서울대는 남좌민 자연과학대학 화학부 교수의 연구팀이 초저농도 유전자를 정밀하게 진단할 수 있는 원천기술을 세계 최초로 개발했다고 10일 밝혔다. 질병 발생 초기 생성되는 특정 유전자 물질의 양은 혈액 내에 극소량 존재한다. 때문에 이를 측정하는 것은 불가능한 것으로 인식돼 왔다. 연구팀은 나노입자의 물리적 변화를 쉽게 관측할 수 있는 플랫폼을 이용해 매우 낮은 농도의 유전자를 정량화할 수 있는 기술을 개발했다. 남 교수는 “이번 연구 결과는 다양한 유전자와 관련된 질병의 조기진단 및 치료에 응용이 가능하다”면서 “탄저균 등 바이오 테러 물질의 조기 발견과 정밀한 유전자 수사에도 도움을 줄 것으로 기대된다”고 밝혔다. 이 기술은 ‘결합-해리 나노이합체 분석법을 이용한 초저농도의 DNA 정량’이라는 제목으로 화학 분야 세계적 권위지인 ‘앙게반테 케미’(Angewandte Chemie International Edition)지 온라인판에 게재됐다. 박기석 기자 kisukpark@seoul.co.kr

알츠하이머병 등 치매와 관련이 있는 경유차의 배출가스가 10~20대는 물론, 3세 어린이들의 뇌에서도 발견됐다는 충격적인 연구 결과가 나왔다. 9일(현지시간) 영국 일간 데일리메일 등 외신 보도에 따르면, 미국 몬태나대학 등 국제 연구진이 건강하지만 사고로 사망한 멕시코시티 출신 20대 21명과 아동 13명의 뇌를 조사해 위와 같은 결론을 내렸다. 연구진은 3세밖에 안 된 어린이 뇌의 뉴런과 신경교, 맥락막망, 그리고 신경혈관 구조에서 연소 과정에서 유래하는 나노입자(CDNP)의 수치가 높다는 것을 발견했다. 이른바 PM2.5로 알려진 이런 초미세먼지는 특히 경유 자동차의 배출가스와 밀접한 관계가 있다고 데일리메일은 지적했다. 연구진은 이번 연구논문에서 “치매의 주 원인은 자동차 배출가스라는 뻔히 보이는 곳에 숨어 있었고 이런 물질은 아이들에게 흡입돼 뇌를 손상시키고 있었다”고 말했다. 이번 연구에 따르면, 현미경으로 봐야 보이는 초미세먼지는 14세 아이 뇌의 주요 부분에 명백한 손상을 입혔다. 특히 멕시코 시티 남동부 출신인 이 소녀의 뇌 전두엽에는 초미세먼지 농도가 매우 높았다. 여기서 전두엽은 주의집중력과 단기 기억력 등을 관장하는 주요 영역이다. 이에 대해 연구진은 “엄청난 양의 나노입자(초미세먼지)가 내강의 적혈구와 내피세포, 그리고 기저막에서 발견됐다. 비슷한 손상은 다른 10대 아이들과 대부분이 20대인 젊은 성인들에게서도 나타났다”면서 “그렇지만 오염되지 않은 지역에 사는 사람들에게서는 똑같은 손상 징후가 나타나지 않았다”고 설명했다. 또한 이런 손상은 청소년기 폭력 등 행동 문제를 설명할 수 있으며 나이 들어 알츠하이머병이 발병하는 원인이 될 수도 있다고 연구진은 말했다. 물론 알츠하이머병은 유전적 특성과 크게 관련해 있는 것으로 생각되지만, 흡연과 비만, 그리고 운동 부족과 같은 다른 요인이 발병 위험을 키울 수 있다는 증거는 점차 늘고 있다. 즉 이번 연구는 대기 오염 역시 알츠하이머병의 위험 요인 중 하나가 될 수 있다는 것을 제시하는 것이다. 경유 자동차는 지구 온난화의 원인이 되는 온실 가스인 이산화탄소의 배출량이 적어 1970년대부터 환경 친화적인 선택으로 홍보돼 왔다. 하지만 최근 몇 년 사이에 과학자들은 이런 경유 차량의 배출 가스가 우리 인간의 건강을 해치는 초미세먼지와 질소 산화물을 더 많이 생성한다는 사실을 발견했다. 이번 연구 결과는 국제 학술지 ‘알츠하이머병 저널’(Journal of Alzheimer’s Disease) 최신호(6월 3일자)에 게재됐다. 사진=ⓒ포토리아 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

