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스페인 통신위성, 우주 입자와 충돌 사고…손상 우려많아 [우주로 간다]

스페인의 통신 위성이 우주 공간에서 이동하던 중 고에너지 우주 입자와 충돌해 손상되는 사고가 발생했다고 우주과학매체 스페이스닷컴이 5일(현지시간) 보도했다. 스페인 통신위성 스페인샛(SpainSat) NG-2을 운영하는 '히스데샛(Hisdesat)'의 대주주 인드라 그룹은 성명을 통해 “스페인샛 NG-2가 정지 궤도의 작전 위치로 향하던 중 우주 입자와 충돌했다”고 최근 밝혔다. 스페인샛 NG-2는 지난해 10월 23일 미국 플로리다주 케이프 커내버럴 우주군 기지에서 스페이스X의 팰컨9 로켓에 실려 발사됐다. 이후 정지궤도를 향해 서서히 이동해 왔으나, 이동 도중 우주 입자와 충돌하는 사고를 겪었다. 현재까지 위성의 구체적인 손상 정도는 공개되지 않았다. 이번 우주 입자 충돌은 고도 약 5만㎞에서 발생한 것으로 알려졌다. 이는 지구 상공 약 3만5천786㎞에 위치한 정지궤도보다 훨씬 높은 고도로, 궤도상에 떠 있는 인공 파편과의 충돌 가능성은 상대적으로 낮은 것으로 평가된다. 우주 입자 충돌은 태양에서 방출된 고에너지 입자나 우주 먼지, 자연적 파편 등이 위성이나 우주선과 충돌해 손상을 일으키는 현상을 말한다. 전문가들은 이번 사고가 발생한 고도를 고려할 때, 인공 우주 파편보다는 태양 입자 등 고에너지 우주 입자에 의한 손상일 가능성이 큰 것으로 보고 있다. 인드라 그룹은 “기술팀이 현재 가용한 데이터를 바탕으로 피해 규모를 분석하고 있다”며 “필요할 경우 스페인샛 NG-2를 최대한 신속하게 교체할 계획”이라고 밝혔다.

2026.01.06 10:30이정현

병 속에서 번개가 치네…입자 가속기 실험 '화제'

한 유튜버가 입자 가속기를 사용해 투명한 아크릴 원통 속에서 번개를 만드는 실험을 진행해 화제가 되고 있다고 과학매체 인터레스팅엔지니어링이 최근 보도했다. 이 야심찬 실험을 진행한 이는 일렉트론 임프레션스(Electron Impressions)라는 유튜버다. 그는 아크릴과 같은 절연체 재료에 고에너지 전자를 주입해 방전이 일어난 경로에 따라 발생하는 이온의 분포를 나타내는 '리히텐베르크(Lichtenberg)' 무늬를 만드는 것으로 유명한 유튜버다. 공개된 영상에서는 병 속에서 나무 모양의 화려한 무늬가 빛나는 모습을 볼 수 있다. 전자들은 재료 내부 깊숙이 침투해 전하를 축적시키고 이후 전하가 방출되면 재료 내부에서 균열이 발생하는데 이 과정에서 나무 모양의 독특한 패턴을 만든다. 언뜻 보면 번개가 병 속에 갇힌 것 같은 모양이다. 지금까지 일렉트론 임프레션스는 주로 평평한 판이나 원반 형태에서 실험했다. 하지만 이번에는 실험 과정을 완전한 원통형 형태로 확장시켰다. 원통 속에서 번개 만든 것은 이번이 처음 원통형 구조에서 균형 잡힌 무늬를 만드는 것이 어려운 이유는 전자가 고체 물질 내부로 침투하는 방식 때문이다. 평평한 아크릴 조각의 경우 전하를 비교적 쉽게 중심부에 집중시킬 수 있지만, 원통형 구조에서는 한 방향에서만 전자를 조사할 경우 무늬가 한쪽 면에만 형성돼 불균형한 결과가 나타난다. 입자 가속기 자체를 회전시킬 수 없었던 만큼, 제작자는 대신 아크릴 원통을 회전시키는 방식을 택했다. 이를 통해 전자들이 중심 축을 기준으로 모든 방향에서 재료 내부로 유입되며, 전하가 방사형으로 고르게 분포되도록 했다. 회전 속도 조절 역시 중요한 변수였다. 원통이 너무 느리게 회전하면 전하가 균일하게 축적되지 않았고, 반대로 너무 빠르게 회전하면 전자 노출량이 부족해졌다. 이에 따라 그는 분당 약 150회 회전 속도로 원통을 돌리며 1~2초의 짧은 노출 시간 동안 전자를 여러 차례 조사하는 방식을 선택했다. 극한 방사선 환경을 고려한 회전 장치 설계 입자 가속기 내부에서 사용할 회전 장치를 설계하는 것도 큰 과제였다. 가속기 내부의 방사선 강도는 최신 전자 장치를 손상시킬 만큼 강하기 때문이다. 제작자는 이를 해결하기 위해 회전 장치의 구조를 최대한 단순화하고, 방사선에 견딜 수 있는 부품으로 시스템을 구성했다. 구동 장치로는 12볼트 납축 배터리(lead-acid battery)로 작동하는 브러시드 DC 모터가 사용됐다. 납축 배터리는 고에너지 리튬 배터리에 비해 방사선 내성이 뛰어난 것이 장점이다. 또한 구조 부품 대부분은 고방사선 환경에서도 안정성이 검증된 검은색 PETG 플라스틱으로 3D 프린팅해 제작됐다. 충전에서 방전까지 실험에 사용된 투명 아크릴 원통은 직경 2인치 크기로, CAD 소프트웨어를 이용해 설계됐다. 실험 도중 파손에 대비해 동일한 원통 두 개를 제작했다. 이후 가속기 챔버에 장착한 뒤, 방사선 차폐 처리가 된 고프로 카메라로 전자가 아크릴에 충돌하며 발생하는 발광 현상을 촬영했다. 원통의 곡면을 통해 내부를 관찰하면 빛의 굴절로 인해 패턴이 실제보다 더 크고 극적으로 보인다. 완성된 작품은 전기 현상이 어떻게 강렬한 3차원 구조로 변모할 수 있는지를 보여주며, 어려운 위업을 뜻하는 '병 속의 번개(lightning in a bottle)'라는 관용 표현이 단순한 비유에 그치지 않음을 잘 보여준다고 해당 매체는 평가했다. ▶ 영상 링크 https://www.youtube.com/watch?v=8a3GfozsU0s

