를 위해 나노입자가 필터에 안정적으로 부착되는지와 활성산소 농도에 따른 인체 안전성 평가를 추가로 진행하고 있다. 최동윤 생산기술연구원 박사는 “이번 연구결과를 활용한다면 미생물 살균 뿐만 아니라 탈취, 유기물 분해 같은 다양한 오염물질 제어에 활용될 수 있을 것이며 추가 연구를 거친다면 공기청정기 필터, 보호복, 커튼 등 다양한 제품의 항균기능 나노소재에 적용할 수도 있다”라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

– 페타바이트급 자기 테이프 나온다 지금 10대나 20대는 잘 모르지만, 40대 이상이신 분들이라면 비디오테이프나 카세트테이프라는 저장 장치에 익숙할 것입니다. 자기 테이프에 영상이나 음악을 저장하던 장치로 최근에는 복고풍 바람을 타고 다시 카세트테이프로 음반이 출시되기도 합니다. 하지만 이제 영상이든 음악이든 온라인으로 콘텐츠를 소비하는 것이 대세가 된 시대입니다. 설령 스마트폰이나 컴퓨터에 저장한다고 해도 자기 테이프는 거의 쓰이지 않는 시대가 되고 있습니다. 그럼에도 자기 테이프가 아직도 현역으로 귀한 대접을 받는 장소가 있습니다. 바로 데이터 센터입니다. 요즘은 서버 역시 엄청난 양의 데이터를 빠르게 저장하고 읽기 위해 기업용 SSD를 많이 사용합니다. 다만 모든 데이터를 SSD에 저장하려면 비용이 너무 많이 들기 때문에 여전히 하드디스크도 많이 사용되고 있습니다. 그런데 막대한 데이터를 여러 번 백업할 용도라면 하드디스크마저도 비싸게 느껴질 수 있습니다. 그래서 개발된 지 반 세기가 넘었지만, 아직도 현역으로 활약하는 저장 장치가 자기 테이프입니다. CD, DVD 같은 광미디어도 물론 저렴하지만, 테라바이트급 데이터를 저장하기 어려운 반면 현재 사용되는 자기 테이프 카트리지는 10TB 이상 데이터도 거뜬하게 저장할 수 있으며 압축하면 더 많은 데이터 저장도 가능합니다. 물론 테이프를 감아서 데이터를 저장하고 읽기 때문에 속도도 느리고 순차적으로 데이터를 불러올 수밖에 없지만, 어차피 백업 용도라면 큰 문제는 없습니다. 이런 이유 때문에 자기 테이프는 컴퓨터 기술의 태동기인 1950년대부터 대용량 데이터를 저장하는 용도로 널리 사용되었습니다. 600-1000m에 달하는 긴 자기 테이프에 디지털 데이터를 저장하는 방식이라 초창기에는 하드디스크보다 월등히 저장 용량이 커서 사실 다른 대안도 없었습니다. 다만 회사마다 자기 테이프 규격이 달라 다른 컴퓨터에서 호환이 되지 않는다는 단점도 있었습니다. 이 문제를 해결한 표준 규격인 LTO (Linear Tape-Open)는 2000년에 나왔습니다. 덕분에 어떤 회사에서 만든 자기 테이프이든 모든 기기에서 호환이 가능해졌습니다. 가장 최신 규격인 LTO-9은 압축하지 않은 데이터의 경우 최대 18TB, 압축 데이터는 45TB까지 지원합니다. 이런 대용량과 저렴한 가격 덕분에 현재도 많은 데이터 센터와 기업에서 자기 테이프를 사용합니다. 현재 낸드 플래시 기반 스토리지인 SSD가 무서운 기세로 보급되고 있지만, 데이터의 양이 폭발적으로 증가하는 빅데이터 시대가 되면서 역설적으로 더 대용량 자기 테이프에 대한 요구는 커지고 있습니다. 사실상 제조사가 소니, 후지필름, IBM 세 곳 밖에 남지 않은 상황이지만, 대용량 자기 테이프 카트리지 기술 개발은 꾸준히 이뤄지고 있습니다. 2017년에는 IBM에서 330TB 자기 테이프 카트리지를 만들 수 있는 자기 테이프 기술을 공개했고 2020년에 IBM과 후지필름은 580TB 급 자기 테이프 카트리지 개발이 가능하다고 발표했습니다. 580TB 자기 테이프 카트리지가 가능한 이유는 후지필름과 IBM이 개발한 새로운 저장 물질 덕분입니다. 현재 사용되는 자기 테이프는 바륨 페라이트 (Barium Ferrite, BaFe)를 자기 저장 물질로 사용하고 있습니다. 