알츠하이머병 등 치매와 관련이 있는 경유차의 배출가스가 10~20대는 물론, 3세 어린이들의 뇌에서도 발견됐다는 충격적인 연구 결과가 나왔다. 9일(현지시간) 영국 일간 데일리메일 등 외신 보도에 따르면, 미국 몬태나대학 등 국제 연구진이 건강하지만 사고로 사망한 멕시코시티 출신 20대 21명과 아동 13명의 뇌를 조사해 위와 같은 결론을 내렸다. 연구진은 3세밖에 안 된 어린이 뇌의 뉴런과 신경교, 맥락막망, 그리고 신경혈관 구조에서 연소 과정에서 유래하는 나노입자(CDNP)의 수치가 높다는 것을 발견했다. 이른바 PM2.5로 알려진 이런 초미세먼지는 특히 경유 자동차의 배출가스와 밀접한 관계가 있다고 데일리메일은 지적했다. 연구진은 이번 연구논문에서 “치매의 주 원인은 자동차 배출가스라는 뻔히 보이는 곳에 숨어 있었고 이런 물질은 아이들에게 흡입돼 뇌를 손상시키고 있었다”고 말했다. 이번 연구에 따르면, 현미경으로 봐야 보이는 초미세먼지는 14세 아이 뇌의 주요 부분에 명백한 손상을 입혔다. 특히 멕시코 시티 남동부 출신인 이 소녀의 뇌 전두엽에는 초미세먼지 농도가 매우 높았다. 여기서 전두엽은 주의집중력과 단기 기억력 등을 관장하는 주요 영역이다. 이에 대해 연구진은 “엄청난 양의 나노입자(초미세먼지)가 내강의 적혈구와 내피세포, 그리고 기저막에서 발견됐다. 비슷한 손상은 다른 10대 아이들과 대부분이 20대인 젊은 성인들에게서도 나타났다”면서 “그렇지만 오염되지 않은 지역에 사는 사람들에게서는 똑같은 손상 징후가 나타나지 않았다”고 설명했다. 또한 이런 손상은 청소년기 폭력 등 행동 문제를 설명할 수 있으며 나이 들어 알츠하이머병이 발병하는 원인이 될 수도 있다고 연구진은 말했다. 물론 알츠하이머병은 유전적 특성과 크게 관련해 있는 것으로 생각되지만, 흡연과 비만, 그리고 운동 부족과 같은 다른 요인이 발병 위험을 키울 수 있다는 증거는 점차 늘고 있다. 즉 이번 연구는 대기 오염 역시 알츠하이머병의 위험 요인 중 하나가 될 수 있다는 것을 제시하는 것이다. 경유 자동차는 지구 온난화의 원인이 되는 온실 가스인 이산화탄소의 배출량이 적어 1970년대부터 환경 친화적인 선택으로 홍보돼 왔다. 하지만 최근 몇 년 사이에 과학자들은 이런 경유 차량의 배출 가스가 우리 인간의 건강을 해치는 초미세먼지와 질소 산화물을 더 많이 생성한다는 사실을 발견했다. 이번 연구 결과는 국제 학술지 ‘알츠하이머병 저널’(Journal of Alzheimer’s Disease) 최신호(6월 3일자)에 게재됐다. 사진=ⓒ포토리아 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

전립선암은 남성에게 발생하는 가장 흔한 암으로 최근 국내에서도 전립선암 발병률이 높아지는 추세다. 특별한 증상이 없어 암의 조기 발견이 어렵고, 기존 검사법도 정확하지 않아 암으로 발전한 뒤 발견되는 경우가 많다. 현재 전립선암을 진단하기 위해서는 혈액검사와 의사가 직장에 손가락을 넣어 촉진하는 방식을 쓰고 있다. 한국과학기술연구원(KIST) 의공학연구소 생체재료연구단과 서울아산병원 비뇨기과, 미국존스홉킨스대 공동연구팀은 소량의 소변만으로도 전립선암을 신속하고 정확하게 진단할 수 있는 기술을 개발했다고 8일 밝혔다. 이번 연구결과는 생체재료 분야 국제학술지 ‘바이오머티리얼즈’ 최신호에 실렸다. 연구팀은 전립선암에만 존재하는 융합 유전자 ‘TMPRSS2-ERG’에 주목했다. 이 융합 유전자는 암의 진행 정도에 따라 유전자의 길이와 특성이 변한다는 특징을 갖고 있다. 연구팀은 길이가 서로 다른 바코드DNA를 자성입자와 금나노입자에 결합시킨 진단키트를 만들었다. 바코드DNA는 상품정보를 저장한 바코드처럼 특정 유전자의 길이에 따라 유전자 정보를 파악할 수 있는 합성 DNA다. 연구팀은 50㎚(나노미터) 크기의 금나노입자 하나에 1000개 이상의 바코드DNA를 결합시켜 극미량의 암 유전자도 효과적으로 검출할 수 있도록 했다. 이 진단키트로 전립선암의 발병 여부와 진행 상황까지 확인 가능하다. 이관희 KIST 박사는 “이번에 개발한 기술은 10㏄ 정도의 소변만으로도 암 유전자를 찾아낼 수 있기 때문에 암 검사에 대한 거부감을 줄일 수 있을 것”이라며 “이번 기술은 다른 질병의 특이 유전자를 진단하는 데도 활용 가능할 것으로 본다”고 설명했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

한국인 과학자들이 대거 포함된 국제공동연구진이 TV 화면으로 사용할 수 있고 발전기로도 활용 가능한 새로운 개념의 디스플레이 기술을 개발했다. 미국 일리노이대 재료공학과·화학생명공학과 연구진과 한국전자통신연구원(ETRI) 실감디스플레이연구그룹, 미국 다우케미컬 전자재료사업부 공동연구팀이 아령 모양의 양자점을 이용해 발광다이오드(LED)와 광센서 두 가지 기능을 모두 갖춘 차세대 디스플레이를 만들었다. 이번 연구 성과는 세계적인 과학저널 ‘사이언스’ 10일자에 실렸다. 이번 기술은 고감도 전자칠판, 동작인식 스크린, 자가충전 발광소자, 빛으로 데이터를 송수신하는 라이파이 디스플레이 등 다양하게 활용될 수 있을 것으로 기대된다. 양자점은 자체적으로 빛을 내는 수십~수백 나노미터(㎚) 크기의 반도체 결정으로 국내에서는 이 원리를 활용해 QLED라는 이름의 LED 패널 및 백라이트를 생산하고 있다. 기존의 양자점은 ‘코어’와 ‘셸’이라는 구조의 구 형태로 이뤄져 있다. 코어와 셸이 선택적으로 빛을 흡수한 뒤 에너지 차이에 따라 빛을 방출함으로써 LED나 광검출기, 태양전지 같은 광전자소자로 쓰인다. 문제는 코어와 셸이 떨어져 있기 때문에 발광 기능이나 광검출 기능 중 하나만 수행할 수밖에 없다. 연구진은 기존의 구형이 아닌 코어와 셸이 양쪽 끝에 붙어 있는 아령 형태의 양자점을 개발했다. 코어와 셸 구조를 동시에 갖고 있기 때문에 발광과 광검출 특성 모두를 나타낼 수 있게 된 것이다. 즉 에너지를 잃으면 빛을 방출하는 LED의 원리와 빛 에너지를 얻으면 전류가 흐르는 광센서 원리 모두를 구현할 수 있다. 연구진은 가로세로 각각 1인치 크기의 기판에 100개의 픽셀을 만들어 LED처럼 빛을 방출하고 외부 환경에 따라 빛의 강도를 조절할 수 있을 뿐만 아니라 외부 빛을 이용해 기판에 글자를 쓰는 실험도 성공했다. ETRI 연구진은 “나노입자의 구조와 성분을 조절해 빛 감지 효율을 높이고 에너지 변환 효율이 더 높은 디스플레이 장치를 개발하는 것이 최종 목표로, 상용화까지는 5~10년 정도 걸릴 것”이라고 설명했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

