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'네이처'통합검색 결과 입니다. (25건)

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금, 녹는 점 14배 가열해도 안 녹아…"물리법칙 깨졌다"

과학자들이 초고속 레이저를 사용해 금을 녹는 점의 14배까지 가열했으나 액체로 변하지 않은 것을 확인했다고 과학전문매체 라이브사이언스가 최근 보도했다. 해당 연구 결과는 지난 달 말 국제학술지 '네이처'에 실렸다. 이 실험은 수십 년간 이어온 고체 안정성에 대한 물리학 기본 법칙을 깨뜨린 결과라고 외신들은 평가했다. 연구진은 이 방법이 극도로 뜨거운 시스템의 온도를 정확하게 측정하는 최초의 신뢰할 수 있는 방법이라고 밝혔다. 태양을 둘러싸고 있는 플라스마나 행성의 핵과 같은 특이한 물질은 엄청나게 높은 온도까지 도달할 수 있으나 이런 '따뜻한 고밀도 물질'의 실제 온도를 측정하는 것은 쉽지 않았다. 미국 에너지부 산하 SLAC 국립 가속기 연구소 과학자이자 해당 논문 공동 주저자인 밥 나글러는 "밀도와 압력을 측정하는 좋은 기술은 있으나 온도는 그렇지 않다"며, “이는 수십 년 동안 해결되지 않은 문제"라고 밝혔다. 성공적인 온도 측정을 위해서는 측정 속도가 핵심이었다. 이를 위해 연구팀은 45펨토초(45조 분의 1초) 속도로 X선 레이저 펄스를 사용해 얇은 금 필름을 빠르게 가열해 해당 물질의 온도를 측정할 수 있었다. 하지만 연구진은 이 실험으로 새로운 온도 측정 기술 이상의 성과를 달성했다고 밝혔다. 미국 네바다대학교 물리학 부교수이자 해당 논문 공동 주저자 토마스 화이트는 "초고온 고체에서 예상보다 훨씬 높은 온도가 발견돼 놀랐다. 이는 1980년대부터 오랫동안 지속되어 온 이론을 반증하는 것"이라고 밝혔다. 고체 금 샘플을 가열시키자 섭씨 1만8천700도까지 온도가 올랐다. 이는 금 원소의 표준 녹는 점 섭씨 1천64도의 14배에 달하는 온도다. 화이트 교수는 "이것은 아마도 지금까지 기록된 가장 뜨거운 결정 물질일 것"이라며, "금이 녹기 전에 상당히 뜨거워질 것으로 예상했지만, 14배나 높은 온도 상승은 예상하지 못했다"고 밝혔다. 일반적으로 고체와 액체는 한 상태에서 다른 상태로 변하는 정해진 온도, 녹는점을 갖는다. 하지만, 특정 조건에서는 물질이 상태 변화 없이도 이 한계를 넘어 가열될 수 있는데, 이를 '과열'이라고 한다. 이 현상은 전자레인지에서 가열된 물에서도 종종 관찰된다. 1980년대에 물리학자들은 고체의 과열 효과의 한계를 녹는점의 3배로 계산했고, 이를 '엔트로피 재앙(entropy catastrophe)'이라고 부르며, 어떤 물질도 녹는점의 약 3배 이상에서 고체 상태를 유지할 수 없다는 이론적 한계를 제시했다. 하지만, 이번에 이 이론이 깨진 것이다. 그렇다면 금 샘플은 어떻게 녹는점의 14배에서 고체 상태를 유지할 수 있었을까? 연구팀은 금을 가열하는 속도가 너무 빨라 실험 시간 동안 결정 구조가 팽창하지 않았을 것이라고 추정했다. "우리가 보여준 것은 재료가 극도로 빠르게 가열될 경우, 우리의 경우 1조 분의 1초 이내에 가열된다면 이를 피할 수 있다는 것"이라고 화이트 교수는 밝혔다

2025.08.08 10:40이정현

30년된 플라즈마 물리 난제 국내 과학자가 해결

플라즈마 물리의 난제중 하나인 '다중 스케일 연계 현상'이 학계에서 논의된지 30년 만에 국내 연구진에 의해 처음 규명됐다. 연구 성과는 국제학술지 '네이처'에 7일(현지시간 6일 오후4시) 게재됐다. '다중 스케일 연계'는 플라즈마 시스템에서 서로 다른 시간 및 공간 규모의 물리 현상들이 복잡하게 상호작용하며 영향을 주고받는 현상을 말한다. 1990년 중반 본격 제기됐다. 매우 미세한(나노초·마이크론 단위) 미시적 움직임이, 전체 시스템(미터·초 단위) 거동에 영향을 주거나 반대로 거시적 조건이 미시 현상에 피드백을 주는 구조다. 플라즈마 물리에서 '다중 스케일 연계' 현상이 난제로 불리는 이유는 미시적, 거시적 스케일을 동시에 관측하는 실험을 구현하기에 어려움이 많았다. 또한 스케일 간 상호작용이 선형적이지 않고, 복잡한 피드백 루프를 형성하는 것도 측정의 어려움 중 하나였다. 서울대 박종윤 박사는 "슈퍼컴퓨팅 자원이나 구형 토러스 등으로 실험이 가능했다"며 "플라즈마 내에서 발생하는 3차원 자기재연결 현상을 시뮬레이션으로 검증한 세계 최초의 사례"라고 설명했다. 자기재연결은 자화 플라즈마 환경에서 순간적으로 발생해 에너지 방출과 구조 변화를 유발하는 현상이다. 태양 플레어와 같은 자연 현상이나 핵융합 과정에서 나타나는 현상이 대표적이다. 연구팀은 국내 유일 구형토러스(ST) 장치인 서울대학교 베스트(VEST)에서 두 개의 플럭스 로프를 형성한 뒤, 각 로프에 고속 전자빔을 주입해 미시 자기 난류를 유도했다. 그 결과 이 전자빔은 배경 알펜 속도보다 높은 속도로 플라즈마를 따라 이동하면서 플럭스 로프 주변부에 미시 난류를 만들어내 자기 재연결을 유발하는 것을 확인했다. 특히, 플라즈마 내 자기 유체 평형이 급격히 재편되며, 이 과정에서 자기 재연결에 의한 X-ray 방출, 이온 온도 상승, 전류 밀도 재분포 등 다양한 에너지 교환 및 재구성 현상이 함께 관찰됐다는 것이 연구팀 설명이다. 박종윤 박사는 "단순 거시적 자기 유체 평형 변화가 아니라, 미시 자기 난류 발생 → 로프 병합 → 평형 붕괴 → 재형성이라는 단계적 경로를 통해 진행됐다"며 "이는 기존의 자기유체역학적이론(MHD)만으로는 설명되지 않는 다중 스케일(Multiscale) 상호작용 현상임이 확인됐다"고 부연 설명했다. 구형토러스는 구에 가까운 형태로 설계된 고체계 플라즈마 장치다. 또 플럭스 로프는 플라즈마가 자기장과 상호작용하며 형성된 원통형 자기 구조체를 말한다. 연구팀은 이를 세포기반 입자 시뮬레이션 기법(PIC)으로 재현했다. 입자 수준에서 유도된 난류가 자기재연결을 유발하고, 그 결과 전체 시스템의 자기 구조를 바꾸는 과정을 입증했다. 시뮬레이션에서도 실험과 같이 전자빔 속도가 높을수록 난류 세기가 커지고, 자기재연결 및 플럭스 로프 병합이 더 명확하게 발생하는 것이 확인됐다는 것이 연구진 설명이다. 이번 연구는 전 과정이 순수 국내 연구진에 의해 수행됐다. 서울대학교 황용석 교수와 박종윤 박사는 차세대 핵융합로 운전 기술 개발을 위한 실험 기반 연구를 수행하며 미시 난류와 자기 유체 평형 변화를 관찰했다. 아시아태평양이론물리센터(APCTP) 윤영대 박사는 시뮬레이션 수행 및 추가 이론 분석을 맡았다. APCTP 윤영대 박사는 "자기재연결의 개시(onset)에 대한 이해를 바탕으로, 플라즈마 난류 제어 및 전류 구동 기술 고도화에 기여할 수 있을 것"으로 내다보며, "차세대 핵융합 장치(ST)의 안정적 운전 기술 개발에 중요한 기반이 될 것"으로 기대했다. 연구는 과기정통부 기초연구사업(중견연구, 우수신진연구)과 아태이론물리센터지원사업 및 국가과학난제도전협력지원단(서울대) 지원으로 수행됐다.