제조사들은 데이터 기록 밀도를 더 올리기 위해 스트론튬 페라이트 (Strontium Ferrite (SrFe)) 소재를 개발했습니다. 이를 이용하면 2029년까지 580TB 자기 테이프 카트리지가 상용화될 수 있을 것으로 예상됩니다. 후지필름은 그 이후 기술에 대해서도 공개했습니다. 스트론튬 페리아트를 대체할 엡실론 페라이트 (Epsilon Ferrite) 혹은 엡실론 산화철 나노입자 (epsilon iron oxide nanoparticles) 소재로 현재는 실험실 단계에 있는 기술입니다. 연구팀은 2035년까지 이 기술을 통해 1페타바이트 (PB)의 벽을 뛰어넘을 수 있을 것으로 기대하고 있습니다. 만약 데이터를 압축하면 카트리지 하나에 2.5PB도 저장할 수 있습니다.다만 작은 나노입자에 빠르고 정확하게 데이터를 저장할 신기술도 같이 필요합니다. 데이터 기록 입자가 작아질수록 데이터를 안정적으로 기록하기 어렵기 때문입니다. 연구팀은 테라헤르츠 주파수 기반의 F-MIMR (focused‐millimeter‐wave‐assisted magnetic recording)로 이 한계를 극복할 수 있을 것으로 보고 있습니다. 데이터 저장 능력과 저렴한 가격에서 아직 1위 자리를 고수하고 있는 자기 테이프이지만, 경쟁자가 아예 없는 것은 아닙니다. 하드디스크 역시 빠른 속도로 저렴해지면서 자기 테이프의 자리를 위협하고 있으며 당장 백업용으로 사용하기에 너무 비싼 저장 장치이지만, SSD 가격 역시 무서운 기세로 떨어지고 있어 10-20년 후에는 대용량 저장 장치의 판도가 바뀔지도 모르는 상황입니다. 결국 자기 테이프가 저장 장치로 살아남을 수 있는 유일한 방법은 용량은 늘리고 가격은 낮추는 것밖에 없습니다. 1951년 유니박 I (UNIVAC I)에 처음 사용되어 올해 탄생 70주년을 맞이한 자기 테이프가 100주년을 맞이할 때까지 살아남을 수 있을지 궁금합니다. 고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com

지금 10대나 20대는 잘 모르지만, 40대 이상이신 분들이라면 비디오테이프나 카세트테이프라는 저장 장치에 익숙할 것입니다. 자기 테이프에 영상이나 음악을 저장하던 장치로 최근에는 복고풍 바람을 타고 다시 카세트테이프로 음반이 출시되기도 합니다. 하지만 이제 영상이든 음악이든 온라인으로 콘텐츠를 소비하는 것이 대세가 된 시대입니다. 설령 스마트폰이나 컴퓨터에 저장한다고 해도 자기 테이프는 거의 쓰이지 않는 시대가 되고 있습니다. 하지만 자기 테이프가 아직도 현역으로 귀한 대접을 받는 장소가 있습니다. 바로 데이터 센터입니다. 요즘은 서버 역시 엄청난 양의 데이터를 빠르게 저장하고 읽기 위해 기업용 SSD를 많이 사용합니다. 하지만 모든 데이터를 SSD에 저장하려면 비용이 너무 많이 들기 때문에 여전히 하드디스크도 많이 사용되고 있습니다. 그런데 막대한 데이터를 여러 번 백업할 용도라면 하드디스크마저도 비싸게 느껴질 수 있습니다. 그래서 개발된 지 반 세기가 넘었지만, 아직도 현역으로 활약하는 저장 장치가 자기 테이프입니다. CD, DVD 같은 광미디어도 물론 저렴하지만, 테라바이트급 데이터를 저장하기 어려운 반면 현재 사용되는 자기 테이프 카트리지는 10TB 이상 데이터도 거뜬하게 저장할 수 있으며 압축하면 더 많은 데이터 저장도 가능합니다. 물론 테이프를 감아서 데이터를 저장하고 읽기 때문에 속도도 느리고 순차적으로 데이터를 불러올 수밖에 없지만, 어차피 백업 용도라면 큰 문제는 없습니다. 이런 이유 때문에 자기 테이프는 컴퓨터 기술의 태동기인 1950년대부터 대용량 데이터를 저장하는 용도로 널리 사용되었습니다. 600~1000m에 달하는 긴 자기 테이프에 디지털 데이터를 저장하는 방식이라 초창기에는 하드디스크보다 월등히 저장 용량이 커서 사실 다른 대안도 없었습니다. 