1590년 네덜란드 안경 제작자인 자카리아스 얀센이 발명한 현미경은 눈에 보이지 않는 미생물과 세포를 관찰할 수 있게 해 생물학을 비약적으로 발전시키는 데 일조했다. 이후 과학자들은 ‘몸속을 효과적으로 관찰할 수 있는’ 기술 개발에 골몰하게 됐다.1895년 독일 물리학자 빌헬름 뢴트겐이 우연히 발견한 엑스선은 사람의 몸속을 들여다볼 수 있게 해준 첫 번째 영상진단 기술이다. 그로부터 80년 정도 지나 엑스선 촬영의 진화인 컴퓨터단층촬영(CT) 기법이 개발됐다. 1971년에 선보인 CT는 원통 모양의 기계에서 엑스선으로 인체 각 부분을 촬영한 뒤 이를 재조합해 영상으로 표시해 보여 주는 것이다. CT를 개발한 앨런 코맥, 고드프리 하운스필드 박사는 1979년 노벨생리의학상을 받았다. CT와 함께 정밀 영상진단에 많이 쓰이는 것이 자기공명영상장치(MRI)다. 폴 라우터버와 피터 맨스필드 박사는 1973년 MRI를 개발한 지 30년 만에 노벨생리의학상을 수상했다. MRI는 CT와는 달리 방사선 피폭 걱정 없이 인체에 무해하고 정확한 방식으로 인체 장기의 영상을 얻을 수 있다는 장점이 있다.MRI는 핵자기공명(NMR)이라는 물리학 원리를 영상화한 기술로, 인체의 70%를 차지하는 물분자를 이루는 수소원자를 이용한다. MRI에 장착된 고감도 자기센서는 신체조직의 물이 만드는 미약한 자기장의 변화를 감지해 내부 코일로 증폭시켜 위치와 세기를 등고선처럼 나타낸다. 이를 컴퓨터가 변환시켜 신체 영상으로 보여 준다. 횡단면만 촬영이 가능한 CT와 달리 종·횡단면을 모두 찍을 수 있는 MRI가 더 선명하게 신체 내부를 볼 수 있다. 좀더 정확한 영상을 얻기 위해 조영제를 활용한다. 조영제는 MRI를 찍기 전 주사해 원하는 부위의 영상을 선명하게 보이게 만드는 약품으로 세포를 현미경으로 관찰하기 전에 염색시키는 것과 같은 원리다. 문제는 기존에 나와 있는 조영제는 질병 발생 부위와 주변 정상 부위를 모두 염색해 병변 부위가 또렷하게 보이지 않게 되는 문제가 있다. 기초과학연구원(IBS) 나노의학연구단 천진우(연세대 화학과 특훈교수) 단장팀이 질병 부위만 선택적으로 찾아내 MRI 신호를 강하게 내보내는 ‘나노MRI 램프’라는 일종의 나노물질 조영제를 개발하고 재료과학 분야 국제학술지 ‘네이처 머티리얼스’ 7일자에 발표했다. 연구팀은 자성물질의 거리에 따라 MRI 신호 강도가 달라지는 자기공명튜너(MRET) 현상을 처음으로 발견했다. 이를 활용해 자성을 띠는 나노입자와 상자성(常磁性) 물질, 생체인자 인식물질로 구성된 나노MRI 램프를 개발했다. 생체인자 인식물질이 암세포 같은 특정 단백질을 인식하면 상자성 물질이 암세포에 가까워지는 대신 자성나노입자와 멀어지면서 나노MRI 램프가 켜지는 방식이다. 이렇게 되면 주변 조직보다 병변 조직이 최대 10배 이상 밝게 보이기 때문에 기존 MRI 조영제를 사용했을 때보다 명확한 고감도 영상을 구현할 수 있다. MRI 검사 후 정확한 진단을 위해 세포나 조직 일부를 떼어내 검사하는 생검도 필요 없게 돼 의료진과 환자의 번거로움이 사라질 수 있다. 실제로 연구팀은 생쥐에게 암을 유발시킨 뒤 나노MRI 램프와 기존 조영제로 진단을 실시한 결과 나노MRI 램프가 암 발병 부위를 정확하고 선명하게 보여 주는 것을 확인했다. 천 단장은 “나노MRI 램프는 기존의 MRI 진단보다 높은 정확도와 민감도를 갖고 있어 분자 수준에서 질병을 관찰하고 진단하는 영상진단의 신개념을 제시한 것”이라며 “분자들의 결합과 해리 등 상호작용을 관찰할 수 있기 때문에 의학 분야뿐만 아니라 다양한 생명현상 연구에 도움을 받을 수 있다”고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

‘통풍’(痛風)은 바늘 모양의 요산결정이 관절에 쌓이면서 통증을 일으키는 것이다. 바람이 스치기만 해도 칼로 찌르는 것처럼 아프고 심지어 여성들은 출산의 고통보다 더하다고 표현하기도 한다. 극도의 고통을 유발하는 통풍을 눈물 한 방울만으로도 간단히 진단할 수 있는 기술을 국내 연구진이 개발해 주목받고 있다. 카이스트 바이오및뇌공학과 정기훈 교수와 박문성 연구원은 종이에 금속 나노입자를 입힌 통풍진단용 종이검사지를 개발하고 나노 분야 국제학술지 ‘ACS 나노’ 최신호에 발표했다고 17일 밝혔다. 현재 통풍을 진단하기 위해서는 혈액을 채취해 요산 농도를 측정하거나 관절에 탐침을 찔러 관절 윤활액을 채취한 뒤 요산결정을 현미경으로 관찰해야 하는 등 번거롭고 시간이 많이 걸린다. 연구팀은 안과에서 눈물을 채취할 때 쓰는 종이검사지에 나노플라스모닉스 특성을 갖는 금 나노물질을 균일하게 입혀 검사지를 만들었다. 나노플라스모닉스는 금속 나노구조 표면에 빛을 모으는 기술로 질병 진단이나 유전물질 검출 등에 활용한다. 비교적 간단하게 만든 진단용 종이검사지에 눈물을 묻히면 요산농도를 즉시 확인할 수 있다. 정확도는 혈액을 이용한 통풍검사와 비슷한 수준으로 나타났다. 정 교수는 “이 기술은 통풍을 신속하고 간단하게 진단할 뿐만 아니라 적은 비용으로도 생산할 수 있다”고 설명했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