2025.08.07 00:01박희범

"사라진 플라스틱의 역설"…북대서양에 2천700만톤 나노 플라스틱 있다

그 동안 바다에 수억 톤의 플라스틱이 떠 다니고, 사람의 침이나 혈액, 정액 등에 미세 플라스틱이 섞여있다는 사실은 알려져 왔으나, 어느 정도 미세 플라스틱이 주위에 산재해 있는지는 정확히 파악하지 못했다. 그런데 이번에 눈에 보이지 않는 미세 플라스틱의 양을 추정한 연구 결과가 나왔다. IT매체 기즈모도는 네덜란드 왕립해양연구소(NIOZ)와 위트레흐트 대학교 연구진이해양 오염을 유발하는 나노플라스틱의 실제 추정치를 최초로 제시했다고 최근 보도했다. 연구 결과에 따르면 북대서양에만 크기가 1마이크로미터(μm) 미만인 부유 플라스틱 입자가 2천700만 톤이나 존재한다. 연구진은 최근 국제학술지 네이처에 발표한 논문에서 "해양 플라스틱 오염은 만연하며, 대부분의 과학적 관심은 거대 플라스틱과 미세 플라스틱에 집중되어 있다. 반면에 크기가 1μm 미만인 해양 나노 플라스틱은 여전히 정량화되지 않은 상태다”고 주장했다. 또 "이번 연구 결과는 나노 플라스틱이 해양 플라스틱 오염의 주요 부분을 차지한다는 것을 시사한다"고 덧붙였다. 위트레흐트 대학원생이자 해당 논문 공동 저자 소피 텐 히에트브링크는 아조레스 제도에서 유럽 대륙붕으로 이동하는 연구선을 타고 북대서양 12개 지점의 물 샘플을 수집했다. 이후 1μm보다 큰 샘플을 걸러낸 후, 남은 부분을 가지고 분자 분석을 수행했다. 그는 “2천700만 톤은 충격적인 양"이라며, "하지만 이를 통해 우리는 사라진 플라스틱의 역설에 대한 중요한 해답을 얻었다"고 밝히며 상당량의 플라스틱이 육안으로는 보이지 않는 채 바다에 떠다니고 있다고 지적했다. 안타깝게도 나노 플라스틱 입자는 여러 가지 경로로 바다에 유입된다. 어떤 입자는 강을 통해 유입될 가능성이 높지만, 어떤 입자는 비와 함께 하늘에서 떨어지거나 비나 눈이 아닌 공중 오염 물질의 낙하로 바다로 유입된다. 연구진에 따르면, 이미 바다에 떠 있던 큰 플라스틱 조각이 파도나 햇빛에 의해 분해될 때도 나노입자가 생성될 수 있다. 이제 문제는 이런 오염이 지구와 그 생명체, 그리고 우리를 포함한 모든 생명체에 어떤 영향을 미치는가 하는 것이다. NIOZ 지구화학자이자 해당 연구의 공동 저자 헬게 니만 박사는 "나노 플라스틱이 우리 몸 깊숙이 침투 할 수 있다는 것은 이미 알려져 있다. 심지어 뇌 조직에서도 발견된다. 이제 나노 플라스틱이 바다 어디에나 존재한다는 것을 알게 되었으니, 박테리아와 다른 미생물부터 어류, 그리고 인간과 같은 최상위 포식자에 이르기까지 생태계 전체에 침투한다는 것도 명백해졌다"고 말했다. 하지만, 사라진 플라스틱 역설은 완전히 해결되지 않았다. 연구진이 수집한 샘플에 모든 플라스틱이 포함되어 있지 않았기 때문이다. 예를 들어 연구팀은 이번 샘플에서 폴리에틸렌이나 폴리프로필렌을 발견하지 못했다. 니만 박사는 "다른 분자들에 의해 가려졌을 가능성도 있다. 또한 나노플라스틱이 다른 바다에도 마찬가지로 풍부한지 알고 싶다. 그럴 가능성은 있지만, 아직 증명되지 않았다"며, "존재하는 나노플라스틱은 결코 정화될 수 없다. 따라서 이 연구의 중요한 메시지는 적어도 플라스틱으로 인한 환경 오염을 막아야 한다는 것"이라고 말했다.

2025.07.26 09:42이정현

고삼석 교수 저서 '넥스트 한류', 글로벌 출판사 러브콜

'넥스트 한류(Next Korean Wave)'가 세계적 권위의 출판사 '스프링거 네이처'의 제안으로 영어판 출간을 추진하며 글로벌 진출에 나선다. K-콘텐츠와 한류의 미래를 다룬 이 책은, 4년 전 '완전히 새로운 미래가 온다' 중국어판 이후 두 번째 해외 번역본이다. 이번 출간 제안은 아닐 찬디 스프링거 네이처 부사장의 제안에서 시작됐다. 그는 한류와 K-콘텐츠의 미래, 그리고 책에서 제시한 AI-콘텐츠 융합과 한-아세안 콘텐츠 생태계 전략에 깊은 관심을 보였다. '넥스트 한류'의 저자인 고삼석 동국대 AI융합대학 석좌교수는 “K-콘텐츠와 한류 현상을 분석한 이 책이 스스로 K-콘텐츠로서 글로벌 독자들에게 제공될 예정이다”며 “시작이 반이다. 서로 호감, 흥미를 갖고 시작된 프로젝트인 만큼 좋은 결실을 맺을 것”이라고 말했다.

2025.07.04 15:47진성우

죽은 별이 두 번이나 폭발…어떻게 이런 일이 [우주로 간다]

인간은 죽음을 한 번만 맞이하지만 어떤 별은 두 번 죽기도 한다. 별이 스스로 두 번 폭발해 죽었다는 시각적 증거가 처음으로 포착됐다고 과학매체 라이브사이언스가 2일(현지시간) 보도했다. 호주 뉴사우스웨일스대 프리얌 다스 연구원이 이끄는 국제 연구진은 유럽남방천문대(ESO)의 초거대망원경(VLT)과 다중 단위 분광 탐사기(MUSE)를 이용해 수 세기 전 초신성 'SNR 0509-67.5'의 잔해를 포착했다. 이번 연구 결과는 국제학술지 '네이처 천문학'에 실렸다. 이번 연구를 통해 초신성 폭발 잔해 내부에서 모 항성이 한 번이 아니라 두 번 폭발했음을 시사하는 구조가 발견됐다. 초신성 SNR 0509-67.5은 백색왜성으로 약 400년 전 지구에서 관측 가능한 밝기로 폭발했을 것으로 추정되며, 그 동안 이중 폭발 가능성이 있는 'Ia형 초신성'으로 분류돼 왔다. 백색왜성이 큰 폭발을 일으키는 la형 초신성은 다른 초신성보다 높은 질량에서 폭발하기 때문에 더 강한 빛을 낸다고 알려져 있다. 관측 결과 SNR 0509-67.5의 폭발 잔해를 둘러싸고 있는 두 개의 분리된 칼슘 층을 발견했다. 백색왜성이 폭발할 때 방출된 칼슘이 중심 별에서 동그란 원 형태로 층을 이루고 있는데 이런 칼슘 층이 두 개 있다는 것은 폭발이 두 번 있었음을 의미한다고 외신들은 전했다. 연구진은 "이중 폭발 메커니즘이 실제로 자연에서 발생한다는 것을 보여준다"라고 밝혔다. . 연구자들은 이 백색 왜성이 이웃 별에서 훔친 헬륨으로 자신을 감싸고 폭발한 뒤 그 헬륨이 점화되어 내부로 충격파를 보냈고, 그로 인해 죽은 별의 핵이 두 번째로 더 큰 폭발을 일으켰을 것이라고 추정했다. 다스 연구원은 "이러한 이중 폭발의 확실한 증거는 오랫동안 풀리지 않았던 미스터리를 푸는 데 도움이 될 뿐만 아니라 시각적인 장관도 제공한다"며, "이처럼 장엄한 우주 폭발의 내부 작동 원리를 밝혀내는 것은 정말 보람 있는 일"이라고 밝혔다.