2025.12.27 16:20이정현

토스터·드라이어의 배신..."초미세 유해입자 제조기"

일상생활에서 사용하는 가정용 가전제품들이 공기 중으로 다량의 초미세입자(UFP)를 배출한다는 연구 결과가 나왔다. 과학 전문 매체 사이언스얼럿은 최근 부산대 연구진의 연구 결과를 인용해, 토스터·에어프라이어·헤어드라이어 등 다양한 가정용 기기가 초미세입자의 주요 발생원이 될 수 있다고 보도했다. 연구진은 특수 실험실에 챔버를 설치하고 다양한 가정용 기기에서 배출되는 공기 중 초미세입자(UFP)의 양을 측정했다. UFP는 크기가 100나노미터(nm) 미만으로, 인체 깊숙이 침투할 수 있을 만큼 작다. 실험 결과 대부분의 기기에서 다량의 UFP가 방출되는 것으로 조사됐다. 특히 토스터의 경우 빵을 넣지 않은 상태에서도 분당 약 1조 7천300억 개의 초미세입자를 배출해 가장 심각한 수준을 보였다. 이번 연구에서는 UFP가 실제 인체에 미치는 영향을 직접 측정하지는 않았지만, 연구팀이 수행한 시뮬레이션에 따르면 이 입자들은 코에서 걸러지지 않고 성인과 어린이의 폐 깊숙이 침투할 수 있는 것으로 분석됐다. 연구진은 기도가 좁은 어린이의 경우 초미세입자가 폐에 오래 머물 가능성이 높아 특히 취약할 수 있다고 지적했다. 부산대 환경공학과 김창혁 교수는 “이번 연구는 가전제품 설계 단계에서 배출량을 고려할 필요성과 연령별 실내 공기질 가이드라인 마련의 중요성을 보여준다”며 “장기적으로 일상적인 가전제품에서 발생하는 초미세입자 배출을 줄이면 만성 노출 위험을 낮추고 보다 건강한 실내 환경을 조성하는 데 도움이 될 것이며, 특히 어린이에게 긍정적인 영향을 미칠 것”이라고 설명했다. 연구팀은 가전 내부의 가열 코일과 회전식 모터가 초미세입자를 다량 생성하는 주요 원인이라고 분석했다. 실제로 브러시가 없는 헤어드라이어는 기존 제품보다 UFP 배출량이 10~100배 적은 것으로 나타났다. 또한 공기 중 입자 분석 과정에서 구리, 철, 알루미늄, 은, 티타늄 등 중금속 성분도 검출됐다. 이는 가열 코일과 모터에서 직접 떨어져 나온 금속 입자로 추정된다. 김 교수는 “이러한 중금속 입자가 체내에 유입될 경우 세포 독성과 염증 반응 위험을 높일 수 있다”고 경고했다. 비록 이번 연구가 초미세입자의 건강 영향을 직접적으로 규명하지는 않았지만, 다수의 선행 연구에서는 UFP가 천식, 심혈관 질환, 고혈압, 당뇨병, 암 등과 연관될 가능성이 제기된 바 있다고 매체는 전했다. 최근 가전제품, 방향제, 헤어스프레이 등 일상 제품에서 발생하는 실내 공기질 문제에 대한 연구가 증가하고 있다. 기후 변화와 세계적 팬데믹 이후 실내 체류 시간이 크게 늘어난 점도 이러한 연구 흐름에 영향을 미치고 있다는 분석이다. 김 교수는 “오염물질의 발생 원인을 파악하는 것은 건강한 실내 공기질 유지를 위한 예방 조치와 정책 수립에 중요한 기초 자료가 된다”고 밝혔다. 이번 연구 결과는 환경 분야 국제 학술지 '위험물질 저널(Journal of Hazardous Materials)'에 실렸다.