흑색종 같은 피부암을 진단하거나 수술할 때 사용되는 문신이 개발됐다. 미국 캘리포니아 로스앤젤레스대(UCLA) 캘리포니아 나노시스템스연구소 분자및의학약리학과에 소속된 한인 연구원 최순실 박사가 논문 제1저자로 이 같은 연구결과를 나노분야 국제학술지 ‘ACS나노’ 최신호에 발표했다고 미국화학회가 26일 밝혔다. 문신은 장식이나 미용 목적으로 주로 쓰이지만 수술을 앞둔 환자의 수술부위를 표시하기 위해서도 사용된다. 특히 비흑색종 피부암의 경우 조직검사 후 암 여부를 판단하고 수술을 할 때까지 최소 3개월 가까이 걸리기 때문에 지워지지 않는 문신으로 환부를 표시하는 경우가 많다. 그렇지만 이런 수술용 문신에는 주로 흑연, 먹물, 형광색소 등을 사용하기 때문에 피부에 착색이 돼 수술 후에도 남아있는 경우가 많기 때문에 암 수술 이후 다시 레이저 수술로 문신을 제거해야 하는 단점이 있었다. 또 문신 색소로 인해 염증이 발생하는 사례도 잦다. 연구팀은 이 같은 의료용 문신의 단점을 해결하기 위해 평상시에는 눈에 보이지 않고 특정 파장의 푸른 빛을 쪼였을 때만 보이도록 했으며 시간이 오래 지나면 자연스럽게 사라지도록 하는 문신용 잉크를 개발했다. 나노입자로 만든 문신용 잉크를 생쥐에게 사용해본 결과 문신의 지속기간은 3개월 가량이며 문신이 남아있는 과정에서도 염증을 유발하지 않는다는 사실을 확인했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

국내 연구진이 외과수술 없이 초음파를 이용해 암 덩어리를 효과적으로 제거할 수 있는 기술을 개발해 주목받고 있다. 성균관대 화학공학과 박재형 교수팀은 초음파로 원격조종을 해 부작용 없이 종양을 치료할 수 있는 스마트 나노로봇을 개발하고 나노 분야 국제학술지 ‘나노 레터스’ 최신호에 발표했다. 기존에도 나노로봇은 빛으로 원격조종이 가능했다. 그러나 빛의 체내 투과율이 낮아 암 치료 효과도 떨어졌다. 연구팀이 금·티타늄 나노입자로 만든 스마트 나노로봇은 체내에서 초음파를 따라 암이 발생한 부위로 이동한 뒤 활성산소를 만들어 종양을 괴사시킨다. 실제로 연구팀은 간, 폐, 비장, 신장, 심장 등 주요 장기에 종양이 있는 생쥐에게 정맥주사로 스마트 나노로봇을 주입해 실험한 결과 종양만 효과적으로 제거된 것을 확인했다. 박 교수는 “이 스마트 나노로봇은 종양 치료에 새로운 패러다임을 제시한 것”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

의료진에게 환자 상처의 드레싱을 교체할 적정 시기를 알려주는 ‘스마트 붕대’를 13세 소녀가 발명해 화제가 되고 있다. 10일(현지시간) AP통신 보도에 따르면, 미국 오레건주(州) 포틀랜드에 사는 중학생 아누슈카 나이크나와레(13)가 위와 같은 아이디어로, ‘구글 사이언스 페어’(GSF) 행사에서 심사위원들의 마음을 사로잡았다. 구글은 2011년부터 매년 세계의 10대 청소년(만 13~18세)을 대상으로 이 같은 과학대회를 개최하고 있다. 여기서 아누슈카의 아이디어는 후원사가 주는 7개 상 중의 하나인 ‘레고 에듀케이션 빌더 상’을 받았다. 심사위원들을 감동하게 만든 아누슈카의 아이디어는 흔히 지나치기 쉬운 의료 문제인 만성 창상 치료에 관한 해결책이다. 미국에서는 매년 약 1억6500만 명의 부상자가 발생하며 이 중 많은 환자가 더 복잡한 치료가 필요한 만성 창상으로 고통받는다. 최근 과학에 따르면, 심각한 상처가 치료되려면 촉촉한 환경이 필요한데 드레싱을 너무 자주 교환하면 이런 상처 치료는 몆 주에서 몇 달까지도 걸릴 수 있다. 이에 아누슈카 나이크나와레는 의료진이 드레싱을 제거하지 않고 상처의 상태를 분석하는 것을 도와주는 붕대를 발명하게 된 것이다. 아누슈카는 수차례 반복된 실험으로 제작비가 저렴하고 생체에 적합한 이상적인 센서를 설계하는 데 성공했다. 이는 그래핀 나노입자를 함유한 잉크로 상처의 상태를 ‘프랙털 패턴’으로 보여주는 것으로 가능하게 됐다. 여기서 그래핀 나노입자는 수분 수치가 떨어졌을 때를 정확하게 감지하는 역할을 한다. 참고로 프랙털은 ‘fracture(파열)’와 ‘fraction(파편)’을 합성한 단어인데 불규칙하게 반복되는 것처럼 보이는 자연 현상을 간단한 패턴으로 설명하는 것을 말한다. 아누슈카는 20명의 결선 진출자 중 1명으로 선정돼 미국 캘리포니아주(州) 마운틴 뷰에 있는 구글 본사에서 자신의 프로젝트에 대해 발표했다. 그리고 거기서 14명의 수상자 중 1명으로 꼽혔다. 비록 최우수상은 아니었지만 가장 어린 수상자라는 기록도 세웠다. 아누슈카는 지역 매체 오리거니언과의 인터뷰에서 “전 세계에서 온 호기심 많은 다른 10대 청소년 과학자 19명과 대화를 나누고 논쟁하며 함께 즐겁게 지냈던 시간은 살면서 가장 좋은 경험이었다”고 말했다. 이제 아누슈카는 보호자와 함께 덴마크에 있는 레고 본사를 무료로 견학한다. 또한 그녀는 6개월간 자신의 멘토가 되는 레고 에듀케이션의 담당자에게 창업과 기업 운영 방법 등을 배우게 될 예정이다. 사진=구글 사이언스 페어 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