2025.07.03 11:07이정현

"화산 용암서 금 새어 나오고 있다"…어디서 왔나 봤더니

지구 내부 가장 안쪽에 위치한 핵에서 금과 루테늄을 포함한 귀금속이 흘러나와 지표면 화산암으로 스며들고 있다는 연구 결과가 나왔다고 IT매체 기즈모도가 최근 보도했다. 독일 괴팅겐 대학교가 이끄는 연구진은 하와이 화산섬에서 분출된 용암을 조사해 용암에 암석 맨틀보다 더 깊은 지구 핵에서 더 흔한 동위원소인 '루테늄-100'의 농도가 비정상적으로 높은 것을 발견했다. 이를 통해 화산 용암이 지구에서 가장 깊은 곳인 지표면 아래 2천900km 이상 깊이의 물질을 흡수했다는 것을 시사한다고 해당 매체는 전했다. 해당 연구 결과는 최근 국제 학술지 '네이처'에 실렸다. 괴팅겐 대학교 지구화학과 닐스 메슬링 박사는 "첫 번째 결과가 나왔을 때, 우리는 말 그대로 금을 찾았다는 것을 깨달았다"며, "우리 데이터는 금과 기타 귀금속을 포함한 지구 핵 물질이 지구 맨틀로 새어 나가고 있음을 확인했다"고 밝혔다. 지구의 핵은 40억 년 전에 형성되었으며, 지구의 금 공급량의 99.999% 이상을 함유하고 있다. 하지만 이전 연구들은 일부 화산암이 지구 핵에서 나온 물질로 구성되어 있으나, 그 물질이 어떻게 지구 표면으로 올라왔는지에 대해서는 설명하지 못했다. 이번에 괴팅겐 대학 연구진이 개발한 초고정밀 동위 원소 분석 기술로, 이전에는 감지할 수 없었던 루테늄 동위 원소의 차이를 밝혀낼 수 있었다. "우리 연구 결과는 지구의 핵이 이전에 생각했던 것처럼 고립되어 있지 않다는 것을 보여줄 뿐만 아니라 엄청난 양의 과열된 맨틀 물질, 약 10경 미터 톤 가량의 암석이 핵-맨틀 경계에서 지구 표면으로 올라와 하와이와 같은 바다 섬을 형성한다는 것을 증명할 수 있게 되었다"고 괴팅겐 대학 마티아스 윌볼드 교수는 밝혔다 연구 결과에 따르면 지구 표면의 금이나 루테늄 등의 귀금속 공급은 그 기원 중 일부가 깊은 곳에 있는 용암 매장지 때문으로 비롯된 것일 수 있다. 또, 향후 아이슬란드, 일본 등 활화산이 많은 지역을 연구하면 지구 핵과 맨틀 경계에서 표면으로 운반된 물질의 양이 얼마인지 명확히 알 수 있다고 해당 매체는 전했다.

2025.05.26 14:22이정현

美도 씽크홀?...美 주요 28개 도시가 가라앉고 있다

뉴욕, 시카고, 댈러스, 덴버 등 미국에서 인구가 가장 많은 28개 주요 도시가 1년에 약 2~10mm가량 가라앉고 있다는 연구 결과가 나왔다고 우주과학매체 스페이스닷컴이 8일(현지시간) 보도했다. 보도에 따르면, 미국 버지니아 공과대학 연구진은 위성 기반 레이더 측정 기술을 사용해 미국 주요 도시들의 지반 침하를 보여주는 고해상도 지도를 개발했다. 연구 결과에 따르면, 대상인 28개 도시 중 최소 20%, 25개 도시 중 최소 65% 도시의 지반이 가라앉고 있는 것이 확인됐다. 해당 연구 논문은 8일 국체학술지 '네이처 시티즈(Nature Cities)'에 발표됐다. 논문에 따르면, 미국 텍사스 전역 도시들이 가장 높은 지반 침하율을 보였고 그 중 휴스턴이 가장 심했다. 휴스턴의 경우, 도시 면적의 약 40%가 1년 간 5mm 이상 가라앉고 있으며, 도시 면적의 12%는 연간 10mm 이상 침하된 것으로 파악됐다. "지반이 약간만 아래로 이동해도 시간이 지나면서 건물, 도로, 교량, 철도의 구조적 무결성이 심각하게 손상될 수 있다"고 버지니아 공대 대학원생이자 해당 연구의 주요 저자 레너드 오헨헨이 성명을 통해 밝혔다. 지반 침하는 전 세계적으로 드문 일이 아니며, 많은 지역이 자연적인 지질학적 과정으로 인해 침하되고 있다. 하지만, 버지니아 공대 연구팀은 미국 도시 지반 침하의 80% 가량은 인간의 필요로 인한 지하수 고갈로 인해 발생한다고 결론지었다. 또, 도시가 발전함에 따라 이 문제는 더욱 악화될 수 있다. 지반 침하는 주로 기후변화로 인해 해수면 상승의 위협을 받는 해안 도시에 더 많은 위험을 가져다 주지만, 내륙 도시도 홍수 발생 가능성이 높아지며 지반 침하 위험성으로부터 자유로울 수 없다. 또, 도시 전체에 걸쳐 불균등한 지반 침하가 발생하면 건물과 기반 시설이 불안정해질 수 있다. 버지니아 공과대학 지구 관측·혁신 연구소 마누셰르 시르자에이 부교수는 "이러한 위험은 잠재적으로 인프라가 시간이 지남에 따라 조용히 손상될 수 있으며, 피해가 심각하거나 치명적일 때만 드러날 수 있다"고 성명을 통해 밝혔다. 도시 지역의 지반 침하를 완전히 막을 수는 없지만, 완화를 위해 노력할 수는 있다. 연구에 따르면, 지반 침하 모니터링 개선, 지하수 관리 정책 개정, 기반 시설 복원력 계획 수립 등이 잠재적인 조치로 제시됐다.

2025.05.09 16:57이정현

OLED 디스플레이가 스피커 기능까지…스마트폰 구현 첫 성공

스피커가 필요없는 OLED 패널이 세계 처음 개발됐다. 연구진은 스마트폰에서 이를 실제 구현하는데도 성공했다. POSTECH(포항공과대학교)은 전자전기공학과 최수석 교수 연구팀(박지윤·신준혁·홍인표·한상현 연구생(이상 박사과정) 및 남승민 박사)이 형태를 바꾸면서 동시에 스피커 역할도 할 수 있는 스마트폰형 OLED 패널 기술을 최초로 개발했다고 25일 밝혔다. 연구 결과는 스프링거 네이처(Springer Nature) 출판사의 국제저널 'npj 플렉서블 일렉트로닉스' 3월 온라인판에 게재됐다. 연구팀은 "최근 MWC 2024 등에서도 이러한 벤더블 OLED를 스피커 등에 감거나 게임용 모니터 등에 벤더블 기능을 추가하는 등 OLED를 변형하는 연구가 꾸준히 진행되고 있으나, 부피나 유연성 등 여러 단점이 있어 구현에는 어려움이 많았다"고 말했다. 연구팀은 또 "디스플레이의 형태가 변형되는 모습도 단순한 오목형 'U' 구조 벤딩이어서 폼팩터 변화도 단순하다"며 "몰입감을 위한 스피커 추가시 스마트폰 같은 소형 기기 적용은 한계가 있었다"고 부연설명했다. 연구팀은 이러한 한계를 극복하기 위해 특수한 '압전 고분자 액추에이터'라는 초박형 필름을 개발했다. 이는 OLED본연의 얇고 유연한 특성을 유지하면서도 다양한 형태의 디스플레이로 변화 가능하다. 이 필름을 스마트폰용 OLED 패널에 부착하면 전기 신호만으로도 화면 형태를 기존 단순한 오목 'U' 모양을 넘어 볼록하거나 ,S자 형태 등과 같은 변화와 마치 춤을 추는 것 같은 다이나믹한 OLED로 변형 가능하다. 특히, 같은 필름에 저주파와 고주파 전기 신호를 보내면 OLED의 다양한 벤더블 형태 변형과 함께 별도의 스피커 없이도 OLED 디스플레이 자체에서 소리를 낸다. 연구팀은 실제 스마트폰용 OLED 패널에 이 기술을 적용, 작동도 확인했다. 최수석 교수는 "외부 장치 없이 디스플레이의 형태를 자유롭게 변형하면서 동시에 스피커 기능까지 구현한 연구 결과는 이번이 처음"라며, "차세대 디스플레이, 자동차 디스플레이, 소프트 로봇 등 다양한 분야로의 확장과 상용화에 기여할 것"으로 기대했다. 연구는 산업통상자원부 기술혁신사업과 LG 디스플레이-POSTECH 인큐베이션 협력 프로젝트, 한국연구재단 BK21 FOUR 프로그램의 지원을 받았다.

