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교육/과학

누리호, 정상비행 성공했으나 위성 궤도안착엔 실패
21일 한국형 발사체 누리호(KSLV-II)가 목표 고도인 700km에는 도달했으나, 탑재체인 '더미 위성'(모사체위성)을 궤도에 올려놓는 데는 실패했다. 임혜숙 과학기술정보통신부 장관은 이날 누리호 발사 결과 브리핑에서 "오늘 오후 5시 발사된 누리호의 전 비행 과정이 정상적으로 수행됐다. 다만 위성 모사체가 700㎞의 고도 목표에는 도달했으나 모사체가 초당 7.5km의 목표 속도에는 미치지 못해 지구 저궤도에 안착하지 못했다"고 말했다. 누리호는 이날 오후 5시에 전남 고흥군 나로우주센터에서 발사됐다. 누리호는 이륙 1단 분리, 탑재체를 보호하는 덮개(페어링) 분리, 2단 분리, 3단 엔진 점화와 정지를 거쳐 700km 고도에서 더미 위성을 분리하는 데까지는 비행이 진행됐다. 탑재체가 궤도에 안착하지 못한 것은 3단에 달린 7t급 액체엔진의 작동이 목표대로 521초동안 연소되지 못하고 475초만에 조기에 종료돼, 마지막 순간에 충분한 속력을 얻지 못한 탓이다. 누리호는 1.5t급 실용급 위성을 지구 저궤도(600∼800km)에 보내기 위해 제작된 발사체다. 이날 진행된 1차 발사에서 누리호는 실제 위성 대신 1.5t짜리 더미 위성을 싣고 발사를 시도했다. 연합뉴스
2021.10.21
누리호, 오늘 오후 5시 발사 확정…예상보다 1시간 지연
한국형 발사체 누리호(KSLV-II)가 21일 오후 5시 발사를 확정했다. 과학기술정보통신부(과기정통부)는 이날 열린 누리호 발사관리위원회가 누리호 상태, 기상, 우주 환경 등을 고려해 오후 5시 발사를 추진하기로 했다고 말했다. 이는 잠정 예정 시각이던 오후 4시보다는 1시간 늦춰진 것이다. 과기정통부 용홍택 1차관은 이날 오후 누리호 발사시각 확정 브리핑에서 "발사체 내부 밸브 점검에 추가적인 시간이 소요됐다"며 오후 5시로 발사 시각을 확정한 이유를 설명했다. 브리핑에 배석한 이상률 한국항공우주연구원(항우연) 원장은 "발사체 내부에 있는 밸브 점검을 위해 발사체 하부에 여러 시설을 갖춰 놨는데 이 시설에 문제가 있는 것 같아 직접 인력을 투입해 확인했다"며 "발사체 쪽에 문제가 없다는 것을 확인했고 이 과정에서 (발사 준비 작업이) 한 시간 정도 더 소요됐다"고 설명했다. 용 차관은 "발사 전에 고층풍의 세기가 누리호가 견딜 수 있는 하중보다 커질 것으로 예상될 경우 일정이 변동될 수 있다"고 말했다. 용 차관은 "비정상 발사 혹은 고층풍에 의한 발사 일정 연기가 예상되면 추가적으로 발사관리위원회가 열릴 수도 있다"고 덧붙였다. 누리호는 발사 예정 시각 1시간 20분 전 연료 충전을 마치고 50분전에는 산화제 충전을 끝낼 예정이다. 발사 10분전부터 발사자동운용(PLO)에 들어가게 된다. 만약 PLO가 작동한 이후 이상이 감지되면 발사 작업이 자동으로 중단된다. 용 차관은 "과기정통부와 항우연은 안전하고 신뢰할 수 있는 누리호 발사를 위해 마지막 순간까지 최선을 다하겠다"고 말했다.연합뉴스
2021.10.21
대구 DGIST 연구팀, 리튬 금속 음극 수명과 안정성 확보할 새로운 전해질 설계원리 규명
대구 DGIST(총장 국양) 에너지공학전공 이홍경 교수·이호춘 교수 공동 연구팀이 리튬 금속 음극의 성능을 확보할 수 있는 전해질 설계 원리를 규명했다. 이를 통해 설계된 유사 고농도 전해질은 기존 전해질보다 리튬 금속 음극의 수명을 늘릴 수 있어, 향후 전기자동차용 이차전지 개발에 긍정적인 영향을 줄 것으로 보인다.높은 이론 용량과 에너지 밀도를 갖는 리튬 금속 전극은 이차전지의 가장 이상적인 음극재다. 하지만 전지 수명 감소와 발화 등이 다양한 문제들이 해결해야 할 과제로 남아 있다. 이에 최근 유사 고농도 전해질이 리튬 금속 음극의 내구성을 크게 개선시킨다는 연구 결과가 보고됐지만, 유사 고농도 전해질의 효과가 전지가 실제 구동하는 온도범위인 영하 20℃ ~ 60℃ 사이에서의 효과와 작용 기작에 대한 규명은 이뤄지지 않았다.이에 공동연구팀은 다양한 온도에서 유사 고농도 전해질이 리튬 금속 음극과 리튬 금속 이차전지의 장기수명을 내구성에 미치는 영향을 규명했다. 기존 고농도 전해질에 비해 유사 고농도 전해질 적용 시, 저온(5℃)과 고온(60℃)에서 리튬 금속 음극의 내구성이 크게 향상시켰으며, 리튬 금속 이차전지의 장기수명 또한 40%이상 증가시키는 것을 확인했다.추가적으로, 공동연구팀은 이차전지의 전기화학적 과전압과 리튬음극 계면의 열안정성 분석을 통해 유사 고농도 전해질이 보이는 개선 효과의 원인을 규명했다. 그 결과, 유사 고농도 전해질은 세 가지 과전압 성분이 모두 감소했으며, 특히 저온에서 과전압 감소 효과가 두드러졌고, 이로 인해 저온 내구성이 개선된 것을 확인했다. DGIST 에너지공학전공 이호춘 교수는 "이번에 규명한 분석 결과는 리튬 금속 전지용 전해질의 설계의 지침이 될 수 있는 원천 기술이다"며 "향후 리튬 금속 음극을 사용하는 다양한 차세대 전지용 전해액 시스템 설계에도 적용할 수 있을 것"이라 말했다. 한편, 해당 연구는 DGIST 에너지공학전공 이홍경 교수와 이호춘 교수의 공동 연구를 바탕으로 DGIST 에너지공학전공 박기성 박사와 조영성 석사과정생이 공동 제1저자로 참여했다. 연구 결과는 에너지 분야 저명 국제 학술지인 'Chemical Engineering Journal'에 8월 21일 온라인 게재됐으며, 해당 저널의 내년 1월호에 게재 예정이다. 연구는 과학기술정보통신부 한국연구재단 기초연구실 지원사업, 우수 신진연구 지원사업, 그리고 중견연구자 지원사업의 지원을 받아 수행됐다.?유사 고농도 전해질= 리튬이온과의 상호작용이 매우 약한 비용매를 전해질에 첨가하여, 고농도 전해질의 우수한 리튬 음극과의 안정성과 일반 전해질의 우수한 이온전도 특성을 동시에 만족하는 전해질.?과전압 (Overpotential, Polarization)= 전기화학 반응에 수반되는 불가피한 에너지 소모로서 분극현상으로도 명명함. 전지의 충전 과정에서 추가 요구되고, 방전 과정에서는 낭비되는 에너지. 박종문기자 kpjm@yeongnam.com왼쪽부터 DGIST 에너지공학전공 이호춘 교수, 이홍경 교수, 조영성 석사과정생이 기념촬영을 하고 있다.