다만 회사마다 자기 테이프 규격이 달라 다른 컴퓨터에서 호환이 되지 않는다는 단점도 있었습니다. 이 문제를 해결한 표준 규격인 LTO(Linear Tape-Open)는 2000년에 나왔습니다. 덕분에 어떤 회사에서 만든 자기 테이프이든 모든 기기에서 호환이 가능해졌습니다. 가장 최신 규격인 LTO-9은 압축하지 않은 데이터의 경우 최대 18TB, 압축 데이터는 45TB까지 지원합니다. 이런 대용량과 저렴한 가격 덕분에 현재도 많은 데이터 센터와 기업에서 자기 테이프를 사용합니다.현재 낸드 플래시 기반 스토리지인 SSD가 무서운 기세로 보급되고 있지만, 데이터의 양이 폭발적으로 증가하는 빅데이터 시대가 되면서 역설적으로 더 대용량 자기 테이프에 대한 요구는 커지고 있습니다. 사실상 제조사가 소니, 후지필름, IBM 세 곳 밖에 남지 않은 상황이지만, 대용량 자기 테이프 카트리지 기술 개발은 꾸준히 이뤄지고 있습니다. 2017년에는 IBM에서 330TB 자기 테이프 카트리지를 만들 수 있는 자기 테이프 기술을 공개했고 2020년에 IBM과 후지필름은 580TB 급 자기 테이프 카트리지 개발이 가능하다고 발표했습니다. 580TB 자기 테이프 카트리지가 가능한 이유는 후지필름과 IBM이 개발한 새로운 저장 물질 덕분입니다. 현재 사용되는 자기 테이프는 바륨 페라이트(Barium Ferrite, BaFe)를 자기 저장 물질로 사용하고 있습니다. 제조사들은 데이터 기록 밀도를 더 올리기 위해 스트론튬 페라이트(Strontium Ferrite (SrFe)) 소재를 개발했습니다. 이를 이용하면 2029년까지 580TB 자기 테이프 카트리지가 상용화될 수 있을 것으로 예상됩니다. 후지필름은 그 이후 기술에 대해서도 공개했습니다. 스트론튬 페리아트를 대체할 엡실론 페라이트 (Epsilon Ferrite) 혹은 엡실론 산화철 나노입자(epsilon iron oxide nanoparticles) 소재로 현재는 실험실 단계에 있는 기술입니다. 연구팀은 2035년까지 이 기술을 통해 1페타바이트(PB)의 벽을 뛰어넘을 수 있을 것으로 기대하고 있습니다. 만약 데이터를 압축하면 카트리지 하나에 2.5PB도 저장할 수 있습니다. 다만 작은 나노입자에 빠르고 정확하게 데이터를 저장할 신기술도 같이 필요합니다. 데이터 기록 입자가 작아질수록 데이터를 안정적으로 기록하기 어렵기 때문입니다. 연구팀은 테라헤르츠 주파수 기반의 F-MIMR(focused‐millimeter‐wave‐assisted magnetic recording)로 이 한계를 극복할 수 있을 것으로 보고 있습니다. 데이터 저장 능력과 저렴한 가격에서 아직 1위 자리를 고수하고 있는 자기 테이프이지만, 경쟁자가 아예 없는 것은 아닙니다. 하드디스크 역시 빠른 속도로 저렴해지면서 자기 테이프의 자리를 위협하고 있으며 당장 백업용으로 사용하기에 너무 비싼 저장 장치이지만, SSD 가격 역시 무서운 기세로 떨어지고 있어 10-20년 후에는 대용량 저장 장치의 판도가 바뀔지도 모르는 상황입니다. 결국 자기 테이프가 저장 장치로 살아남을 수 있는 유일한 방법은 용량은 늘리고 가격은 낮추는 것밖에 없습니다. 1951년 유니박 I(UNIVAC I)에 처음 사용되어 올해 탄생 70주년을 맞이한 자기 테이프가 100주년을 맞이할 때까지 살아남을 수 있을지 궁금합니다. 고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com　 　