2025.03.25 16:27박희범

삼성전자·포스텍, 차세대 '무색수차 메타렌즈' 개발 성과

삼성전자는 포스텍(POSTECH)과 산학협력을 통해 진행한 '무색수차 메타렌즈' 연구 논문이 세계적인 학술지 '네이처 머티리얼스(Nature Materials)'에 게재됐다고 25일 밝혔다. 메타렌즈는 빛의 회절을 제어할 수 있는 나노 크기의 구조체로 구성된 평면 렌즈다. 디스플레이·카메라 등 광학 시스템 분야에서 차세대 소자로 주목받으며 10여 년 전부터 업계에서 다양한 연구가 진행돼 왔다. 특히 기존 볼록 광학 렌즈 대비 크기와 두께를 획기적으로 줄일 수 있는 장점이 있다. 하지만 큰 색수차로 이미지가 심각하게 왜곡되는 기술적 한계가 있어 실제 제품 개발로 이어지는 데 어려움이 있었다. 색수차란 렌즈를 통과하는 빛이 굴절될 때, 서로 다른 파장의 빛들이 굴절률이 달라 각기 다른 방향으로 휘어져 이미지의 색상이 번지는 현상을 뜻한다. 삼성전자와 포스텍 연구팀은 최근 색수차가 없는 '무색수차 메타렌즈' 개발에 성공했다. 또 홀로그래픽 디스플레이와 결합할 경우 다양한 광학 수차의 보완이 가능하다는 것도 증명했다. 향후 '무색수차 메타렌즈'와 '홀로그래픽 디스플레이'를 결합하면 콤팩트하면서도 높은 품질의 이미지를 제공하는 XR 웨어러블 기기 개발이 가능해지고 보다 다양한 카메라 및 센서에 활용할 수 있게 될 전망이다. 이번 프로젝트는 문석일 삼성전자 삼성리서치 박사와 노준석 포스텍 교수가 주도했으며, 포스텍 최민석, 김주훈, 신길수 연구원이 공동 1저자로 참여했다. 삼성전자는 이번 산학협력을 통해 혁신적인 아이디어 착안에서부터 실제 구현까지 검증하며 다양한 미래 광학 시스템 분야 개발과 차세대 디스플레이 기술 확보의 가능성을 확인했다. 삼성전자와 포스텍 연구팀은 기존 메타렌즈의 설계방식을 바꿔 색수차 저감 한계를 해결했다. 기존 연구는 색수차를 없애기 위해 단일 메타 구조체를 독립적으로 설계해 기판에 올려 합치는 방식을 사용했지만, 구조체 사이의 상호 관계를 고려하지 않은 탓에 색수차를 완전히 줄일 수 없었다. 이를 극복하기 위해 연구팀은 모든 메타 구조체 간의 상호 관계를 설계 단계에서부터 고려한 알고리즘을 개발해 색수차를 없애는데 성공했다. 그 결과 연구팀이 개발한 '무색수차 메타렌즈'는 얇은 두께를 유지하면서도 렌즈 크기를 기존보다 3~5배 키울 수 있게 돼, 넓은 시야각을 제공할 수 있게 됐다. 또 메타렌즈의 초점력을 가지면서도 이미지 품질이 더욱 향상되는 결과를 가져왔다. 렌즈는 일반적으로 화면이 커질수록 이미지 왜곡 현상 심해지는데, 이를 해결하기 위해 여러 장의 렌즈를 결합해 보정한다. 하지만, 연구팀은 단 한 장의 무색수차 메타렌즈와 홀로그래픽 디스플레이를 결합해 색수차 외에도 다양한 광학 수차를 해결하고 이미지 왜곡 없는 넓은 시야각의 영상을 확보하는데 성공했다. 특히 무색수차 메타렌즈와 홀로그래픽 디스플레이를 결합하면 일반 광학 렌즈와 디스플레이를 결합했을 때 보다 작고 가벼우면서도 피로도가 적은 가상 영상 제공이 가능하다는 것도 기술 검증을 통해 입증했다. 향후 무색수차 메타렌즈와 홀로그래픽 디스플레이를 결합한 장치는 XR 기기뿐만 아니라 일반 디스플레이, 카메라, 센서 등 다양한 광학 시스템의 성능 향상과 부피 저감에 활용될 전망이다. 삼성전자는 "앞으로도 미래를 선도할 혁신기술 연구를 지속할 계획"이라고 밝혔다.

2025.02.25 09:01장경윤

노벨화학상 베이커 교수와 포스텍 제자가 손잡으니…AI 유전자 치료법 개발

국내 연구진이 올해 노벨화학상 수상자와 함께 AI(인공지능)로 단백질 구조를 원하는 특성을 갖는 나노미터 크기의 주머니 구조(나노케이지)를 다양하게 만들 수 있는 기술을 세계 처음 확보해 화제다. 포스텍 이상민 교수는 올해 노벨화학상을 받은 미국 워싱턴대 데이비즈 베이커 교수와 공동으로 AI기반으로 바이러스의 복잡하고 정교한 구조를 모방한 새로운 치료 플랫폼(나노케이지)을 공동 개발했다고 19일 밝혔다. 이 연구결과는 과학분야 세계 최고 학술지인 '네이처'에 18일(현지시각) 게재됐다. 이 교수는 지난 2021년 2월부터 2년 9개월 동안 데이비드 베이커 교수 연구실에서 박사후연구원으로 재직했다. 포스텍은 올해 1월 부임했다. 이 교수는 베이커 교수와 함께 생활했던 회고담에서 "가장 기억에 남는 건 지도교수나 연구실 리더는 '치어리더'역할을 해야 한다고 하신 말"이라며 "세세한 잘못도 지적해야 겠지만, 연구할 사기를 북돋아주는 것이 더 중요함을 일깨워줬다"고 회상했다. 이 교수는 베이커 교수와 바이러스를 모방한 나노 단백질을 AI기반으로 설계했다. 바이러스는 둥근 공 모양의 단백질 껍질 안에 유전자를 담아 스스로 복제하는 독특한 구조를 갖고 있다. 주로 숙주세포에 침투해 질병을 일으킨다. 과학기술계는 최근 이 같은 복잡하고 정교한 구조를 모방한 인공 단백질(나노케이지) 연구를 활발히 진행 중이다. 나노케이지는 바이러스가 숙주를 찾아 공격하듯 표적 세포에 치료용 유전자를 효과적으로 전달하는 역할을 한다. 그러나 기존 나노케이지는 크기가 작아 그 안에 담을 수 있는 유전자의 양이 한정적이다. 구조가 단순해 실제 바이러스 단백질처럼 여러 기능을 구현하는 데 한계가 있었다. 연구팀은 이를 해결하기 위해 AI 기반 전산 설계 기법을 적용, 정사면체와 정육면체, 정십이면체 등 다양한 형태의 나노케이지를 세계 최초로 제작하는데 성공했다. 이 새로운 나노구조들은 네 종류의 인공 단백질로 구성된다. 여섯 종류의 독특한 단백질-단백질 결합계면을 포함하는 정교한 구조를 형성한다. 특히, 직경이 최대 75㎚에 이르는 정십이면체 구조는 기존 유전자 전달체(AVV1))보다 내부 직경이 3배, 부피는 27배가 커져 훨씬 더 많은 유전자를 담을 수 있다. 더 많은 유전자를 나노 케이지 내에 담는다는 의미는 유전자 기능으로 치료할 수 있는 범위가 그만큼 넓어지는 것을 의미한다. 연구팀은 전자현미경 분석 결과, AI로 설계한 나노케이지들이 예상대로 정확한 대칭구조를 이루었다. 기능성 단백질을 활용한 실험에서도 연구팀은 유전자가 나노케이지가 표적 세포까지 성공적으로 전달됨을 확인했다. 이상민 교수는 “AI의 발전으로 인류가 원하는 인공 단백질을 설계하고 조립하는 시대가 열렸다”며 “이번 연구가 유전자 치료제는 물론, 차세대 백신 등 다양한 의·생명 분야의 혁신적인 발전에 기여할 것"으로 기대했다. 이상민 교수와 데이비드 베이커 교수가 협력한 이 연구는 과학기술정보통신부 우수신진연구사업, 나노소재기술개발사업, 글로벌 기초연구실 사업과 미국 하워드 휴즈 의학연구소(HHMI, Howard Hughes Medical Institute) 지원을 받았다

