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[기후의 역습(48)] 빙하에 보존된 고대 바이러스 게놈, 기후 변화 적응 방식 드러내
- 빙하 속에 보존된 바이러스가 지난 4만여 년 동안 지구의 기후 변화에 어떻게 적응했는지를 밝히는 연구가 발표돼 관심을 끈다고 더컨버세이션이 전했다. 전문가들은 인간이 초래한 기후 변화로 어떤 일이 벌어질지 예측하기 위해 지구 역사를 탐구하고 있다. 빙하는 그런 점에서 가장 유력한 연구 대상이다. 거대한 얼음은 자연의 냉동고 역할을 하며, 바이러스를 포함한 과거 기후와 생태계에 대한 자세한 기록을 보관하고 있기 때문이다. 미국 오하이오 주립대의 론니 탐슨, 버지니아 리치 교수 등 미생물학자와 고기후학자로 구성된 연구팀은 세계의 지붕으로 불리는 티베트 고원의 굴리야(Guliya) 빙하에서 채취한 얼음 코어(사진)에 보관된 바이러스와 환경 간의 상호 작용을 조사하고 있다. 굴리야 빙하의 바이러스는 수년 전 발견됐고, 전문가들은 이들과 환경의 관계를 탐구하고 있다. 연구팀은 고대 바이러스 군집의 유전체를 빙하에 보존된 특정 기후 조건과 연결함으로써, 이 바이러스가 지난 4만 1000년 동안 지구의 변화하는 기후에 어떻게 적응했는지에 대한 정보를 제공하고 있다고 밝혔다. 연구팀은 메타게놈(채취한 샘플에 존재하는 미생물의 총 유전적 내용을 포착하는 유전체 모음)을 사용해 굴리야 빙하 내의 9개의 서로 다른 시간대에서 바이러스 유전체를 재구성했다. 시간대는 3개의 주요 한냉-온난화 주기에 걸쳐 구성됐으며, 시간대별 바이러스 군집은 다른 기후 조건에 대응해 어떻게 변화했는지 분석할 수 있는 기회를 제공했다. 연구팀은 분석을 통해 1705개 바이러스 종에 해당하는 유전체를 복구, 알려진 빙하 보존 고대 바이러스를 50배 이상 확장했다. 연구팀이 이 방법을 통해 발견한 바이러스 종 가운데 25%만이 지금까지 글로벌 데이터 세트에서 포착된 약 1000개의 메타게놈에서 식별된 바이러스와 유사했다. 겹치는 바이러스 종의 대부분이 티베트 고원의 굴리야 빙하에서도 나왔다. 이는 일부 바이러스가 굴리야 빙하에서 유래되었음을 시사하지만, 상대적으로 데이터베이스에 빙하 바이러스가 부족하다는 것도 보여주는 결과다. 분석 결과 연구팀은 빙하 바이러스 군집이 추운 기후와 따뜻한 기후 기간 사이에 상당히 다르다는 사실을 발견했다. 빙하에서 가장 뚜렷한 바이러스 종 군집은 약 1만 1500년 전에 나타났으며, 이는 마지막 빙하기에서 홀로세로의 전환과 일치했다. 이는 추운 기간과 따뜻한 기간 동안의 독특한 기후 조건이 바이러스 군집의 구성에 큰 영향을 미쳤음을 시사한다. 연구팀은 이러한 영향이 다른 지역의 바이러스가 바람 패턴의 변화에 의해 날아와 빙하의 온도 변화 영향을 받았기 때문일 가능성이 높다고 보고 있다. 연구팀은 한 단계 더 나아가 바이러스가 숙주와 어떻게 상호 작용하는지도 확인했다. 이를 위해 컴퓨터 모델을 사용하여 바이러스 게놈을 발견된 다른 미생물 게놈과 비교했다. 그 결과 바이러스가 빙하에서 일반적으로 발견되는 박테리아 계통인 플라보박테리움을 지속적으로 감염시킨다는 것을 발견했다. 또한 굴리야 빙하의 바이러스는 숙주의 유전자 신진대사를 조작해야 한다는 사실도 알게 되었다. 바이러스 게놈 내에는 비타민, 아미노산, 탄수화물의 합성 및 분해를 포함한 대사와 관련된 50개의 보조 대사 유전자가 인코딩되어 있었다. 이러한 유전자 중 일부는 연구된 9개의 시간 간격 전체에 걸쳐 풍부했다. 이는 미생물 숙주가 빙하 표면의 혹독한 환경에 대처하고 바이러스의 적합성을 개선하는 데 도움이 된다는 것을 시사한다. 따라서 바이러스는 세포를 감염시키고 죽일 뿐만 아니라 감염 중에 숙주의 적합성을 변경해 빙하의 극한 환경에서 생존 능력에도 영향을 미칠 수 있다. 연구 결과는 바이러스 형태의 생명체가 수만 년 동안 기후 변화에 어떻게 반응했는지에 대한 새로운 관점을 제공한다. 이 상호 작용을 이해하면 바이러스학과 기후 과학 모두에서 미래 연구를 위한 기회가 제공된다. 고대 바이러스가 과거 기후 변화에 어떻게 반응했는지 연구함으로써 학계는 바이러스가 지속적인 글로벌 기후 변화에 어떻게 적응하는지에 대한 귀중한 정보를 얻을 수 있다. 연구팀은 "빙하층의 미생물과 생태계에 대한 정보를 시간에 따라 포착함으로써 지구 기후의 역사와 생명체의 연관성을 풀어낼 수 있다. 특히 빙하 얼음이 빠르게 감소하고 있는 현 상황에서 매우 중요하다"고 지적했다.