아이폰의 아버지 스티브 잡스, 미국 연방대법관 중 가장 진보적 인사로 꼽혔던 루이스 베이더 긴즈버그는 모두 췌장암으로 사망했다. 최근 췌장암 조기진단율과 치료 성공률도 높아지는 추세이지만 여전히 일반인들에게는 두려운 암 질환으로 손꼽힌다. 이에 국내 연구진이 혈액검사만으로 췌장암을 신속하고 정확하게 진단할 수 있는 기술을 개발해 관심이 쏠리고 있다. 최종훈 중앙대 융합공학부 교수는 김교범 동국대 화공생물공학과 교수, 구형준 서울과학기술대 화공생명공학과 교수팀과 함께 혈액검사를 통해 정상세포보다 췌장암 표면에서 더 자주 나타나는 당 사슬을 가진 ‘엑소좀’이라는 물질을 쉽게 포착해 낼 수 있는 기술을 개발했다고 31일 밝혔다. 이번 연구결과는 의과학 분야 국제학술지 ‘바이오센서스 앤드 바이오일렉트로닉스’에 실렸다. 췌장은 위와 간 등 다른 장기에 둘러싸여 있고 췌장암만의 독특한 증상이 없어서 조기진단 시기를 넘기는 경우가 많다. 진단을 받아도 이미 암이 상당히 진행된 상태여서 수술이나 치료가 어려운 사례도 상당수다. 이 때문에 많은 과학자들이 췌장암을 조기에 찾아낼 수 있는 방법에 대한 연구를 활발히 하고 있다. 연구팀은 세포에서 분비되는 엑소좀이 혈액을 따라 체내를 순환하고, 이에 질병 진단을 위한 바이오마커로 활용하기 쉽다는 점에 주목했다. 췌장암 환자의 혈액에는 일반인들보다 엑소좀의 농도가 높다는 점을 이용해 암세포에서 분비되는 엑소좀의 당 사슬과 쉽게 결합될 수 있는 나노입자를 만들었다. 엑소좀의 농도를 정확하게 측정할 수 있는 미세 유체칩도 개발했다. 이번에 개발된 기술을 활용하면 췌장암 발병 여부는 물론 전이성 췌장암인지 여부까지 식별할 수 있는 것으로 알려졌다. 연구팀은 다양한 형태의 췌장암 세포와 췌장암 환자의 혈액을 이용해 이번에 개발된 기술을 검증하는 데도 성공했다. 최종훈 중앙대 교수는 “이번 기술은 암세포가 분비하는 엑소좀을 효과적을 검출함으로써 암 진단뿐만 아니라 예후까지 평가할 수 있다”면서 “추가 연구를 통해 진단은 물론 신약개발, 약물의 안전성 검증 등에도 활용할 수 있을 것”이라고 설명했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

아이폰의 아버지 스티브 잡스, 가장 진보적인 미국 연방대법관 루이스 베이더 긴즈버그는 모두 췌장암으로 사망했다. 최근 췌장암 조기진단율과 치료성공률도 높아지는 추세이지만 여전히 일반인들에게는 두려운 암의 종류 중 하나이다. 국내 연구진이 혈액 검사만으로 췌장암을 신속하고 정확하게 진단할 수 있는 기술을 개발했다. 중앙대 융합공학부, 동국대 화공생물공학과, 서울과학기술대 화공생명공학과 공동연구팀은 혈액검사를 통해 정상세포보다 췌장암 표면에서 더 자주 나타나는 당(糖)사슬을 가진 엑소좀이라는 물질을 쉽게 포착해 낼 수 있는 기술을 개발했다고 31일 밝혔다. 이번 연구결과는 의과학 분야 국제학술지 ‘바이오센서스 앤드 바이오일렉트로닉스’에 실렸다. 췌장은 위와 간 등 다른 장기에 둘러싸여 있고 췌장암만의 독특한 증상이 없어서 조기진단 시기를 넘기는 경우가 많고 진단을 받은 경우는 이미 암이 상당히 진행된 상태여서 수술이나 치료가 어려운 경우도 많다. 이 때문에 많은 과학자들이 췌장암을 조기에 찾아낼 수 있는 방법에 대한 연구를 활발히 하고 있다. 연구팀은 세포에서 분비되는 ‘엑소좀’이라는 물질이 혈액을 따라 체내를 순환하기 때문에 질병진단을 위한 바이오마커로 활용하기 쉽다는 점에 주목했다. 췌장암 환자의 혈액에는 일반인들보다 당사슬을 가진 엑소좀의 농도가 높다는 점을 이용해 암세포에서 분비되는 엑소좀의 당사슬과 쉽게 결합될 수 있는 나노입자를 만들었다. 또 엑소좀의 농도를 정확하게 측정할 수 있는 미세 유체칩도 개발했다. 이번에 개발된 기술을 활용하면 췌장암 발병 여부는 물론 전이성 췌장암인지 여부까지 식별할 수 있는 것으로 알려졌다. 연구팀은 다양한 형태의 췌장암 세포와 췌장암 환자의 혈액을 이용해 이번에 개발된 기술을 검증하는데도 성공했다. 최종훈 중앙대 교수는 “이번 기술은 암세포가 분비하는 엑소좀을 효과적을 검출함으로써 암 진단 뿐만 아니라 예후까지 평가할 수 있다”라며 “추가 연구를 통해 진단은 물론 신약개발, 약물의 안전성 검증 등에도 활용할 수 있을 것”이라고 설명했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