2024.12.19 01:01박희범

뇌연구원-존스홉킨스의대, 조현병 환자 환청·환각 정보처리 과정 규명

조현병 환자의 환청이나 착시, 환각 증상을 일으키는 과정이 규명됐다.그러나 이 같은 증상이 왜 일어나는지 원인은 이 논문에 포함돼 있지 않다. 한국뇌연구원과 존스홉킨스의대 국제공동연구팀은 뇌에 있는 신경세포마다 방향-위치 특이성이 다른 이유를 밝혀냈다고 3일 밝혔다. 공동연구팀에는 존스홉킨스의대 홍인기 박사, 리차드 후가니어(Richard Huganir) 교수와 한국뇌연구원 정서인지질환 연구그룹 김주현 선임연구원 등이 참가했다. 이 연구결과는 국제학술지 네이처(Nature) 10월 2일호에 공개됐다. 뇌의 신경세포가 특정 자극에 강하게 반응하는 경향을 '속성 선택성(Feature selectivity)'이라고 한다. 예를 들어 어떤 신경세포(흥분성 세포)가 '우리 할아버지 콧수염'같은 특정 자극에만 민감하게 반응하는 현상을 말한다. 연구팀은 대뇌 시각피질의 흥분성 세포에 주목했다. 이 세포는 '특정 방향의 모서리(oriented edge)'에 선택적인 반응을 보인다. 반면 대뇌피질에서 가장 많은 억제성 뇌세포인 PV 뇌세포의 경우 방향 선택성이 현저히 낮게 나타난다. 뇌의 해마에서도 흥분성 뇌세포는 이와 유사한 성질을 나타낸다. 공동연구팀이 이 같은 작동 원리를 규명한 것. 연구팀은 뇌의 신경전달물질 수용체(AMPA)가 신경세포의 종류에 따라 서로 다른 방향-위치 선택성과 관련된 학습을 하는데 중요한 역할을 한다는 사실을 밝혀냈다. 특히 이 수용체를 구성하는 요소 중 칼슘 선택성을 결정짓는 'GRIA2'가 속성 선택성에 핵심적인 역할을 한다는 것을 알아냈다. 유전적 기법을 통해 억제성 뇌세포에서 'GRIA2' 발현을 통해 칼슘 투과성을 낮췄을 때, 흥분성 뇌세포처럼 방향 선택성이 높아졌다. 반대로, 흥분성 뇌세포에서 'GRIA2'를 없앤 경우 방향 선택성이 사라졌다. 공동 교신저자인 존스홉킨스 의대의 홍인기 박사와 리차드 후가니어(Richard Huganir) 교수는 “자폐증이나 조현병, 뇌전증 등의 정신질환에서 나타나는 감각정보의 인지 왜곡 현상도 속성 선택성의 문제로 이해할 수 있다”며 “이런 원리를 밝혀나가면 지능을 더 깊이 이해할 수 있을 뿐 아니라 이들 질환의 약물 치료 타깃도 찾을 수 있을 것”이라고 기대했다. 공동 제1저자인 김주현 박사는 “이번 연구는 '방향'과 같은 시각정보와 '위치'와 같은 공간 인식 정보를 흥분성 뇌세포와 억제성 뇌세포가 어떻게 서로 다르게 처리하는 지 그 작용 원리를 밝혀낸 것”이라며 “우리 뇌가 방향-위치 선택성을 어떻게 조절하는지 규명함으로써 뇌의 감각 정보 처리 방식에 대한 이해는 물론, 새로운 AI 네트워크 구조와 학습 알고리즘 설계에도 도움이 될 것”이라고 말했다.

2024.10.03 11:09박희범

오뚜기, 신사업에서는 '쓴맛'

함영준 오뚜기 회장이 취임 이후 추진한 신사업인 차와 건강기능식품 시장에서 모두 고배를 마시고 있는 것으로 나타났다. 함영준 오뚜기 회장은 2010년 취임 이후 신성장동력을 마련하기 위해 새 먹거리 찾기에 주력했다. 함 회장이 선택한 신사업은 전통차와 건강기능식품이었다. 오뚜기는 함 회장이 취임한 첫해 차(茶)류 사업을 강화하기 위해 삼화한양식품 주식 12만주(80%)를 112억원에 취득했다. 삼화한양식품은 중소 차가공업체로 전통차, 기능차 등 각종 다류를 생산하는 회사다. 이후 오뚜기삼화식품으로 사명을 바꾼 뒤 꿀유자차, 궁중한차, 잣호두율무차 등 전통차를 연이어 출시했다. 2012년에는 정기 주주총회에서 ▲의약외품 ▲화장품 ▲생활용품 등의 제조·판매업을 추가하고 같은 해 3월 건강기능식품 브랜드 '네이처바이'를 론칭했다. 네이처바이는 오뚜기 카레의 주성분인 강황과 '케첩'의 주원료인 토마토의 건강기능성분 '커큐민' 및 '라이코펜'을 연구해 탄생했다고 당시 회사 측은 설명했다. 이어 2012년 8월 '네이처바이 진생업'을 출시하고 홍삼 건강기능식품으로도 영역을 넓혔고 이듬해 미국 1위 건강기능식품 브랜드 '네이처메이드'도 함께 선보였다. 함 회장은 건강기능식품에 상당한 공을 들인 것으로 알려졌다. 2015년에는 사내 신년사를 통해 '건강기능식품 정착'을 주요 목표로 강조하기도 했다. 다만 결과는 좋지 않았다. 오뚜기삼화식품 매출이 2013년 201억원, 2014년 196억원, 2015년 191억원으로 인수 이후 줄어들었기 때문이다. 이에 오뚜기는 2016년 오뚜기삼화식품을 흡수합병하기로 결정했다. 수익성이 악화되는 상황에서 사업구조를 안정적으로 가져가고 경쟁력을 강화하기 위한 합병이라고 당시 회사 측은 설명했다. 건기식 브랜드인 네이처바이 역시 부진하다. 현재 네이처바이 브랜드명으로 판매 중인 제품은 없는 것으로 나타났다. 오뚜기 관계자는 “네이처바이 브랜드는 현재 사용하지 않고 수입 제품인 네이처메이드도 정리했다”며 “건기식 론칭 초기에는 별도의 사업부가 있었지만, 현재는 없어진 상태다”고 말했다. 이어 “최근에는 해외 시장에 집중하고 있어 신사업은 지분투자를 중심으로 전개하고 있다”고 덧붙였다. 최근 오뚜기는 메디푸드 스타트업 잇마플에 투자를 진행하고 협업에 나섰다. 지난해 5월 업무협약을 맺은 잇마플이 기업, 중소병원 등을 대상으로 론칭한 B2B 신사업에 대한 생산 협업체계를 구축할 방침이다. 잇마플은 당뇨, 암 등 타 질환으로 식사 조절이 필요한 이들에게 맞춤형 건강식을 제공하는 기업이다. 앞선 관계자는 “아직은 초기 단계로 투자만 한 상황”이라며 “신제품을 출시하는 등의 구체적인 내용은 결정된 것이 없다”고 말했다.