2025.12.19 13:36이정현

'반물질 비밀 풀까'...美에너지부, 입자 물리학에 양자컴퓨터 도입

미국 에너지부가 역대 최대 규모의 디지털 양자 시뮬레이션을 구현했다. 슈퍼컴퓨터로는 감당하기 어려운 복잡한 입자 물리 현상을 양자컴퓨터를 활용해 풀어낸 것이 특징이다. 연구진은 이번 성과를 바탕으로 반물질과 중성자별처럼 기존 컴퓨터로는 다루기 어려웠던 극한 환경을 양자 시뮬레이션으로 구현하고 이에 대한 새로운 해답을 제시할 수 있는 도구가 될 수 있을 것으로 기대를 밝혔다. 23일(현지시간) 미국 에너지부 과학국 산하 핵물리 프로그램팀은 IBM의 양자컴퓨터에서 100개가 넘는 큐비트를 활용해 확장 가능한 표준모형 알고리즘을 구현하는 데 성공했다고 밝혔다. 이 알고리즘은 핵입자물리 현상을 모사하는 확장형 양자회로를 구성하고 표준모형 방정식을 디지털 양자 시뮬레이션 형태로 재현하는 것이 특징이다. 표준모형은 우주를 구성하는 기본입자와 이들 사이에 작용하는 힘을 설명하는 이론이다. 하지만 밀도가 매우 높거나 시간이 따라 역동적으로 변하는 상황에서는 방정식이 지나치게 복잡해 가장 성능이 뛰어난 슈퍼컴퓨터로도 계산이 사실상 불가능하다. 연구진은 이런 한계를 넘기 위해 양자컴퓨터를 활용하는 전략을 택했다. 이를 위해 연구팀은 먼저 입자 물리학을 설명하는 표준모형을 아주 작은 규모로 단순화해, 일반 컴퓨터에서 계산 가능한 모형계를 만들었다. 이 계산에서 얻은 결과를 바탕으로 시스템 크기가 커질 때도 회로 구조를 규칙적으로 덧붙여 나갈 수 있도록 설계를 정리했다. 이후 이 설계를 양자컴퓨터에 그대로 옮겨 쓸 수 있는 확장형 시뮬레이션 모델로 구현해, 큰 규모에서도 동일한 원리로 동작하는 양자회로를 만들어 냈다. 연구팀은 이렇게 만든 모델을 1차원 직선 위에서 입자와 빛의 상호작용을 다루는 양자전자역학(QED) 단순 모형인 '슈윙거 모델'에 적용했다. 그 결과 겉으로는 아무것도 없는 것처럼 보이지만 실제로는 양자 요동이 끊임없이 일어나는 진공 상태와, 강한 힘으로 결합된 입자 덩어리인 하드론 상태를 양자컴퓨터 위에서 직접 준비하는 데 성공했다. 실험 검증도 이뤄졌다. 연구팀은 작은 크기의 계에 대해서는 고전 슈퍼컴퓨터로 얻은 계산 결과와 양자컴퓨터 시뮬레이션 결과를 비교해 상태가 회로 깊이에 따라 체계적으로 개선될 수 있고 진공의 물리량이 퍼센트 수준 오차로 재현된다는 점을 확인했다. 에너지부는 이를 디지털 방식으로 수행된 양자 시뮬레이션 가운데 현재까지 최대 규모 실험으로 평가했다. 이번 성과는 양자컴퓨터가 단순 계산 검증 수준을 넘어, 실제 핵입자물리에서 다루는 계와 유사한 구조를 지닌 시스템을 직접 다룰 수 있는 단계에 진입했음을 보여준다. 특히 초기 상태를 확장 가능한 회로로 준비할 수 있게 되면서, 향후 더 많은 큐비트를 활용해 복잡한 입자 충돌 과정이나 초고밀도 조건을 순차적으로 계산해 나갈 수 있는 잠재력을 검증했다는 점에서 의미가 크다는 평가다. 이번 연구는 미국 에너지부와 워싱턴대학교 '인큐베이터 포 퀀텀 시뮬레이션(IQuS)', 양자과학센터(QSC) 등의 지원으로 이뤄졌다. 구체적인 이론·실험 결과는 미국물리학회가 발간하는 'PRX 퀀텀'과 '피지컬 리뷰 D'에 각각 게재됐다. 워싱턴대학교 마틴세이지 양자 시뮬레이션 인큐베이터는 "이번 성과는 단순한 개념 증명을 넘어, 극한 조건에서 물질이 어떻게 거동하는지를 본격적으로 계산할 수 있는 '양자 시뮬레이션 로드맵'의 초석"이라며 "장기적으로는 물질과 반물질이 왜 비대칭으로 남았는지, 초신성이 어떻게 무거운 원소를 만들어 내는지, 중성자별 내부와 같은 초고밀도 물질의 성질은 어떠한지 등, 기존 고전 컴퓨팅만으로는 접근이 어려웠던 문제에 답을 줄 도구가 될 것"이라고 밝혔다. 이어 "앞으로 양자 하드웨어 성능과 오류 보정 기술이 개선되면, 이번 회로 설계를 기반으로 표준모형의 강한 상호작용을 포함한 보다 복잡한 3차원 문제까지 단계적으로 확장해 나갈 계획"이라고 덧붙였다.

2025.11.23 19:00남혁우

"유령입자 찾는다"...中, 중성미자 관측소 가동 시작

10년에 걸친 공사 끝에 중국의 차세대 중성미자(中性微子, neutrino) 관측소가 가동에 들어갔다고 홍콩 사우스차이나모닝포스트, 기즈모도 등 외신들이 27일(현지시간) 보도했다. 보도에 따르면, 중국 광둥성 장먼시에 위치한 중성미자 관측소 '주노'(JUNO)가 26일부터 데이터 수집을 시작했다. 지하 약 700m 깊이의 깊숙한 곳에 있는 이 거대한 구형 관측소는 약 53km 떨어진 두 개의 원자력 발전소에서 나오는 중성미자의 질량을 측정한다. 중성미자는 질량이 거의 없고 전하를 띠지 않는 우주의 기본 입자로 알려져 있다. 다른 물질과 상호작용을 거의 하지 않아 '유령입자'라고도 불린다. 그 만큼 찾기 힘든 중성미자는 물리학자들의 창의력의 한계를 시험하지만, 향후 우주의 기원 등 근본적인 질문에 답을 줄 수 있는 단서로 꼽힌다. 중국과학원 고에너지물리학연구소는 주노가 직경 35m의 거대한 아크릴 구체에 무려 2만 톤의 액체 형광 물질로 검출기를 채우는 데 성공했다고 밝혔다. 이 액체 형광 물질은 중성미자가 빠르게 지나갈 때마다 깜빡인다. 검출기 주변에는 44m 깊이의 물웅덩이가 있으며, 그 안에는 이러한 섬광을 포착하여 과학자들이 분석할 수 있는 신호로 변환하는 튜브들이 있다. 주노 대변인 왕 이팡은 보도자료를 통해 "주노의 핵심 성능 지표가 설계 기대치를 충족하거나 초과했다며, “주노가 물질과 우주의 본질에 대한 근본적인 질문에 답할 수 있게 해 줄 것"이라고 밝혔다. 이 프로젝트에는 총 17개국, 74개 연구기관에서 700명 이상의 연구진이 참여했다. 연구진 중 약 300명은 프랑스, 독일, 이탈리아를 포함한 유럽 출신으로 전해졌다. 주노는 향후 30년 간 운용될 예정이며, 운영 기간 중 또는 운영 종료 후 감도를 더욱 높이기 위한 업그레이드가 진행될 수 있다. 어느 쪽이든 주노를 통해 놀라운 과학 연구가 탄생할 것이라는 데 의심이 없다고 외신들은 전했다.