환경부 산하 국립생태원은 26일 조류 깃털의 구조색을 생태모방한 ‘반사형 디스플레이 원천기술’과 ‘조류충돌 방지를 위한 광학 요소 어레이(데이터 배열)’ 등 2건을 특허출원했다고 밝혔다.반사형 디스플레이 원천기술은 일부 조류 깃털에서 나타나는 파란색·녹색 등의 화려한 색채가 색소가 아닌 깃털 내부의 특수한 미세구조에 빛이 반사해 나타나는 점을 착안해 개발됐다. 연구진은 각 지역 야생동물구조센터에서 보관 중인 파랑새·어치 등 국내 서식 조류 10종의 사체에서 깃털을 확보해 구조색 발현 원리를 분석했다. 그 결과 조류 깃털의 구조색이 베타케라틴과 멜라닌 나노입자 배열에 따른 빛의 선택적 반사에 의해 나타난다는 사실을 밝히고 이를 모방한 광학소자를 제작해 구조색을 재현했다. 컬러 필터나 백라이트를 사용하는 기존 투과형 디스플레이와 달리 자연광 반사에 의해 색상을 재현하는 방식으로, 저전력·고색재현 디스플레이 개발을 위한 기술로 활용이 기대된다. 조류 충돌 방지를 위한 광학 요소 어레이는 연간 800만 마리의 야생 조류가 건물 유리와 방음벽에 부딪혀 폐사하는 현상을 막기 위해 개발됐다. 유리창과 방음벽 등 투명구조물 표면을 선형·방사형 등 특정 형태의 나노구조 배열로 제작하면 이 구조에서 반사되는 빛을 감지한 조류가 구조물을 인식하고 충돌을 피하는 원리다. 사람의 시야는 방해하지 않으면서 조류는 선택적으로 빛을 감지할 수 있어 충돌방지 효과 및 미적 기능을 향상시킬 수 있다. 국립생태원은 2019년 도토리거위벌레를 모방한 확공용 드릴을 개발해 특허등록하는 등 다양한 생태모방 연구를 진행하고 있다. 세종 박승기 기자 skpark@seoul.co.kr

기존 촉매공정보다 100도나 낮은 온도에서 40% 더 많이 수소를 만들어 낼 수 있는 암모니아 활용 수소 저장, 이동, 생산 기술이 개발됐다. 한국화학연구원 화학공정연구본부 연구팀은 기존 공정보다 100도 낮은 온도에서 암모니아로부터 수소를 고효율로 만들어 낼 수 있는 에너지 저감형 촉매공정을 개발했다고 25일 밝혔다. 이번 연구결과는 촉매화학 분야 국제학술지 ‘응용 촉매 : 환경B’에 실렸다. 지구온난화가 가속화되면서 차세대 친환경 에너지원으로 이미 주목받기 시작한 수소에 대한 관심은 더욱 높아지고 있다. 현재는 기체상태의 수소를 고압으로 저장해 수송하는 방법이 주로 사용되고 있다. 문제는 고압의 가스상태로 운반하기 때문에 저장용기 제작 등 관리비용이 고가인데다가 저장량에 한계가 있고 폭발위험이 있다는 것이다. 이 때문에 최근에는 쉽게 액체상태로 만들수 있고 안전하게 수송할 수 있는 암모니아를 이용하는 방법이 많이 연구되고 있다. 암모니아는 질소 원자 1개와 수소 원자 3개로 이뤄져 있는 화합물이다. 암모니아에서 수소를 추출하기 위해서는 고온, 고압 상태에서 질소와 수소 원자를 차례로 분리해내기만 하면 된다. 연구팀은 수소, 질소 원자를 손쉽게 분리해내기 위해 암모니아 분해에 최적화된 세륨과 란타넘, 루테늄 금속나노입자로 이뤄진 새로운 형태의 촉매를 개발했다. 이번에 개발한 촉매를 활용하면 기존 공정보다 100도 가량 낮은 450도에서 수소를 100% 만들어 낼 수 있으며 400도 온도에서도 90% 이상의 수소를 생산해 낼 수 있다. 같은 조건에서 기존 공정보다 수소 생산량이 40% 이상 향상된 수준이다. 채호정 화학연구원 박사는 “이번에 개발한 암모니아 분해 촉매시스템을 활용하면 암모니아 기반 대형 수소생산 플랜트, 수소 발전, 수소스테이션, 수소에너지 선박 등 다양한 응용 공정이 가능해질 것”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