2024.09.06 09:39김민아

오프라인 매장 축소…K뷰티 로드숍 부활 채비

과거 K-뷰티를 이끌던 1세대 화장품 로드숍이 부활하고 있다. 실적이 부진한 오프라인 가맹점을 줄여 비용을 효율화하고, 해외 시장 확대로 실적 개선에 성공하면서다. 화장품 로드숍 미샤를 운영하는 에이블씨엔씨는 지난해 연결 기준 매출 2천736억원을 기록하며 전년(2천479억원) 대비 10.4% 증가했다. 같은 기간 영업이익도 100억원에서 114억원으로 14.2% 늘었다. 토니모리도 최근 실적 회복에 성공했다. 지난해 연결 기준 매출 1천511억원으로 전년(1천267억원) 대비 19.3% 늘었고 영업이익은 96억원을 기록하며 흑자 전환에 성공했다. 네이처리퍼블릭과 클리오도 지난해 영업이익이 전년 대비 각각 100%, 88.8% 늘었다. 화장품 로드숍 브랜드는 2017년 중국의 사드(고고도 미사일 방어체계) 보복으로 한 차례 휘청였고 2019년 코로나19 팬데믹(대확산)으로 오프라인 시장이 위축되면서 불황에 빠지기 시작했다. 2020년 주요 화장품 로드숍 브랜드 매출 증감률은 ▲에이블씨엔씨 –27.2% ▲토니모리 –34% ▲네이처리퍼블릭 –27.1% 등으로 나타났다. 부진하던 이들이 실적 개선에 성공한 것은 오프라인 매장을 축소해 부진한 점포를 정리하면서다. 대표적인 사례가 클리오다. 클리오는 지난 2018년 오프라인 매장인 '클럽클리오' 축소를 선언했고 2022년 완전 철수했다. 클리오 매출은 2018년 1천874억원에서 지난해 3천306억원으로 76.4% 늘어나며 같은 기간 주요 로드숍 브랜드 중 가장 큰 증가폭을 보였다. 지난해 영업이익은 338억원으로 흑자 전환했다. 클리오 관계자는 “코로나19 영향으로 해외 관광객이 줄면서 효율이 낮은 매장을 철수하게 된 것”이라며 “임대료 등 고정 비용이 사라지고 온라인 채널을 육성하면서 손익이 좋아졌다”고 말했다. 에이블씨엔씨 역시 가맹점 수를 2018년 267개에서 2023년 91개로 66% 축소했다. 이에 오프라인 매장(가맹점+직영점)에서 발생하던 매출 비중은 2018년 66.9%에서 지난해 21.4%로 줄었다. 가맹점에서 2.8%, 직영점에서는 18.6% 각각 발생했다. 반면 온라인과 수출 매출 비중은 늘었다. 2018년 9.7%에 그쳤던 온라인 매출 비중은 지난해 17.9%로 늘어났고 수출은 55.8%로 절반 이상을 벌어들였다. 해외 시장 공략에도 힘을 주고 있다. 네이처리퍼블릭은 일본 시장을 중심으로 동남아시아, 북미, 유럽 등에 진출해 있다. 일본 사업은 일본 최대 온라인 쇼핑몰인 큐텐에서 3년 연속 베스트 셀러로 선정됐고 일본 3대 버라이어티숍인 로프트, 프라자, 도큐핸즈 등 드럭스토어 8천개 소매점에 입점했다. 네이처리퍼블릭의 해외 매출 비중은 2018년 18.4%(432억원)에서 지난해 36.9%(531억원)로 두 배 가까이 확대됐다. 최근에는 미국 코스트코 매장 200곳에 입점했다. 지난달 미국 코스트코 온라인몰에 이어 오프라인 매장에도 입점하며 북미 시장 진출을 본격화하겠다는 계획이다. 네이처리퍼블릭 관계자는 “미국 코스트코 입점까지 유통망을 확장하며 더욱 적극적으로 현지 소비자들을 만날 계획”이라고 설명했다. 한편 로드숍 실적이 개선되며 증권가의 기대감도 상승하고 있다. 한국거래소에 따르면 올해(26일 종가 기준) 주요 로드숍 화장품 브랜드 주가 상승률은 ▲에이블씨앤씨 19.2% ▲토니모리 126.6% ▲클리오 16.1% 등으로 나타났다. 2분기 실적에 대해서도 긍정적인 전망이 나왔다. 하나증권은 토니모리의 올해 2분기 연결 매출이 전년 도익 대비 32%, 영업이익은 99% 증가할 것이라고 예상했다. 클리오에 대해서도 2분기 영업이익 시장 컨센서스(전망치)에 부합할 것이라고 관측했다. 박은정 하나증권 연구원은 토니모리에 대해 “브랜드 사업 본업도, 자회사 메가코스의 ODM부문도 안정적 성장세를 보이며 이익체력이 급증할 것”이라고 말했다. 이어 “클리오는 미국, 일본, 동남아 등 지속적으로 해외 판로 확대에 주력하고 있으며, 카테고리 측면에서는 스킨케어 비중을 높임으로써 브랜드 포트폴리오 안정화, 이익 체력 증진에 힘쓰고 있다”고 분석했다.

2024.07.29 16:58김민아

줄기세포로 에이즈 환자 7번째 완치...과기계 '갸우뚱'

에이즈(AIDS, 후천성면역결핍증) 바이러스 HIV에 감염된 독일의 60세 남성이 줄기세포 이식 후 완치된 7번째 사례가 보고됐다. 연구진들은 그러나 완치 이유에 대해서는 아직 명확히 설명하지 못했다. 다섯차례의 성공 사례는 모두 줄기세포 기증자 CCR5 유전자에 델타-32 결손 돌연변이 한쌍을 보유한 경우였다. 이 돌연변이 한쌍이 HIV가 세포 속으로 들어가지 못하게 막는다. 그러나 이번 치료에서는 이 결손 돌연변이가 하나였다. 이는 조혈모세포 기증자의 델타-32가 반드시 한쌍이 아니라, 하나만 존재해도 치료가 가능하다는 것을 의미한다. HIV 치료 기회가 그만큼 커진 것이다. 국제 에이즈 학회는 지난 24일 독일 뮌헨에서 제25회 학술대회를 열고, 이같이 보고 했다고 과학학술지 네이처가 26일자(현지시간)로 보도했다. 사실 혈액암 치료를 위해 골수 이식을 받은 후 HIV가 없어진 첫 사례는 '베를린 환자'로 알려진 티모시 레이 브라운이다. 연구팀은 "HIV는 CCR5수용체를 통해 세포 속으로 들어가 일반 세포의 면역을 무력화시켜 나간다"며 "그러나 델타-32결손 돌연변이 한쌍이 있을 경우 HIV가 세포 속으로 들어가지 못한다"고 설명했다. 멜버른의 피터 도허티 감염 및 면역 연구소의 샤론 류윈 박사는 "이번에 치료한 독일 60대 남성의 경우는 HIV 치료가 CCR5 유전자에만 국한되지 않는다는 메시지를 나타낸다"고 말했다. 대략 1%의 유럽인은 CCR5 델타-32 돌연변이 한쌍을 갖고 있다. 반면 10%는 델타-32 돌연변이 유전자를 하나만 갖고 있다. 캘리포니아 대학교 샌디에이고의 HIV 연구자인 사라 웨이벨 박사는 “이 사례는 HIV 치료에 대한 가능성을 확대한 것"이라며 "전 세계적으로 약 4천만 명이 HIV에 감염되어 있다"고 설명했다. 이 환자를 치료한 의료진은 "CCR5 유전자 돌연변이 한쌍을 가진 줄기세포 기증자를 찾을 수 없었지만, 델타-32 돌연변이 유전자 하나를 가진 여성 기증자를 찾았다"며 "2015년 줄기세포를 한 달 동안 이식했다"고 덧붙였다. 연구팀은 "2018년엔 HIV를 억제하는 항레트로바이러스 약물 복용을 중단했다"며 "6년이 지난 현재, 환자 몸에서 HIV 복제 증거를 찾을 수 없었다"고 말했다. HIV에 감염된 환자에 CCR 델타-32 돌연변이가 없는 일반 기증자의 줄기세포(조혈모세포)를 이식할 경우 HIV를 억제하는 항레트로바이러스 요법을 중단한 지 몇 주에서 몇 달 후에 바이러스가 다시 나타난다. 연구자들은 현재 왜 이 두 번째 이식이 성공했는지 분석 중이다.연구자들은 우선 항레트로바이러스 치료가 체내 HIV 바이러스 양을 크게 감소시켰다고 봤다. 또 줄기세포 이식 전의 화학요법이 면역 세포를 많이 죽이기 때문에 이식된 기증자 세포는 남은 숙주 세포를 외부 물질로 인식하고 파괴하며, 그 안에 있는 바이러스도 함께 제거한 것으로 예측했다. 숙주의 골수 줄기세포가 기증자의 세포로 신속하고 완전하게 대체되는 점도 중요한 치료 요인일 수 있다고 예상했다. 환자와 기증자 모두 CCR5 유전자 돌연변이를 하나씩 가지고 있었던 사실도 바이러스가 세포에 들어가는 것을 막는 추가 장벽을 만들었을 수 있다고 연구팀은 부연 설명했다.