2025.08.28 15:17이정현

한국, 국제핵융합실험로(ITER)서 170억 원 규모 수소저장용기 추가 수주

한국핵융합에너지연구원(원장 오영국)은 국제핵융합실험로(ITER) 국제기구와 한국사업단이 17일(현지시간) 프랑스 카다라쉬에서 중성입자빔용 수소저장용기(NBSB)에 대한 업무협약을 체결했다. 이번 협약은 지난 3월 한국이 삼중수소 저장·공급시스템(SDS) 조달 약정을 체결한 데 이어 ITER 연료주기 분야 추가 협력으로, ITER 국제기구가 한국의 기술력과 이행 성과를 인정해 요청한 사업이라는 점에서 주목된다. 특히 한국이 추가 협약을 체결할 수 있었던 중요한 배경은 KSTAR에서 중성입자빔 가열 장치를 활용해 플라즈마 이온온도 1억 도를 안정적으로 유지함으로써 기술 신뢰성을 입증했기 때문이다. 중성입자빔용 수소저장용기(NBSB)는 ITER의 플라즈마 가열 장치인 중성입자빔 시스템에 수소 동위원소를 안정적으로 공급하기 위한 핵심 설비로, 수소를 금속에 흡착시켜 안전하게 저장하고 필요할 때 방출하는 기능을 수행한다. 이 장치는 중수소·삼중수소 연료를 저장·공급하는 '삼중수소 저장·공급시스템(SDS)'과 연계되어 운용되며, ITER 연료주기 시스템의 안정적 작동에 필수적이다. 한국은 중성입자빔용 수소저장용기 설계부터 제작, 시험 및 운송 등 전 과정을 수행하기 위해 ITER 기구로부터 총 1천100만 유로(한화 약 170억 원) 규모의 사업을 수주, 향후 5년간 이를 추진할 예정이다. 이번 협약을 통해 한국은 핵융합 연료 저장·공급 전반에 걸친 기술 역량을 한층 강화하고, 연료주기 분야의 국제적 위상 또한 크게 높아질 것으로 기대된다. 특히 이러한 기반 기술은 ITER 이후 미래 핵융합 발전소에서도 필수적으로 요구되는 핵심 기술로, 한국이 핵융합 에너지 선도 국가로 도약하는 중요한 계기가 될 전망이다. 오영국 원장은 “이번 협약은 ITER 국제기구가 한국의 기술력과 신뢰성을 높이 평가한 결과”라며, “앞으로도 핵심 기술 확보와 국제협력 확대를 통해 미래 핵융합 상용화 시대를 여는데 최선을 다할 것”이라고 밝혔다.

2025.07.18 10:53박희범

수소연료전지 촉매 상온서 합성 성공…초음파 만으로 성능 7배· 수명 4.2배↑

수소연료전지는 온실가스 배출 없이 고효율 전기 생산이 가능해 차세대 친환경 기술로 주목한다. 그러나 장시간 운전하면, 촉매 금속 성분이 녹거나 입자가 뭉쳐 반응 효율이 뚝 떨어진다. 촉매로는 백금을 주로 쓰는 데, 교체 비용도 만만치 않다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 오상록)은 수소·연료전지연구단 유성종 박사 연구팀이 POSTECH 천동원 교수, KAIST 양용수 교수, 동국대학교 진하늘 교수와 공동으로 고성능· 내구성 촉매를 상온에서 손쉽게 합성할 수 있는 기술을 개발했다고 13일 밝혔다. 이응준 박사후연구원은 "수소연료전지는 전지 전체 비용의 60% 이상을 차지하는 백금계 촉매 내구성과 경제성 확보가 상용화 필수 요소"라며 "이번에 개발한 기술이 이를 충족한다"고 강조했다. 연구팀은 "이 촉매는 백금과 니켈을 정밀하게 배열한 나노입자"라며 "반응 면적을 넓히고 촉매 손실을 줄이기 위해 내부가 비어 있는 돔 형태 구조로 설계했다"고 설명했다. 기존 촉매는 600℃ 이상 고온에서 정밀한 구조를 만들기 위해 복잡한 공정을 거쳐야 한다. 하지만 이는 상온에서 초음파를 활용한 1단계 공정만으로도 촉매의 정밀한 구조 형성이 가능하다는 것이 연구팀의 설명이다. 연구팀은 안경 세척기와 유사한 방식의 초음파 장치를 활용해 금속 원자가 자연스럽게 정렬되도록 유도했다. 이응준 박사후연구원은 "이를 통해 제조 공정을 단순화하고 생산비용을 줄이면서도 촉매 성능과 안정성을 동시에 확보할 수 있었다"고 부연설명했다. 실험실에서 성능을 검증한 결과, 이 촉매는 기존 상용 촉매보다 질량 활성도는 약 7배, 연료전지 구동 시험에서는 반응효율이 약 5배 향상된 것으로 나타났다. 내구성 평가에서는 미국 에너지부(DOE) 기준으로 약 4만2천 시간 이상 안정적인 운전이 가능하다는 결과를 얻었다. 산업계에서는 중·대형 수소연료전지 시스템 상용화를 위해서는 제조비용이 최소 kW당 60달러 이하, 수명은 3만 시간 이상은 충족해야할 것으로 보고 있다. 유성종 박사는 "현재 상용 촉매 대비 수명이 약 4.2배 향상된 것으로 나타났다"며 "트럭, 버스, 선박, 발전소 등 대형 연료전지 시스템에서 교체 주기를 줄이고 유지관리 비용을 절감할 수 있을 것"으로 기대했다. 연료전지 시스템에서 촉매는 전체 제조비의 약 30% 이상을 차지한다. 이 기술이 상용화되면 수소연료전지 가격경쟁력을 크게 높일 수 있다. 연구팀은 현재 다양한 전이금속(철, 니켈, 코발트 등) 조합으로 기술을 확장 중이다. 자동차용 연료전지 스택 단위 평가와 실증 연구도 진행 중이다. 연구는 과학기술정보통신부와 KIST 주요사업, 나노소재기술개발사업 지원을 받았다. 연구 결과는 재료 분야 국제학술지 '어드밴스드 머터리얼즈' 표지논문으로 게재됐다.