파킨슨병, 치매는 물론 뇌종양 같은 뇌신경계에 문제가 생길 경우 치료가 쉽지 않은 이유는 ‘뇌-혈관 장벽’(blood brain barrier, BBB) 때문이다. BBB는 뇌와 혈관 사이 물질 투과를 선택적으로 함으로써 병원균의 독소로부터 뇌를 보호하는 역할을 한다. 이 때문에 뇌에 문제가 발생하면 필요 이상 많은 약물을 투여하고도 원하는 효과가 높지는 않다. 이 같은 가운데 미국 보스턴 브리검여성병원 나노의학센터, 신경외과, 매사추세츠공과대학(MIT) 코흐 통합암연구센터, 하버드대 의대, 하버드 줄기세포연구소, 보스턴 아동병원 응급의학교실, 브로드 연구소 공동연구팀은 퇴행성 뇌신경질환을 유발시키는 생물학적 경로를 확인하고 나노물질과 RNA를 이용해 BBB를 넘어설 수 있는 분자물질을 개발했다. 이 같은 연구결과는 기초과학 및 공학분야 국제학술지 ‘사이언스 어드밴시즈’ 2일자에 실렸습니다. 일반적으로 교통사고, 낙상사고 등 외부 충격으로 인한 외상성 뇌손상(TBI)을 입었을 때 BBB가 일시적으로 역할을 하지 못하는 동안 짧은 시간에 치료하지 못하고 시간이 지나면 BBB가 다시 작동하면서 약물을 뇌로 전달하지 못하게 된다. 외상성 뇌손상은 시간이 지나면 알츠하이머나 파킨슨병 같은 퇴행성 신경질환으로 이어지는 경우가 많은데 이 같은 경우는 BBB 때문에 약물 치료는 더 어렵다. 연구팀은 특정 단백질이나 유전자의 기능 발현을 억제할 수 있는 것으로 알려진 ‘작은 간섭 RNA’(사이렌싱RNA·siRNA) 분자와 생분해성, 생체적합성, 낮은 독성을 특징으로 하는 의료용 생체고분자인 폴리락테이트코글라이콜레이트(PLGA)를 이용해 BBB를 쉽게 뛰어넘어 효과적으로 치료할 수 있는 나노입자 플랫폼을 만들었다. 연구팀은 일반 생쥐와 외상성 뇌손상을 입힌 생쥐를 대상으로 이번에 개발한 BBB 회피 나노전달시스템으로 실험한 결과 기존 약물보다 치료효과가 3배 이상 높은 것으로 나타났으며 퇴행성 뇌질환 원인으로 알려진 타우 단백질이 절반 가까이 감소한 것으로 확인됐다. 레베카 매닉스 하버드대 의대 소아응급의학과 교수(보스턴 아동병원 응급의학교실)는 “이번에 개발된 약물 전달 시스템은 BBB를 우회해 효과적으로 뇌에 약물을 전달하는 새로운 플랫폼의 효용성을 입증한 것”이라며 “항생제, 항염증제, 신경펩타이드 등 약물을 효과적으로 전달해 다양한 뇌질환을 치료할 수 있는 게임체인저가 될 수 있을 것으로 본다”라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

DGIST 에너지공학전공 인수일 교수팀이 ‘귀금속 나노입자가 도금된 다공성 침’을 개발했다. 이번 연구는 귀금속 나노입자를 적용한 기술을 다공성 침에 접목한 것으로, 향후 한의학·대체의학 분야에서 새로운 혁신기술로 부상할 것으로 기대된다. 2016년 다공성 침을 개발했던 인 교수 연구팀은 개발된 다공성 침에 나노기술 표면처리공법을 적용해 좀 더 향상된 한방침 개발을 위한 연구를 진행했다. 그 결과, 금, 은, 백금 나노입자를 도포한 새로운 형태의 침 제작기술 개발에 성공했다. 귀금속 나노입자가 도금된 다공성 침은 표면에 나노미터(nm=10억분의 1m)에서 마이크로미터(μm=100만분의 1m)에 이르는 미세한 기공이 있는 구조를 가지고 있다. 여기에, 100nm 이하의 귀금속 나노입자가 다공성 침의 미세한 구멍 사이사이 균일하게 도포되어있다. 이는 침의 표면적을 최대 37배까지 넓혀, 침에 의한 전기화학적, 전기생리학적 신호증폭에 매우 탁월하다. 특히, 은 나노입자가 도금된 다공성 침은 전기화학적·전기신경생리학적 특성이 가장 뛰어나, 만성 알코올 중독 치료 실험에서 실험동물의 알코올 해독에 탁월한 효과를 확인할 수 있었다. 이에 따라 향후 만성 알코올 중독을 포함한 다양한 치료에 큰 효과를 낼 수 있을 것으로 예상하고 있다. DGIST 에너지공학전공 인수일 교수는 “기존의 다공성 침을 더욱 발전시킨 귀금속 나노입자가 도금된 다공성 침은 새로운 나노·한의약 융복합기술의 결정체다”며, “계속해서 관련 연구를 진행해 상용화 실현을 위해 온 힘을 쏟겠다”고 말했다. 이번 연구는 보건복지부 한의기반융합기술개발사업으로 진행됐으며, 지난 9일 화학 분야 국제학술지 ‘RSC Advances’ 10호 온라인에 게재됐다. 대구 한찬규 기자 cghan@seoul.co.kr