2024.07.27 23:43박희범

알츠하이머 치료 길 열리나…IBS, 뇌 골지체 원리 규명

국내 연구진이 뇌세포 속 우체국 역할을 하는 '골지체' 작동 메커니즘을 밝혀냈다. 알츠하이머 등 인지 장애성 뇌 질환에 대한 새로운 치료 가능성을 제시했다는 평가다. 기초과학연구원(IBS)은 세포 속 단백질 변형과 운송을 담당하는 '골지체'의 이온 채널(통로)가 어떻게 작동하는 지를 과학적으로 규명했다고 16일 밝혔다. 이 연구는 IBS 인지 및 사회성 연구단 이창준 단장 연구팀과 바이오분자 및 세포 구조 연구단 김호민 CI(Chief Investigator, KAIST 생명과학과 교수) 연구팀, 이화여대, 충남대 등이 공동 수행했다. 연구팀은 "이온 채널 이상이 골지체의 구조 변화를 일으키고, 이러한 변화가 인지 장애를 동반한 알츠하이머에서 흔히 발견된다"며 "이온 채널을 찾기 위해 막단백질 연구에 집중해온 결과물"이라고 말했다. 연구팀은 지난 해 연구 결과물을 바탕으로 초저온 전자현미경(Cryo-EM)을 이용해 3.1 옹스트롬(1억㎝분의 1)의 초고해상도로 '골프캣'의 3차원 분자 구조를 규명했다. 골프캣은 연구팀이 지난해 막단백질 'TMEM87A'가 골지체 내 산도를 조절하는 양이온 채널임을 규명하고, 이 막단백질에 붙여놓은 이름이다. 연구팀은 전기생리학 실험과 분자동역학 분석을 통해 골프캣에서의 이온 이동경로를 제시했다. 이와 함께 골프캣이 세포막 통과 단백질의 전압 변환에 따라 통로가 열리는 전압 의존성 채널이라는 사실도 밝혀냈다. 골프캣에 전압이 가해지면 음전하를 띤 전기가 나트륨(Na), 칼슘(K), 세슘(Cs) 등 양전하 이온을 내부로 끌어 들인다. 또 골지체의 막전압을 적절히 조절해 내부 산도 등 항상성을 유지한다. 연구팀은 "실험에서 골지체가 파편으로 나뉘거나 부어 오르는 등 비정상적으로 구조가 변하면 단백질의 글리코실화(아미노산에 탄수화물이 결합하는 현상) 작용을 방해하고, 결국 학습 및 기억력 손상으로 이어졌다"며"골프캣을 표적으로 하는 새로운 인지 장애의 치료 가능성을 시사한다"고 설명했다. 이창준 단장은 “골지체의 형태적·기능적 변화가 어떻게 기억력에 관여하는지 밝혔다”라며, “다양한 신경 퇴행성 뇌질환에서 발견되는 인지 장애에 대한 새로운 치료방법을 찾을 수 있을 것"으로 기대했다. 연구에는 이화여자대학교와 충남대학교가 참여했다. 과학기술정보통신부와 한국연구재단의 지원을 받았다. 연구 결과는 국제학술지 '네이처 커뮤니케이션즈에 온라인(7월 11일)으로 게재됐다.

2024.07.16 10:12박희범

KAIST, 네이처에 '팬데믹 조약' 준수 방안 게재…국내 법학자로는 처음

코로나 당시 모든 나라가 세계보건기구(WHO) 발표마저 의심하며 우왕좌왕했다. 이를 국내 연구진이 명쾌하게 해결할 방안을 제시했다. 이 해결방안은 네이처 본지 월드 뷰(World View) 코너에 'WHO에서 협상 중인 팬데믹 조약의 준수 방안에 대한 연구'라는 제목으로 게재됐다. KAIST는 문술미래전략대학원 박태정 교수가 우리나라 법학자로는 최초로 네이처 본지에 연구결과를 게재했다고 18일 밝혔다. 박 교수가 네이처에서 제시한 내용은 크게 두 가지다. 하나는 정부의 팬데믹 조약 준수와 관련부처 협업의 중요성이다. 다른 하나는 대통령 또는 국무총리 산하 팬데믹 조약 준수 관련 전담 조직(TF) 팀을 만들어 적극적인 협력을 유도할 수 있는 제도적 방안을 마련해야 한다는 것이다. 박태정 교수는 "강제 규정이 없는 등 보건 관련 국제법의 태생적 한계가 있는 것은 맞다"며 "그럼에도 이런 절차와 규정이 만들어지면 국제적 평판 등을 생각해야 하기 때문에 실질적으로는 지킬 것으로 본다"고 말했다. 박 교수는 또 "핵사찰하듯 보복 등의 조항을 국제 협약 조항에 넣어보자는 제안이 없었던 것은 아니지만, 이는 조약의 변경이고 안지키면 그만이기 때문에 결국 간접적,자율적 규제로 가는 방향이 맞다"고 덧붙였다. 한편 WHO는 또 다른 팬데믹이 올 것을 대비해 국가 간 백신 공급의 형평성 확보 및 원활화를 위해 팬데믹 조약을 협상 중이다. 2025년/에 조약이 타결될 것으로 예측되고 있다.

2024.06.18 09:49박희범

중국, 2027년 100㎞ 길이 세계최대 입자가속기 추진…우주 진화 규명

중국이 오는 2027년 세계 최대 슈퍼 입자 가속기 건설을 추진할 예정이라고 네이처 최근호가 보도했다. 네이처 6월16일자에 따르면 중국은 52억 달러(약7.2조원)를 들여 100km 길이 입자 가속기(CEPC) 건설을 추진한다. 그동안 세계 최대 자리를 지켜온 유럽입자물리연구소(CERN) 입자가속기는 길이가 27km다. 규모면에서 CEPC는 이보다 3.7배 더 길다. CEPC는 길이가 긴만큼 가속력이 커 스위스의 대형 강입자 충돌기(LHC)를 7배 능가하는 속도로 양자와 전자를 충돌시켜 수 백만 개의 힉스 보손입자(Higgs Boson)를 생성할 수 있다. 힉스 보손은 모든 것에 질량을 부여하는 신비한 입자다. 이는 우주가 어떻게 진화했는지, 그리고 입자가 그러한 방식으로 상호 작용하는 이유에 대한 근본적인 질문에 답할 수 있다는 것이다. CEPC는 유럽에서 추진중인 FCC(차세대 입자가속기, Future Circular Collider) 보다 건설 비용이 대략 4분의 1, 건설 기간은 5년 정도 더 빠를 것으로 전망됐다. FCC는 참여국 승인이 날 경우 총 200억 유로(약 28.6조원)를 들여 오는 2030년 대 중반 건설을 시작한다. 첫 가동은 오는 2045년 께로 예상했다. 네이처에 따르면 중국 정부는 내년 CEPC 프로젝트가 중국 정부의 차기 5개년 계획에 포함할 것인지 최종 결정할 예정이라고 설명했다. 중국 정부가 이달 초 발표한 종합 기술 보고서에 따르면 정부 지원을 받는다면 건설은 2027년 시작하고, 공사기간은 대략 10년이 걸릴 것이라고 예상했다. 이 보고서는 초대형 충돌기의 건설 비용도 산출했다. 총 364억 위안(미화 52억 달러)에 달할 것으로 추산했다. CEPC는 거대한 지하 터널 내부에 설치된다. 이 시설은 또 스위스의 LHC보다 7배의 속도로 전자와 반입자인 양자를 충돌시켜 수 백만 개의 힉스 보손입자들을 생성할 것으로 기대됐다. 연구자들은 힉스보손을 통해 암흑 물질의 본질과 반물질보다 일반 물질이 더 많은 이유와 같이 우주가 무엇으로 구성돼 있는지에 대한 논란에 종지부를 찍을 수 있을 것으로 내다봤다. 중국의 CEPC계획, 스위스 LHC를 왜소하게 만들다 최신 보고서에는 이 가속기의 레이아웃 설계 및 구성요소, 프로토타입에 대한 자세한 청사진이 포함되어 있다고 베이징에 있는 중국과학원 산하 고에너지 물리학 연구소 소장이자 물리학자 왕 이팡(Wang Yifang)박사가 얘기했다고 전했다. 또한 이 가속기는 친황다오(Qinhuangdao), 창사(Changsha), 후저우(Huzhou) 등 세 곳이 유력 후보지라는 내용도 보고서에 담겨 있다고 네이처는 보도했다. 한편 FCC도 건설비용인 200억 유로를 확보하는데 어려움을 겪고 있듯 중국도 CEPC 건설에 자금 압박이 예상된다고 네이처는 덧붙였다. 실제 독일 정부는 지난 5월 FCC의 200억 유로 일부를 부담하지 않겠다고 밝혀 이 프로젝트에 차질이 예상됐다.

