찾아보고 싶은 뉴스가 있다면, 검색
검색
최근검색어
  • 핀셋
    2026-07-24
    검색기록 지우기
  • 2014년 반복
    2026-07-24
    검색기록 지우기
  • 해외
    2026-07-24
    검색기록 지우기
저장된 검색어가 없습니다.
검색어 저장 기능이 꺼져 있습니다.
검색어 저장 끄기
전체삭제
604
  • [21세기 과학 대탐험](9)나노테크놀로지

    살아있는 세포를 모방한 수백만개의 극소형 분자장치들이 암세포를 하나씩하나씩 공격해 암을 치료한다.인체 혈액세포의 10분의 1밖에 되지 않는 칩이 100만대의 PC만큼 강력한 파워를 구사한다.인체의 암세포나 병원균,환경오염물질 등을 원자 수준으로 분해해 제거한다.생물체를 인공합성해 새로운 먹거리를 만든다. 이러한 꿈같은 일들이 21세기 전반기에 달성될 가능성도 있다. 눈에 보이지 않을 정도로 작은 극미세 구조를 다루는 나노테크놀로지가 21세기의 새로운 과학으로 각광받고 있다.나노테크놀로지(Nano Technology,극미세 기술)란 개개의 분자,원자,또는 분자군을 원하는대로 옮기고 조합시켜다양한 물성을 지닌 물질이나 소재,장치를 만들어내는 기술을 말한다.과학자들은 나노테크놀로지가 20세기에 실리콘이 가져 온 변화와 비교되지 않을 기술적·과학적 혁신을 인류에 가져올 것이라 전망한다. **'21세기의 연금술'나노시대 열린다. *나노과학의 태동: 물질을 잘게 나누면 어디까지 나눌 수 있을까.이 질문은인류의 큰 호기심거리 중 하나였고,많은 사람들을 과학에 몰입하게 한 동기이기도 했다. 오랜 노력의 결과 이제 과학자들은 물질의 기본 구성 입자를 잘 이해하고있다.물질은 원자들로 구성돼 있고,원자는 전자와 핵으로 구성된다.핵 또한더욱 잘게 나눌 수 있는데 이를 ‘쿼크’라고 한다.물질의 성질은 핵 주위의 전자의 개수와 그 분포에 따라 결정된다.원자들이 모여 간단한 구조를 가진 물분자로부터 복잡한 구조를 가진 단백질 분자까지를 형성한다.또한 1,023개 이상의 원자 또는 분자가 규칙적으로 배열돼 고체를 형성한다.단백질과생물 세포는 분자 중 가장 복잡한 형태이다. 원자의 존재와 그 구조는 20세기 초 여러 실험에 의하여 간접적으로 증명됐다.원자에서 방출되는 빛이 특정한 파장의 스펙트럼을 내는 것으로부터 전자가 특정 에너지를 가진 것을 알 수 있었고,빠른 이온화된 입자를 원자에 충돌시킴으로써 원자 내의 핵의 존재를 확인할 수 있었다.과학자들은 이 때 정립된 양자역학으로 원자들의 전자 구조를 이해할 수 있게 됐다. *나노과학의 발달과정: 계속된 실험 방법의 발달과 계산 능력의 발전으로 원자 구조에 대한 이론적 접근도 가능해 졌다.즉 원자들이 서로 어떤 식으로반응해 거대한 분자를 이루거나 배열하여 고체를 이루는 과정을 이해하게 됐으며 이에 필요한 에너지와 그들의 안정된 구조를 계산·예측할 수 있게 됐다.과학자들은 원자를 직접 들여다 보면서 결합구조를 확인할 수 있는 방안을 모색하기 시작했다.‘머리카락 두께의 10만분의 1밖에 안되는 원자를 직접 볼 수 있다면….’ 이 얼마나 우리 모두를 흥분하게 하는 말인가. 