2021.10.21
포스텍 연구팀, 고도화된 위조 방지 기술 개발
가시광선과 적외선 등 두 개의 다른 파장의 빛을 이용한 고도화된 위조 방조 기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다. 11일 포스텍에 따르면 기계공학·화학공학과 노준석 교수와 기계공학과 김인기 박사(현 성균관대학교 생명물리학과 조교수), 기계공학과 석박사통합과정 정헌영 씨, 김주훈 씨 연구팀이 서로 다른 두 개의 메타원자(메타표면 기본 단위)를 이용해 가시광선과 적외선에서 동시에 작용하는 위조 방지 기술을 개발했다. 대부분의 메타표면 장치는 가시광선이나 적외선 중 하나의 좁은 파장대에서만 동시에 작용한다는 한계가 있었다. 다중 메타 홀로그램도 정보를 보기 위해선 광학 구성 요소를 추가하거나 별도 설정이 필요했다. 이에 연구팀은 서로 다른 재료의 메타원자에 주목했다.실리콘과 금으로 각각 532나노미터(nm) 가시광선과 980nm 적외선 빛의 위상을 조절하도록 했다. 서로 다른 메타원자는 가시광선과 적외선 모두에서 높은 효율로 각 파장의 홀로그램 이미지를 만들어냈다. 이번에 개발된 메타표면 장치에 가시광선과 적외선 레이저를 비추면 초록색 홀로그램 이미지와 함께 눈으로 볼 수 없는 적외선 홀로그램 이미지가 나타난다. 여기서 1차 정보는 가시광선 영역의 홀로그램 이미지에서 암호화되고, 2차 정보는 적외선 영역에서 저장된다. 2차 정보는 적외선 센서 카드를 이용하면 눈으로도 볼 수 있다. 이 기술을 사용하면 위조 방지 기술의 보안을 한층 강화할 수 있다. 실리콘과 금 메타원자는 532nm와 980nm 이외에도 다양한 가시광선과 적외선 빛을 조절할 수 있다. 공개돼야 하는 정보는 가시광선 홀로그램으로, 숨겨야 하는 정보는 적외선 홀로그램으로 나타나게 하면 된다. 하나의 보안카드를 가지고 이중으로 정보를 지킬 수 있는 것이다. 포스텍 노준석 교수는 "이번 연구에서 두 개의 메타표면으로 가능했던 기술을 실리콘과 금 기반의 메타표면 하나로 할 수 있음을 입증했다"며 "이는 고도화된 위조 방지 기술에 응용 가능하다는 의의가 있다"고 설명했다. 이번 연구 결과는 세계적인 학술지 '어드밴스드 옵티컬 머터리얼즈(Advanced Optical Materials)' 표지논문으로 실렸다. 김기태기자 ktk@yeongnam.com다중 파장 대역 메타홀로그램을 이용한 위변조 방지 플랫폼.포스텍 노준석 기계공학·화학공학과 교수
2021.10.11
영남대 연구팀, ‘줄기세포 생존율 향상’ 기전 규명
영남대 약학대학 연구팀이 줄기세포 치료제의 치료 효율을 향상 시킬 수 있는 길을 열었다.줄기세포는 다양한 질환의 치료제로 이용되고 있다. 그 중에서도 '중간엽 줄기세포(Mesenchymal Stem Cell)'는 치료제로 이용 시 여러 이점이 있어, 알츠하이머, 파킨슨병 등 퇴행성 신경질환과 관절질환 등의 치료에 효율적으로 이용될 수 있을 것으로 기대되고 있다. 중간엽 줄기세포는 이식 후 여러 가지 원인에 의하여 세포사멸이 다량으로 일어나 치료 효율이 떨어지는 단점이 있다. 이러한 한계를 극복하기 위한 여러 연구가 진행되고 있다. 세포를 방울 형태로 거꾸로 매달면 중력으로 인하여 아래쪽으로 세포가 모여 구형(스페로이드, Spheroid)을 이루는 방식으로 3차원 배양을 할 경우, 이식 후 줄기세포 치료 효율이 증가한다는 것이 보고됐다. 하지만 지금까지 스페로이드 배양이 세포 생존율 및 치료 효율 향상을 유도하는 기전에 대해서는 알려진 바가 없다.연구팀은 "이번 연구를 통해 스페로이드 형태로 줄기세포를 배양할 경우 세포 자가포식작용인 '오토파지(Autophagy)'가 발생하며, 이 오토파지가 세포사멸를 유의적으로 억제해 세포 생존율이 증가됐다. 이로 인해 치료 효율이 향상된다는 것을 대장염 질병치료 동물모델에서 최초로 확인했다"고 연구 성과를 밝혔다.이번 연구는 영남대 대학원 약학과에서 박사 학위를 받은 렉미 소바(Regmi Shobha, 현 스탠포드대 박사 후 연구원) 박사와 라우트 파완 쿠마(Raut Pawan Kumar, 현 계명대 박사 후 연구원) 박사가 공동 제1저자, 영남대 약학부 박필훈, 정지헌 교수가 공동 교신저자로 참여했다. 정지헌 교수는 "줄기세포를 이용한 치료제 개발은 전 세계적으로 시장이 급속도로 확장되고 있으나, 세포치료제 이식 후 생존율이 매우 낮은 현상으로 인해 세포치료제 상용화에 어려움이 있었다. 이번 연구 결과로 자가포식작용 활성화를 유도하는 약물 개발에 속도를 낼 수 있을 것"이라면서 "세포치료제 이식 후 줄기세포 생존율 및 질병 치료 효율 향상이 이루어 질 것으로 기대된다"고 말했다. 특히 이번 연구는 '세포생존과 사멸을 조절하는 신호전달체계 규명 연구'를 수행하는 박필훈 교수와 '중간엽 줄기세포를 이용한 치료제 개발 연구'를 수행하는 정지헌 교수 연구팀의 융합연구를 통해 이루어낸 성과다. 연구팀은 세포의약품의 생존율 향상 기전을 규명하여 세포치료제가 새로운 질병 치료제로 정립될 수 있도록 공동연구를 진행할 계획이다.이번 연구는 한국연구재단 신진연구지원사업과 교육부 4단계 BK21사업, 대학중점연구소지원사업(영남대 세포배양연구소) 지원으로 수행됐다. 연구결과는 '자가포식작용 경로를 통한 스페로이드 배양 중간엽 줄기세포의 생존율 및 기능 향상'이라는 논문으로 국제저명학술지 '오토파지'(Autophagy, 영향력지수(IF) 16.016)에 온라인 공개됐다.박종문기자 kpjm@yeongnam.com영남대 약학부 정지헌 교수(왼쪽)와 박필훈 교수가 포즈를 취하고 있다.