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[기후의 역습(48)] 빙하에 보존된 고대 바이러스 게놈, 기후 변화 적응 방식 드러내
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아파트값 '빈부격차' 역대 최대로 심화
- 서울의 고가 아파트와 저가 아파트 간 가격 격차가 크게 벌어진 것으로 나타났다. '똘똘한 한 채' 선호 현상 등으로 서울 내에서도 일부 인기 지역과 단지에 수요가 집중된 데 따른 것으로 분석된다. 27일 KB국민은행의 월간 주택시장동향 시계열 통계에 따르면 8월 서울 아파트 매매가격 5분위 배율은 5.27로 집계됐다. 이는 관련 통계가 집계되기 시작한 2008년 12월 이래 가장 높은 수치다. 5분위 배율은 주택을 가격순으로 5등분해 상위 20%(5분위)의 평균 가격을 하위 20%(1분위)의 평균 가격으로 나눈 값이다. 고가 주택과 저가 주택 사이의 가격 격차를 나타내는 것으로, 배율이 높을수록 가격 격차가 심하다는 것을 의미한다. 8월 서울의 상위 20% 아파트값은 평균 25억7759만원이었고, 하위 20% 아파트값은 평균 4억8873만원이었다. 상위 20% 아파트 평균 매매가격이 하위 20% 아파트보다 5.27배 비싼 셈이다. 서울 아파트값 5분위 배율은 2022년 11월 4.53에서 점점 커지면서 지난 7월 5.16을 기록, 기존 최고치(2018년 4월 5.08)를 넘어섰고, 이번 달에는 5.27로 격차가 더 벌어졌다. 서울 지역 상위 20% 아파트 평균 매매가격은 작년 8월 24억1568만원에서 올해 8월 25억7759만원으로 1억191만원(6.7%) 올랐다. 반면 하위 20% 아파트 가격은 같은 기간 5억503만원에서 4억8873만원으로 1630만원(3.2%) 하락했다. ㎡당 매매가격으로 따져봐도 저가 아파트와 고가 아파트 간 격차는 더 벌어졌다. 이번 달 서울 지역 상위 20% 아파트의 ㎡당 매매가격은 평균 2696만원이었으나, 하위 20% 아파트의 ㎡당 매매가격은 평균 760만7000원에 그쳤다. 이에 따라 서울의 ㎡당 아파트 매매가격 5분위 배율은 3.54로 관련 통계가 집계된 2016년 1월 이래 가장 높은 수치를 기록했다. 서울뿐 아니라 수도권과 전국 기준 아파트값 5분위 배율도 역대 최고 수준으로 벌어졌다. 8월 전국 아파트 매매가격 5분위 배율은 10.67로 관련 통계가 집계되기 시작한 2008년 12월 이후 최고치를 나타냈다. 기존 최고 기록은 2022년 11월의 10.66이었다. 전국 상위 20% 아파트 평균 매매가격은 12억4738만원, 하위 20%의 평균 매매가격은 1억1692만원이었다. 같은 달 수도권 상위 20% 아파트 평균 매매가격은 16억6546만원, 하위 20%의 평균 매매가격은 2억3274만원으로 5분위 배율은 7.15를 기록했다. 이 역시 관련 통계가 공개된 2013년 4월 이래 최고치다. 아파트값 격차가 커진 데에는 코로나 이후 심해진 소득 양극화, 서울·수도권과 지방 간 격차 심화, '똘똘한 한 채' 선호 현상 등 여러 가지 요인이 복합적으로 작용한 것으로 분석된다. 특히 최근 아파트 매매시장이 회복되는 과정에서 일부 인기 지역과 단지로 수요가 집중되면서 서울 내에서도 지역별, 단지별로 상승률에 큰 격차를 보이고 있다. 한국부동산원 조사에 따르면 서울 아파트값이 오름세로 돌아선 지난 3월 넷째 주 이후 8월 셋째 주까지 약 5개월간 성동구 아파트값이 7.02% 오른 것을 비롯해 서초구 5.49%, 송파구 5.32%, 마포구 4.59%, 용산구 4.33% 등 강남 3구와 '마용성'(마포·용산·성동구) 지역이 큰 폭으로 올랐다. 반면 도봉구(0.39%), 노원구(0.98%) 등 일부 외곽지역의 상승률은 1%에도 미치지 못하고 있다. KB국민은행 조사에서도 시가총액(가구 수×매매가) 상위 전국 50개 단지를 선별해 산출한 '선도아파트 50지수'는 8월 2.46% 올라 전국 아파트 평균 상승률(0.12%)을 두배 이상 웃돌았다. 부동산업계는 2단계 스트레스 DSR(총부채원리금상환비율) 시행 등 대출 규제 강화로 아파트값 격차가 더 커질 가능성이 큰 것으로 보고 있다.