그러나 1970 년대까지의 모든 실험방법으로는 해상도가 원자 크기에 미치지 못했기 때문에 원자,분자 및 고체의 기본 구조와 그들의 형성과정을 간접적으로만 확인이 가능했다.수소 원자의 크기는 0.05nm(나노미터,10억분의 1m)이고,고체 내부에 있는 원자들의 배열 간격은 약 0.3nm이다.이러한 크기는지금까지 발명된 광학현미경(최상의 해상도 500nm),전자현미경(최상의 해상도 1nm)으로는 측정할 수 없는 작은 크기이다. 1981년 스위스의 과학자 비닉과 로러는 양자역학적 터널링효과(전자가 자신이 가지는 에너지보다 높은 에너지벽이 있어도,전자는 이 에너지벽을 뚫고지나갈 수 있는 확률이 있다는 개념)를 이용해 새로운 현미경을 만들었다.그 동안 발전돼 온 첨단 제어기술,신소재 기술,전자 기술을 이용해 이들이 발명한 주사형터널링현미경(STM·Scanning Tunneling Microscope)은 두 도체가 0.5∼1㎚ 거리로 일정하게 떨어져 있는 경우,한 쪽에서 다른 쪽으로 전자가 터널링 할 수 있고,이 때 측정되는 전류를 측정함으로써 표면 구조를 관측하는 것이다. 이후 거리에 따라 변화하는 여러 물리량을 측정하는 주사형검침현미경(SPM)도 개발됐다.이 현미경들로 광학현미경이나 전자현미경보다 훨씬 좋은 배율을 가지며,원자를 직접 관찰·조작할 수 있게 됐다.이 기기들로 관측된 결과는 지금까지 이론적으로 예측된 구조나 성질과 판이하게 다른 경우도 있어,새로운 과학분야가 자연스럽게 생겨나게 됐다.나노과학의 탄생이다.크기의관점에서 나노과학은 100㎚ 이하 크기의 현상을 연구하는 분야다.물리적인세계에서 보면 나노세계는 곧 원자의 세계다. 이제 인류는 아무리 복잡한 구조도 원자적인 해상도를 가지고 볼 수 있으며,미세 세계의 자연은 인간 앞에서 하루 아침에 그 신비의 껍질을 벗어 버렸다.원자핵 주위의 전자의 분포를 직접 관찰함은 물론,이웃한 원자 사이에 형성된 화학결합도 직접 관찰할 수 있게 됐다.물론 이 반응에 관여하는 원자를 움직여 반응을 유도할 수 있고,이 반응 과정을 나누어 관찰할 수도 있다. *나노과학의 미래: 원자를 자유로 움직이고,원자들끼리의 반응을 유도한다는 사실 하나만으로 나노과학의 응용분야는 예측하지 못할 정도로 많다. 조립된 새로운 화학 물질을 기본 골격으로 하는 신물질 개발,원자·분자 크기의 모터를 이용한 동력개발,기본 생명체의 합성 및 의학에의 응용,전자 소자를 대체하는 원자 크기의 기본소자 개발 및 이를 이용한 컴퓨터의 개발,생물체와의 무기물 소자와의 접속 장치의 개발 등. 생물체는 여러 원자들의 결합으로 이뤄져 있다.따라서 원자를 하나 하나 끌어와 반응을 형성하고,이 결과에 의하여 생물체를 인위적으로 형성하는 것도 상상할 수 있다.실제로 일부 과학자들은 주사형검침현미경을 이용해 생물체 합성을 시도하고 있다.이러한 과정에는 많은 시간이 소요될 것이 예상되지만 언젠가는 가능한 일이다. 노벨상수상자인 리처드 훼인만은 1959년 “원자를 한개씩 한개씩 짜 맞추어 원하는 물체를 만드는 것은 물리학의 법칙들에 위배되지 않는다”고 했다. 당시에는 ‘억측’에 지나지 않았지만 21세기의 나노테크놀로지는 이를 ‘일상사’로 만들고 있는 것이다. 국 양 서울대 물리학부 교수. *컴퓨터·의료분야 획기적 발전 전기. 물질을 원자·분자 수준에서 제어하는 나노테크놀로지가 90년대 들어 첨단선도기술로 각광받고 있다. 원자를 하나씩 쌓아올려 필요한 물질을 실험실에서 만들어내는 나노테크놀로지가 가장 먼저 적용될 분야는 컴퓨터 칩 분야다.나노칩이 반도체칩의 한계를 극복할 수 있을 것으로 기대되기 때문이다. 현재의 정보산업의 발전은 반도체 소자의 소형화,고집적화에 의해 가능했지만 현재의 실리콘반도체 소자는 어느 단계에 이르면 물리적 한계에 도달해기억매체로 쓸 수 없게 된다. 정보의 최소단위인 비트(bit)를 구성하는 회로소자의 크기를 나노미터 크기로 실현해 DRAM(메모리 소자)을 만든다면 지금 시판 중인 256M DRAM보다 100만배 정도의 집적도를 가질 수 있다. 이 나노칩에 회로를 그려 넣는 방법들이 90년대 후반 이후 다양하게 시도되고 있다.전자가 절연체를 뚫고 지나가는 터널링효과를 이용한 주사형검침현미경을 사용하면,물체를 원자적 배율로 관찰함은 물론 원자들을 직접 움직여원자 크기의 구조 제작도 가능하다. 최근 주사형검침현미경의 뾰족한 끝에유기물 잉크를 묻혀 리소그라피(선 긋기)를 수행한 결과 작게는 30㎚ 크기의선을 만들기도 했다. 나노테크놀로지는 ‘나노기능소자’라는 또 다른 가능성을 제시한다.덩어리크기의 물질을 잘게 나누어 소자를 만들기보다는, 자연계의 모든 생물체가그렇듯이 원자나 분자 크기의 물질을 모아서 소자를 만들어야 한다는 새로운발상이다. 바이러스나 암세포를 분석하고 퇴치하는 분자칩,DNA합성기 등 나노기계를 만들 수 있게 된다. 많은 과학자들은 원자 단위의 조작을 위해 새로운 나노도구를 개발 중이다. 미국 하버드대학의 찰스 리버교수팀은 지난 해 말 미세한 유리막대를 금 전극으로 둘러싼 뒤 이 전극에 지름이 50㎚,길이가 4㎛(1㎛=100만분의 1m)인탄소나노튜브 가닥을 붙여 나노핀셋을 만들었다.전류의 조절에 의해 조종되는 ‘분자 젓가락’은 앞으로 DNA를 조작하거나 나노기계 제작,미세수술 등에 이용될 전망이다. 함혜리기자 lotus@
  • [21세기 과학 대탐험](2)지능형 마이크로시스템

    2011년 2월 어느 날.과중한 업무에 시달리는 A씨는 최근에 시작한 프로젝트에 대한 부담 때문인지 소화도 잘 안되고 가끔은 배에 통증을 느끼기도 한다.병원에 가자니 시간도 없고 진단기구들이 부담스러워 썩 마음이 내키지 않는다.마음은 무겁지만 차일 피일 병원가기를 미루던 A씨는 통증 때문에 며칠밤잠을 설치고 나서야 주치의에게 전화를 건다.“병원에 오실 필요 없습니다.근처 약국에서 새로 개발된 ‘캡슐 내시경’을 하나 사서 드시면 됩니다. ” 그냥 조그만 알약 같은 것을 먹기만 하면 어느 부분이 어떻게 잘못돼서아픈지를 알 수 있는 시스템이 개발됐다는 주치의의 한마디에 그의 얼굴에드리웠던 그늘도 금새 사라졌다. 10년 뒤 상용화를 목표로 최근 연구가 시작된 이 캡슐형 내시경은 위,장,자궁 등으로 찾아가 스스로 움직이면서 초소형 적외선 영상 진단장치나 초소형광학장치를 이용해 원하는 부위를 촬영, 자체에 내장된 정보 저장장치에 저장하거나 마이크로 텔레메트리(근거리통신) 방식으로 외부의 단말기를 통해몸 속의 상태를 실시간으로보여준다. 캡슐형 내시경은 기존 내시경의 역할을 수행할 수도 있고,가정이나 직장과같이 병원이 아닌 곳에서는 개개인이 가지고 있는 마이크로 PDA(개인디지털정보장치·Personal Digital Assistant)에 정보를 무선으로 전달하기도 한다.이 정보는 단골 병원의 담당의사 컴퓨터 단말기로 바로 전송돼 빠른 시간내에 고통 없이 내시경 진단을 할 수 있다.마이크로 PDA는 영상정보 뿐 아니라 몸에 이상이 생겼을 때 조직검사를 하기 위한 샘플채취용 검사장치와 이를 자동으로 분석하는 마이크로 진단장치를 내장하고 있다.따라서 유전자나이종(異種) 단백질의 종류를 조사,질병을 진단하기 위한 각종 정보를 한눈에알아 볼 수 있게 해 준다. 이러한 ‘캡슐형 내시경’이나 ‘마이크로 PDA’와 같은 첨단 시스템이 가능한 이유는 바로 마이크로시스템 기술의 발전 덕분이다. 마이크로 시스템기술은 놀라운 속도로 발전을 거듭하고 있는 반도체 기술에서 얻어진 실리콘 공정기술과 고집적(高集積)전자회로칩 기술을 바탕으로 한다.눈으로 볼 수 없을 정도로 소형화된부품과 이에 동반한 마이크로 조립기술,시스템화 기술 등이 집약된 종합기술이다.응용분야는 지난 10여년 동안일본의 통산성(MITI) 연구 프로그램에서 추진해 온 소형 파이프의 내부 검사용 마이크로 로봇에서부터 마이크로 모터,마이크로 가속도센서 등과 같은 부품에 이르기까지 다양하다. 하루가 다르게 급속히 발전하는 마이크로 부품 및 시스템 기술은 반도체의발전이 인간 생활에 미친 영향 이상으로 인간생활에 큰 변혁을 가져올 것이확실하다. 장기 내부를 직접 관찰하여 암이나 혹은 궤양과 같은 이상 병변 유무를 판단하는 내시경도 비타민 크기정도로 소형화한 캡슐형 내시경으로 대체,환자들에게 보다 쉽게 적용할 수 있을 것이다. 앞으로는 뇌졸중으로 언제 쓰러질지 몰라 걱정이 태산같은 고혈압 환자,심장질환으로 항상 페이스 메이커를 달고 다니는 심장병 환자들은 걱정을 잊고생활 할 수 있게 된다. 몸 속에 사람이 느낄 수 없을 정도의 작은 크기로 혈압을 측정하는 센서를 내장,기준치 이상으로 혈압이 높아지게 될 때 센서와함께 내장된 마이크로 약물 투입장치를 통해 혈압 강하제가 주사된다.동시에무선으로 비상상황임을 병원에 알린다. 담당 의사의 컴퓨터,긴급구조반의 컴퓨터와 연결된 마이크로 PDA에는 개인GPS(지리정보시스템·Global Position System)가 내장돼 있기 때문에 환자의위치와 혈압 등의 생체 정보는 곧바로 병원으로 전달돼 응급처치를 받을 수있다. 마이크로시스템 기술의 발달에 따라 21세기 초반에 실현될 수 있는 또 다른응용분야는 정보통신 분야에서의 혁명이다.수년 내로 개인용 컴퓨터는 화상통신도 가능하고 인터넷에 접속할 수도 있으면서 능동적으로 인체내의 모든정보를 처리하여 인간의 복지향상에 지대한 역할을 할 수 있을 것이다.현재의 기술 수준으로도 명함크기 정도의 PDA형 컴퓨터가 만들어질 수도 있지만앞에서 언급한 모든 기능을 포함한 착용가능한 컴퓨터(Wearable Computer)는지능형 마이크로 시스템 기술의 개발과 더불어 가능하게 될 것이다. 모든 기계의 크기는 더욱 작아지지만 기능은 더욱 고도화 된다. 명함 크기의 컴퓨터이지만 화면은 지금의 컴퓨터보다 더 크고 가상 공간에서도 실제상황 같은 화면을 얻을 수 있는 버추얼 디스플레이(Virtual Display)도 가능해 질 것으로 전망된다.현재의 컴퓨터는 자판을 이용해서 정보를입력하지만 미래의 휴대형 컴퓨터는 크기가 작아지기 때문에 자판을 들고 다닐 수는 없으므로,음성으로 정보를 입력하든지 또는 가상의 자판을 만들어서정보를 입력하든지 전자펜과 같은 정보 입력장치 등이 상용화 될 것으로 예측된다.또한 마이크로 PDA로부터 명령받은 정보가 사람이 착용한 안경면 위에 컴퓨터 화면과 같이 나타나 걸어다니면서 그때 그때 정보를 바로 볼 수있는 시스템의 구축도 가능할 것이다. 현재 국내에서도 이러한 마이크로시스템 기술의 중요성을 인식하여 과학기술부에서는 21세기 프론티어 연구사업의 하나로서 지능형 마이크로시템 사업을 추진하고 있다.이와 관련한 인터넷 홈페이지는 http:///www.microsystem. re.kr 이다. ◈朴鍾午◈ ▲45세 ▲연세대 공과대학 졸업 ▲한국과학기술원(KAIST) 공학석사 ▲독일슈투트가르트대학 공학박사(로봇공학) ▲독일프라운호퍼자동화연구소 객원연구원 ▲과학기술부 선정 21세기프론티어 지능형 마이크로시스템 연구개발단장 [박종오 한국과학기술연구원 시스템연구부 책임연구원] *의료분야 마이크로머신 ‘의사는 주사기로 세균크기의 잠수정을 환자의 몸속에 주입한다.잠시 후잠수정은 혈관을 타고 암세포에 이르러 암세포를 섬멸한 뒤 환자의 눈물을타고 밖으로 나온다.’ 공상과학소설가로도 유명한 물리학자 아이작 아시모프가 지난 66년에 쓴 ‘환상의 항해’에 기술된 이 상황은 이제 더 이상 픽션이 아니다.마이크로머신의 발달은 소설이나 영화속에서만 가능했던 이같은 상황을 실현하는데 결정적인 역할을 한다. 마이크로머신이란 크기가 수 마이크로미터(1㎛=100만분의 1m)에서 수㎜에이르는 초소형 기계.의료 분야에서는 혈관 속에 투입돼 진찰과 치료기능을수행하는 로봇,미사일처럼 아픈 부위에 약물을 싣고 가서 선택적으로 치료해주는 지능형 알약을 개발하는 연구가 한창이다. 실제로 지난 해 4월 독일 일메나우공대의 연구팀은 성냥개비보다 가늘고 성냥개비반 만한 크기에 3개의 독립적인 분절로 구성된 초미니 ‘로봇벌레’를 개발했다.이 인공벌레는 교묘한 추진시스템을 가지고 있기 때문에 인체의정맥이나 동맥과 같은 복잡한 형태의 관 속에 들어가 진찰, 청소기능을 수행한다.마이크로 카메라나 초소형 핀셋,메스 등을 장착하면 대수술을 하지 않고도 심장수술을 수행하는데 이용할 수 있다고 연구팀은 전망하고 있다. 미국과 독일 연합연구팀은 최근 마이크로칩이 내장된 알약으로 아픈 부위만선택적으로 치료할 수 있는 지능형 알약을 개발했다.의료진들은 이같은 신기술이 환자들의 생활을 편리하게 해 줄뿐 아니라 고통을 크게 줄여줄 수 있을 것으로 전망하고 있다.하지만 더욱 반가운 것은 현재 부유층 등 극히 일부 사람만이 누릴 수 있는 첨단의료기술이 보편화될 것이란 점이다. 함혜리기자 lotus@
  • 지진피해 터키에 의료용구 지원

    보건복지부는 한국의료용구공업협동조합(이사장 이민화)과 함께 지진 피해로 고통받는 터키에 1억6,000여만원 상당의 의료용구를 지원키로 했다고 3일밝혔다. 의료용구조합 소속 메디슨,바이오시스,솔고,아이리 등 4개 업체가 참여해초음파 진단기,환자모니터링 기기,핀셋,타진기,사부침,수술칼 등 의료용구와수송료까지 부담한다. 임태순기자 stslim@
  • 삼성경제硏 선정-새천년 10대 개술 패권 어디로

    새로운 천년의 기술패권은 누가 쥘까?. 삼성경제연구소가 21세기 산업을 주도해 나갈 ‘신기술 10선(選)’을 21일발표했다. ■디지털기술 물리량을 0과 1의 2진수로 표시하는 기술.20세기가 탄생기라면 21세기는 이 기술의 개화기로 디지털TV 등 관련산업의 급성장이 기대된다.46년 개발된 최초의 진공관식 컴퓨터는 무게만 30t이었다.일본 IBM이 개발한워크맨 크기의 컴퓨터는 바로 디지털의 쾌거다. ■광(光)기술 빛의 파동성과 입자성,에너지를 활용하는 기술.60년대 레이저발명을 계기로 실용화가 급진전됐다.광통신,디지털비디오디스크(DVD) 등 광정보기기,레이저 가공 등 광정밀,빛으로 촉매를 반응케 하는 광촉매 등 광소재분야가 있다. ■바이오기술 유전자 복제,형질변경,배양,치환을 통해 새 형질의 제품을 만드는 기술.의약·농업을 중심으로 연 10∼30%의 성장이 예상된다.모 생명과학연구소가 남해안에서 자라는 무화과 나무에 고무나무 유전자를 합성,천연고무를 생산하는 나무를 개발 중인 것이 사례다. ■초전도기술 전기저항이 없는 재료를 개발하는기술.초전도 소재로 송전선을 만들면 전력손실이 거의 없다.전기와 관련된 에너지(저장 발전 핵융합 등) 수송기기(자기부상열차 초전도추진선) 의료분야(MRI)에 넓게 쓰일 전망이다. ■평판 디스플레이 액정표시장치(LCD)가 상업화되면서 100년 역사의 브라운관을 대체할,가볍고 얇은 평판디스플레이(FPD)개발이 본격화됐다.시장이 2005년엔 지난해보다 2.4배 성장한 400억달러로 추정된다. ■극초소형 기계 극소형의 기계·광소자 부품을 하나의 칩에 집적시키는 기술.성냥개비보다 작은 의료용 수술가위나 핀셋,인체내부에 암종양까지 약을운반하는 미니로봇 등을 들 수 있다. ■연료전지 수소와 산소를 반응시켜 발전(發電)하는 기술.주택용과 전기사업용,공업용,업무용으로 응용이 확대될 것이다.일본과 미국이 선두두자이며 2005년께 상용화할 전망이다. ■의료기기기술 저렴하면서 정확하게 신체를 촬영·진단할 수 있는 영상의료기기를 중심으로 진전되고 있다.장기나 조직을 대체할 수 있는,사람세포와유사한 신물질을 개발하는 분야와 우주실험을 노인병 치료나 노화예방에 활용하는 우주의학 분야 등이 있다.브래지어 모양의 조끼에 수많은 전극을 설치,심작박동을 측정하고 심장병환자의 심장박동이 약해질 경우 자동으로 전기충격을 가해 돌연사를 막아주는 기술도 포함된다. ■휴먼인터페이스 사람을 대신할 기계를 만드는 기술.음성인식 기계번역 음성합성 기술이 그것이다.상업화엔 10년 이상 걸릴 것같다.IBM은 최근 “지구본을 그려라”고 말하면 이를 알아듣고 그리는 컴퓨터를 개발했다. ■지능형교통시스템(ITS) 정보기술과 자동차기술을 융합시켜 도로·자동차·인간을 일체화시키고 상호 커뮤니케이션이 가능하도록 하는 기술.우리나라는97년 ITS기본계획을 세웠으며 2000년부터 기반기술연구와 표준안 수립, 시제품 제작,상용화를 추진한다. 권혁찬기자 khc@
위로