현대인의 가장 두려운 질병 중 하나로 꼽히는 치매(알츠하이머)가 오염된 공기로부터 뇌로 흡수된 미세한 자성물질 때문이라는 연구결과가 나왔다. 미세한 금속 성분의 자성 물질은 일종의 초미세먼지로, 자동차나 기차의 브레이크패드에서 주로 발견된다. 일반적으로 운전자가 브레이크를 밟으면 브레이크패드와 브레이크 디스크가 맞물리면서 마찰을 일으켜 자동차가 멈춘다. 이 과정에서 발생되는 것이 자성을 띤 금속 성분의 초미세먼지, 그 중에서도 자철석 산화물 나노입자다. 미국 란체스터대학 연구진은 영국 맨체스터와 멕시코 수도 멕시코시티에서 사망한 3~92세 37명 시신에서 뇌세포를 채취해 정밀 분석했다. 그 결과 생전 심한 중증 치매를 앓은 나이든 사람의 뇌에서 가장 많이 발견 된 것은 자철석 산화물 나노입자였다. 연구진은 이것이 뇌로 유입된 정확한 루트는 밝혀내지 못했지만, 코 등 후각 신경을 통해 뇌까지 침투했을 것으로 추측하고 있다. 외부 공기로부터 뇌로 흡수된 초미세먼지는 뇌의 혈관을 막는 플라크, 일종의 단백질 덩어리를 형성해 치매를 유발하는 것으로 보인다는 것이 연구진의 주장이다. 이 미세한 먼지는 인간 머리카락 두께의 500분의 1 정도인 200㎚정도로 매우 작아 신경계를 통해 체내로 흡수되기에 매우 용이하다. 일반적으로 치매는 뇌에 다량의 단백질이 끼거나 쌓이고, 이것이 뇌 조직을 손상시키고 파괴하면서 유발되는 질환이다. 전 세계적으로 4700만 명에 달하는 사람들이 치매로 인해 고통스러운 나날을 보내고 있다. 전문가들은 20년 이내에 치매 인구가 현재의 2배에 달할 것이라는 예측을 내놓고 있는 가운데, 연구진은 오염된 공기로부터 발생되는 초미세먼지가 뇌로 유입되는 과정을 정확하게 밝힐 수 있을 경우 치매를 예방하는데 도움이 될 것으로 기대했다. 연구진은 “우리는 공기 오염이 인간의 건강에 다양한 악영향을 미친다는 것을 알고 있다”면서 “다만 이번 연구는 오염된 공기가 인간의 뇌에 직접적으로 옮겨지는 과정을 밝히지 못했다는 점에서 추가 연구가 필요한 상황”이라고 설명했다. 영국 알츠하이머학회의 클레어 왈튼 박사는 “자철석 산화물이 치매를 유발하는 것으로 알려진 아말로이드 플라크를 형성한다는 것은 이미 밝혀진 사실이다. 다만 기존에는 이러한 물질이 뇌에서 자연적으로 형성된다고 알려져 있었는데, 이번 연구를 통해 외부의 오염된 공기로부터 유입될 수 있다는 추측이 최초로 제기된 것”이라고 덧붙였다. 한편 자세한 연구결과는 미국국립과학원회보(PNAS) 최신호에 실렸다. 사진=포토리아 송혜민 기자 huimin0217@seoul.co.kr

국내 연구진이 핵실험이나 원전 사고 때 방출되는 방사성 물질 세슘을 자기장을 이용해 손쉽게 제거할 수 있는 기술을 개발했다. 한국원자력연구원 원전제염해체기술개발부 양희만 박사팀은 자성을 띠는 나노입자 덩어리 표면에 세슘만을 흡착할 수 있는 ‘프러시안 블루’라는 물질을 붙인 ‘세슘 제거용 자성나노흡착제’를 개발했다고 3일 밝혔다. 이번 연구성과는 공학분야 연구정보 공유사이트인 ‘어드밴스드 인 엔지니어링’에서 ‘재료공학 분야에서 가장 주목해야 할 연구’로 선정됐으며 국내 특허로도 출원됐다. 방사성 세슘은 인체에 흡수되면 장기와 근육에 쉽게 축적돼 전신마비, 골수암 같은 질병을 유발시키는 물질이다. 세슘으로 오염된 액체 속에 이번에 개발한 흡착제를 넣어 실험한 결과 99.76%의 제거력을 보였다. 이는 기존 흡착제보다 흡착률이 2배 이상 향상된 것이다. 이 기술은 방사성 액체 폐기물 처리는 물론 원전 사고에 따른 대량의 오염수를 정화하는 데 쓰일 수 있다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