2021.10.07
선인장 가시 원리 모방해 땀 모으는 패치 개발…웨어러블 헬스케어기기 응용 가능
선인장 가시가 물을 끌어들이는 원리를 이용해 땀을 포집하는 패치가 국내 연구팀에 의해 개발됐다. 7일 포스텍에 따르면 최근 화학공학과 조길원 교수와 박사과정 손종현 씨 연구팀이 선인장 가시의 원리를 모방해 땀을 빠르게 모으는 피부부착형 패치를 개발했다. 땀은 채혈 없이도 체액을 분석할 수 있는 효과적인 매개체다. 땀 센서는 반복적으로 채혈하는 당뇨병 환자의 번거로움을 덜고, 피로도 측정 등 일상적인 건강관리를 위한 웨어러블 헬스케어기기에도 활용할 수 있다. 하지만, 땀은 분비 속도가 느리고 불규칙적이라는 한계가 있어 효과적으로 땀을 모으는 기술이 필요했다. 연구팀은 선인장 가시가 물을 끌어 올리는 원리에 주목했다. 선인장은 건조한 환경에서도 생존을 위해 가시에 맺힌 물방울을 가시 끝에서 몸통 쪽으로 이동시킨다. 물방울 이동 원리는 물방울의 휘어진 곡면 안쪽과 바깥쪽에 작용하는 압력 차이다. 이같은 압력 차이를 라플라스 압력이라고 한다. 이에 연구팀은 초발수·초친수로 표면에너지가 쐐기 형태로 패턴 된 표면 구조와 마이크로유체 관의 높이 등을 최적화해 라플라스 압력 차이를 극대화했다. 개발한 패치 사용 결과, 미세 물방울이 마이크로유체 관의 기울기와 관계없이 자동으로 빠르게 이동했다. 또한, 패치를 웨어러블 땀 센서에 적용하면 일반 마이크로유체 관을 이용할 때보다 훨씬 빠르게 측정할 수 있었고 지속적인 혈당 모니터링도 가능했다. 조길원 교수는 "이 패치는 그간 포집에 어려움을 겪어 웨어러블 기기에 활용하지 못했던 땀을 빠르게 채취할 수 있다"라며 "땀을 활용해 혈당관리를 포함해 다양한 웨어러블 헬스 케어 기술에 활용할 수 있을 것으로 기대한다"고 말했다. 김기태기자 ktk@yeongnam.com선인장 가시 모방 피부부착형 땀 포집 패치와 마이크로유체 관을 통한 미세 물방울 이동.조길원 포스텍 교수포스텍 박사과정 손종현 씨
2021.10.07
노벨화학상에 '분자 만드는 고정밀 도구' 개발 맥밀런 등 2명
올해 노벨 화학상은 독일의 베냐민 리스트(53·막스 프랑크 연구소)와 미국의 데이비드 맥밀런(53·프린스턴대)이 수상했다. 스웨덴 왕립과학원 노벨위원회는 6일(현지시간) '비대칭 유기촉매 반응'이라고 하는 분자를 만드는 정밀한 도구를 개발한 공로로 리스트와 맥밀런에게 노벨 화학상을 주기로 했다고 발표했다. 두 과학자는 상금 1천만 크로나(약 13억5천만원)를 나눠 받는다. 1968년 독일 프랑크푸르트에서 태어난 리스트는 1997년 괴테대에서 박사학위를 받았고 현재 막스 프랑크 연구소장이다. 공동 수상자인 맥밀런은 1968년 영국 벨쉴에서 태어났고 글래스고대를 졸업한 뒤 1996년 어바인 캘리포니아대(UCI)에서 박사학위를 받았다. 프린스턴대에서는 2006년부터 교수로 일해왔다. 노벨위원회는 이들의 연구 업적에 대해 "제약 연구에 엄청난 영향을 미쳤고 화학 분야를 더 친환경적으로 만들었다"고 평가했다. 노벨위원회는 두 과학자가 2000년 비대칭 유기촉매 반응 기술을 개발했고 이들이 여전히 이 분야의 선두 주자로 유기촉매가 많은 화학 반응에 사용될 수 있다는 점을 보여주고 있다고 설명했다. 이어 연구자들이 이 유기촉매 기술을 통해 신약 물질부터 태양 빛을 흡수해 전기를 생산하는 태양전지에 사용되는 분자에 이르기까지 다양한 물질을 더 효율적으로 만들어 인류에게 큰 혜택을 줬다고 강조했다. 촉매는 자신은 직접 화학반응에 참여하지 않지만 반응을 제어하고 가속하는 작용만 하는 물질을 가리킨다. 우리 몸에도 효소 형태로 수천 개의 촉매가 있다. 자동차 배기가스에 들어있는 질소산화물, 일산화탄소 등 유해 성분을 질소 등 무해한 성분으로 바꾸는데도 촉매가 쓰인다. 과거 과학자들은 오랫동안 촉매로 금속, 효소 등 2가지를 생각했지만 리스트와 맥밀런이 2000년에 독립적으로 제3의 촉매반응이라고 할 수 있는, 유기분자를 기반으로 한 비대칭 유기촉매 반응을 개발하면서 새로운 길이 열렸다. 유기촉매는 탄소 중심의 유기 화합물에서 발견되는 촉매를 말한다. 노벨위원회는 "유기촉매는 값싸게 생산할 수 있고 친환경적이다"고 설명했다. 그러면서 이들이 고안해 낸 비대칭 유기촉매 반응은 제약 분야에서 가장 중요한 역할을 한다고 평가했다. 