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아파트값 '빈부격차' 역대 최대로 심화
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[신소재 신기술(98)] 지속가능한 플라스틱? 친환경 대체 소재 개발
- 영국에서 친환경 플라스틱 소재가 개발돼 플라스틱 오염 문제 해결에 한 걸음 더 가까이 다가서고 있다. 워릭 대학교 연구진은 플라스틱과 유사하지만 환경 파괴를 일으키지 않아 보다 지속 가능한 소재인 유기 공융체를 테스트했다고 테크 타임스가 20일(현지시간) 보도했다. 이 신소재는 플라스틱을 대체하고 전 세계의 플라스틱 의존도를 낮출 잠재력을 가지고 있다고 연구팀은 밝혔다. 수년 동안 플라스틱 폐기물은 기하급수적으로 증가했다. 특히 오랜 시간 분해되지 않고 매립지에 축적되거나 바다로 흘러들어가 환경 문제를 야기해왔다. 플라스틱 해양 투기는 미세 플라스틱(5mm미만인 플라스틱)으로 쪼개져 심해 오염으로 이어져 해양 식량 사슬을 오염시키고, 조개류나 해산물 등을 통해 인체에 재침투되는 결과를 낳고 있다. 특히 인체에 침투한 미세 플라스틱은 심장마비나 뇌졸중 발병 위험을 높이고, 사망률을 높이는 요인이 되고 있다. 전 세계적으로 플라스틱 제품 사용 감축을 위한 노력이 이어져왔지만 가볍고 내구성이 뛰어난 강점을 지닌 플라스틱은 여전히 다양한 산업에서 중요한 소재로 사용되고 있다. 유럽 플라스틱 산업 협회인 플라스틱스유럽(Plastics Europe)에 따르면, 2020년 세계 플라스틱 생산량은 2018년보다 800만 톤 증가한 3억 6700만 톤에 달했다. 프랑스 파리 에펠탑의 무게는 약 1만톤에 달한다. 2020년 전 세계 플라스틱 생산량은 에펠탑이 3만6700개가 만들어진 것과 맞먹는 양이다. 전 세계 플라스틱 생산량은 2040년까지 두 배, 2060년까지 세 배로 증가할 것으로 예상되며, 그 증가분의 대부분은 일회용 플라스틱에서 발생한다. 워릭 대학교 연구팀은 혼합하면 새로운 "유기 및 점성 액체"를 형성하는 특정 유기 분자를 발견했으며, 이를 '(지속가능한 플라스틱) 유망 후보'라고 불렀다. 또한 시차 주사 열량계(DSC) 및 UV-Vis 분광법과 같은 첨단 기술을 사용해 새로운 소수성 물질을 정확하게 측정했다. 연구팀은 결정 성분을 혼합해 '유기 공융체'라고 불리는 새로운 물질을 개발했다. 팀은 이 물질리 폴리머를 대체할 잠재력을 가진 '소수성 공융 분자 액체'를 개발하는 데 성공했다고 여긴다. 매우 짧은 수명 한계 그러나 이 소재는 수명이 매우 짧다는 한계를 가지고 있다. 연구팀은 테스트 결과 최대 14개월 동안만 지속될 수 있음을 확인했다. 그럼에도 불구하고 연구팀은 제조 과정에서 안정성과 가공성을 보장할 수 있었다. 플라스틱은 한때 다양한 산업, 특히 제품과 소비재에 널리 사용되면서 혁신적인 소재로 여겨졌다. 그러나 유기 물질과 달리 분해가 되지 않아 폐기와 재활용 등에서 심각한 환경 오염 문제를 일으키고 있다. 일회용 플라스틱 및 기타 형태의 플라스틱 사용을 줄이기 위한 노력이 있지만 문제는 여전히 남아 있다. 재활용 외에도 과학을 이용해 플라스틱을 제거하는 방법을 개발하는 연구가 진행중이다. 한 연구에서는 플라스틱을 분해할 수 있는 유전자 조작 박테리아를 개발해 해양에 적용할 계획을 가지고 있다. 일회용 플라스틱을 줄이기 위해서는 다회용품을 사용하고, 텀블러나 개인 컵을 들고 다니거나 플라스틱 빨대 사용을 줄이는 등 일상 속의 작은 노력이 필요할 때다.