연구자서 CEO된 권오준 포스코 회장 “AI 용광로 제어 등 신기술로 재도약” 현택환 기초과학硏 나노 연구 단장 “연구실서 헌신한 제자와 동료 덕분” “지금까지 대한민국 경제 발전을 견인해 온 것으로 평가받는 자동차, 기계, 조선 등 중공업이 이만큼 성장해 온 것은 철강산업이 든든하게 뒷받침하고 있었기 때문입니다. 전통적인 굴뚝산업인 철강 분야를 대표해서 대한민국 최고의 과학기술상을 받게 돼 기쁩니다.” 올해 대한민국 최고과학기술인상 공학부문 수상자로 선정된 권오준(왼쪽·66) 포스코 회장은 11일 정부과천청사에서 열린 기자간담회에서 수상의 기쁨을 이렇게 표현했다. 연구자로 시작해 최고경영자의 자리에 오른 권 회장은 1986~2009년 포스코 산하 포항산업과학연구원(RIST) 수석연구원과 포스코 기술연구소장으로 일하면서 철강 신제품 14건, 제조기술 36건, 품질 예측모델 11건을 직접 개발하는 등 국내 철강산업이 세계적 경쟁력을 확보하는 데 기여한 공로를 인정받아 수상의 기쁨을 누리게 됐다. 권 회장은 일부에서 제기되고 있는 철강산업 비관론에 대해 “새로운 기술과 소재 개발을 통해 잘 팔리는 상품을 만들 수 있도록 자원을 배분함으로써 포스코의 주력인 철강기술 경쟁력 강화에 힘쓴다면 철강산업 분야의 어려움을 뛰어넘을 수 있을 것”이라고 강조했다. 또 그는 “최근 제조업이 스마트화하는 만큼 철강산업에서 가장 중요한 용광로 제어에 인공지능(AI) 기술 도입도 고려하고 있다”고 말했다. 권 회장은 상금 3억원의 사용 계획에 대해서는 “포스코가 설립한 포스텍과 이사장을 맡고 있는 한국공학한림원, 모교인 서울대에 각각 1억원씩 기부할 것”이라고 답했다. 권 회장과 함께 자연과학부문 수상자로 선정된 현택환(오른쪽·52) 서울대 화학생물공학부 교수는 “이번 수상의 영광은 내 것이 아닌 그동안 연구실에서 고락을 함께했던 제자와 동료 연구자들의 것”이라고 소감을 밝혔다. 기초과학연구원(IBS) 나노입자연구단장이기도 한 현 교수는 크기가 균일한 나노입자를 대량으로 합성하는 방법을 개발하고 합성 과정에 대한 기초연구를 수행해 나노입자 합성 분야 발전에 공헌한 공로를 인정받아 이번에 수상자가 됐다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

스마트폰이나 태블릿PC 같은 스마트 기기 사용이 늘면서 사용자들은 배터리 용량 때문에 고민이 많다. 앞으로는 언제 어디서든 특수잉크를 넣은 잉크젯 프린터로 배터리를 편리하게 프린트해 사용할 수 있을 것으로 보인다. 울산과학기술원(UNIST) 에너지 및 화학공학부 이상영 교수팀은 흔히 사용하는 일반 잉크젯 프린터를 사용해 문서를 출력하는 것처럼 종이에 배터리를 인쇄하는 기술을 세계 최초로 확보했다고 28일 밝혔다. 이번에 개발한 기술은 배터리를 프린터로 인쇄해 쓸 수 있도록 함으로써 ‘입는 컴퓨터’로 불리는 웨어러블 컴퓨터는 물론 다양한 사물인터넷(IoT) 기기에 대폭 활용될 것으로 기대된다. 이번 연구 성과는 영국왕립화학회에서 발행하는 에너지 공학 분야 국제학술지 ‘에너지 및 환경과학’ 22일자 온라인판에 실렸으며 7월호 표지 논문으로 게재될 예정이다. 연구진은 잉크젯 카트리지에 잉크 대신 은나노입자와 탄소나노튜브를 넣어 음극과 양극, 전해질 같은 배터리의 구성 요소들로 인쇄할 수 있도록 했다. 또 프린팅하는 과정에서 잉크 분사노즐이 막히지 않도록 인쇄물질의 점도를 조절하는 데도 성공했다. 연구진은 종이에 프린트하는 과정에서 잉크가 번지거나 흩어지는 현상을 막기 위해 나노 크기의 셀룰로오스 소재를 활용했다. 전지 재료를 인쇄하기 전에 종이 표면에 셀룰로오스 소재를 먼저 뿌려 잉크가 번지는 현상을 막은 것이다. 연구진이 이번에 개발한 종이 전지는 1만번 이상 충전과 방전을 반복해도 용량이 줄어들지 않았고 열에 강한 셀룰로오스 소재를 입힘으로써 150도의 고온에서도 전지 특성이 변하지 않았다. 또 1000번 이상 구부리고 접어도 전지 성능이 일정했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

고혈압이나 스트레스 등 다양한 원인으로 심장 기능이 떨어지면서 몸 전체에 혈액을 제대로 보내지 못하는 ‘심부전’은 환자의 30~40%가 진단 후 1년 내 사망하고 60~70%는 5년 이내에 증상이 악화되거나 급성발작으로 사망할 만큼 치명적인 심장질환이다. 기초과학연구원(IBS) 나노입자연구단 김대형(서울대 화학생물공학부 교수) 연구위원 연구진은 은나노 물질을 이용해 심부전 현상을 치료할 수 있는 ‘소프트 심장 자극기’를 개발했다. 이번 연구 성과는 의학 분야 국제학술지 ‘사이언스 중개의학’ 23일자에 실렸다. 연구진은 미세한 전기가 잘 전달될 수 있도록 하기 위해 은나노 물질을 실처럼 길게 뽑아 은나노선으로 만들었다. 그다음 나노선의 독성을 차단하기 위해 금을 도금하고 심장을 감쌀 때 상처를 주지 않고 탄성을 가질 수 있도록 고무를 둘렀다. 이번에 개발한 자극기는 그물망 형태로 심장 전체를 감싸 전기 자극이 골고루 전달돼 심장의 수축과 이완을 돕도록 했다. 지금도 심장 자극기가 사용되고 있으나 심장 일부에만 전극을 부착하는 형태여서 심장박동을 불규칙하게 만드는 부작용으로 인해 심장마비나 부정맥 등이 발생하는 단점이 있다. 연구진은 인위적으로 심근경색을 유도한 생쥐에게 소프트 심장 자극기를 설치해 실험한 결과 미세한 전기 자극만으로도 심장박동을 정상으로 만드는 데 성공했다. 김 연구위원은 “동물실험과 사람을 대상으로 한 임상시험을 통과해 상용화될 경우 심근경색과 심부전 치료에 획기적 전기를 마련할 수 있을 것”이라고 설명했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