이 방법이 개발되기 전에는 많은 약이 촉매로 생성되는 쌍이 되는 분자를 포함했다. 쌍을 이룬 분자 중 하나는 약효를 내지만 다른 분자는 종종 부작용을 일으켜 인체에 해가 됐다. 노벨위원회 화학 분과 위원장인 요한 외크비스트는 비대칭 유기촉매에 대해 "이 개념은 독창적이고 간단하다"며 "많은 사람은 '왜 우리가 일찍 생각해내지 못했을까'라고 궁금하게 여겼다"고 말했다. 리스트는 자신의 수상 소식에 "너무 놀랐다"라며 "전혀 예상치 못했다"라고 말했다. 노벨상은 스웨덴 발명가 알프레드 노벨의 뜻에 따라 인류 발전에 큰 공헌한 인물에게 주어지는 권위 있는 상이다. 지난 4일 생리의학상을 시작으로 물리학상, 화학상까지 발표됐고 7일 문학상, 8일 평화상, 11일 경제학상 수상자가 차례로 공개된다. 올해 노벨상 시상식은 신종 코로나바이러스 감염증(코로나19) 대유행 탓에 지난해와 마찬가지로 연말에 온라인으로 진행된다. 연합뉴스
2021.10.06
노벨물리학상 마나베…"28명째 일본인 노벨상 수상"
지구온난화 연구에 대한 공로로 노벨 물리학상을 받은 마나베 슈쿠로(眞鍋淑郞·90)는 28명째 일본인 노벨상 수상자라고 일본 언론들은 보도했다. 스웨덴 왕립과학원 노벨위원회는 5일(현지시간) 올해의 노벨 물리학상은 일본계 미국인인 마나베와 독일의 클라우스 하셀만(89), 이탈리아의 조르조 파리시(73) 세 명이 공동 수상했다고 발표했다. 교도통신과 NHK에 따르면 마나베는 일본 에히메(愛媛)현 출신으로 도쿄대학에서 박사 과정을 수료한 뒤 미국으로 건너가 미 해양대기국에서 연구했다. 그는 대기와 해양을 결합한 물질의 순환 모델을 제시하고, 이산화탄소가 기후에 미치는 영향을 세계에 앞장서 밝히는 등 지구 온난화 연구의 근간이 되는 성과를 이뤘다. 마나베는 1950년대부터 기후 분야 연구를 해왔다. 1989년에 발표한 논문을 통해 대기와 해양을 결합한 물질의 순환 모델을 활용해 향후 70년 동안의 기후 변화를 예측했다. 논문에서 온실가스 배출량이 연간 1%씩 늘어나면 특히 북반구 고위도 지역에서 온난화가 진행된다고 결론을 내렸다. 마나베는 현재 미국 프린스턴대학 선임연구원으로 근무 중인 미국 국적자다. 일본인의 노벨상 수상은 미국 국적을 취득한 사람을 포함해 이번에 28명째로, 2019년 요시노 아키라(吉野彰)가 리튬이온 전지 개발에 기여한 공로로 화학상을 받은 지 2년 만이다. 일본인의 물리학상 수상은 12명째로 2015년 중성미자 진동실험으로 중성미자에 질량이 있다는 사실을 발견한 공로로 수상한 가지타 다카아키(梶田隆章)에 이어 6년 만이다. 마나베는 교도통신의 취재에 "노벨상을 받을 수 있을 것으로 생각하지 않았다"며 "깜짝 놀랐다"고 밝혔다. 기시다 후미오(岸田文雄) 일본 총리는 마나베의 노벨물리학상 수상 소식이 전해진 뒤 "일본 국민으로서 자랑스럽게 생각한다"는 내용의 담화를 발표했다. 지금까지 일본인 노벨상 수상자 28명을 보면 물리학상이 12명으로 가장 많고 이어 화학상 8명, 생리의학상 5명, 문학상 2명, 평화상 1명 순이다. 연합뉴스
2021.10.05
노벨물리학상에 '지구온난화 수학적 예측' 마나베 등 3명
올해 노벨 물리학상은 일본계 미국인인 슈쿠로 마나베(90)와 독일의 클라우스 하셀만(89), 이탈리아의 조르조 파리시(73) 세 명이 공동 수상했다. 이들은 모두 큰 틀에서 복잡계(Complex systems) 연구에 기여한 공로를 인정받았다. 스웨덴 왕립과학원 노벨위원회는 5일(현지시간) 올해의 노벨 물리학상 수상자를 발표했다. 마나베와 하셀만은 기후의 물리학적 모델링과 지구온난화의 수학적 예측 가능성 증진에 기여한 공로로, 파리시는 원자에서 행성단위에 이르기까지 물리학적 체계에서 무질서와 변동의 상호작용을 발견한 공로로 수상자로 선정됐다. 노벨위원회는 이들의 복잡계 연구 기여를 높이 평가했다. 노벨위는 "복잡계는 무작위성과 무질서를 특징으로 하며 이해하기가 어렵다"면서 올해 물리학상은 이를 설명하고 장기적인 행동을 예측하는 새로운 방법을 인정했다고 밝혔다. 심사위원단은 "마나베와 하셀만은 인간이 기후에 어떻게 영향을 미치는지에 대한 우리의 지식의 토대를 마련했다"고 평가하고, 파리시에 대해서는 "무질서한 물질들과 무작위적인 과정들에 대한 이론에 혁명적 기여를 했다"고 설명했다. 노벨위원회에 따르면 마나베는 대기 중 이산화탄소 증가가 어떻게 지구 표면 온도 상승을 초래하는지 증명했다. 그는 1960년대에 지구 기후의 물리적 모델을 개발했고, 그의 연구는 현재의 기후 모델링의 토대가 되고 있다고 한다. 하셀만이 개발한 모델은 대기 온도 상승이 인간이 배출한 이산화탄소 때문이라는 것을 증명하는 데 사용됐다. 또 날씨가 잘 변하고 혼란스러운데도 기후모델이 신뢰성이 있는 이유를 설명하는 데 기여했다. 파리시가 무질서하고 복잡한 물질 속에 숨겨진 패턴을 발견한 것은 복잡계 이론 발전에 가장 크게 기여한 중요 발견으로 꼽힌다. 