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[신소재 신기술(98)] 지속가능한 플라스틱? 친환경 대체 소재 개발
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[먹을까? 말까?(53)] 하버드 연구, 붉은 육류 속 헴 철분 당뇨병 위험 높여
- 소고기 등 붉은 색 고기에 함유된 철분이 당뇨병 발병과 연관성이 있는 것으로 밝혀졌다. 미국 하버드 T.H. 챈 보건대학원 연구팀은 붉은 육류 및 동물성 식품에 함유된 헴 철분의 과다 섭취가 제2형 당뇨병 발병 위험을 높인다는 연구 결과를 발표했다고 사이테크데일리가 전했다. 연구팀은 헴 철분과 제2형 당뇨병 사이의 연관성뿐만 아니라 그 기저에 깔린 대사 경로까지 밝혀냈다. 반면, 식물성 식품에 함유된 '비헴 철분'은 당뇨병 위험과 관련이 없는 것으로 나타났다. 이번 연구는 붉은 육류 섭취를 줄이고 식물성 식품 위주의 식단을 채택하는 것이 당뇨병 예방에 도움이 될 수 있음을 시사한다. 또한, 최근 인기를 얻고 있는 식물성 대체육에 헴 철분을 첨가하는 것에 대한 우려를 제기했다. 철분 섭취와 제2형 당뇨병 연관성 입증 연구팀은 '간호사 건강 연구 I 및 II'와 '건강 전문가 추적 연구'에 등록된 20만6615명 성인의 36년간 식이 보고서를 분석해 철분과 제2형 당뇨병 사이의 연관성을 평가했다. 팀은 총 철분, 헴 철분, 비헴 철분, 식이 철분(음식에서 섭취), 보충 철분(보충제에서 섭취) 등 다양한 형태의 철분 섭취량과 제2형 당뇨병 발병 여부를 조사했다. 또한 참가자 일부를 대상으로 헴 철분과 제2형 당뇨병 사이의 생물학적 메커니즘을 분석했다. 연구팀은 참가자 3만7544명의 혈장 대사 바이오마커(인슐린 수치, 혈당, 형중 지질, 염증, 철 대사 관련 바이오마커 포힘)를 조사하고, 참가자 9024명의 대사체 프로파일(음식 또는 화학 물질 분해 등 신체 과정에서 파생된 저분자 대사산물의 혈장 수치)을 분석했다. 헴 철분 섭취량 높을수록 당뇨병 위험 증가 연구 결과 헴 철분 섭취량이 높을 수록 제2형 당뇨병 위험이 증가하는 것으로 나타났다. 헴 철분 섭취량이 가장 높은 그룹은 가장 낮은 그룹에 비해 제2형 당뇨병 발병 위험이 26% 높았다. 또한 헴 철분은 가공되지 않은 붉은 육류와 관련된 제2형 당뇨병 위험의 절반 이상을 차지하며, 여러 당뇨병 관련 식이 패턴의 위험에도 상당 부분 기여하는 것으로 밝혀졌다. 반면, 이전 연구 결과와 마찬가지로 식이 또는 보충제를 통한 비헴 철분 섭취는 제2형 당뇨병 위험과 유의미한 관련성이 없는 것으로 나타났다. 공중 보건 및 식이 권장 사항에 대한 시사점 연구팀은 이번 연구 결과가 당뇨병 발생률 감소를 위한 식이 지침 및 공중 보건 전략 수립에 중요한 시사점을 제공한다고 강조했다. 특히, 식물성 대체육에 헴 철분을 첨가해 육류의 맛과 외관을 향상시키는 것에 대해서는 건강 영향에 대한 추가 연구가 필요하다고 밝혔다. 팀은 "이번 연구는 당뇨병 예방을 위한 식단 선택의 중요성을 강조한다"며 "특히 붉은 육류에서 헴 철분 섭취를 줄이고 식물성 식품 위주의 식단을 채택하는 것이 당뇨병 위험을 낮출 수 있는 효과적인 전략이 될 수 있다"고 말했다. 한편, 연구팀은 이번 연구가 몇 가지 한계점을 가지고 있다고 인정했다. 역학 데이터에서 혼란 변수 및 측정 오류를 완전히 설명하지 못했을 가능성과, 주로 백인을 대상으로 한 연구 결과를 다른 인종 및 민족 그룹에 일반화하는 데 주의가 필요하다는 점을 지적했다.
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[먹을까? 말까?(53)] 하버드 연구, 붉은 육류 속 헴 철분 당뇨병 위험 높여
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[신소재 신기술(97)] 나노스케일 물체 온도 측정 소재 개발⋯초소형 온도계 활용 기대