“진단장비 작고 가벼워 휴대 용이…정확도 기존 PCR과 같은 수준”장비 상업·상용화엔 추가 연구 필요 국내 연구진이 코로나19 감염 여부를 현장에서 단 17분 안에 정확하게 진단할 수 있는 초고속 ‘나노PCR’(nanoPCR) 장비를 개발했다. 기초과학연구원(IBS) 나노의학연구단(단장 천진우 연세대 교수)은 3일 천 단장과 이재현 연구위원(연세대 고등과학원 교수)팀이 하버드의대 이학호 교수팀과 함께 나노자성물질을 이용해 코로나19 바이러스를 17분 안에 정확히 검출하는 현장진단(POC) 기술을 개발했다고 밝혔다. 현재 국내에서는 코로나19 확진 검사에 정확도가 높은 실시간 ‘역전사 유전자 증폭’(RT-PCR) 방식을 채택하고 있다. 그러나 현행 RT-PCR 방식은 검체 채취에서 바이러스 검출 확인까지 4시간 이상 걸리는 게 현실이다. 이 때문에 신속 대응이 어렵고, 고가의 대형 장비를 갖춘 병원이나 연구소 등으로 바이러스 검체를 운송해 진단해야 하기 때문에 시간과 비용도 많이 든다.연구진은 이런 한계를 극복하기 위해 플라스모닉 금속 물질과 자성을 띠는 물질을 결합해 30~40㎚(나노미터 :10억분의 1ｍ) 크기의 ‘마그네토 플라스모닉 나노입자’(MPN)를 개발했다. MPN은 빛 에너지를 빠르게 열에너지로 바꿔주는 나노입자다. 나노PCR 기계에 바이러스 검체 샘플과 MPN 등을 섞은 용액을 넣고 빛을 가하면 용액이 가열되면서 유전물질 증폭 과정이 시작된다. 처음 6분가량 샘플에 빛을 가하면 온도가 섭씨 42도까지 올라가는데, 이 과정에서 RNA과 DNA로 변화하는 역전사 반응(RT)이 일어난다. 이후 초고속으로 섭씨 60~90도 사이 온도를 올렸다 내리는 작업을 진행해 유전자를 증폭시킨다. 기존 RT-PCR에서는 이 과정에 2시간 이상이 걸리지만 나노PCR에서는 5분 이내에 가능하다는 것이 연구팀의 설명이다. 천 단장은 “MPN 혼합 용액이 녹아있는 튜브가 플라스모닉 효과에 의해 균일하게 데워진다”며 “일반 PCR은 온도가 올라갔다 내려가는 사이클 1회에 2∼3분이 걸려 유전자 증폭에 총 2시간가량 걸리지만 나노 PCR에서는 사이클 40회를 진행하는 데 5분가량 걸린다”고 말했다. 증폭이 끝나면 기계 내에 있는 자석을 활용해 샘플에 자기장을 건다. 이때 검은색의 MPN 입자는 자기장에 끌려 아래로 가라앉고 바이러스의 유전물질은 초록색을 띠는 형광을 내며 위로 떠 오른다. 형광을 띠면 검체 속에 코로나19 바이러스가 있다는 뜻이다. 연구진은 MPN이 자성을 띠고 있어 샘플 내 유전 물질과 나노입자를 자동으로 분리하기 때문에 소량의 DNA로도 정확하게 코로나19 바이러스를 검출할 수 있다고 설명했다. 연구진이 나노PCR을 이용해 코로나19 확진자 75명과 대조군 75명 검체를 검사한 결과, 정확도는 99% 이상, 민감도는 3.2 copies/㎕로 기존 RT-PCR 방식과 비슷한 것으로 나타났다. 나노 PCR은 장치 크기(15×15×18.5㎝)가 작고 무게가 3㎏으로 가볍다. 휴대가 용이해 실험실이나 연구소뿐만 아니라 어디서든 활용할 수 있다.다만 이제 막 개발된 단계이기에 아직 현장 사용은 어려운 상태다. 장비를 상업화하거나 상용화하려면 추가 연구 개발이 필요하다는 것이다. 천 단장은 “PCR 구동 방법을 개량하고 소형화해 코로나19를 현장에서 손쉽고 신속하게 진단하는 PCR 기술을 개발했다”며 “코로나19뿐 아니라 향후 다양한 바이러스 전염성 질병 진단에 유용한 플랫폼으로 활용될 것으로 기대한다”고 말했다. 이 연구 결과는 이날 국제학술지 ‘네이처 바이오메디컬 엔지니어링’(Nature Biomedical Engineering)에 게재됐다. 신진호 기자 sayho@seoul.co.kr