국내 연구진이 배터리 수명을 그대로 유지하면서 충전 시간도 줄일 수 있는 기술을 개발하는 데 성공했다. 카이스트 EEWS대학원 강정구·김용훈 교수 공동 연구팀은 1만번 이상 사용해도 수명이 그대로인 리튬이온 배터리용 소재를 개발하는 데 성공했다고 20일 밝혔다. 이번 연구 성과는 재료공학 분야 국제학술지 ‘어드밴스드 펑셔널 머티리얼스’ 최신호에 실렸다. 현재 리튬이온 배터리용 소재로는 흑연 표면 한 층을 얇게 떼어낸 탄소나노물질인 그래핀이 많이 쓰이고 있지만 분리 과정에서 그래핀이 깨지거나 불순물이 표면에 묻어 배터리 효율과 수명이 눈에 띄게 줄어드는 단점이 있다. 연구진은 그래핀을 기체 상태로 만들어 얇은 막을 형성하도록 하는 ‘화학기상증착법’을 이용해 불순물이 적고 물성이 우수한 그래핀 박막을 만들었다. 이렇게 만들어진 그래핀 박막을 이산화티타늄 나노입자와 결합시켜 리튬배터리 소재를 만들었다. 연구팀은 이번에 개발한 소재로 배터리를 만들어 실험한 결과 130㎃h(밀리암페어아워) 용량을 1분 내에 충전하는 데 성공했다. 이는 1715㎃h 용량의 아이폰6S는 13분, 3000㎃h의 갤럭시S7은 23분 정도면 완전 충전이 가능한 속도다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

넝쿨 수액 속 균일한 나노입자 벽면 틈새 침투해 접착력 세져 美연구진 ‘접착 메커니즘’ 규명안녕하세요. 뉴욕 헤럴드트리뷴에서 스포츠 기사를 쓰고 있는 스탠리 우드워드(1895~1964)입니다. 저는 기자 생활을 시작하면서부터 스포츠만을 취재한 이른바 ‘전문기자’죠. 그런데 오늘은 담쟁이넝쿨(아이비)과 그 속에 숨어 있는 과학에 대해 이야기를 좀 하려고 해요. 미국 북동부 지역에는 전 세계의 학생들과 학부모들이 선망의 대상으로 삼고 있는 대학 8곳이 있습니다. 하버드, 예일, 펜실베이니아, 프린스턴, 컬럼비아, 브라운, 다트머스, 코넬이 바로 그곳이죠. 1865년에 세워진 코넬대를 빼놓고는 모두 영국 식민지시대인 17~18세기에 만들어진 유서 깊은 대학이어서 ‘아주 오래된 8개 대학’(Ancient Eight)이라고 부르기도 하지만 요즘은 ‘아이비 리그’라는 이름으로 더 많이 불리죠. 19세기 중반부터 이 대학들은 졸업 직전 열리는 축하 행사인 ‘클래스 데이’에 담쟁이를 심는 식수 행사를 가졌는데 그런 전통 덕분에 담쟁이넝쿨이 이들 대학의 상징이 된 겁니다. 어쨌든 1937년 어느 날 저는 동료 캐스웰 애덤스와 함께 컬럼비아대와 펜실베이니아대의 미식축구 경기를 취재하러 갔죠. 그날따라 구름 한 점 없이 맑은 날이어서였는지 애덤스는 취재는 뒷전이더라구요. “이런 좋은 날에 담쟁이넝쿨로 뒤덮인 이런 곳에서 미식축구 취재나 해야 하다니…”라며 한숨을 쉬더군요. 그때 저는 기사에 쓸 멋진 단어가 반짝 떠올랐습니다. 바로 ‘아이비 칼리지’였죠. 그러니 지금 쓰이고 있는 아이비 리그의 의미를 갖는 단어는 제가 처음 사용했다고 봐도 과언이 아니죠. 실제로 그렇게들 인정하고 있구요. 오늘 하고 싶은 얘기는 그건 아니구요. 담쟁이넝쿨을 건물이나 벽에서 떼어내 보려고 했던 사람들은 알겠지만 정말 힘들죠. 넝쿨이 떨어지기 전에 벽돌이나 시멘트 같은 것들이 같이 떨어져 나갈 정도니까요. 그런데 최근 미국 오하이오주립대, 조지아대, 테네시대 공동 연구진이 8년의 연구 끝에 담쟁이넝쿨의 접착 메커니즘을 밝혀내고 미국국립과학원에서 발행하는 자연과학 국제학술지 ‘미국국립과학원회보’(PNAS)에 발표했더라구요. 미식축구와 야구에만 관심을 갖다 보니 과학 얘기가 좀 어렵기는 했지만 열심히 읽어 봤더니 접착력의 비밀은 ‘당으로 코팅된 미세한 구형의 나노입자’(나노볼) 때문이라고 하더군요. 담쟁이넝쿨에서 나오는 끈적거리는 수액에 이 나노볼이 들어 있는데, 나노볼은 입자가 아주 균일하기 때문에 잘 퍼져 나가고 표면의 작은 틈새나 구멍에도 잘 침투해 들어간다는 거예요. 일단 그렇게 침투해 들어간 다음에 수분이 증발해 버리면 나노볼들이 농축돼 단단하게 접착된다는 거죠. 또 나노볼의 핵심 성분이 ‘AGPs’라는 일종의 당단백질이라는 것도 이번에 밝혀냈다더라구요. 이번에 발견된 담쟁이넝쿨의 접착 메커니즘을 모방하면 독성이 없는 고강도의 생체 친화적 접착제도 만들 수 있을 거라고 예상하더군요. 외과수술을 할 때나 뼈가 부러지거나 했을 때, 인공장기를 고정시킬 때 등 활용 방안이 다양하다고 해요. 정말 자연은 알면 알수록 신기한 것 같아요. 그렇지 않은가요. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

기초과학연구원은 현택환(52·서울대 화학생물공학부 교수) 나노입자연구단장이 한국인으로는 처음으로 ‘국제진공과학기술응용연합(IUVSTA) 기술상’을 받는다고 11일 밝혔다.