- 미국 캘리포니아 대학교 어바인 캠퍼스(UC Irvine) 연구팀이 온도 변화에 따라 색이 변하는 1차원 나노 물질을 개발했다. 이 연구 결과는 나노 크기 물체의 온도를 측정할 수 있는 새로운 가능성을 제시한다. 연구 결과는 학술지 '첨단 소재(Advanced Material)'에 게재됐다. 연구를 주도한 UC 어바인 막스 아르기야 화학 교수는 "이번 연구 결과를 통해 매우 작고 민감한 온도계를 만들 수 있게 됐다"며 "이는 우리 실험실에서 나온 가장 실용적이고 응용 가능성이 높은 연구 중 하나"라고 밝혔다. 아르기야 교수는 이 온도계를 '나노 크기의 무드 링'에 비유했다. 무드 링은 착용자의 체온에 따라 색이 변하는 장신구다. 하지만 이번에 개발된 나노 물질은 단순히 온도를 질적으로 측정하는 것을 넘어, 색 변화를 통해 나노 스케일에서 온도를 정량적으로 측정할 수 있다. 아르기야 교수는 "많은 생물학적 및 산업 공정이 미세한 온도 변화 추적에 의존하기 때문에 온도 측정은 매우 중요하다"며 "이제 세포 내부 온도까지 측정할 수 있는 온도계를 개발할 수 있을 것"이라고 덧붙였다. 연구팀의 박사후 연구원 드미트리 코르도바는 이 광학 온도계가 회로와 데이터 저장 장치를 포함한 마이크로 및 나노 전자 장치의 온도를 측정하고 효율성을 평가하는 데에도 잠재적으로 활용될 수 있다고 설명했다. 그는 "이미 산업 분야에서는 컴퓨터 부품 제조 시 광학 온도계를 사용하고 있지만, 이번에 개발된 새로운 물질은 "기존보다 최소 10배 이상 민감하다"고 강조했다. 이번 연구의 핵심적인 발견은 코르도바와 동료 연구원들이 실험실에서 나노미터 길이 규모에서 나선형 '슬링키'와 유사한 결정을 성장시키는 과정에서 이루어졌다. 연구팀은 처음에는 이 결정이 어떤 온도에서 분해되는지 확인하기 위해 열 스트레스를 가했다. 코르도바와 학부 연구원 레오 청은 그 과정에서 결정의 색이 온도에 따라 노란색에서 주황색으로 체계적으로 변화하는 것을 발견했다. 연구팀은 색이 나타내는 온도 범위를 정밀하게 측정했고, 옅은 노란색은 영하 190도, 붉은 주황색은 영상 200도 정도의 온도에 해당한다는 사실을 확인했다. 아르기야 교수는 "측정의 정확성을 확보하기 위해 많은 노력을 기울였다"고 말했다. 연구팀은 나노 스케일의 물질 샘플을 얻기 위해 벌크 규모의 결정에 접착 테이프를 붙이고 떼어낸 후, 테이프에 붙은 나노 스케일 샘플을 투명 기판에 옮겼다. 아르기야는 "이 구조들을 떼어내 나노 스케일 온도계로 사용할 수 있으며, 다른 재료나 표면에 옮기거나 재구성하여 결합할 수 있다"고 설명했다. 그는 이번 발견이 나노미터 스케일에서 온도를 측정하는 새로운 종류의 물질을 발견하는 첫걸음이라고 말했다. 다음 단계로, 연구팀은 더 넓은 온도 범위를 측정할 수 있는 온도계를 개발하기 위해 다른 나노 스케일 물질을 테스트할 계획이다. 아르기야는 "이제 더 민감한 물질을 만들기 위해 재료 설계 규칙을 해킹하려고 노력하고 있다"며 "벌크 스케일에서 나노 스케일까지 광학 온도 측정을 위한 도구 상자를 열려고 한다"고 밝혔다.
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[신소재 신기술(97)] 나노스케일 물체 온도 측정 소재 개발⋯초소형 온도계 활용 기대
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[신소재 신기술(91)] 노스웨스턴대 연구팀, 연골 재생 신소재 개발 성공
- 연골을 성공적으로 재생하는 새로운 생리활성 소재가 개발됐다. 미국 노스웨스턴 대학교 연구팀은 손상된 무릎 연골을 재생하는 새로운 생체 활성 물질을 개발하고, 대형 동물 모델을 이용한 실험에서 성공적인 결과를 얻었다고 메디컬 익스프레스가 전했다. 위의 사진에 보이는 것처럼 연구팀이 개발한 물질은 젤리처럼 보이지만, 실제로는 연골의 자연 환경을 모방하는 복잡한 분자 구성 요소들로 이루어진 네트워크다. 나노섬유는 분홍색, 히알루론산은 보라색으로 표시되어 있다. 연구팀은 새로운 생체 재료 물질을 동물 모델인 양의 손상된 무릎 연골에 적용한 결과, 6개월 이내에 새로운 연골이 생성되는 것을 확인했다. 새로 생성된 연골은 통증 없는 기계적 탄력성을 가능하게 하는 천연 생체 고분자인 콜라겐 II와 프로테오글리칸을 포함하고 있었다. 팀은 이번 연구 결과가 앞으로 무릎 전치환술을 예방하고, 골관절염과 같은 퇴행성 질환이나 스포츠 관련 부상 치료에 활용될 수 있을 것으로 기대하고 있다. 해당 연구 결과는 미국 국립과학원회보(PNAS)에 게재됐다. 연골 재생 복구 유도 기대 연구를 이끈 노스웨스턴 대학교의 사무엘 스텁 교수는 "연골은 우리 관절의 중요한 구성 요소"라며 "연골이 손상되거나 시간이 지남에 따라 분해되면 사람들의 전반적인 건강과 이동성에 큰 영향을 미칠 수 있다. 문제는 성인의 연골은 자연적으로 치유되는 능력이 없다는 것이다. 우리의 새로운 치료법은 자연적으로 재생되지 않는 조직의 복구를 유도할 수 있다"고 말했다. 이번 연구는 스텁 교수 연구팀이 최근 발표한 '춤추는 분자'를 사용해 인간 연골 세포를 활성화시키고 조직 매트릭스를 구축하는 단백질 생산을 촉진하는 연구 결과에 이어 진행됐다. 