이를 통해 물리학은 물론 수학, 생물학, 신경과학, 기계학습 등 다른 영역에서 나타나는 완전히 무작위적인 것처럼 보이는 물질이나 현상을 이해하고 기술하는 것이 가능해졌다고 노벨위는 평가했다. 노벨위원회의 토르스 한스 한손 물리학 분과 위원장은 "올해 수상 업적으로 인정된 발견들은 기후에 대한 우리 지식이 철저한 관찰과 분석을 기반으로 한 견고한 과학적 기초 위에 있다는 것을 보여준다"면서 "수상자들은 모두 복잡한 물리 시스템의 특성과 진화에 대해 더 깊은 통찰을 얻는 데 기여했다"고 밝혔다. 올해 노벨 물리학상의 상금 1천만 크로나(약 13억5천만원)는 연구 분야가 같은 마나베와 하셀만이 각각 4분의 1을 가져가고, 파리시가 나머지 2분의 1을 가져가게 된다. 스웨덴의 발명가 알프레드 노벨의 뜻에 따라 인류 발전에 큰 공헌을 한 인물에게 주어지는 노벨상은 전날 생리의학상을 시작으로 오는 6일 화학상, 7일 문학상, 8일 평화상, 11일 경제학상 수상자를 차례로 발표한다. 연합뉴스
2021.10.05
노벨생리의학상에 '온도·촉각 수용체' 발견한 미국인 2명
올해 노벨 생리의학상 수상자로 데이비스 줄리어스(66)와 아뎀 파타푸티언(54) 등 미국인 2명이 선정됐다. 스웨덴 카롤린스카 연구소 노벨위원회는 4일(현지시간) 온도와 압력을 느낄 수 있게 하는 수용체를 발견한 공로를 인정해 이들에게 노벨 생리의학상을 주기로 했다고 발표했다. 노벨위원회는 줄리어스는 고추의 매운 성분인 캡사이신을 이용해 피부 신경말단에 존재하는 열에 반응하는 감각 수용체를, 파타푸티안은 압력에 민감한 세포를 사용해서 피부와 내부 장기에서 기계적 자극에 반응하는 새로운 종류의 촉각 수용체를 발견했다고 설명했다. 위원회는 "이런 발견을 통해 우리 신경계가 뜨거운 것, 차가운 것, 기계적 자극을 어떻게 감지하는지에 대한 이해의 폭이 넓어졌다"고 밝혔다. 그러면서 "이들은 또한 우리 감각과 주변 환경 사이의 복잡한 상호작용에 대한 이해에서 누락돼 있던 중요한 연결고리들을 발견했다"고 평가했다. 인류 발전에 지대한 공헌을 한 인물에게 주어지는 노벨상은 이날 생리의학상을 시작으로 5일 물리학상, 6일 화학상, 7일 문학상, 8일 평화상, 11일 경제학상 수상자를 차례로 발표한다. 수상자에게는 상금 1천만 크로나(약 13억5천만원)가 지급된다. 올해로 120주년을 맞이한 노벨상의 시상식은 신종 코로나바이러스 감염증(코로나19) 대유행 탓에 지난해와 마찬가지로 올해 말에 온라인으로 대체된다. 노벨상 시상식은 재작년까지는 매년 12월10일 스웨덴 스톡홀름에서 열렸다. 연합뉴스
2021.10.04
[인류 미래 먹거리 창출 포항가속기연구소(5)] 생명, 그 찬란한 순간 포착...생명체가 지닌 뛰어난 구조와 기능 분석 '생체모방기술' 연구의 길을 열다
앞서 4편에서 과거의 새로운 예술작품을 찾아내는데 방사광가속기가 사용되었음을 확인했다. 이번 편에서는 과거로 돌아가 살았던 다양한 생명체에 대한 연구와 생체모방기술에 적용하기 위해 현재의 생명체를 연구한 사례를 살펴보기로 한다. 프랑스에서 샤랑트(Charentes)에 있는 백악기 중기 유적지에서 2kg 대형 호박 화석이 발견됐다. 호박(Amber)이란 나무에서 나오는 진액이 굳어서 수천만 년 정도가 지나면 호박 보석이 생성된다. 호박은 크게 금패(錦貝), 밀화(蜜花)로 구분되는데, 금패는 우리가 흔히 아는 호박 보석처럼 투명한 상태를 말하고 불투명한 호박 화석은 밀화라고 한다. 진액이 만들어지면서 당대의 식물, 개구리, 곤충 등 다양한 생물이 내부에 들어있게 되고 그 모습이 신비로워 가치가 높아졌다. 나무진액의 강력한 점성을 고려하면, 곤충의 날개, 촉수 등이 손상되지 않은 것들은 신기하기만 하다. 샤랑트에서 찾은 이 호박화석은 우리가 흔히 알고 있는 호박 보석과 그리고 '쥬라기 공원'에서 공룡을 탄생시켰던 금패는 아니며, 내부를 알 수 없는 불투명한 밀화이다. 프랑스 렌 대학교(Rennes)와 유럽의 ESRF 방사광가속기는 이 불투명한 호박화석 속에서 356종의 화석 동물을 찾아냈다. 이 화석 안에는 진드기, 말벌, 파리, 개미, 거미뿐만 아니라 조류의 깃털에 이르기까지 다양한 종을 발견했다. 병원에서 X-선 촬영 또는 CT 촬영과 유사한데, X-선의 높은 투과 성질을 활용한 것이다. 연구진은 오래된 이 호박화석 속에서 지구상에 알려지지 않은 많은 생물을 계속 찾아내는 연구를 하고 있다. 이러한 화석연구뿐만 아니라 현대의 생명체를 소개한 사례도 있다. 포스텍과 포항가속기연구소는 마이크로 펌프 연구를 통해 생체 모방 기술개발 연구를 진행했다. 암 모기의 흡혈 펌프 효율은 일반 마이크로 펌프의 1000배가량 높은 효율성을 가지며, 이는 모기 몸체 내부에 있는 밸브, 보조 펌프와 같은 역할을 하는 기관이 있어 가능한 것으로 분석했다. 그리고 추후 모기 구조를 이용한 마이크로 펌프와 일정 유량의 유체 이송 설계를 가시화하는 데 성공했다. 이뿐만 아니다. 방사광가속기의 높은 에너지의 X-선은 강한 투과력을 가지고 있어 살아있는 생명체를 고해상도, 고감도로 정밀하게 촬영할 수 있다. 