악성 흑색종은 피부암 중 가장 높은 치사율과 전이율로 악명이 높다. 과학자들은 오랫동안 악성 흑색종을 효과적으로 치료하기 위한 방법을 찾는데 매달려왔다. 실제 매년 미국과 영국에서는 각각 7만6000명과 1만4500명이 흑색종 진단을 받고 있다. 이는 국내도 마찬가지다. 건강보험심사평가원은 국내 흑색종 환자는 2009년 2819명에서 2013년 3761명으로 33.4%나 증가했다고 보고하고 있다. 흑색종은 조기에 발견되면 5년 상대생존율이 98%가 넘지만, 진단과 치료 전에 전이되면 그 생존율이 16.6%로 급감한다고 전문가들은 말한다. 5년 상대생존율은 같은 연령대의 일반인과 암 환자의 5년 생존율을 비교한 것으로 암 상대생존율이 100%라면 일반인의 생존율과 같다는 의미다. 이는 생존율 계산에 암 이외의 원인으로 사망한 환자의 경우를 보정하기 위한 것이다. 노스캐롤라이나주립대 연구팀은 오랜 연구를 거쳐 이런 흑색종에 직접 ‘면역 치료’ 약물을 전달할 수 있는 피부 패치를 개발했다. 이 피부 패치는 수많은 미세침이 부착돼 있는데, 이를 이용한 치료가 다른 면역 치료법보다 훨씬 더 효율적으로 흑색종을 표적으로 삼고 있음을 발견했다. 일반적으로 흑색종은 수술이나 화학 요법, 혹은 방사선 요법으로 치료하지만, 이 피부암 치료의 새로운 유망 분야는 이와 싸우는 신체 면역체계를 향상시키는 ‘면역 요법’이다. 인간을 비롯한 동물의 면역체계에서 T세포는 암세포를 식별하고 사멸시키도록 설계돼 있다. 특히 최근 들어 더욱 교활해지는 암세포에 맞서기 위해 암 면역 연구는 항체 ‘안티-PD-1’이나 프로그램된 세포 사멸에 초점을 맞추고 있다. 하지만 왕차오 노스캐롤라이나주립대 박사는 “안티-PD-1 항체는 일반적으로 혈류에 주입하므로 효율적으로 종양 부위를 표적으로 삼을 수 없다”면서 “두 번째로는 항체 과용은 자가면역질환과 같은 부작용을 일으킬 수 있다”며 문제점을 지적했다. 이런 문제를 해결하기 위해서 연구팀은 피부암 부위에 무수히 많은 미세침을 통해 안티-PD-1 항체를 전달하는 패치를 개발했다. 이런 미세침은 ‘히알루론산’으로 불리는 생체 친화성 물질로 만들어졌다. 또한 안티-PD-1 항체는 글루코스(포도당)와 접촉할 때 산을 생성하는 효소인 글루코스산화효소와 함께 나노입자에 포함돼 이후 패치 표면 상에 부착되는 미세침에 실렸다. 이렇게 만든 패치는 혈액이 미세침에 흘러 들어갈 수 있게 한다. 이 혈액 속에 있는 글루코스가 천천히 나노입자를 분해해 산을 생성, 글루코스산화효소를 만드는 것이다. 이런 효소는 화학적으로 분해되면서 안티-PD-1 항체를 종양 안으로 방출한다. 이번 연구를 총괄한 구전 박사는 “이 기술은 직접 종양 부위에 항체를 지속적이고 안정적으로 방출하도록 만든 것으로, 종양의 미세 환경에 개선된 안티-PD-1 항체를 지속해서 방출하는 효율적인 방식”이라고 설명했다. 특히 연구팀은 이미 이 패치를 쥐 실험을 통해 성능 확인까지 마쳤다. 이번 기술은 안티-PD-1 항체를 혈류에 주입했을 뿐만 아니라 나노입자를 종양에 주입하는 치료로 비교됐다. 연구 공동저자인 예옌치 박사과정 연구원은 “미세침 패치를 사용한 치료를 받은 쥐들 중 40%가 40일 뒤 살아남았고 남아있는 흑색종이 검출되지 않았지만, 통제군의 생존율은 0%였다”고 말했다. 또한 연구팀은 안티-PD-1 항체와 T세포가 암세포를 공격하는 데 도움을 주는 안티-CTLA-4라고하는 또 다른 항체를 섞어 약물을 만들었다. 왕 박사는 “미세침 패치에 안티-PD-1과 안티-CTLA-4의 혼합 약제를 사용하자 40일 뒤 쥐의 70%가 살아남았고 남은 흑색종이 검출되지도 않았다”고 말했다. 그리고 미세침에서 지속적으로 직접 항체를 방출한 덕분에 과학자들은 상대적으로 적은 투여량으로도 바람직한 치료 효과를 달성할 수 있는 것을 확인했다. 즉, 자기면역질환의 위험을 감소했다고 연구팀은 덧붙였다. 구 박사는 “우리는 이 기술의 개발에 대해 매우 기쁘게 생각하고 있으며 앞으로 추가 연구와 잠재적인 임상 연구를 위한 지원을 원한다”고 말했다. 이번 연구결과는 나노 분야의 저널인 ‘나노 레터스’(Nano Letters) 최신호에 게재됐다. 사진=노스캐롤라이나주립대 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

한국표준과학연구원(원장 신용현) 나노바이오측정센터 이태걸 박사와 카이스트(총장 강성모) 화학과 한상우 교수 공동연구팀은 ‘2차 이온 질량분석기’와 ‘적외선 분광분석기’를 동시에 활용한 새로운 나노입자 표면 분석기술을 개발했다고 21일 밝혔다. 나노분야 국제학술지 ‘나노스케일’ 최신호에 실린 이 기술을 이용하면 기존 분석법으로는 볼 수 없었던 나노입자와 분자, 분자와 분자 간의 상호작용과 결합 상태를 직접 확인할 수 있다. 연구팀은 “새로운 나노입자를 합성한 다음 그 성질을 파악하는 기초분석 과정에서 유용하게 쓰일 것”이라고 밝혔다.