새로운 연구에서는 '춤추는 분자' 대신 스텁 교수 연구실에서 개발된 하이브리드 생체 재료를 사용했다. 이 새로운 생체 재료는 연골 성장 및 유지에 필수적인 단백질인 TGFb-1에 결합하는 생체 활성 펩타이드와 연골 및 관절의 윤활 활액에 존재하는 천연 다당류인 히알루론산으로 구성되어 있다. 스텁 교수 연구팀은 생체 활성 펩타이드와 화학적으로 변형된 히알루론산 입자를 통합하여 나노 섬유가 연골의 자연 구조를 모방하는 다발로 자가 조직화되도록 유도했다. 목표는 신체 자체 세포가 연골 조직을 재생할 수 있도록 매력적인 골격을 만드는 것이었다. 나노 섬유의 생체 활성 신호를 사용하여 이 물질은 비계를 채우는 세포에 의한 연골 복구를 촉진한다. 슬개골 결함 있는 양 실험 연구팀은 이 물질의 연골 성장 촉진 효과를 평가하기 위해 슬개골에 연골 결함이 있는 양을 대상으로 실험했다. 양의 슬개골은 인간의 무릎과 유사한 복잡한 관절이다. 스텁 교수에 따르면 양 모델 실험은 매우 중요하다. 양의 연골은 인간과 마찬가지로 완고하고 재생하기가 매우 어렵다. 양의 슬개골과 인간의 무릎은 또한 체중 부하, 크기 및 기계적 부하와 유사하다. 이 연구에서 연구진은 걸쭉한 페이스트 같은 물질을 연골의 결함 부위에 주입했고, 이 물질은 고무 같은 매트릭스로 변형됐다. 스캐폴드(Scaffold)가 분해되면서 결함 부위를 채우기 위해 새로운 연골이 자랐을 뿐만 아니라 복구된 조직은 대조군에 비해 품질이 지속적으로 더 높았다. 스텁 교수는 미래에 이 새로운 물질이 개방형 관절 수술 또는 관절경 수술에 적용될 수 있다고 예상한다. 현재 표준 치료법은 미세 골절 수술로, 외과의사가 기저 뼈에 작은 골절을 만들어 새로운 연골 성장을 유도하는 것이다. 스텁 교수는 "미세 골절 접근 방식의 주요 문제점은 기능적인 관절을 위해 필요한 히알라인(유리질) 연골이 아니라 귀에 있는 연골과 같은 섬유 연골이 형성되는 경우가 많다는 것이다. 유리질 연골을 재생함으로써 우리의 접근 방식은 마모에 대한 저항력을 높여야 하며, 장기적으로 이동성 저하와 관절 통증 문제를 해결하고 동시에 대형 하드웨어를 사용한 관절 재건 필요성을 피할 수 있어야 한다"고 말했다.
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[신소재 신기술(91)] 노스웨스턴대 연구팀, 연골 재생 신소재 개발 성공
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[신소재 신기술(89)] 화장품 미세플라스틱 대체 신소재 개발
- 영국에서 화장품 미세플라스틱을 대체할 수 있는 신소재가 개발됐다. 미세플라스틱은 크기가 5mm 이하인 작은 플라스틱 조각으로, 1차 미세플라스틱과 2차 미세플라스틱의 두 가지 경로로 생성된다. 1차 미세플라스틱은 처음부터 작은 크기로 만들어진 플라스틱이다. 예를 들어 세안제와 치약 등에 들어 있는 미세플라스틱 알갱이, 화장품에 사용되는 마이크로비즈, 플라스틱 제품 제조 과정에서 발생하는 작은 플라스틱 조각 등이 있다. 2차 미세플라스틱은 큰 플라스틱 제품이 자외선이나 파도 등에 의해 작게 쪼개지면서 생긴 것을 말한다. 예를 들면 비닐봉투, 플라스틱 페트병, 합성섬유 의류 등이 2차 미세플라스틱이 생기는 원인이 될 수 있다. 미세플라스틱은 너무 작아서 하수 처리 시설에서 걸러지지 않고 강이나 바다 등으로 흘러들어가 환경 오염을 일으킨다. 또한 먹이 사슬을 통해 물고기, 조개 등 해양 생물의 몸 속에 축적되어 결국 우리 식탁까지 위협할 수 있다. 신소재 IP 플랫폼 '아기풀(AggiePol)' 개발 이러한 환경 오염 문제를 해결하기 위해 생분해성 폴리머 전문 기업인 테이샤 테크놀로지스(Teysha Technologies)는 유럽 화장품 산업에서 사용되는 미세 플라스틱을 대체할 수 있는 신소재 IP 플랫폼 '아기풀(AggiePol)'을 개발했다고 프로페셔널 뷰티가 전했다. 테이샤는 글로벌 기업들과 협력해 아기풀을 석유 기반 폴리카보네이트 플라스틱 대체제로 활용해 화장품 산업의 미세플라스틱 폐기물을 크게 줄일 계획이다. 영국 소비자들은 65% 이상이 지속 가능한 대안을 찾기 위해 화장품 구매 시 '클린 성분'을 중요하게 여기는 것으로 나타났다. 영국은 2018년에 화장품 미세 플라스틱 사용을 금지했지만, 여전히 증점제(액체의 점성을 높여서 걸쭉하게 만드는 물질), 필름 형성제, 안정제 등 다른 성분을 통해 미세플라스틱이 배출되고 있다. 유럽화학물질청(ECHA)에 따르면 매년 화장품에서 발생하는 미세플라스틱 약 8700톤 중 절반 가량이 환경으로 유출되고 있다. 