2025.07.13 12:01박희범

연세암병원, 전 생애주기 암 케어 본격화…하반기 중입자 풀가동

연세암병원이 하반기 중입자치료기 완전가동과 함께 전방위 암치료 시스템 구축 로드맵을 밝혔다. 연세암병원 최진섭 병원장은 기자간담회에서 “지난 56년의 암치료 경험과 끊임 없는 혁신을 통해 연세암병원은 암치료의 새 미래를 열어가고 있다. 하반기 중입자치료기를 완전히 가동하며 신약치료, 중개연구, 다학제진료, 로봇수술 등 전방위 암 치료 시스템을 갖추고 빅데이터와 AI를 활용한 정밀의료를 통해 암치료의 미래를 열어가겠다”고 밝혔다. 이날 간담회에서 연세암병원은 3대 난치암 치료 성적도 발표했다. 병원측에 따르면 2015년부터 2019년까지 5년간 국내 암종의 상대생존율을 보면 폐암 34.7%, 간암 37.7%, 췌장암 16.5%인데 반해, 연세암병원은 폐암의 경우 43.7%로 9%p 높았고, 간암은 39.9%로 2.2%p, 췌장암은 16.5%로 2.6%p 높았다 이러한 성과는 치료 효과를 높일 수 있는 방법을 꾸준히 모색하고 있기 때문이다. 폐암의 경우 기존 표준치료의 한계를 극복하기 위해 전주기에 걸친 신약 임상 치료프로그램을 도입하고, 기존 면역, 표적 및 세포독성 항암제애 내성을 보인 환자를 위한 치료 대안을 제시하는 중개연구도 진행 중이다. 일례로 83세의 고령으로 폐기느잉 충분하지 않고 장기간의 만성 기저질환을 앓고 있는 환자에게 수술 대신 중입자치료를 시행해 종양을 소멸시키고 현재 무병상태로 관찰중이다. 중입자치료는 치료가 어려운 폐암 환자에게 있어 기존의 방사선 치료법인 정위체부방사선치료(SBRT) 보다 부작용 발생 위험이 적어 긍정적인 치료 대안이 될 수 있다. 연세암병원은 지난해 6월 폐암환자에 중입자치료를 적용을 시작해 30명을 치료했다. 간암은 근치적 치료 방법인 수술과 간이식, 국소 소작술(고주파 열치료, 냉동치료)과 함께 간동맥 화학색전술, 방사선 색전술, 외부 방사선 조사, 전신 치료(항암치료, 면역치료) 등 다양한 치료를 병행하며 생존율을 높이고 있다. 특히 중입자치료기 도입으로 근치적 치료 효과도 상승하고 있는데, 갠트리(회전형) 치료기를 가동하며 중입자치료를 시작한 간암 부문에서는 간 부분 절제술 후 간 내 재발환자 등 기존에 치료가 제한적이었던 사례를 포함해 17명의 간암환자가 치료를 받았다. 췌장암은 신약‧항암치료를 통해 생존율을 높였다고 한다. 현재 연세암병원에서 120명 이상의 임상시험 전묵가가 참여해 연 400건 이상의 글로벌 임상시험을 수행하고 있으며, 중입자도 적극 활용해 100명의 환자가 치료받았다. 일례로 70대 여성 췌장암 3기 환자는 6개월간 항암치료를 받고 중입자치료 후 8개월 추적검사에서 종양의 크기가 급격한 감소세를 보이며 현재는 흔적만 남아있는 성과를 거두고 있다. 난치 암 정복 위한 인프라 확대와 치료 시스템 고도화 연세암병원은 그간 쌓아온 임상·연구 노하우를 바탕으로 난치 암 정복을 위한 인프라 확대와 함께 치료 시스템을 더욱 고도화한다는 방침이다. 올해 하반기에는 중입자 갠트리 치료기 1대를 추가 가동하며 총 3대의 치료기 가동과 함께 두경부암‧골육종암 등으로 치료 암종도 확대한다는 계획이다. 이와 함께 기존의 치료 방법들과 중입자치료의 병용을 통해 최적의 치료 프로토콜을 만든다는 계획이다. 행성 환자 중 중입자치료가 어려웠던 환자군에 대한 적용을 확대하고, 소수전이암 환자에서도 치료 성과를 높이기 위해 중입자치료 적용을 고려하고 있다. 난치 암 극복을 위한 신약 임상시험과 중개연구도 더욱 확대한다. 2014년 신약 임상 전용 병동을 개소한 이후 꾸준히 면역·표적항암제 등의 임상연구를 활발히 수행하고 있으며, 다국적 제약사와 MOU를 맺고 신약 개발 및 임상시험에 협력하며 국제적으로 인정받는 연구기관으로 입지를 공고히 하고 있다. 뿐만 아니라 빅데이터 기반의 치료지원 시스템도 구축했는데 연세암병원은 정밀의료 실현을 위해 암 빅데이터 플랫폼 'CONNECT'를 활용하고 있으며, 연세의료원의 통합 연구플랫폼과 암 정밀의료DB 등을 함께 활용해 빅데이터를 기반으로 한 최적의 치료를 제공하고 있다. CONNECT는 연세암병원과 국립암센터 등 10개 암 치료 기관에서 생산한 표준화된 암 임상 데이터를 기반으로 구축한 암 특화 빅데이터 플랫폼이다. 또 로봇수술 영역에서도 증가하는 비중에 맞춰 5세대 다빈치 로봇수술기 가 도입 등 외과적 치료 역량을 더욱 고도화한다는 계획이다. 연암병원은 로봇수술 분야에서 국제표준으로 인정받는 술기를 개발해왔으며, 2023년에는 세계 최초로 로봇수술 4만례를 달성하기도 했다. 난치 암 정복을 위한 인공지능 기반의 연구도 활발히 진행 중이다. 로봇수술 영역에 AI 딥러닝 기술을 접목해 정밀한 수술을 이뤄낼 수 있도록 수술 보조 시스템을 개발하고, 최근에는 암 환자의 조직 병리 사진을 분석해 면역항암제의 효과를 예측하는 소프트웨어를 개발하기도 했다. 이 기술은 약 2만 3000여 유전자 중 단 4개만 활용해 예측 정확도를 15%까지 높이는 결과를 보였다. 이에 그치지 않고 최근 주목받고 있는 양자컴퓨팅 기술을 결합해 정밀의학 기반의 미래 의료를 선도하기 위해 더욱 매진한다는 방침이다. 이외에도 연세암병원은 단순한 치료 중심의 접근을 넘어 암이라는 질환의 포괄적인 치료를 제공하고자 암예방센터, 암지식정보센터, 개인맞춤치료센터, 흉터성형레이저센터, 완화의료센터 등 5대 특화센터를 운영하고 있다. 이 센터들은 진단 전 단계부터 치료 후 회복과 삶의 질까지 포괄하는 '암의 전 생애주기(Cancer Life Cycle)' 개념에 따라 운영되며, 각 환자의 질병 단계에 맞춘 심리적·신체적 지원과 맞춤형 치료를 제공한다. 최진섭 병원장은 “연세암병원은 대한민국 첫 암센터로서 로봇수술, 중입자치료 등 암 치료의 패러다임을 바꿔 왔다”라며 “앞으로도 세계적 수준의 연구·치료 플랫폼을 발전시켜 환자들이 최상의 의료 가치를 경험할 수 있도록 하겠다”고 밝혔다. 한편 연세암병원은 1969년 국내 최초 암 치료 전문기관으로 설립됐다. 이후 국내 처음으로 선형가속기를 도입하고, 골수이식에 성공하는 등 암 치료의 역사를 만들어왔다. 또 국내 최초로 로봇 수술기를 도입하고, 2023년 중입자치료기를 도입하는 등 최신 암 치료를 선도하고 있다. 연구 분야에서도 국내에서 유일하게 네이처(Nature) 선정 세계 암 연구 분야 100대 의료기관으로 이름을 올리는 등 세계적인 성과를 거두고 있다.

2025.06.18 15:01조민규

결핵 백신에 온도반응성 나노입자 적용 면역 반응 향상

결핵 백신에 온도반응성 나노입자를 적용하자 결핵균에 대한 방어가 향상됐다는 연구 결과가 나왔다. 질병관리청 국립보건연구원이 한국세라믹기술원의 온도반응성 나노입자 기술 연구를 활용한 연구 결과를 발표했다. 해당 논문은 'A temperature-responsive PLA-based nanosponge as a novel nanoadjuvant and efficient carrier of Ag85B for effective vaccine against Mycobacterium tuberculosis'다. 'Cell Communication and Signaling' 최근 호에 게재됐다. 이번에 적용된 나노입자는 상온에서 입자 형태지만, 체온에서 항원을 방출시키는 신개념 입자로 알려져 있다. 항원을 천천히 방출하여 면역 반응을 장기적으로 활성화하고, 별도의 첨가제 없이 상온에서 장기간 보관이 가능하다. 해당 나노입자를 결핵 백신에 적용한 결과, 나노입자에 의해 T 세포 면역이 더욱 활성화되어, 기존 BCG 백신이나 항원만 접종한 경우보다 더 나은 결핵균 감염에 대한 방어 효과를 보였다. 국립보건연구원은 앞으로 신기술 기반의 나노 전달체 기술을 재조합 단백질뿐만 아니라 mRNA 백신 등 다양한 백신 플랫폼에 적용하는 공동연구를 확대할 예정이다. 김도근 공공백신개발지원센터장은 “전달체 이외에도 면역증강제·플랫폼·항원 최적화 등 백신 핵심 요소기술의 지속 연구로 국내 기술 기반의 신변종 감염병 대비·대응 가능한 백신 요소기술을 확보하겠다”라고 밝혔다.

2025.05.01 12:00김양균

패혈증 치료 가능한 '나노항생물질' 개발…"슈퍼박테리아도 잡을 수 있을까"

패혈증을 치료할 수 있는 나노 항생물질이 개발됐다. 한국생명공학연구원은 감염병연구센터 류충민 박사 연구팀이 금나노입자와 지질나노입자 기반의 신규 항생제 물질을 개발했다고 8일 밝혔다. 류충민 박사는 "기존 항생제 한계를 극복할 슈퍼박테리아 치료의 새로운 가능성을 제시한 것"이라고 자평했다. 연구팀은 세균 생존에 필요한 철분을 세포 내로 이동시키는 시데로포어(siderophore)라는 유기물질에 금나노입자를 결합시킨 뒤 특정파장(808㎚)의 빛(근적외선)을 쪼여줬다. 이때 세균 속에 들어간 금나노입자가 순간적으로 수백도의 열을 발생시켜 실험대상인 녹농균을 물리적으로 사멸시키는 것을 확인했다. 생쥐 피부 감염 모델을 이용한 실험결과 신속하게 상처가 치유되는 것도 확인했다. 연구팀은 또 다른 연구에서 세균 내로 유전자 편집 시스템(CRISPR-Cas13a)을 전달할 수 있는 새로운 지질나노입자를 제작했다. 이 지질나노입자로 패혈증 동물 모델을 이용한 실험을 진행한 결과 세균 몸속으로 들어간 유전물질이 치명적인 유전자 편집을 일으켜 세균이 사멸되면서 패혈증을 치유했다. 연구책임자인 류충민 박사는 “생물학에 나노기술을 접목, 새로운 차세대 감염 치료법을 제시했다는 점에서 의미가 있다"며 "향후 안전성 및 독성 테스트와 임상시험까지 연구를 진행할 계획"이라고 말했다. 연구결과는 국제 과학 저널 'ACS Nano(IF 15.8)'에 지난 2월2일 게재됐다. 또 '어드밴스드 헬스케어 머티리얼즈(IF 10.0)에는 3월 14일 표지 논문으로 게재됐다. 과기정통부 바이오‧의료기술개발사업, 환경부 생활화학제품 안전관리기술개발사업, 생명연 주요사업 지원을 받았다.

2025.04.08 11:17박희범

'꿈의 암치료' 중입자 치료 시설 2031년까지 3곳으로 늘어난다

서울아산병원이 국내에서 세 번째로 중입자 치료기 도입을 결정하면서 국내 암 치료의 일대 변화가 예상된다. 중입자 치료기는 난치함 환자의 생존율을 2배 이상 높이면서, 부작용은 적고 치료 기간이 짧아 이른바 '꿈의 암 치료기'로 불린다. 하지만 수천억 원 대의 구축 비용으로 인해 중입자 치료를 희망하는 환자들은 일본 등지로 가야만 했다. 국내 첫 도입 논의는 지난 2010년으로 거슬러 올라간다. 현재의 서울대학교병원기장암센터는 당시 한국원자력의학원 산하 기관으로써 한국원자력의학원이 중입자 치료센터 조성을 추진했지만, 사업에 난항을 겪다 9년이 지난 2019년 서울대병원으로 사업이 이관되면서 본격화됐다. 기장 중입자치료센터는 지난해에야 준공식을 열고 오는 2027년 가동 시작을 선언했다. 기장에서의 사업이 지지부진하면서 가시적인 성과는 서울에서 먼저 나왔다. 지난 2023년 6월 세브란스병원이 서울 마포에 건립한 중입자치료센터는 국내 첫 중입자 치료 시작을 알렸다. 연면적 2천928제곱미터에 지하 5층, 지상 7층 규모로 조성된 센터에는 고정형 치료기 1대와 회전형 치료기 2대가 설치돼 환자를 보기 시작했다. 회전형 2대를 설치한 국가는 우리나라가 처음이었다. 내후년 개원 예정인 기장 중입자치료센터는 세브란스병원보다 큰 규모인 지하 2층~지상 2층의 연면적 1만3천657제곱미터 규모로 조성될 예정이다. 이곳은 회전형 및 고정형 치료기가 각각 1대씩으로 세브란스병원보다 구비 기기는 적다. 하지만 기장 중입자치료센터의 중입자 가속기는 430MeⅤ/u 에너지에 선량률이 분당 4.0㏉다. 세브란스병원 중입자치료센터의 2.0㏉보다 2배 많아 치료 시간을 단축할 수 있다는 것이 서울대병원의 설명이다. 또 빔 조사 크기도 30×40㎝로 세브란스병원의 20×20㎝보다 크다. 이는 한 번에 치료할 수 있는 종양의 크기가 크다는 것을 의미한다. 여기에 서울아산병원도 2031년 국내에서 세 번째 중입자 치료 시설을 건립할 예정이다. 순서로는 세 번째, 수도권에서는 세브란스병원에 이어 두 번째이지만 고도화와 규모로 승부로 본다는 입장이다. 무엇보다 규모로는 단연 국내 1위다. 서울 송파구 풍납동 캠퍼스에 설립되는 관련 시설은 연면적 4만880제곱미터다. 병원 관계자는 “5년 내 완공은 가능하다”라며 “수년간 설립을 준비해왔다”라고 설명했다. 서울아산병원도 세브란스병원과 같이 고정형 및 회전형 치료기를 각각 1대, 2대 적용할 예정이다. 기존 탄소 이온을 포함해 헬륨·네온·산소 등의 입자를 활용한 '멀티이온빔'도 아산병원이 차별점으로 내건 부분이다. 멀티이온빔의 장점은 조직 손상은 최소화하고 내성이 강한 종양을 타깃한 제거가 가능하다. 때문에 향후 소아 종양에도 적용할 수 있다는 것이다. 병원 관계자는 “미래형 장비를 갖추면서 적용 암과 대상에 관한 연구도 진행돼 암 치료가 더 고도화될 것으로 예상한다”라며 “최대로 조성되는 중입자 시설은 치료뿐만 아닌 연구를 위한 공간으로도 활용될 것”이라고 설명했다. 이렇듯 중입자 치료기는 암 분야의 인프라와 설립 능력 등을 보유한 서울대병원, 세브란스병원, 서울아산병원 등 이른바 빅5병원에 속하는 세 곳의 상급종합병원이 주도하고 있다. 향후 중입자 치료를 통한 암 치료 옵션은 다양화될 전망이지만, 치료 접근도까지 개선됐다고 보기는 어렵다. 5천여만 원에 달하는 치료비용을 고려하면 일반 환자가 선뜻 치료를 선택하기는 상당한 부담이 존재하는 탓이다.

2025.04.07 16:03김양균

서울아산병원, 중입자 치료기 도입한다

서울아산병원이 7일 일본 도시바ESS-DK메디칼솔루션 컨소시엄과 중입자 치료기 도입을 위한 계약을 체결했다. 오는 2031년 가동이 목표다. 중입자 치료기는 중입자 빔을 암세포에 조사해 방식으로, 탄소 이온 등의 무거운 입자를 활용해 암세포의 정밀한 제거가 가능하다. 병원은 회전형 치료기 2대, 고정형 치료기 1대를 도입할 예정이다. 이를 위해 병원은 서울 송파구 풍납동 캠퍼스에 연면적 4만880제곱미터의 국내 최대 규모 중입자 치료 시설을 건립한다는 계획이다. 병원은 기존 대비 중입자 빔 조사 범위가 넓고 선량률이 높은 치료기를 도입한다는 방침이다. 이는 짧은 시간 동안 넓은 범위의 치료가 가능해짐에 따라 치료 시간이 단축돼 환자들의 부담이 줄어든다는 장점이 있다. 탄소 이온·헬륨·네온·산소 등의 입자도 활용해 소아 종양에도 적용할 수 있는 멀티이온빔 미래형 장비와 CT 장비를 이용한 영상 유도 시스템도 적용한다는 계획이다. 치료 중 변화하는 종양의 크기나 위치를 정확하게 반영하는 등 차별화된 시스템도 도입해 전립선암·췌장암·간암 등을 비롯해 폐암·육종암·신장암·재발암 등 기존 치료에 내성을 가진 암종에도 치료 적용이 가능하리란 전망이다. 박승일 서울아산병원장은 “2031년 중입자 치료기가 도입되면 국내 최대 규모의 첨단 암 치료 시설을 갖추게 된다”라며 “난치성 암환자들의 치료 기회를 확대하고 국내 암 치료 수준 향상에 기여할 수 있도록 최선을 다하겠다”라고 밝혔다.

2025.04.07 14:53김양균

양자성질 세계 첫 제어…상온 양자소자 실용화 가능할까

국내 연구진이 양자 움직임을 정밀하게 제어할 방법을 세계 처음 찾았다. 양자 소자 실용화에 실마리를 제공할 것인지에 관심이 쏠렸다. DGIST는 화학물리학과 조창희 교수팀이 양자 복합 입자 '폴라리톤(polariton)'의 진동을 정밀하게 조절하는데 성공했다고 3일 밝혔다. 연구팀은 양자 제어에 결정 구조의 변화로부터 유도된 전기적 특성 변화를 이용했다. 양자 기술은 기존 전자기기보다 훨씬 빠르고 정밀한 정보 처리가 가능하다. 양자 컴퓨터, 통신, 센서 등 다양한 분야에서 미래 산업을 이끌 핵심 기술로 주목받고 있다. 연구팀은 "이 같은 양자 기술의 기술의 핵심은 양자 입자의 상태를 얼마나 정확하게 만들고 조절하느냐에 달려 있다"며 "최근에는 빛을 활용하는 '광 기반 양자소자' 연구가 활발하고, 이 중심에 있는 입자가 폴라리톤"이라고 말했다. 폴라리톤은 전자의 움직임에서 만들어지는 엑시톤(exciton)이라는 상태와 빛(광자, photon)이 결합해 만들어진 복합 입자다. 빛처럼 빠르면서도 전자처럼 서로 영향을 주고받을 수 있는 특성을 지닌다. 특히 이 입자의 진동은 양자 정보를 주고받는 속도와 직접적으로 연결되며, 이를 정밀하게 제어하는 기술은 양자소자 구현에 필수적인 요소다. 하지만 지금까지는 이 진동을 자유롭게 조절하는 데 어려움이 있었다. 연구팀은 이러한 한계를 극복하기 위해 '페로브스카이트'라는 특수한 반도체 물질에 주목했다. 이 물질은 물이 온도에 따라 얼음이나 수증기로 상태를 바꾸듯, 결정 구조가 외부 요인에 따라 달라지는 '상전이 특성'을 갖는다. 특히, 특정 구조에서는 물질 내부에 전기가 흐르지 않아도 자발적인 전기적 방향성(강유전성)이 나타난다. 이러한 전기적 특성은 엑시톤의 성질을 변화시키고, 나아가 폴라리톤의 양자적 특성에도 영향을 미친다. 연구팀은 페로브스카이트 소재를 활용한 미세 공진기 구조를 설계했다. 최현서 연구생은 "이 구조의 상전이 특성에 따른 물질 변화가 폴라리톤의 진동(라비 진동)에 영향을 준다는 사실을 실험으로 입증했다"며 "결정 상태를 조절했더니, 폴라리톤의 진동 세기를 약 20%까지 조절할 수 있었다"고 설명했다. 최 연구생은 또 "빛과 전자의 결합 강도도 최대 44%까지 변화하는 것으로 나타났다"며 "특히, 비대칭적인 결정 구조에서 나타나는 강유전성이 이러한 변화를 유도하는 핵심 요인임을 확인했다"고 부연설명했다. 연구팀은 향후 이 기술이 양자 컴퓨터, 양자 통신, 광 기반 인공지능 칩, 초고속 센서 등 양자 정보를 다루는 다양한 분야에서, 작동 속도와 안정성을 동시에 높이는 핵심 요소로 활용될 수 있을 것으로 전망했다. 조창희 교수는 "이번 연구에서 쓰인 강유전성 기반 제어 기술은, 폴라리톤을 활용한 양자소자 설계의 유연성과 정밀도를 높이는 새로운 방법"이라며 "향후 상온에서 작동하는 실용적이고 비용 효율적인 양자 소자 구현으로 이어질 가능성도 높다"고 말했다. 연구는 DGIST 화학물리학과 최현서 박사과정생이 제 1저자로 참여했다. 연구결과는 국제학술지 '어드밴스드 사이언스'(3월, 온라인)에 게재됐다. 삼성미래기술육성사업 지원을 받았다.

2025.04.03 08:40박희범

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