영국과 스위스 연구팀은 한 쌍의 작은 날개를 이용해 한 지점에서 갑자기 방향을 바꾸거나 뒤로 날기도 하고 거꾸로 천장에 붙는 등 복잡한 비행술을 자랑하는 파리의 날갯짓 또한 방사광을 활용해 고속촬영에 성공, 소형 비행체의 개발에 큰 도움을 주고 있다. 그리고 곤충의 신기한 다리 관절 구조도 알아낼 수 있다. 몸통에서 다리가 빠지지 않도록 관절의 머리 지름이 더 큰 것이 마치 나사와 너트 같음을 알 수 있었다. 포스텍 기계과와 생명공학과 공동연구팀은 식물의 씨앗과 물관의 내부구조를 고해상도로 영상화하여 씨앗 내부에 형성된 기공 망의 기능과 줄기 내부 물관의 각 역할을 파악해내기도 한다. 더 작고 빠른 생명의 순간을 포착할 수 있는 방사광 덕분에 생명·의학 연구뿐 아니라 생명체가 지닌 뛰어난 구조와 기능으로부터 원리를 도출해 새로운 인공 공학으로 만들어내는 '생체모방기술' 연구도 활짝 열리게 됐다. 방사광가속기는 기초과학뿐만 아니라 제약, 배터리, 미술, 역사, 그리고 기계 등 다양한 분야에서 우리의 삶을 윤택하게 만들어준다. 또한 우리가 먹고 있는 초콜릿, 감자 칩 그리고 생필품인 화장품, 샴푸 등 실생활에서도 방사광가속기 활용이 확대되고 있다. 포항가속기연구소 관계자는 "방사광가속기는 앞으로 차세대 먹거리 창출을 위한 기반시설로 든든히 자리를 지킬 것으로 예상된다"고 말했다. 김기태기자 ktk@yeongnam.com암모기가 흡혈하는 모습. 머리에 존재하는 두 펌프가 빠른 흡혈의 핵심임을 확인할 수 있다.포항가속기연구소 제공
2021.10.02
경북대-포스텍 공동연구팀, 자기장으로 움직이는 접착성 마이크로입자 개발
경북대 조윤기 교수(융합학부 의생명융합공학전공)팀과 포스텍 차형준 교수팀이 공동연구를 통해 해양 부착성 생물인 홍합에서 유래한 접착 단백질에 '자기장 감응성'을 부여해 자기장이 가해지는 방향으로 이동을 제어할 수 있는새로운 약물전달용 단백질 마이크로입자를 개발하는 데 성공했다고 29일 밝혔다. 자기장 감응성이란 외부자기장에 반응해 자기장 방향으로 이동하는 성질을 의미한다.국내 특허 등록을 통해 원천 지식재산권을 확보한 이번 연구결과는 재료과학 분야 세계적인 권위지인 '어드밴스드 펑셔널 머터리얼즈(Advanced Functional Materials, Impact Factor: 18.808)'의 표지논문으로 9월 30일에 게재된다.식도는 연동운동으로 섭취한 물과 음식을 위로 빠르게 흘려보내는 매우 유동적인 환경의 통로기관이다. 식도에 질병이 발생할 경우, 유체 역학적 전단력과 항력으로 인해 약물이 조직에서 머물지 못해 병변부위의 약물치료가 어려운 상황이다.기존 자기장 감응성 약물전달 시스템은 목표 부위로 약물 전달 이후 자기장을 제거하면 유동적인 체내 유체환경으로 인해 쉽게 탈착해 유실될 수 있어 병변 부위에 장기간 약물을 유지하기 어려웠다. 연구팀이 개발한 접착성 마이크로입자는 '자기장 감응성'과 '홍합접착단백질'을 결합해 식도와 같은 매우 빠른 유속을 가지는 환경의 통로 기관에서도 국소적·장기적으로 약물을 병변 부위에 전달할 수 있는 혁신적인 약물전달 시스템이다.마이크로입자에 산화철을 탑재해 자기장에 의해 병변 부위에 국소적으로 전달하고, 이후 홍합접착단백질의 강한 수중 접착력으로 자기장을 제거한 뒤에도 병변 부위에 마이크로입자가 장기적으로 유지되도록 했다.연구 결과, 자기장을 가해줄 경우 없는 경우보다 5배 이상 높은 국소전달 효율을 보였으며, 이후 자기장을 제거하더라도 전달 부위에서 약물이 일주일 동안 유지되는 것을 확인했다.연구팀에서 개발한 마이크로입자는 산화철 특성상 자기공명영상법(MRI)으로도 관찰이 가능해 마이크로입자의 위치를 실시간으로 확인할 수 있어 표적 병변 부위로의 국소 전달을 보다 용이하게 관찰할 수 있다. 이와 함께 연구팀은 마이크로입자 내부에 암 치료에 널리 사용되는 화학요법 약물인 독소루비신을 탑재해 암세포의 생존율을 16.6%까지 줄이는 등 높은 항암 치료 효능을 실험적으로 검증했다.조윤기 교수는 "이번 연구를 통해 개발된 마이크로입자는 빠른 유체가 흐르는 체내의 동적환경에서도 적절한 자기장만 부여하면 원하는 목표 부위에 손쉽게 약물을 전달하고, 이후 약물 치료 효과를 오래 유지할 수 있다는 점에서 의미가 크다. 식도 뿐만 아니라, 소장, 대장과 같이 소화액이나 체액이 흐르는 다양한 체내 장기에 적용 범위를 넓힐 수 있을 것으로 기대된다"라고 밝혔다.이번 연구는 과학기술정보통신부가 지원하는 우수신진연구사업과 중견연구사업 그리고 보건복지부가 지원하는 보건의료기술개발사업의 일환으로 수행됐다.?전단력=서로 반대 방향의 힘들이 동시에 서로 작용할 때 대상 물체 내에서 면을 따라 평행하게 작용하는 힘.?항력= 흐르는 유체 안에서 물체가 운동하거나 정지해 있을 때 유체에 의해 받는 저항력.박종문기자 kpjm@yeongnam.com모식도경북대 조윤기교수포스텍 차형준교수최현선 포스텍 박사과정생.