인류가 화석 연료로 만든 플라스틱을 사용하기 시작한 것은 1세기가 조금 넘었다. 2차 세계 대전 이후 수천 개의 새로운 플라스틱 제품의 생산과 개발이 가속화되면서 오늘날 플라스틱이 없는 삶은 상상할 수도 없게 됐다. 오늘날 일회용 플라스틱은 매년 생산되는 플라스틱의 40%를 차지하고 있다. 세계 각국은 급속히 늘어난 일회용 플라스틱 제품을 처리하기 위해 골머리를 앓고 있다. 테이샤가 개발한 아기풀은 생분해성 바이오 플라스틱 신소재다. 농업 부산물이나 식품 폐기물 등 천연 원료에서 추출되며, 미세플라스틱을 대체할 수 있는 친환경적인 소재로 주목받고 있다. OECD 생분해성 인증 획득 아기풀은 자연 분해돼 무해한 당 성분으로 변하며, OECD 310 테스트를 통과해 생분해성 인증을 획득했다. 테이샤 테크놀로지스는 다양한 제품 라인, 생산 기술 및 고객 요구 사항에 맞춰 아기풀 화학물 및 제형 테스트를 진행했다. 아기풀 성분은 테이샤의 천연 제품 폴리카보네이트 플랫폼을 통해 추출된다. 이 플랫폼은 다양한 용도에 맞게 특성을 조절할 수 있는 폴리머를 생산할 수 있다. 재생 가능한 자원으로 만들어진 이 폴리머는 강도와 유연성을 모두ㅠ 갖추고 있으며, 가수분해를 통해 환경에 유익한 부산물로 분해된다. 구체적으로 말하자면, 폴리하이드록실 천연 재료는 단량체 구성 요소로 활용되고, 일반적인 엔지니어링 재료에서 발견되는 탄산염은 연결체로 사용된다. 폴리카보네이트의 구성에는 당류와 퀴닌산이라는 두 가지 폴리하이드록실 천연 단량체가 사용되었으며, 이를 변형하여 다양한 다양한 선형 및 초분지 폴리머와 공중합체를 생산할 수 있다. 다양한 내구성을 갖춘 '맞춤형' 플랫폼 테이샤의 플랫폼은 다양한 천연 단량체와 티올 공단량체를 조합하여 최종 제품의 강도, 열 안정성, 분해 속도를 조절할 수 있는 '맞춤형' 시스템이다. 또한 다양한 용매와 첨가제를 사용해 최종 폴리머 네트워크의 특성을 변경할 수 있다. 이를 통해 다양한 최종 제품을 만들 수 있으며, 각 제품은 사용 기간 동안 환경에 안정적으로 유지되도록 설계된다. 또한 특정 자연 조건에 장기간 노출될 때 무해한 물질로 분해되도록 설계할 수 있다. 테이샤 테크놀로지스의 최고기술책임자(CTO)인 카렌 울리 박사는 "아기풀과 같은 생분해성 소재를 화장품에 적용하는 것은 지속 가능한 제품에 대한 소비자들의 요구를 충족시킬 뿐만 아니라 업계의 새로운 기준을 제시하는 것"이라며 "소비자와 환경 모두를 위해 더 안전한 미용 제품을 만드는 데 앞장서게 되어 기쁘다"고 말했다.
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- 생활경제
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[신소재 신기술(89)] 화장품 미세플라스틱 대체 신소재 개발
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[퓨처 Eyes(44)] 바다를 이용한 탄소 포집, 지구 온난화 해결의 새로운 희망
- 지구 온난화 문제가 심화되는 가운데, 바다의 이산화탄소 제거 기술을 모방한 혁신적인 탄소 포집 기술이 개발돼 주목받고 있다. 탄소 포집 기술은 대기 중의 이산화탄소를 포집하여 저장하거나 활용하는 기술로, 지구 온난화의 주범인 이산화탄소 배출량을 줄이는 데 중요한 역할을 한다. 해양의 탄소 흡수 방식을 모방한 탄소 직접 제거(CDR) 기술을 선도하는 에쿼틱 테크놀로지(Equatic Technology)는 캐나다 퀘벡주에 세계 최대 규모의 CDR 플랜트를 건설 중이다. 이 플랜트는 연간 10만 9500톤의 이산화탄소를 처리하고 3600톤의 녹색 수소를 생산할 예정이며, 이는 CDR 기술을 상업적 규모로 구현한 최초의 사례로 평가받는다고 비즈니스 인사이더가 전했다. CDR 기술은 대기 중 탄소를 직접 제거하는 기술로, 탄소 포집 기술 중 하나이다. 미국 UCLA 연구팀이 설립한 스타트업인 에쿼틱 테크놀로지는 로스앤젤레스와 싱가포르에서 이미 시범 공장을 운영하며 기술력을 입증한 바 있다. 이들의 핵심 기술은 바닷물에 전류를 흘려 탄소를 고체 형태로 저장하고, 부산물로 생성되는 녹색 수소를 판매하거나 시설 운영에 활용하는 것이다. 이 기술은 전기화학적 과정을 통해 이산화탄소를 탄산염 광물로 변환하여 영구적으로 저장하는 방식이다. 이는 탄소를 제거하는 동시에 에너지원을 생산하는 친환경적인 접근 방식으로, 지구 온난화 완화와 에너지 문제 해결에 동시에 기여할 수 있다. 