2024.06.18 08:26박희범

물로 스스로 복구되는 자가치유 유리 개발됐다

“스마트폰에 활용되는 유리에 자가치유 기능이 있다면 어떨까?” IT매체 BGR은 13일(현지시간) 이스라엘 텔아비브대 재료과학부 연구진이 물과 접촉하면 스스로 복구할 수 있는 유리를 개발했다고 보도했다. 해당 연구 결과는 최근 국제학술지 '네이처'에 실렸다. 해당 연구진은 우연히 단백질의 재료인 아미노산 유기물질인 '펩타이드'가 물과 결합하면 단단한 유리를 만들 수 있다는 사실을 발견했다. 물은 펩타이드 분자를 연결하여 증발하면서 유리로 바뀌는데 이렇게 만들어진 유리는 가시광선, 적외선 스펙트럼 모두에서 유리처럼 투명하게 바뀌며 일반적으로 사용되는 광학 유리와 비슷한 굴절률을 가지고 있는 것으로 전해졌다. 흥미로운 점은 펩타이드로 만든 유리가 깨지면 물 몇 방울만 있어도 자가 치유가 가능하다는 것이다. 흠집이나 찌그러짐이 생겨도 물과 닿으면 흠집이 사라진다. 또 놀라운 점은 이 소재가 내구성이 매우 뛰어난 접착제로 활용될 수 있다는 것이다. 네이처는 유튜브 영상을 통해 펩타이드가 서로 다른 물체를 서로 붙일 수 있다는 것을 시연했다. (▶영상 자세히 보기 https://bit.ly/4eiLVbf) 연구진들은 현미경 슬라이드를 펩타이드로 연결해 서로 붙였고 서로 접착된 슬라이드는 약 5kg 무게를 견뎠다고 설명했다. 연구진은 이 소재를 통해 표면이 볼록한 펩타이드 볼록 렌즈를 만들기도 했다. 유리 덩어리를 깎아서 볼록 렌즈를 만드는 기존 방식과 달리 만드는 용액의 농도를 조절해 렌즈의 곡률을 제어했다. 연구팀은 “펩타이드 유리는 재활용이 가능하다는 점이 큰 장점”이라며 “재료공학, 광학 및 전자광학 제조 분야, 접착제와 렌즈 제조에도 쓰일 수 있을 것"이라고 밝혔다. BGR은 향후 이 기술을 발전시켜 스마트폰 유리에 적용한다면 균열 문제를 해결하고 더 유연한 유리 소재를 적용할 수 있을 것이라고 평했다.

2024.06.15 10:30이정현

"'지구 쌍둥이' 금성에 지금도 용암 흐른다" [우주로 간다]

지구 쌍둥이라 불리는 금성에 수천 개의 화산이 흩어져 있으며, 그 중 일부는 지금도 활발히 활동 중이라는 연구 결과가 발표됐다. IT매체 기즈모도는 27일(현지시간) 이탈리아 연구진이 미국 항공우주국(NASA) 금성 탐사선 마젤란 호가 수집한 자료를 통해 금성 지표면에 화산 활동이 진행되고 있다는 연구 결과를 발표했다고 보도했다. NASA 마젤란호는 1990년 금성에 도착해 1994년 10월 최후를 맞은 첫 금성 관측 우주선이다. 마젤란이 관측한 레이더 이미지는 30년이 넘었지만, 과학자들은 해당 데이터에서 새로운 화산 활동의 증거를 포착했다. 해당 연구 결과는 과학저널 네이처 천문학(Nature Astronomy)에 발표됐다. 이탈리아 다눈치오(d'Annunzio) 대학 연구진은 금성 화산 활동의 증거를 찾기 위해 1990년과 1992년에 촬영한 두 세트의 마젤란 레이더 데이터를 분석했다. 이미지에서 연구진들은 금성의 화산인 시프 몬스(Sif Mons)의 서쪽 측면과 금성의 대규모 화산 저지대인 니오베 평원(Niobe Planitia) 서쪽의 두 지역에서 새로운 용암이 흐르면서 생긴 것으로 추정되는 지형 변화를 발견했다. 과학자들은 과거에도 이 두 지역에서 화산과 관련된 특징을 발견했지만, 이번에 연구진은 마젤란이 2년에 걸쳐 촬영한 여러 이미지들을 분석하며 레이더 후방 산란의 변화를 발견했다. 이 변화는 금성 표면의 용암이 흐르면서 생긴 것으로 추정된다고 연구진은 설명했다. 이번 발견은 금성의 화산 활동에 대한 초기 연구를 뒷받침할 뿐만 아니라, 현재 금성의 화산 활동이 상당히 널리 퍼져 있음을 시사한다. 작년 3월에는 금성의 화산 분출구가 1년도 채 안 되어 모양이 바뀌고 크기가 크게 증가하는 현상이 발견되기도 했다. 다비드 설카네즈 이탈리아 단눈치오 대학 교수는 "연구를 통해 유량을 추정할 수 있었고, 금성은 실제로 예상보다 훨씬 더 활동적이며 활동 수준은 지구와 비슷하거나 유사하다는 것이 밝혀졌다."고 밝혔다. 활화산을 연구하면 과학자들은 행성의 내부가 어떻게 지각을 형성하고 수년에 걸쳐 거주 가능성에 영향을 미칠 수 있는지 이해하는 데 도움이 될 수 있다. 금성은 크기와 질량이 지구와 비슷하고 구성성분도 비슷하기 때문에 때때로 지구의 쌍둥이라고도 불리고 있다. 단눈치오 교수는 “금성을 연구함으로써 우리는 지구를 더 잘 이해할 수 있다”며, "화산 세계이기 때문에 적어도 우리에게는 매우 적대적인 환경이다...그렇지 않길 바라지만 아마도 이런 일이 지구에 일어날 수도 있다"고 설명했다. NASA는 금성 탐사를 위한 우주선을 준비 중이다. 빠르면 2031년에 발사될 예정인 베리타스(VERITAS)는 금성의 표면과 핵을 연구하여 지구와 같은 크기의 암석 행성이 어떻게 매우 다른 경로로 진화했는지 알아 볼 예정이다.

2024.05.28 09:46이정현

한양대, 고무처럼 늘려도 RF통신되는 E-스킨 세계 첫 개발

국내 연구진이 고무처럼 형태를 늘리거나 줄여도 RF통신이 되는 전자피부 'E-스킨'을 세계 처음 개발했다. 과학기술정보통신부는 한양대학교 융합전자공학부 정예환·유형석 교수 연구팀이 나노복합소재 기술을 이용한 신축성 웨어러블 무선통신 시스템을 개발했다고 23일 밝혔다. 이 연구결과는 국제 학술지 네이처 22일자(현지시간)에 게재됐다. 연구팀은 신축성이 좋은 실리콘에 주목했다. 여기에 세라믹 나노입자를 혼합했다. 강유전 나노입자를 고분자 내에 자가조립할 수 있는 새로운 공정 기법으로 높은 유전율 변화와 유전손실 특성을 갖는 신축성 신소재(dielectro-elastomer)를 개발했다. 정예환 교수는 "이 신소재로 RF시스템 기판을 만들어 고무처럼 늘려도 원래의 고주파 특성을 완전히 유지할 수 있는 신축성 RF 전자기기를 제작했다"며 "테스트 결과 30%정도 늘어나거나 줄어도 무선통신 특성을 해치지 않았다"고 설명했다. 정 교수에 따르면 이 신소재는 최대 380%까지 늘어난다고 부연 설명했다. 연구팀은 또 30m까지 무선 신호를 정상적으로 주고받는데도 성공했다. 정 교수 설명에 따르면 이 E-스킨은 최대 90m까지 통신이 가능하다. E-스킨을 기반으로 하는 웨어러블 기기는 의료, 건강관리 등 다양한 분야에서 활용된다. 그러나 이들 기기가 제대로 동작하려면 신축성 있는 무선 주파수(RF) 소자와 회로가 필수다. 무선주파수(RF) 회로는 고주파에서 동작하는 특성상 아주 조금만 늘어나거나 구부러지기만 해도 회로 작동 주파수 대역이 변해 쉽게 통신이 끊기거나 전력 송‧수신 효율이 급격하게 낮아지기 때문이다. 정예환 교수는 "이번에 개발한 소자로 웨어러블 기기를 만들어 피부에 부착하고 맥박이나 온도, 전기생리학신호, 움직임 등 다양한 생체 신호를 무선으로 받는데 성공했다"며 "인간의 움직임에도 안정적인 무선 구동이 가능함을 확인했다"고 말했다. 정 교수는 또 "이 기술이 상용화에 가장 가까이 가 있는 분야는 바로 스마트폰"이라며 "차세대 통신 기술인 6G 이동통신 기능을 탑재한 신축성 무선 웨어러블 기기 개발에도 착수했다”고 밝혔다.

2024.05.23 00:04박희범

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