2021.09.29
영남대 ‘근골격계·신경계 질환 치료 기술’ 사업화 박차
영남대(총장 최외출)가 보유한 우수 기술이 본격적인 사업화를 위해 기지개를 폈다. 영남대는 지난 24일 <주>셀렉소바이오(대표 이근우)와 대학이 보유한 특허 기술에 대한 이전 계약을 체결했다. 이번에 이전하는 기술은 영남대 의과대학 정형외과학교실 이근우 교수 팀과 대구경북첨단의료산업진흥재단(이사장 양진영, 이하 재단) 서민수 선임연구원 팀이 공동 개발했다.연구팀은 '인간 경막외 지방 조직 줄기세포 유래 엑소좀(Exosome)을 활용한 근골격계 및 신경계 질환에 대한 치료 효과'를 규명했다. 이를 사업화하기 위해 기술 개발자인 이근우 교수가 대학의 교원창업지원을 통해 셀렉소바이오를 창업하고 기술이전계약을 체결했다. 연구진들은 인간의 경막(뇌와 척수를 둘러싸고 있는 3겹의 뇌막 중 가장 바깥쪽의 막) 외 지방 조직 줄기세포에서 유래한 엑소좀이 염증 유발인자의 발현을 줄이고, 항염증 인자의 발현을 증가시키는 것을 확인하여 척수 손상과 같은 신경 질환의 치료에 효과가 있음을 규명했다. 동시에 해당 엑소좀에는 골질환 증상을 개선하는 miRNA[마이크로RNA(리보핵산), 생물의 유전자 발현을 제어하는 역할을 하는 작은 RNA]가 다량 포함되어 있어 골질환 치료에도 우수한 효과가 있음을 확인했다.이근우 교수는 '2021년 대구시 의료분야 연구자 창업지원사업'을 통해 이 기술을 고도화하고, 창업 및 기술이전을 통해 사업화에 박차를 가하고 있다. 영남대와 재단은 이번 기술 이전에 따라 정액기술료 1억 원 계약을 체결하였으며, 이번에 이전한 기술을 3년 내에 상용화 하는 것을 목표로 지속적인 협력을 추진할 예정이다. 이경수 영남대 산학협력단장은 "대학의 우수한 기술이 사업화 될 수 있도록 대학 내 교수와 연구원들이 적극적으로 창업에 도전할 수 있는 발판을 마련하겠다"면서 "대학의 체계적 지원을 통해 창업활성화 뿐만 아니라 기술상용화를 통해 기업과의 상생은 물론, 향후 학제 간 협력적 융합연구에 집중하여 국가 경제 발전에 기여할 수 있는 신성장 동력을 만드는데 기여하겠다"고 말했다.박종문기자 kpjm@yeongnam.com이근우 영남대 의과대학 정형외과학교실 교수.
2021.09.29
DGIST 핵심단백질자원센터 최성균센터장 연구팀, 전립선암 조절 유전자 'ZNF507' 분자 생물학적 기전 규명
대구 DGIST와 경북대 공동 연구팀이 전립선암의 진행을 조절하는 핵심 유전자를 발견했다. 기존 항암제 치료 부작용을 극복할 새로운 유전자 치료을 기반 마련한 것으로 평가된다.DGIST 핵심단백질자원센터 최성균 센터장 연구팀과 경북대 류재웅 교수 공동 연구팀이 최근 전립선암을 조절하는 'ZNF507' 유전자 발굴에 성공했다. 추가적으로 발견한 유전자가 전립선암을 조절하는 분자생물학적 과정까지도 규명해, 향후 관련 분야 활용이 기대된다.전립선암은 국내는 물론 전 세계적으로 발병률이 높은 암이다. 특히, 암 전이율과 사망율 또한 높아 치료가 중요하다. 이러한 전립선암 치료는 외과 수술, 호르몬 차단 요법, 일반 항암 치료가 많이 활용되지만, 장기간 치료할 경우 약물 저항성이 생겨 약효가 떨어지거나 완치되더라도 재발 사례가 많아, 근원적이고 효율적인 전립선암 치료법 발굴이 절실했다.이에 공동 연구팀은 경북대학교병원 비뇨기과학 교실의 협조를 통해 사람의 전립선암 임상시료를 분양 받아 연구를 진행했다. 연구를 통해 공동 연구팀은 전립선암 조직 내 'ZNF507'이라는 유전자가 정상적인 전립선 조직에 비해 매우 높게 발현하고 있다는 사실을 발견했으며, 해당 유전자가 전립선암에서 실제 높게 발현하며 암이 악화될수록 발현이 증가한다는 것을 확인했다.추가적으로 공동 연구팀은 ZNF507의 활동 등을 억제한 전립선암 세포주를 확립해 전립선암의 표현형을 추적 관찰할 수 있는 다양한 연구를 진행했다. 그 결과, 실제로 ZNF507의 발현이 억제되면 암의 증식과 군집 능력이 현저히 감소하고, 그로 인해 암이 다른 조직으로 이동하고, 투과해가는 능력 또한 줄어드는 것을 확인했다. 또한, 암 세포가 스스로 죽는 '세포 자살' 또한 증가한 것을 확인했다.더불어, 공동 연구팀은 ZNF507가 억제됐을 때 왜 암 발생과 전이가 감소하는 이유도 분자생물학적인 수준에서 파악하는 데 성공했다. 연구 결과, ZNF507의 발현이 억제되면, 암세포 신호 전달이 차단돼 암세포 성장과 전이에 필요한 힘이 차단되는 것을 확인했다. 