코로나19가 인류에게 처음 모습을 드러낸 지 1년이 지났다. 중국 정부가 처음 집단감염을 보고한 것은 지난해 12월 31일이었지만 세계보건기구(WHO) 조사에 따르면 최초의 증상 발현은 12월 8일이며, 홍콩 일간지 사우스차이나모닝포스트의 분석에 따르면 중국 우한에서 코로나19 첫 환자가 나온 것은 1년 전인 2019년 11월 17일이다. 코로나19 발생 1년이 되는 지난 9일 글로벌 제약사 화이자와 독일 바이오엔테크가 효과 90% 이상의 백신 개발이 완료 단계에 있다고 밝혔다. 일주일 뒤인 지난 16일에는 미국 제약사 모더나가 94.5% 효과를 보이는 백신 후보물질에 대한 3상 임상시험이 성공적으로 진행 중이라는 중간 분석 결과를 내놨다. 계절성 독감 백신의 효과가 30~60%이고 홍역 백신이 97% 수준인 것을 감안한다면 일단 백신의 효과는 상당히 높은 셈이다. 더군다나 미국 식품의약국(FDA)의 긴급 백신사용 승인 기준인 50%를 훨씬 상회하기 때문에 희망적이라는 관측이 나오고 있다. 예방백신은 보통 바이러스나 병원균의 독성을 약화시키거나 화학적으로 사멸시킨 다음 체내에 주입해 항체를 만들어 내는 방식이었다. 그렇지만 화이자와 모더나에서 개발된 백신은 이것과는 전혀 다른 방식이다. 코로나19 바이러스 대신 유전정보인 mRNA를 주사해 mRNA가 몸속에서 바이러스에 대한 면역 반응을 일으켜 항체를 형성하도록 유도하는 것이다. 희망적인 소식에도 불구하고 전문가들은 백신 개발이 완료 단계에 진입하게 되면 그다음으로 중요한 문제는 ‘온도’라고 지적하고 있다. 세계적인 과학저널 ‘사이언스’와 ‘네이처’도 11월 17일자에 이 같은 전문가들의 전망을 나란히 실었다. 최근 계절성 독감 백신이 문제가 됐던 것은 적정 보관 온도를 벗어나 상온에 노출됐기 때문이다. 적정 보관 온도를 유지하지 못할 경우 약물이나 항원, 항체 활성 단위인 ‘역가’가 떨어져 이른바 접종을 받아도 예방 효과를 볼 수 없는 ‘물백신’이 될 수 있다. 지난 7월 질병관리청과 식품의약품안전처가 내놓은 ‘백신 보관 관리 및 수송가이드라인’에도 백신 보관 온도는 일반적으로 2~8도, 평균 5도를 유지해야 한다.그런데 코로나19 백신의 보관 온도는 더 엄격하다. 화이자 백신은 영하 70도 이하에서 보관해야 하며 1만 5000달러(약 1659만원) 상당의 특수 극저온 냉동고에서만 6개월 보관이 가능하다. 영하 70도보다 높을 경우는 보관 기간은 5일로 줄어든다. 반면 모더나에서 개발한 백신은 화이자 백신보다 높은 온도인 영하 20도에서 6개월 동안 보관이 가능하고 일반 냉장고에서도 30일 동안 유지가 가능하다는 장점이 있다. 그렇지만 최적의 백신 효과를 위해서는 제조사가 밝힌 온도에 보관하는 것이 필요하다. 이 때문에 백신물질인 mRNA를 온도 변화에 영향을 받지 않으면서 인체에 무해한 나노입자로 코팅을 하거나, 백신을 동결 건조시켜 분말 형태로 만들어 보급하는 것을 고려해야 한다는 목소리도 높아지고 있다. 실제로 화이자는 액상 형태의 백신 개발이 성공하면 분말형 코로나19 백신 개발에 착수할 것으로 알려져 있다. 미국의 비영리기관인 감염병연구소(IDRI) 소장인 코리 캐스퍼 박사는 “미국 내에서도 시골 지역이나 개발도상국 등에서는 백신 보관을 위한 극저온 냉동고를 확보하기 쉽지 않기 때문에 코로나19 백신을 확보하더라도 그 효과를 보기가 쉽지 않을 것”이라며 “백신 개발 완료 단계에서 중요한 것은 약효를 유지하면서 어떻게 효과적으로 보관하고 운반할 것인가라는 문제”라고 강조했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr