우리 지구 위에 치명적인 전자를 차단하는 보이지 않는 보호막이 존재한다는 것을 미국의 물리학자들이 밝혀냈다. 콜로라도대학 볼더캠퍼스 대기우주물리학연구소(LASP) 다니엘 베이커 교수팀은 지구로부터 약 1만 1600km 떨어진 상공에서 고에너지의 전자와 양성자가 이런 치명적인 전자를 차단한다고 설명했다. 연구팀은 이를 '밴앨런 복사대 제3의 고리'라고 부르는데, 흔히 밴앨런대로 불리는 '밴앨런 복사대'는 1958년 아이오와대학의 제임스 밴 앨런 교수팀이 발견했다. 당시 지상 650~1만km와 1만4000~5만8000km 사이에 걸쳐 안팎으로 두 개의 대(벨트)가 존재하는 것이 발견됐다. 이후 밴 앨런 교수 밑에서 박사 학위를 받았던 베이커 교수가 지난해 미국항공우주국(NASA)에서 발사한 밴앨런 쌍둥이 탐사선을 이용해 '제3의 고리'를 발견했는데, 안쪽과 바깥쪽 중간에 있는 이 고리는 우주 공간의 기상에 따라 나타났다가 사라진다. 그런데 최근 이 경계면이 거의 광속으로 날아오는 전자들을 지구 대기 안쪽으로 들어오지 못하도록 차단하는 것으로 나타났다. 베이커 교수는 “공상과학(SF) 드라마 ‘스타트랙’에서 외계인의 공격을 피하려고 치는 ‘실드’처럼 보이지 않는 밴앨런대의 제3의 고리가 보호막이 돼 전자를 차단하고 있다”면서 “매우 불가사의한 현상”이라고 말했다. 기존에는 전자가 자기권과 대기권을 통과할 때 해롭지 않게 된다는 것이 정설이었지만, 보호막의 발견으로 이 정설이 뒤집힐 수도 있다.　한편 이번 연구논문은 세계적인 학술지 네이처(Nature) 온라인판 11월 27일 자에 게재됐다. 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

우리 지구 위에 치명적인 전자를 차단하는 보이지 않는 보호막이 존재한다는 것을 미국의 물리학자들이 밝혀냈다. 콜로라도대학 볼더캠퍼스 대기우주물리학연구소(LASP) 다니엘 베이커 교수팀은 지구로부터 약 1만 1600km 떨어진 상공에서 고에너지의 전자와 양성자가 이런 치명적인 전자를 차단한다고 설명했다. 연구팀은 이를 '밴앨런 복사대 제3의 고리'라고 부르는데, 흔히 밴앨런대로 불리는 '밴앨런 복사대'는 1958년 아이오와대학의 제임스 밴 앨런 교수팀이 발견했다. 당시 지상 650~1만km와 1만4000~5만8000km 사이에 걸쳐 안팎으로 두 개의 대(벨트)가 존재하는 것이 발견됐다. 이후 밴 앨런 교수 밑에서 박사 학위를 받았던 베이커 교수가 지난해 미국항공우주국(NASA)에서 발사한 밴앨런 쌍둥이 탐사선을 이용해 '제3의 고리'를 발견했는데, 안쪽과 바깥쪽 중간에 있는 이 고리는 우주 공간의 기상에 따라 나타났다가 사라진다. 그런데 최근 이 경계면이 거의 광속으로 날아오는 전자들을 지구 대기 안쪽으로 들어오지 못하도록 차단하는 것으로 나타났다. 베이커 교수는 “공상과학(SF) 드라마 ‘스타트랙’에서 외계인의 공격을 피하려고 치는 ‘실드’처럼 보이지 않는 밴앨런대의 제3의 고리가 보호막이 돼 전자를 차단하고 있다”면서 “매우 불가사의한 현상”이라고 말했다. 기존에는 전자가 자기권과 대기권을 통과할 때 해롭지 않게 된다는 것이 정설이었지만, 보호막의 발견으로 이 정설이 뒤집힐 수도 있다.　한편 이번 연구논문은 세계적인 학술지 네이처(Nature) 온라인판 11월 27일 자에 게재됐다. 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

봄철 북쪽하늘에서 볼 수 있는 사냥개자리 방향의 은하 NGC 4151. 그 중심에 있는 거대 블랙홀을 휘감고 있는 ‘링’ 모양이 영화 ‘반지의 제왕’에 나오는 ‘사우론의 눈’과 매우 흡사해 그와 같은 이름으로 불린다. 기존에 추정된 거리는 1300만~9500만 광년으로 큰 폭이었으나, 영국 사우샘프턴대학의 세바스찬 호니그 박사가 이끄는 천문학 연구팀이 새로운 접근 방식으로 지구로부터 6200만 광년 거리에 있음을 측정해냈다. NGC 4151의 중심에 있는 거대 질량 블랙홀이 가스와 먼지를 삼키면서 성장하고 그 은하 중심은 밝게 빛나는 ‘활동은하핵’(AGN)으로 관측된다. 그 블랙홀 주변에는 고온의 먼지가 링 모양으로 분포한다. 연구팀은 미국 하와이에 있는 W.M.켁 천문대의 망원경 2개를 조합한 적외선 관측으로 링의 겉보기 및 실제 크기를 측정하고 그 은하까지의 거리를 추산했다. 실제 크기는 블랙홀 근처 빛의 변동이 링에 전해지는 시차로 산출했다. NGC 4151과 같은 수천만 광년 떨어진 먼 은하의 거리를 정확하게 측정할 수 있으면, 그 은하의 블랙홀에 관한 질량도 정확하게 알 수 있다. 이번 결과를 토대로 하면 이런 블랙홀의 질량은 기존 측정법에 의한 값보다 50% 이상 정확도가 향상될 수도 있다고 한다. 연구팀은 앞으로 덴마크 등 국제 연구팀과 협력해 더 많은 활동은하핵을 조사할 예정이다. 정밀도가 90%에 달하는 이 신기술로 10여 개의 은하까지의 거리를 측정하고 우주 이론에 관한 오차를 기존보다 줄일 수 있다고 한다. 이를 다른 측정법과 조합하면, 우주 팽창의 역사에 대해 더 자세히 알수 있는 단서가 될지도 모른다고 전문가들은 말한다. 한편 이번 연구성과는 세계적인 학술지 네이처(Nature) 27일 자로 게재됐다. 사진=NASA 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

향후 몇 년 내에 주변상황이 어떻게 변화할지 예측해내고 가능성을 유추해내는 개연성 감각 (sense of probability)은 후천적 교육이 아닌 선천적으로 내재되어 있다는 연구결과가 나왔다. 네이처 출판그룹(Nature Publishing Group)에서 발행하는 세계적 기초과학종합 주간매체 네이처(Nature)는 이탈리아 베니스 IUAV 대학 연구진이 “사람들의 개연성 감각(sense of probability)은 선천적으로 타고나는 것”이라는 내용의 연구결과를 발표했다고 최근 보도했다. 개연성(probability)은 특정 사건이 미래에 현실화될 수 있는 확실성 또는 가능성의 정도를 의미하는 것으로 인간이 이를 실생활에서 추론해내는 능력은 어린 시절(통상적으로 5~6세), 학교나 유사 교육기관에서 수학적, 통계적 기초능력을 향상시키는 과정을 겪으며 자연스럽게 얻어진다는 가설에 많은 힘이 실려 있었다. 즉, 교육적 기반이 있어 개연성 감각이 생겨난다는 의미다. 하지만 이탈리아 베니스 IUAV 대학 연구진에 따르면, 개연성 감각은 교육을 통해 인위적으로 만들어지는 것이 아닌 선천적으로 타고날 가능성이 더 높다. 이는 연구진이 중앙아메리카 과테말라 농촌마을에 거주중인 토착 마야 인들을 대상으로 각기 다른 색상의 칩 조각을 이용해 확률 예측능력을 평가하는 테스트를 진행해 얻어진 결론이다. 이 마야 인들은 어린 시절부터 지금까지 전혀 공식적인 교육을 받지 못했지만 칩 조각 색깔이 어떤 식으로 변화할지 예상해내는 방식의 해당 테스트에서 놀라운 감각적 개연성을 보여줬다. 특히 현재 초등학교에 막 입학한 7~9세 사이 마야 아이들에게 같은 내용의 테스트를 진행했을 때도 성인 마야 인들이 내린 결론과 유사한 패턴을 보였다. 이는, 미래예측능력이 선천적으로 머릿속에 내재되어 있을 가능성이 높음을 암시한다. 이와 관련해, 이탈리아 베니스 IUAV 대학 비토리오 지로토 교수는 “이 테스트 결과는 인간의 감각적 개연성이 교육적 훈련이 아닌 선천적으로 몸속에 내재되어 있다는 것을 알려주는 의미 있는 증거”라고 설명했다. 한편, 이 연구결과는 네이처 외에 ‘미국국립과학원회보(Proceedings of National Academy of Sciences)’에도 소개됐다. 자료사진=포토리아 조우상 기자 wscho@seoul.co.kr

광섬유는 데이터 전송량이 폭발적으로 증가하는 시대에 축복과도 같은 발명품이다. 좀 더 정확하게는 광통신이라고 해야겠지만 아무튼 얇은 광섬유 한 가닥으로 과거에는 상상도 못할 만큼 많은 양의 데이터를 손쉽게 지구 어느 곳에나 전송할 수 있게 된 것은 현대 문명의 기적이라고 할 수 있을 것이다. 최근에는 기가비트(gigabit)급 인터넷 서비스까지 선보일 수 있는 건 광섬유의 발명이 아니었다면 절대로 가능하지 않았을 것이다. 기가비트급 통신이나 10 Gbps 급 속도를 보이는 USB 3.1, 그리고 그보다 더 빠른 속도를 보장하는 썬더볼트(Thunderbolt) 같은 규격은 급격히 증가하는 데이터에 따른 시대적 변화이지만 사실 기업 및 대규모 데이터 센터(IDC)들에서는 더 강력한 수단을 필요로 하고 있다. 기가비트를 뛰어넘는 테라비트(terabit)급이나 그 이상의 속도를 말하는 것이다. 이미 인텔과 코닝 같은 기업들이 힘을 합쳐서 MXC 커넥터라는 새로운 규격을 만들었는데 이는 25 Gbps 급 전송규격의 광섬유를 16 X 4 방식으로 배열해서 한 방향으로 800 Gbps, 양방향으로 1.6 Tbps 데이터 통신이 가능하게 만든 것이다. 이 광섬유에는 코닝의 ClearCurve Fiber가 사용된다. 이 규격을 준수하는 광섬유는 2014년 2분기와 3분기에 순차적으로 파트너들에 의해서 양산이 시작되었는데 미래의 표준으로 보급될지는 아직 시간이 지나봐야 알겠지만 1 Tb 이상의 데이터를 전송하는 규격 단자와 케이블은 이미 현재 진행형인 일이라고 할 수 있다. -초당 255 '테라비트'까지 성공 한편 이미 한 가닥의 광섬유에서 테라비트급 데이터 전송에 성공한 것은 좀 지난 일이라고 할 수 있다. 과학자들은 다음 단계로 넘어가기 위한 연구를 진행 중이다. 올해 중순에 카를스루헤 공과대학 (Karlsruhe Institute for Technology) 연구팀은 일본의 NTT 에서 개발한 특수한 광섬유를 이용해서 무려 초당 43 테라비트(43 Terabits per second)의 데이터 전송 속도를 기록하는데 성공했다. 이는 1 초에 5 TB 가 넘는 데이터를 전송하는 속도다. 이것만 해도 놀라운 기록이지만 올해가 채 지나기도 전 네덜란드 아인트호벤 대학 (Eindhoven University of Technology, TU/e)과 센트럴 플로리다 대학 (University of Central Florida, CREOL)의 연구자들은 네이처 포토닉스(Nature Photonics)에 새로운 멀티코어 광섬유를 이용해서 무려 초당 255 테라비트(255 Terabits per second)의 새로운 기록을 달성했다고 발표했다. 이 광섬유는 지름 200 미크론 정도로 기존의 통신용 광섬유보다 엄청나게 많이 굵지는 않지만 (참고로 MXC 규격 광섬유의 지름은 180 미크론이다) 사실은 멀티코어 광섬유(multicore fiber)로 내부에 7 개의 코어를 지니고 있다. 여기에다 각 코어당 3 개의 데이터 전송 통로를 지니고 있다. 연구팀은 이 광섬유와 기존의 광섬유를 비교하면 1차선 도로에 한대의 차가 다니는 경우와 7차선 도로에 3대씩 차가 다니는 것을 비교하는 것과 같다고 설명했다. 즉 비교도 안되게 데이터 수송량이 많다는 것이다. -유럽연합 차세대 과학기술 '호라이즌 2020'의 목표 초당 255 테라비트라는 기록을 달성했다면 다음 단계는 페타비트라는 걸 누구나 쉽게 짐작할 수 있을 것이다. 사실 마지막에 언급한 연구는 유럽연합이 야심차게 추진 중인 차세대 과학기술인 호라이즌 2020(Horizon 2020) 연구 계획의 목표이기도 하다. 즉 초당 페타비트급 광통신 기술을 앞으로 6 년 이내에 개발하는 것이다. 물론 이 목표가 매우 야심찬 것이긴 하지만 지금까지 기술발전 속도를 볼 때 불가능한 일이라고 할 수는 없을 것이다. 사실 솔직히 말한다면 이제는 매우 근접한 목표로 보인다. 그러데 사실 이렇게 빠른 광통신을 수용할 만큼 빠른 저장장치도 없을 것 같은데 이와 같은 연구를 하는 이유는 무엇일까? 이는 역시 미래를 위한 대비라고 할 수 있다. 현재 데이터 전송량은 매년 폭발적으로 증가하고 있다. 머지않아 기가비트조차 구시대의 유물이 될지도 모르는 일이다. 56 kbps 모뎀의 추억을 떠올리면 사실 그때에서 지금까지 오는데 몇십 년 정도밖에 걸리지 않았다는 사실을 상기할 필요가 있다. 향후 막대한 데이터 폭증에 대비함과 동시에 비용절감(백 개의 광섬유가 할 일을 하는 한 개의 광섬유라면 10배 비싸도 10배 정도 비용절감을 이룰 수 있다)과 그린 IT를 위한 에너지 절감(역시 같은 논리로 사용되는 케이블의 수가 적으면 에너지 소모도 적을 수 밖에 없음)을 이룩하는 것은 매우 중요한 일이다. 따라서 앞으로도 기술적 허용하는 한계에 도달할 때까지 연구는 계속될 것이다. 고든 정 통신원 jjy0501@naver.com

약 6600만 년 전, 공룡왕국에 살았던 것으로 추정되는 그라운드호그(다람쥐의 일종)를 닮은 신종 포유류가 발견됐다는 연구논문이 세계적인 학술지 네이처(Nature) 5일 자로 게재됐다. 이는 포유류의 진화 역사를 다시 쓰는 것. 몸무게 약 9kg의 이 생물은 중생대 남반구에 서식하던 것으로 알려진 포유류 중에서 가장 크다. 학명은 빈타나 세르티치(Vintana sertichi)로 명명됐다. 논문을 발표한 미국 뉴욕주립대 스토니브룩캠퍼스(SUNY)의 데이비드 크라우스 박사가 이끄는 연구팀은 “쥐 정도 크기 밖에 없던 그 시대의 포유류 중에서 ‘슈퍼 헤비급’인 이 생물은 생명 역사에서 중요한 위치를 차지하게 됐다”고 밝혔다. 또 연구팀은 “이번 발견은 공룡 멸종 이후 지구의 통치자가 된 포유류의 진화 역사가 지금까지 생각했던 것보다 훨씬 더 거슬러 올라갈 수 있다는 것을 의미한다”고 설명했다. 이처럼 귀중한 ‘빈타나 세르티치’의 길이 13cm짜리 두개골 화석은 마다가스카르 섬에서 이 대학 연구실로 옮겨진 무게 70kg짜리 사암 덩어리 안에서 우연히 발견됐다. 크라우스 박사는 “이 화석이 보여주는 해부학적 특징은 그 어떤 고생물학자도 에상할 수 없었던 것”이라고 말했다. 현대에 서식하는 그라운드호그의 거의 2배 크기인 빈타나 세르티치는 설치류와 비슷한 앞니와 내마모성이 있는 어금니를 갖고 있다. 이런 치아는 아마도 나무 뿌리와 씨앗, 과일 등을 씹어먹는데 사용된 것으로 보인다. 큰 눈은 어두운 곳에서 사물을 보는 것을 가능하게 했던 것으로 여겨지며, 속귀의 모양과 크기는 들을 수 있는 소리의 주파수가 인간보다 높았던 것을 시사한다. 움직임은 민첩했을 가능성이 높고 커다란 코안(비강)은 날카로운 후각을 지녔을 것으로 예상된다. 특이하게도 원시적이고 현대적인 특징을 고루 보유해 이 생물은 곤드와나(Gondwana)로 불리는 초대륙에 서식한 곤드와나테리움(Gondwanatherian)이라고 불리는 초기 포유류의 신종으로 여겨진다. 곤드와나테리움은 불과 30년 전까지는 전혀 알려지지 않았다. 이 생물은 마다가스카르 섬이 인도에서 분리된 뒤 약 2500만 년에 걸쳐 진화한 산물이다. 마다가스카르 섬은 곤드와나 초대륙과 분열한 기간인 약 3000만 년 동안 인도와 연결돼 있었다. 하지만 이 동물의 계통은 결국 사라졌다. 이는 ‘포유류성’(mammalness)에 관한 진화 실패 사례 중 하나라고 크라우스 박사는 말했다.　 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

과거 육지와 바다를 모두 누비며 번성했던 어룡의 과도기에 해당되는 화석이 처음으로 확인돼 학계의 관심을 끌고있다. 특히 전문가들은 이 화석이 어룡 진화의 비밀을 밝혀주는 '미싱 링크'(missing link·진화계열에 중간에 해당되는 존재지만 한번도 화석으로 발견되지 않아 추정만 하고 있던 것)로 보고있다. 최근 중국 베이징 대학 등 국제 공동연구팀은 지난 2011년 안후이성에서 발굴된 화석이 어룡 '익티오사우루스'(ichthyosaurs)의 '미싱 링크'라는 연구결과를 유명 학술지 네이처(Nature) 최신호에 발표했다. 2억 5000만년 전 지구상에 처음 나타난 익티오사우루스는 1억 5000만 년 이상이나 번성하다 9000만년 전 멸종됐다. 익티오사우루스에 대해 학계의 관심이 쏠리는 이유는 익티오사우루스가 애초 육지에서 태어난 파충류 형태였지만 오랜시간 진화하는 과정을 거쳐 물에서 사는 동물로 변신했기 때문이다. 문제는 육상과 바다의 익티오사우루스 화석은 여러차례 발견됐지만 그 사이 양쪽의 특징을 모두 가진 중간 단계에 해당되는 화석은 한번도 발견되지 않은 점이다. 이 때문에 학계에서는 땅에 살던 익티오사우루스가 진화해 바다로 갔다고 '추정'만 해왔다. 공동 연구팀은 이번 화석 분석을 통해 그 추정을 과학적 증거로 바꿨다. 이번에 확인된 익티오사우루스(학명·Cartorhynchus lenticarpus)는 길이 40cm 정도로 짧은 주둥이를 가졌으며 이를 통해 벌레 등 먹잇감을 빨아 먹었을 것으로 추정하고 있다. 또한 크고 유연한 지느러미를 가져 육상에서는 지금의 물개처럼 움직였을 것으로 보고있다. 　 논문의 공동저자 캘리포니아 대학교 데이비스 캠퍼스 료스케 모타니 박사는 "이 화석은 바다와 육상의 중간단계(transition)로 부족했던 '공백'을 드디어 채우게 됐다" 면서 "당시 종(種)들의 진화가 어떤 식으로 이루어졌는지 알 수 있는 소중한 자료"라고 평가했다. 이어 "이번 연구가 특히 중요한 이유는 일부 창조론자들이 미싱링크가 발견되지 않았던 어룡을 다윈 진화론의 반박 자료로 활용했기 때문"이라고 덧붙였다.　 　 박종익 기자 pji@seoul.co.kr

향후 몇 년 내에 주변상황이 어떻게 변화할지 예측해내고 가능성을 유추해내는 개연성 감각 (sense of probability)은 후천적 교육이 아닌 선천적으로 내재되어 있다는 연구결과가 나왔다. 네이처 출판그룹(Nature Publishing Group)에서 발행하는 세계적 기초과학종합 주간매체 네이처(Nature)는 이탈리아 베니스 IUAV 대학 연구진이 “사람들의 개연성 감각(sense of probability)은 선천적으로 타고나는 것”이라는 내용의 연구결과를 발표했다고 최근 보도했다. 개연성(probability)은 특정 사건이 미래에 현실화될 수 있는 확실성 또는 가능성의 정도를 의미하는 것으로 인간이 이를 실생활에서 추론해내는 능력은 어린 시절(통상적으로 5~6세), 학교나 유사 교육기관에서 수학적, 통계적 기초능력을 향상시키는 과정을 겪으며 자연스럽게 얻어진다는 가설에 많은 힘이 실려 있었다. 즉, 교육적 기반이 있어 개연성 감각이 생겨난다는 의미다. 하지만 이탈리아 베니스 IUAV 대학 연구진에 따르면, 개연성 감각은 교육을 통해 인위적으로 만들어지는 것이 아닌 선천적으로 타고날 가능성이 더 높다. 이는 연구진이 중앙아메리카 과테말라 농촌마을에 거주중인 토착 마야 인들을 대상으로 각기 다른 색상의 칩 조각을 이용해 확률 예측능력을 평가하는 테스트를 진행해 얻어진 결론이다. 이 마야 인들은 어린 시절부터 지금까지 전혀 공식적인 교육을 받지 못했지만 칩 조각 색깔이 어떤 식으로 변화할지 예상해내는 방식의 해당 테스트에서 놀라운 감각적 개연성을 보여줬다. 특히 현재 초등학교에 막 입학한 7~9세 사이 마야 아이들에게 같은 내용의 테스트를 진행했을 때도 성인 마야 인들이 내린 결론과 유사한 패턴을 보였다. 이는, 미래예측능력이 선천적으로 머릿속에 내재되어 있을 가능성이 높음을 암시한다. 이와 관련해, 이탈리아 베니스 IUAV 대학 비토리오 지로토 교수는 “이 테스트 결과는 인간의 감각적 개연성이 교육적 훈련이 아닌 선천적으로 몸속에 내재되어 있다는 것을 알려주는 의미 있는 증거”라고 설명했다. 한편, 이 연구결과는 네이처 외에 ‘미국국립과학원회보(Proceedings of National Academy of Sciences)’에도 소개됐다. 자료사진=포토리아 조우상 기자 wscho@seoul.co.kr

췌장암이라고 하면 조기 발견이 어려운 암으로 널리 알려져 있다. 이는 초기 단계에 딱히 눈에 띄는 증상이 없기 때문이다. 따라서 증상을 자각하고 병원을 찾았을 때에는 이미 암이 어느 정도 진행된 상황이어서 치료가 쉽지 않다고 한다. 그런 췌장암을 혈액 검사로 진단할 수 있는 새로운 방법을 미국 인디애나대학 연구팀이 개발했다고 세계적 학술지 미국소화기학회 공식저널(AJG·American Journal of Gastroenterology)에 발표했다. ▶혈장의 RNA 분자에 주목 이 새로운 방법은 혈장에 포함된 RNA단편(microRNA)에 주목한다. 구체적으로는 RNA 분자 10b, 155, 106b가 많이 포함돼 있으면 췌장암일 가능성이 높다는 것이다. 연구팀은 실제 췌장암 환자 215명의 혈장과 간즙, 췌액을 분석해 위의 RNA 분자가 많이 들어있는 것을 확인했다. ▶혈청 마커와 병용도 연구팀의 교신저자인 머레이 콕 교수는 “췌장암 진단 검사로서 실용화하기에는 아직 연구가 더 필요하다”면서도 “미래에는 이 기술이 진단 검사로 사용될 것으로 예상된다”고 말했다. 이어 “검사에 RNA단편 뿐만 아니라 다른 혈청 마커와도 결합해 사용하면 매우 이른 초기 단계에서도 진단할 수 있을 것”이라고 덧붙였다. 한편 미국 암연구소의 통계에 따르면 췌장암으로 진단 뒤 5년 이상 생존자는 5%에 불과하다. 이 수치를 높이기 위해서라도 하루 빨리 신기술이 실용화되길 기대해본다. 출처=American Journal of Gastroenterology(http://www.nature.com/ajg/journal/vaop/ncurrent/full/ajg2014331a.html) 사진=ⓒ포토리아 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

말 그대로 눈 깜짝할 사이에 파일을 다운로드 받는 날이 머지않은 것일까? 현재보다 무려 2550배 빠른 속도로 온라인 생활을 즐길 수 있는 세계 최고 속도 광섬유 네트워크 기술이 개발돼 화제를 모으고 있다. 미국 IT전문매체 네트워크 월드(networkworld.com)는 네덜란드 아인트호벤 공과대학, 미국 센트럴 플로리다 대학 공동 연구진이 현존 기술보다 무려 2550배 속도가 향상된 세계에서 가장 빠른 광섬유 네트워크 기술 개발에 성공했다고 최근 보도했다. 광섬유(optical fiber)는 중심에 굴절률이 높은 유리, 바깥에 굴절률이 낮은 유리를 장착해 중심부 유리를 통과하는 빛이 전반사 되도록 제작된 광학적 섬유를 의미하는 것으로 외부 전자파에 대한 간섭을 덜 받고 도청이 힘들며 소형화·경량화하기 쉬워 광섬유 한 개에 수많은 통신회선을 수용할 수 있다는 특징이 있다. 더불어 외부환경 변화에도 민감하지 않아 데이터 손실률도 매우 낮다. 이 광섬유 여러 가닥을 한데 묶어 케이블로 만든 것이 바로 광케이블인데 현재 우리 생활 깊숙이 자리 잡은 광대역(broadband) 통신이 바로 여기에 기인하는 것이다. 연구진은 기존에 사용되던 한 가지 코어만 존재하는 광섬유 대신 무려 7개에 달하는 코어를 가진 광섬유를 이용, 현재 구현할 수 있는 초고속 네트워크 기술의 한계점인 100Gbps의 2550배에 달하는 새로운 광통신 네트워크를 만들어냈다. 100Gbps 기술은 영화 3편을 1초안에 다운받을 수 있는 놀라운 기술이지만 이번에 개발된 새로운 광섬유는 이를 한참 능가한다. 예를 들어, 이번에 개발된 광섬유 네트워크 기술로 영화 한 편을 다운받는데 걸리는 시간은 0.03 밀리 초(1000분의 1초)에 불과하다. 일반적으로 사람들이 눈 깜빡임에 소요되는 시간이 300 밀리 초라는 것과 비교해보면 눈 깜짝할 사이보다 훨씬 빠른 속도로 온라인 생활을 즐길 수 있다는 뜻이다. 해당 기술의 원리는 앞서 설명한 것처럼 해당 광섬유 속에 존재하는 7가지 코어 때문이다. 해당 코어 한 개당 통신용 빛이 통과하는 데이터 전송용 통로가 3개씩 존재하기에 속도가 기하급수적으로 늘어날 수 있는 것이다. 산술적으로 보면 해당 광섬유 기술은 초당 255 테라비트(terabit) 전송이라는 어마어마한 속도를 보여준다. 이는 지난 7월 덴마크 기술공과 대학이 세운 초당 43 테라비트(terabit) 전송 기록을 한참 뛰어넘는다는 측면에서 주목받고 있다. 연구진은 “이 광섬유는 놀라운 성능에 비해 지름은 200 마이크론 정도로 기존 통신 광섬유와 비교해 그리 크지 않다”며 “해당 연구결과는 앞으로 초당 페타바이트(peta byte) 전송이 가능한 광섬유 개발 가능성에 설득력을 부여해줄 것”이라고 설명했다. 참고로 1 페타바이트는 약 100만 GB로 DVD영화 17만 4000편을 한번에 수용할 수 있는 용량이다. 한편 이 연구결과는 광학분야 국제학술지 네이처 포토닉스(Nature Photonics)에 게재됐다. 조우상 기자 wscho@seoul.co.kr

줄기세포를 이용한 실제 사람 위장 조직 제작이 세계 최초로 성공해 화제를 모으고 있다. 의학전문매체 메디컬 엑스프레스는 미국 신시내티 아동병원 메디컬센터(Cincinnati Children’s Hospital Medical Center), 신시내티 대학 의과대학(University of Cincinnati College of Medicine) 공동 연구진이 줄기세포를 이용한 인공 인간 위장 조직 제작에 성공했다고 최근 보도했다. 연구진이 인공 위장 제작에 사용한 물질은 ‘유도만능줄기세포’(induced pluripotent stem cell)다. 이는 분화가 끝난 체세포에 다시 세포 분화 관련 유전자를 주입해 분화 이전의 세포 단계로 되돌린 형태로, 세포들이 정상 발달 과정을 거치며 처음 분화되지 않은 상태에서 점차 재 분화돼 기능이 극도로 전문화된 상태로 변화한 줄기세포다. 연구진은 해당 만능줄기세포에 성장 유도 단백질을 주입시키는 방식으로 약 한 달간, 실험을 지속했다. 해당 기간 동안 줄기세포는 성장을 거듭해 결국 30여일 후 직경 3㎜ 크기의 미니 사람 위장 조직으로 자라났다. 줄기세포를 이용해 인간 위장 조직을 만들어낸 사례는 이번이 처음이다. 특히 해당 인공 위장 조직은 소화성 궤양, 위암 등의 주요 원인으로 추정되는 헬리코박터균의 감염경로를 추적해내는 중요 역할을 수행해낼 수 있다는 측면에서 큰 의미가 있다. 유도만능줄기세포는 인공 위장 제작 외에도 에든버러 대학 연구진에 의해 ‘인공혈액’을 만드는 용도로 활용되고 있다. 연구진은 ‘O형’ 혈액 적혈구를 통해 해당 줄기세포를 생물학적 인공조건에서 배양 중이며 현재까지 약 50% 정도 성공한 상황이다. 연구진에 따르면, 오는 2016년 혈액장애를 가진 환자 3명에게 직접 수혈하는 임상실험을 예정하고 있다. 이외에도 유도만능줄기세포는 내배엽, 중배엽, 외배엽 세포로 모두 분화가 가능하다는 특징 때문에 파킨슨병, 척수손상(spinal cord injury), 당뇨병 등에 이르는 다양한 치료법 연구에 활용되고 있다. 한편 이 연구결과는 네이처 출판그룹(Nature Publishing Group)에서 발행하는 과학 전문 국제학술지 네이처(Nature)에 발표됐다. 조우상 기자 wscho@seoul.co.kr

줄기세포를 이용한 실제 사람 위장 조직 제작이 세계 최초로 성공해 화제를 모으고 있다. 의학전문매체 메디컬 엑스프레스는 미국 신시내티 아동병원 메디컬센터(Cincinnati Children’s Hospital Medical Center), 신시내티 대학 의과대학(University of Cincinnati College of Medicine) 공동 연구진이 줄기세포를 이용한 인공 인간 위장 조직 제작에 성공했다고 최근 보도했다. 연구진이 인공 위장 제작에 사용한 물질은 ‘유도만능줄기세포’(induced pluripotent stem cell)다. 이는 분화가 끝난 체세포에 다시 세포 분화 관련 유전자를 주입해 분화 이전의 세포 단계로 되돌린 형태로, 세포들이 정상 발달 과정을 거치며 처음 분화되지 않은 상태에서 점차 재 분화돼 기능이 극도로 전문화된 상태로 변화한 줄기세포다. 연구진은 해당 만능줄기세포에 성장 유도 단백질을 주입시키는 방식으로 약 한 달간, 실험을 지속했다. 해당 기간 동안 줄기세포는 성장을 거듭해 결국 30여일 후 직경 3㎜ 크기의 미니 사람 위장 조직으로 자라났다. 줄기세포를 이용해 인간 위장 조직을 만들어낸 사례는 이번이 처음이다. 특히 해당 인공 위장 조직은 소화성 궤양, 위암 등의 주요 원인으로 추정되는 헬리코박터균의 감염경로를 추적해내는 중요 역할을 수행해낼 수 있다는 측면에서 큰 의미가 있다. 유도만능줄기세포는 인공 위장 제작 외에도 에든버러 대학 연구진에 의해 ‘인공혈액’을 만드는 용도로 활용되고 있다. 연구진은 ‘O형’ 혈액 적혈구를 통해 해당 줄기세포를 생물학적 인공조건에서 배양 중이며 현재까지 약 50% 정도 성공한 상황이다. 연구진에 따르면, 오는 2016년 혈액장애를 가진 환자 3명에게 직접 수혈하는 임상실험을 예정하고 있다. 이외에도 유도만능줄기세포는 내배엽, 중배엽, 외배엽 세포로 모두 분화가 가능하다는 특징 때문에 파킨슨병, 척수손상(spinal cord injury), 당뇨병 등에 이르는 다양한 치료법 연구에 활용되고 있다. 한편 이 연구결과는 네이처 출판그룹(Nature Publishing Group)에서 발행하는 과학 전문 국제학술지 네이처(Nature)에 발표됐다. 조우상 기자 wscho@seoul.co.kr

말 그대로 눈 깜짝할 사이에 파일을 다운로드 받는 날이 머지않은 것일까? 현재보다 무려 2550배 빠른 속도로 온라인 생활을 즐길 수 있는 세계 최고 속도 광섬유 네트워크 기술이 개발돼 화제를 모으고 있다. 미국 IT전문매체 네트워크 월드(networkworld.com)는 네덜란드 아인트호벤 공과대학, 미국 센트럴 플로리다 대학 공동 연구진이 현존 기술보다 무려 2550배 속도가 향상된 세계에서 가장 빠른 광섬유 네트워크 기술 개발에 성공했다고 최근 보도했다. 광섬유(optical fiber)는 중심에 굴절률이 높은 유리, 바깥에 굴절률이 낮은 유리를 장착해 중심부 유리를 통과하는 빛이 전반사 되도록 제작된 광학적 섬유를 의미하는 것으로 외부 전자파에 대한 간섭을 덜 받고 도청이 힘들며 소형화·경량화하기 쉬워 광섬유 한 개에 수많은 통신회선을 수용할 수 있다는 특징이 있다. 더불어 외부환경 변화에도 민감하지 않아 데이터 손실률도 매우 낮다. 이 광섬유 여러 가닥을 한데 묶어 케이블로 만든 것이 바로 광케이블인데 현재 우리 생활 깊숙이 자리 잡은 광대역(broadband) 통신이 바로 여기에 기인하는 것이다. 연구진은 기존에 사용되던 한 가지 코어만 존재하는 광섬유 대신 무려 7개에 달하는 코어를 가진 광섬유를 이용, 현재 구현할 수 있는 초고속 네트워크 기술의 한계점인 100Gbps의 2550배에 달하는 새로운 광통신 네트워크를 만들어냈다. 100Gbps 기술은 영화 3편을 1초안에 다운받을 수 있는 놀라운 기술이지만 이번에 개발된 새로운 광섬유는 이를 한참 능가한다. 예를 들어, 이번에 개발된 광섬유 네트워크 기술로 영화 한 편을 다운받는데 걸리는 시간은 0.03 밀리 초(1000분의 1초)에 불과하다. 일반적으로 사람들이 눈 깜빡임에 소요되는 시간이 300 밀리 초라는 것과 비교해보면 눈 깜짝할 사이보다 훨씬 빠른 속도로 온라인 생활을 즐길 수 있다는 뜻이다. 해당 기술의 원리는 앞서 설명한 것처럼 해당 광섬유 속에 존재하는 7가지 코어 때문이다. 해당 코어 한 개당 통신용 빛이 통과하는 데이터 전송용 통로가 3개씩 존재하기에 속도가 기하급수적으로 늘어날 수 있는 것이다. 산술적으로 보면 해당 광섬유 기술은 초당 255 테라비트(terabit) 전송이라는 어마어마한 속도를 보여준다. 이는 지난 7월 덴마크 기술공과 대학이 세운 초당 43 테라비트(terabit) 전송 기록을 한참 뛰어넘는다는 측면에서 주목받고 있다. 연구진은 “이 광섬유는 놀라운 성능에 비해 지름은 200 마이크론 정도로 기존 통신 광섬유와 비교해 그리 크지 않다”며 “해당 연구결과는 앞으로 초당 페타바이트(peta byte) 전송이 가능한 광섬유 개발 가능성에 설득력을 부여해줄 것”이라고 설명했다. 참고로 1 페타바이트는 약 100만 GB로 DVD영화 17만 4000편을 한번에 수용할 수 있는 용량이다. 한편 이 연구결과는 광학분야 국제학술지 네이처 포토닉스(Nature Photonics)에 게재됐다. 조우상 기자 wscho@seoul.co.kr

기원전 221년, 불과 39세 나이로 방대한 중국 전역을 최초 통일했던 진시황제조차 끝내 이루지 못한 불로장생(不老長生). 문자 그대로 ‘늙지 않고 오래 삶’이라는 해당 사자성어의 의미는 오랜 시간 인류가 품어온 숙제 중 하나였다. 네이처 출판그룹(Nature Publishing Group)에서 발행하는 세계적 기초과학종합 주간매체 네이처(Nature)는 텍사스 대학 보건과학센터 바숍 수명·노화연구소, 워싱턴 대학 공동 연구진이 신비의 수명연장 물질인 라파마이신(rapamycin)을 개에게 직접 투여하는 실험을 곧 진행할 예정이라고 29일(현지시간) 보도했다. 라파마이신(rapamycin)은 지난 2009년 칠레 서부 남태평양 이스터 섬 토양 속 미생물에서 추출된 항생물질로 세포 노화 방지 역할을 하는 것으로 알려져 있다. 기본적으로 몸 속 세포들은 노화가 진행되면서 세포 내에 독성 단백질인 프로제린이 함께 발생해 축적되어간다. 이 독성 단백질이 세포를 서서히 파괴하면서 몸 전체가 노화되어 가는 것이다. 흥미롭게도 라파마이신은 이 프로제린을 제거해주고 세포를 재활성하는 신비한 대사 작용을 해낸다. 라파마이신을 쥐에게 투여했을 때, 젊은 쥐는 기대수명이 상승되고 노화된 쥐는 뇌기능·운동능력이 향상됐다는 미국 터프츠 대학, 텍사스 대학의 연구결과는 이를 뒷받침해준다. 단, 라파마이신이 ‘인체에 유익한 것만은 아니다’라는 시선도 있다. 학계에서는 라파마이신의 과한 복용이 체내 면역체계를 무너뜨리고 당뇨병을 유발시킬 수도 있어 위험하다는 견해도 상당 부분 존재한다. 따라서 텍사스 대학 보건과학센터 바숍 수명·노화연구소, 워싱턴 대학 공동 연구진은 이 신비의 불로장생 물질을 인간에게 직접 적용하기에 앞서 사람과 가장 친숙한 반려동물인 개를 통해 먼저 실험해보고자 한다. 연구진은 평균 수명 8~10살 정도의 대형견 30마리를 선정해 라파마이신을 투여한 뒤, 얼마만큼 노화가 극복되는지 그리고 여기에서 발생하는 치명적인 부작용은 무엇인지 연구할 예정이다. 해당 실험은 최고 3년간 진행될 예정이며 세계적 수준의 동물 생태학 전문가들이 함께 한다. 이와 관련해 텍사스 대학 보건과학센터 바숍 수명·노화연구소 노인학자 랜디 스트롱 박사는 “이 실험은 라파마이신이 초래하는 부작용이 실질적으로 어떤 것인지 알아낸다는 점에 중점을 두고 있다”고 설명했다. 연구진에 따르면, 해당 실험은 궁극적으로 인간 노화방지 연구의 신비를 벗겨내는 첫 단추가 될 것으로 기대되고 있다. 또한 실험 완료 기간은 약 3년 뒤로 잡혀있지만 실질적인 라파마이신의 효과는 몇 달 내로 나타날 것이라고 덧붙였다. 자료사진=포토리아 조우상 기자 wscho@seoul.co.kr

세계 최초로 그래핀(graphene)을 이용한 두뇌센서가 한국인 연구원 주도로 개발돼 관심이 집중되고 있다. 최근 미국 위스콘신 대학교 메디슨 캠퍼스 전기컴퓨터학과 연구진은 세계 최초로 그래핀(graphene)을 이용한 이식형 투명 의료센서 개발 연구 내용을 세계적 자연과학분야 학술지 ‘네이처’의 자매지 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)’를 통해 발표했다. 이는 기존 디스플레이 개발 분야에 주로 활용되어온 그래핀(graphene)을 생명공학분야에 세계 최초로 접목한 혁신적인 시도로 특히 미국 위스콘신 대학교 메디슨 캠퍼스 전기컴퓨터학과 박사과정에 재학 중인 한국인 박동욱(33) 연구원의 주도로 개발돼 남다른 의미를 갖는다. 또한 해당 센서는 그래핀의 광학적·전기적 특성을 이용, 뇌 활동을 실시간으로 감시해 알츠하이머, 파킨슨 병 등의 퇴행성 뇌질환 치료법 발전에 큰 도움이 될 수 있다. 연구진이 해당 의료센서 개발에 사용한 물질은 ‘꿈의 신소재’라 불리는 그래핀(graphene)이다. 이는 탄소 원자들이 2차원 상에서 벌집모양 배열을 이루는 형태로 두께가 원자 한 개 정도인 전도성 물질이다. 그래핀은 원자 한 개 정도에 불과한 미세두께에도 구리보다 100배 이상 전도성이 높고 강철보다 200배 이상 내구력이 강해 차세대 나노물질로 각광받고 있다. 그래핀(graphene)은 자외선(UV), 가시광선, 적외선(IR)에 걸친 넓은 스펙트럼의 투명도를 보여준다. 또한 전기적 전도(electrical conductance) 특성 및 유연성이 뛰어나 투명, 플렉서블 디스플레이 전극 개발 등 다양한 분야에서 연구되고 있다. 연구진은 이 그래핀의 물질적 특수성을 활용해 유연하고 전도성 강하면서 눈에 보이지 않는 투명성까지 겸비한 두뇌 의료센서로 발전시켰다. 특히 기존 장치들과 달리 지속적으로 뇌의 활동을 감시하면서 특정 부작용 혹은 불안정한 뇌 혈류 흐름 등을 찾아낼 수 있다. 해당 연구는 그래핀의 광학적, 전기적, 기계적 우수성을 이용해 뇌 영상을 얻는 동시에 뇌 신호를 검출하는 전극을 개발함으로써 그래핀의 생체 적합성 및 바이오 어플리케이션으로서의 확장성을 보여 준다. 실제 개발된 투명 그래핀 생체 전극으로 쥐를 대상으로 한 실험을 진행한 결과, 해당 그래핀 투명 생체 전극은 조직 내에서 안정성을 갖는 동시에 우수한 뇌 신호 검출 능력을 보여줬다. 영상화 측면에서도 이 그래핀 생체전극은 뛰어난 특징을 보였다. 기존 불투명 금속 전극이나 특정 파장에서만 투명도가 활성화되는 ITO(Indium Tin Oxide) 전극과 달리, 해당 전극은 넓은 스펙트럼의 투명도를 지녀 형광 현미경법(fluorescence microscopy), 광단층촬영법(optical coherence tomography) 기술 수준으로 뇌혈관을 영상화 하는데 성공했다. 또한 최신 유전 기술인 광유전자학(Optogenetics)과 접목돼 특정한 파장(wavelength)의 빛을 이용, 뇌 세포를 자극시켜 특정 뇌 신호를 검출하는데도 성공했다. 해당 개발 프로젝트는 미 국방부 소속 기술연구기관 방위고등연구계획국(Defence Advanced Research Projects Agency, DARPA)에서 진행 중인 서브넷 프로그램(SUBNET, short for Systems-Based Neurotechnology for Emerging Therapies-조기치료를 위한 시스템기반 신경기술)과 유사한 목적에서 동일한 자금·기술 지원을 받고 있다는 점이 특징이다. 위스콘신 대학교 메디슨 캠퍼스 연구진 외에도 캘리포니아 대학 샌프란시스코 캠퍼스(UCSF)와 보스턴 매사추세츠 종합 병원(MGH) 역시 DARPA의 지원을 받고 있는데 이들은 개인의 정신, 신경 질환을 치료하는 뇌 이식 장치(마이크로 칩)와 기억력 감퇴(치매), 환경 부적응 증세를 막아주는 뇌 임플란트 장치 개발을 목적으로 하고 있다. 이 모든 프로젝트는 미국 오바마 행정부의 인간두뇌 연구계획과 연계돼 알츠하이머, 파킨슨 병, 외상 후 트레스 장애(PTSD), 간질 등의 뇌 질환을 보다 효과적으로 예방할 수 있는 방법을 찾는 것이 목적이다. 과거 삼성 디스플레이 연구소(2007~2011)에 재직하며 세계 최초 30인치 3D 아몰레드 TV를 개발하기도 했던 박동욱 연구원은 “이 그래핀 생체 두뇌센서는 향후 신경학, 생체의학 등에서 다양하게 이용될 것으로 기대된다”며 “본 연구는 나노 테크놀로지와 바이오 테크놀로지의 성공적인 접목이라는 점에서 큰 의미가 있다. 특히 알츠하이머 등 기존 뇌질환 규명 및 치료 프로세스 발견에 새로운 연구방법을 개척할 수 있을 것”이라고 설명했다. 조우상 기자 wscho@seoul.co.kr

좀처럼 관측하기 힘든 신성의 폭발 모습이 사상 처음으로 포착됐다. 최근 국제 공동 천문학 연구팀은 신성이 핵융합해 폭발하는 생생한 모습을 사상 처음으로 관측하는데 성공했다는 연구결과를 유명 과학저널 네이처(Nature) 최신호에 발표했다. 우리나라에서는 객성(客星)이라 부르는 신성(新星·Nova)은 평소 망원경을 통해서도 잘 보이지 않던 어두운 별이 갑자기 밝아졌다 다시 원래대로 돌아가는 현상을 말한다. 우리 은하계 안에는 매년 수십 개의 신성이 출현하는 것으로 추산되며 대부분 천문학자들은 폭발 후 흘러나오는 에너지를 통해 이를 확인한다. 이번에 폭발 상황을 '라이브' 처럼 전해준 별은 '노바 델피누스 2013'(Nova Delphinus 2013)으로 명명됐으며 이름에서 알 수 있듯 이 별은 지난해 8월 태양에서 1만 4800광년 떨어진 '돌고래 자리'(constellation Delphinus)에서 포착됐다. 특히 이번 연구 성과 중 하나는 신성 폭발이 과거 생각보다 훨씬 더 복잡한 모습을 보인다는 점이다. 일반적으로 신성 현상은 백색왜성에서 일어난다. 항성 진화의 마지막 단계로 죽은 별인 백색왜성(white dwarf)은 주위 궤도의 동반성으로 부터 수소와 같은 에너지를 쭉쭉 빨아들인다. 이 수소를 흡수한 백색왜성이 표면에 대략 200m 깊이의 '수소바다'를 만들면 결국 핵융합을 일으켜 몇 광년 떨어진 곳에서도 관측이 가능한 폭발을 일으킨다. 바로 신성 현상으로 그 규모가 크면 초신성 폭발로 분류하기도 한다. 문제는 이 현상이 갑자기 일어나 좀처럼 초기부터 관측하기 쉽지 않았다는 점이다. 연구에 참여한 미국 조지아 대학 게일 섀퍼 교수는 "이번 발견은 극도로 운이 좋은 케이스" 라면서 "초신성 폭발이 별의 종말을 의미하는 것이라면 신성 폭발은 별의 표면에서 발생하는 것이기 때문에 반복해서 일어난다" 고 설명했다. 이어 "신성 폭발 여파는 첫날 지구 궤도 만한 사이즈에서 이틀 후 화성 궤도, 43일이 지났을 때 해왕성 궤도 만큼이나 멀리 퍼져나갔다" 면서 "폭발 형태가 구체가 아닌 폭이 13% 넓은 타원형의 모습이었다"고 덧붙였다. 박종익 기자 pji@seoul.co.kr

뇌에 칩을 넣어서 알츠하이머 등의 퇴행성 뇌 질환이 치료되고 나아가 지능, 숨겨진 잠재력까지 향상시킬 수 있는 날이 머지않은 것일까? 세계 최초로 그래핀(graphene)을 이용한 뇌 삽입형 두뇌센서가 한국인 연구원 주도로 개발돼 관심이 집중되고 있다. 최근 미국 위스콘신 대학교 메디슨 캠퍼스 전기컴퓨터학과 연구진은 세계 최초로 그래핀(graphene)을 이용한 이식형 투명 의료센서 개발 연구 내용을 세계적 자연과학분야 학술지 ‘네이처’의 자매지 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)’를 통해 발표했다. 이는 기존 디스플레이 개발 분야에 주로 활용되어온 그래핀(graphene)을 생명공학분야에 세계 최초로 접목한 혁신적인 시도로 특히 미국 위스콘신 대학교 메디슨 캠퍼스 전기컴퓨터학과 박사과정에 재학 중인 한국인 박동욱(33) 연구원의 주도로 개발돼 남다른 의미를 갖는다. 또한 해당 센서는 그래핀의 광학적·전기적 특성을 이용, 뇌 활동을 실시간으로 감시해 알츠하이머, 파킨슨 병 등의 퇴행성 뇌질환 치료법 발전에 큰 도움이 될 수 있다. 연구진이 해당 의료센서 개발에 사용한 물질은 ‘꿈의 신소재’라 불리는 그래핀(graphene)이다. 이는 탄소 원자들이 2차원 상에서 벌집모양 배열을 이루는 형태로 두께가 원자 한 개 정도인 전도성 물질이다. 그래핀은 원자 한 개 정도에 불과한 미세두께에도 구리보다 100배 이상 전도성이 높고 강철보다 200배 이상 내구력이 강해 차세대 나노물질로 각광받고 있다. 그래핀(graphene)은 자외선(UV), 가시광선, 적외선(IR)에 걸친 넓은 스펙트럼의 투명도를 보여준다. 또한 전기적 전도(electrical conductance) 특성 및 유연성이 뛰어나 투명, 플렉서블 디스플레이 전극 개발 등 다양한 분야에서 연구되고 있다. 연구진은 이 그래핀의 물질적 특수성을 활용해 유연하고 전도성 강하면서 눈에 보이지 않는 투명성까지 겸비한 두뇌 의료센서로 발전시켰다. 특히 기존 장치들과 달리 지속적으로 뇌의 활동을 감시하면서 특정 부작용 혹은 불안정한 뇌 혈류 흐름 등을 찾아낼 수 있다. 해당 연구는 그래핀의 광학적, 전기적, 기계적 우수성을 이용해 뇌 영상을 얻는 동시에 뇌 신호를 검출하는 전극을 개발함으로써 그래핀의 생체 적합성 및 바이오 어플리케이션으로서의 확장성을 보여 준다. 실제 개발된 투명 그래핀 생체 전극으로 쥐를 대상으로 한 실험을 진행한 결과, 해당 그래핀 투명 생체 전극은 조직 내에서 안정성을 갖는 동시에 우수한 뇌 신호 검출 능력을 보여줬다. 영상화 측면에서도 이 그래핀 생체전극은 뛰어난 특징을 보였다. 기존 불투명 금속 전극이나 특정 파장에서만 투명도가 활성화되는 ITO(Indium Tin Oxide) 전극과 달리, 해당 전극은 넓은 스펙트럼의 투명도를 지녀 형광 현미경법(fluorescence microscopy), 광단층촬영법(optical coherence tomography) 기술 수준으로 뇌혈관을 영상화 하는데 성공했다. 또한 최신 유전 기술인 광유전자학(Optogenetics)과 접목돼 특정한 파장(wavelength)의 빛을 이용, 뇌 세포를 자극시켜 특정 뇌 신호를 검출하는데도 성공했다. 해당 개발 프로젝트는 미 국방부 소속 기술연구기관 방위고등연구계획국(Defence Advanced Research Projects Agency, DARPA)에서 진행 중인 서브넷 프로그램(SUBNET, short for Systems-Based Neurotechnology for Emerging Therapies-조기치료를 위한 시스템기반 신경기술)과 유사한 목적에서 동일한 자금·기술 지원을 받고 있다는 점이 특징이다. 위스콘신 대학교 메디슨 캠퍼스 연구진 외에도 캘리포니아 대학 샌프란시스코 캠퍼스(UCSF)와 보스턴 매사추세츠 종합 병원(MGH) 역시 DARPA의 지원을 받고 있는데 이들은 개인의 정신, 신경 질환을 치료하는 뇌 이식 장치(마이크로 칩)와 기억력 감퇴(치매), 환경 부적응 증세를 막아주는 뇌 임플란트 장치 개발을 목적으로 하고 있다. 이 모든 프로젝트는 미국 오바마 행정부의 인간두뇌 연구계획과 연계돼 알츠하이머, 파킨슨 병, 외상 후 트레스 장애(PTSD), 간질 등의 뇌 질환을 보다 효과적으로 예방할 수 있는 방법을 찾는 것이 목적이다. 과거 삼성 디스플레이 연구소(2007~2011)에 재직하며 세계 최초 30인치 3D 아몰레드 TV를 개발하기도 했던 박동욱 연구원은 “이 그래핀 생체 두뇌센서는 향후 신경학, 생체의학 등에서 다양하게 이용될 것으로 기대된다”며 “본 연구는 나노 테크놀로지와 바이오 테크놀로지의 성공적인 접목이라는 점에서 큰 의미가 있다. 특히 알츠하이머 등 기존 뇌질환 규명 및 치료 프로세스 발견에 새로운 연구방법을 개척할 수 있을 것”이라고 설명했다. 조우상 기자 wscho@seoul.co.kr

나이들어 기억력 감퇴를 걱정하는 사람들은 플라바놀이 다량 함유된 코코아를 마시는 것이 도움이 될 것 같다. 최근 미국 콜롬비아 의대 연구팀이 플라바놀이 풍부한 코코아를 자주 마시면 기억력 회복에 도움이 된다는 연구결과를 발표했다. 연구팀의 이같은 결과는 50-69세 사이의 건강한 피실험자 37명을 대상으로 3개월 간 코코아를 마시게 한 후 해마(海馬: hippocampus)로 들어가는 출입구인 치상회(齒狀回·dentate gyrus)의 혈액량을 측정해 얻어졌다. 대표적 항산화물질인 플라바놀(flavanol)은 특히 혈액순환에 좋은 것으로 알려져 있으며 코코아에 많이 함유돼 있다. 먼저 연구팀은 피실험자를 두 그룹으로 나눠 실험을 위해 특별히 추출된 900mg과 10mg의 플라바놀이 함유된 코코아를 매일 마시게 했다. 또한 코코아 섭취 전 후로 이들의 기억력 테스트를 실시해 연구자료로 삼았다. 3개월이 지난 후 결과는 놀라웠다. 다량(900mg)의 플라바놀을 섭취한 피실험자의 경우 눈에 띌 만큼 치상회의 기능이 향상됐기 때문이다. 연구팀은 이를 기능성자기공명영상(fMRI)을 통해 확인했으며 다량의 플라바놀이 노화로 인한 기억력 감퇴를 일정 부분 회복시켜 준다고 입을 모았다. 연구를 이끈 스코트 A. 스몰 교수는 "실험 전 피실험자들의 기억력을 60세로 본다면 실험 후 30-40대가 된 셈" 이라면서 "단순히 노화로 인해 '물건을 어디에 뒀는지' 와 같은 기억력 감퇴에 플라바놀이 효과가 있다는 것이 확인된 것"이라고 설명했다. 그러나 연구팀은 플라바놀의 이같은 효능을 아직 일반화 시키기에는 이르며 알츠하이머 같은 병 치료와는 상관없다고 선을 그었다. 스몰 교수는 "우리 연구결과를 검증하기 위해서는 광범위한 추가 실험이 필요하다" 면서 "시중에 파는 코코아 속에는 이렇게 다량의 플라바놀이 함유돼 있지 않아 머리에 좋다고 많이 먹는 것은 바보같은 짓"이라고 덧붙였다. 이번 연구결과는 '네이처 신경과학'(Nature Neuroscience) 최신호에 게재됐다. 박종익 기자 pji@seoul.co.kr

해외 연구팀이 세계에서 가장 오래된 인류의 게놈을 완전히 복원하는데 성공했다고 밝혀 학계의 관심이 쏠리고 있다. 염기의 배열 순서를 밝히는데 활용된 화석은 4만5000년 전 유럽과 아시아가 분열됐을 당시 생존했던 인류의 것으로, 2008년 시베리아 서부의 한 작은 마을에서 발견됐다. 이는 지금까지 발견된 현생인류의 화석 중 가장 오래된 것이며, 5만~6만 년 전 과거 인류가 아프리카에서 유럽으로 이주하는 과정에서 네안데르탈인과의 정확한 이종교배 시기 및 연결고리를 연구하는데 큰 도움이 될 것으로 기대되고 있다. 이를 연구한 독일 막스플랑크 진화인류학연구소의 스반테 파보 박사 연구팀은 2008년 시베리아에서 발견한 호모 사피엔스 유골 중 대퇴골에서 DNA를 채취했다. 정밀 분석 결과 이 유골의 주인은 남성이며, 지금까지 알려진 네안데르탈인의 유전자가 상당수 포함돼 있었다. 현생인류와 비교했을 때 유럽인과 가장 유사한 유전자를 보유한 셈이며, 네안데르탈인과 유사하긴 하지만 완전히 일치하는 것은 아니었다. 이를 토대로 연구팀은 호모 사피엔스 유골의 네안데르탈인 유전자 및 호모 사피엔스의 이종교배 시기, 현대 인류의 이동시기 등을 면밀하게 분석한 결과, 이 유골의 주인은 유럽과 아시아 대륙이 떨어져 있기 전인 20만 년 전 유럽인과 아시아인의 공동 조상이라는 사실이 밝혀졌다. 네안데르탈인과 호모 사피엔스 간의 이종교배 시기도 기존의 연구와 다른 점을 발견했다. 네안데르탈인은 35만,년 전 유럽에서 최초로 나타난 뒤 유럽에서는 2만 4000~3만 3000년 전까지, 아시아에서는 5만 년 전까지 생존했다. 호모 사피엔스는 40만 년~25만 년 전에 최초로 등장했다. 호모 사피엔스는 아프리카에서 출현한 것으로 알려져 있으며, 네안데르탈인은 호모 사피엔스와 이종교배가 시작된 뒤 약 4만 년 전 멸종했다. 연구팀은 이들의 이종교배 시기가 3만 7000~8만 60000년 전 사이로 추정돼 왔었지만 이번 연구를 통해 5만~6만 년 전으로 좁혀졌다고 밝혔다. 한편 이번 연구결과는 최고권위의 과학저널인 ‘네이처’(Nature) 23일자에 게재됐다. 송혜민 기자 huimin0217@seoul.co.kr

두뇌의 잠재능력을 끌어올려주는 투명한 주입식 의료센서가 개발됐다. 의학전문매체 메디컬 엑스프레스는 미국 위스콘신 대학교 메디슨 캠퍼스 연구진이 뇌 상태 실시간 파악 및 자극임무 수행으로 기능을 향상시켜줄 수 있는 이식형 투명 의료센서를 개발하는데 성공했다고 21일(현지시간) 보도했다. 연구진이 해당 의료센서 개발에 사용한 물질은 ‘꿈의 신소재’라 불리는 그래핀(graphene)이다. 이는 탄소 원자들이 2차원 상에서 벌집모양 배열을 이루는 형태로 두께가 원자 한 개 정도인 전도성 물질이다. 그래핀은 0.2nm에 불과한 미세두께에도 구리보다 100배 이상 전도성이 높고 강철보다 200배 이상 내구력이 강해 차세대 나노물질로 각광받고 있다. 연구진은 이 그래핀의 물질적 특수성을 활용해 유연하고 전도성 강하면서 눈에 보이지 않는 투명성까지 겸비한 의료센서로 발전시켜냈다. 특히 기존 장치들과 달리 지속적으로 뇌의 활동을 감시하면서 특정 부작용 혹은 불안정한 뇌 혈류 흐름 등을 찾아낼 수 있다. 뿐만 아니라, 함께 장착된 영상화 기술로 뇌세포에 침투한 악성 물질의 흐름과 원인을 보다 정확하고 효율적으로 찾아내 치료효과를 높이고 전기적 자극을 통해 뇌세포를 발달시켜 두뇌의 잠재성을 끌어올릴 수도 있다. 해당 개발 프로젝트는 미 국방부 소속 기술연구기관 방위고등연구계획국(Defence Advanced Research Projects Agency, DARPA)에서 진행 중인 서브넷 프로그램(SUBNET, short for Systems-Based Neurotechnology for Emerging Therapies-조기치료를 위한 시스템기반 신경기술)과 유사한 목적에서 동일한 자금·기술 지원을 받고 있다는 점이 특징이다. 위스콘신 대학교 메디슨 캠퍼스 연구진 외에도 캘리포니아 대학 샌프란시스코 캠퍼스(UCSF)와 보스턴 매사추세츠 종합 병원(MGH) 역시 DARPA의 지원을 받고 있는데 이들은 개인의 정신, 신경 질환을 치료하는 뇌 이식 장치(마이크로 칩)와 기억력 감퇴(치매), 환경 부적응 증세를 막아주는 뇌 임플란트 장치 개발을 목적으로 하고 있다. 이 모든 프로젝트는 미국 오바마 행정부의 인간두뇌 연구계획과 연계돼 알츠하이머, 파킨슨 병, 외상 후 스트레스 장애(PTSD), 간질 등의 뇌 질환을 보다 효과적으로 예방할 수 있는 방법을 찾는 것이 목적이다. 위스콘신 대학교 메디슨 캠퍼스 저스틴 윌리엄스 교수는 “해당 기기는 기존 뇌신경 조정술을 개선시켜 전혀 새로운 신개념 치료법을 개발할 수 있는 촉매제가 될 수도 있다”고 설명했다. 한편, 이 연구결과는 세계적 자연과학분야 학술지‘네이처’의 자매지 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)’ 온라인 판에 게재됐다. 사진=Justin Williams research group 조우상 기자 wscho@seoul.co.kr