특히, 이러한 연구결과는 동물실험에서뿐만 아니라 실제 인간의 임상 전립선암 조직에서도 같은 상관관계를 보여, 향후 치료에 큰 도움을 줄 것으로 보인다.DGIST 핵심단백질자원센터 최성균 센터장은 "이번 연구의 주요 성과는 기존 전립선암 치료가 갖는 한계를 극복하고, 새로운 치료제 개발을 위한 근원적 치료 후보 단백질을 발견했다는 점이다"며 "기존 전립선암 항암제 치료는 시간이 갈수록 효능이 감소하는 항암제 저항성, 심혈관계 질환 등 여러 부작용들이 있어 치료에 문제점이 많았지만, 이번 연구 결과를 잘 활용한다면 이러한 부작용들을 극복하는 근본적인 치료가 가능한 신약개발이 이뤄질 것"이라고 말했다.이번 연구는 DGIST와 경북대의 협력연구를 통해 거둔 성과로, DGIST 미래선도형특성화연구 그랜드챌린지연구혁신프로젝트 p-CoE 연구 사업(과제책임자 DGIST 장익수 석좌교수)과 한국연구재단 기초연구실 지원 사업(BRL) '섬모 발생 및 기능제어 통합 연구실'의 연구 사업의 지원을 받아 수행됐다. 연구 결과는 종양학 분야 세계적 학술지인 'Journal of experimental & clinical cancer research'에 9월 18일 온라인 게재됐다.박종문기자 kpjm@yeongnam.com대구 DGIST와 경북대 공동연구팀. 왼쪽부터 DGIST 권욱봉 박사, DGIST 핵심단백질자원센터 최성균 센터장, 경북대 류재웅 교수, DGIST 뇌·인지과학전공 박송 초빙연구교수. DGIST 제공
2021.09.28
영남대 연구팀, 차세대 알루미늄 이온 배터리 개발
이기백(42) 영남대 교수(화학공학부) 연구팀이 차세대 알루미늄 이온 배터리를 개발했다.기존 리튬 이온 배터리 대비 충전속도를 50배이상 끌어올린 고성능 차세대 알루미늄 이온 배터리(Aluminum-Ion Battery; AIB)로 급속충전 및 대용량의 전기에너지가 필요한 전기차에 활용 가능해 학계와 산업계로부터 주목받고 있다.알루미늄 이온 배터리는 높은 에너지 밀도, 우수한 사이클 수명, 뛰어난 안정성과 같은 이점으로 기존의 리튬 이온 배터리를 대체할 차세대 배터리로 주목받고 있다. 알루미늄 매장량이 풍부해 제조원가도 낮다.알루미늄 이온은 전자 3개가 충·방전 반응에 참여한다. 전자 1개가 반응에 참여하는 리튬에 비해 부피 대비 이론 용량이 약 4배 높다. 하지만 알루미늄 이온 배터리는 높은 에너지 밀도를 유지하기 위해 이온의 탈·삽입이 가능한 많은 활성사이트를 가지는 양극 물질이 필요한데, 이에 대한 연구가 부족하다. 또한, 탈·삽입의 주요 물질인 테트라클로로알루미늄산염(AlCl4-) 이온의 크기가 커서 이온 확산 속도가 느리다는 단점이 있어 상업적 적용에 한계가 있다. 영남대 연구팀은 양극 물질인 흑연을 손쉬운 표면처리 공정기술을 통해 높은 에너지 밀도와 출력 밀도를 갖는 전극재를 개발해 알루미늄 이온 배터리의 단점을 극복했다. 또 초고속충전 실험을 통해 1만 사이클 동안 약 100% 효율을 보여주는 안정적인 용량 유지를 보여주는 것을 확인했다.연구팀을 이끈 이기백 교수는 "기존 리튬 이온 배터리를 대체할 차세대 다가(Multi-valent) 금속이온 배터리라는 점에서 연구 가치가 높다"면서 "알루미늄 이온 배터리는 리튬 이온 배터리에 비해 4배 높은 부피당 용량을 가지고 있기 때문에, 부피가 한정되고 대량의 전기에너지가 필요한 전기차, 전기버스와 같은 운송수단에 적용 가능할 것으로 기대된다"고 말했다.이번 연구 결과는 '초고속 충전과 안정한 사이클 수명을 위해 고밀도 흑연을 사용한 고성능 차세대 알루미늄 이온 배터리(High-Defect-Density Graphite for Superior-Performance Aluminum-Ion Batteries with Ultra-Fast Charging and Stable Long Life)'라는 제목의 논문으로 나노기술 분야 국제저명학술지 '나노-마이크로 레터스'(Nano-Micro Letters, 영향력지수(IF)=16.419)에 지난 8월 게재됐으며, 오는 12월 출간 예정이다. 이번 연구에는 영남대 대학원 화학공학과 김지수(24, 석사4기) 씨가 제1저자, 마이클 루비라지(41, Michael Rubyraj) 교수가 공동저자, 이기백 교수가 교신저자로 참여했다.연구팀은 다기능성 에너지 소재 및 촉매(Polyfunctional Energy Materials and Catalyst) 개발을 통해 차세대 이차전지(Next-generation Rechargeable Battery), 커패시터(Capacitor), 고성능·고내구성 수소연료전지(PEM Fuel Cell), 그린 수소 생산을 위한 수전해(Water Electrolysis) 등 에너지 저장 및 변환 기술을 연구하고 있다.박종문기자 kpjm@yeongnam.com차세대 알루미늄 이온 배터리를 개발한 영남대 화학공학부 연구팀. 왼쪽부터 김지수 연구원, 마이클 루비라지 교수, 이기백 교수.
2021.09.28

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