바다, 매년 25% 탄소 제거 바다는 인간이 배출한 탄소를 가장 많이 흡수하는 곳 중 하나로, 매년 배출되는 탄소의 최대 25%를 제거한다. 바다는 대기 중 이산화탄소를 흡수하여 해양 생물의 광합성에 활용하거나 심해에 저장하는 역할을 한다. 연구에 따르면 바다가 탄소를 흡수하는 과정을 복제하면 지구 대기에서 수십억 톤의 이산화탄소를 제거하는 데 도움이 될 수 있다. 세계은행에 따르면 2020년 전 세계 평균 이산화탄소 배출량은 1인당 4.3메트릭톤(9500파운드, 약 4309kg)이었다. 인간 활동으로 인한 이산화탄소 배출량 증가는 지구 온난화를 가속화시키는 주요 원인이다. 온실가스를 줄이는 것만으로는 지구 온난화를 더 이상 막을 수 없기 때문에 탄소 포집과 저장은 기후 변화를 완화하는 중요한 도구가 될 수 있다. 탄소 제거 비용 톤당 100달러 목표 탄소 포집 및 저장(CCS) 기술은 발전소나 산업 시설에서 발생하는 이산화탄소를 포집하여 지하 깊은 곳에 저장하는 기술이다. 에쿼틱의 퀘벡 플랜트는 바닷물에 전류를 흘려 물을 수소와 산소로 분리하고, 이 과정에서 생산된 산과 염기를 통해 탄소를 고체 형태로 저장한다. 이때 생성된 약알칼리성 슬러리는 냉각탑을 통해 대기 중 탄소를 추가로 흡수하는 데 사용된다. 이러한 과정을 통해 대기 중 이산화탄소 농도를 낮추고, 지구 온난화를 완화하는 효과를 기대할 수 있다. 에쿼틱 테크놀로지는 싱가포르에도 대규모 공장을 건설 중이다. 싱가포르 공장은 해수 담수화 플랜트에서 얻은 고농도 염수를 전해질로 사용해 전기 분해를 통해 산소와 수소를 생성하고, 탄소는 단단한 미네랄 형태로 저장한다. 이는 용존 및 대기 중 이산화탄소를 최소 1만 년 이상 안전하게 저장하며, 바다의 자연적인 탄소 저장 능력을 활성화하고 확장하는 효과를 가져온다. 에쿼틱 테크놀로지는 탄소 제거 비용을 톤당 100달러까지 낮추는 것을 목표로 한다. 이는 수소 판매를 통한 수익 창출로 가능할 것으로 예상되며, 대규모 탄소 제거를 현실화하고 지구 온난화 문제 해결에 기여할 수 있는 혁신적인 접근 방법이다. 탄소 제거 비용 절감은 탄소 포집 기술의 상용화를 위한 중요한 과제이다. 현재 탄소 제거 비용은 가장 비싼 기술인 직접 공기 포집(DAC)이 톤당 200~700달러가 소요된다. 반면, 생물 에너지 탄소 포집 및 저장(BECCS)은 톤당 15~80달러로 비교적 저렴한 편이다. 직접 공기 포집(DAC)은 대기 중 이산화탄소를 직접 포집하는 기술이며, 생물 에너지 탄소 포집 및 저장(BECCS)은 바이오매스 에너지 생산 과정에서 발생하는 이산화탄소를 포집하여 저장하는 기술이다. 해양 생태계 영향 추가 연구 필요 물론 대규모 탄소 제거 기술이 해양 생물에 미칠 수 있는 영향에 대한 우려도 존재한다. 하지만 에쿼틱 테크놀로지는 해수 필터 설치와 엄격한 국제 표준 준수를 통해 해양 생태계에 미치는 영향을 최소화하고, 탄소 제거량을 투명하게 측정할 계획이다. 탄소 포집 기술의 환경 영향 평가는 기술 개발 과정에서 반드시 고려해야 할 중요한 요소이다. 에쿼틱의 혁신적인 해양 탄소 포집 기술은 지구 온난화 문제 해결에 새로운 지평을 열고, 지속 가능한 미래를 위한 중요한 발걸음이 될 것으로 기대된다. 탄소 포집 기술의 발전은 기후 변화 대응에 있어서 중요한 역할을 할 것이며, 에쿼틱 테크놀로지의 노력은 이러한 변화의 선두에 있다.
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- 포커스온
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[퓨처 Eyes(44)] 바다를 이용한 탄소 포집, 지구 온난화 해결의 새로운 희망
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카카오 창업자 '김범수 구속', 주가 일제히 하락⋯시총 1조7천억원 증발
- SMㅇ네터테인먼트 시세조종 혐의로 구속된 카카오 창업자 김범수 경영쇄신위원장에 건강상 문제로 23일 ㄱ머찰 조사에 응하지 않았다. 서울남부지검은 이날 오후 구치소에 수감된 김 위원장에게 출석을 요구했으나, 불출석 사유서를 제출했다. 검찰은 조만간 김 위원장의 건강 상태를 고려해 다시 출석을 요구ㅠ할 방침이다. 김 위원장은 작년 2월 SM 엔터테인먼트 인수 과정에서 경쟁사 하이브의 공개 매수를 방해하기 위해 SM엔터테인먼트 주가를 고의로 높에 유지한 혐의(자본 시장법 위반)로 23일 새벽 구 좃됐다. 서울남부지검은 증거인멸 및 도주 우려가 있다며 이날 오전 1시께 구속영장을 발부했다. 검찰은 카카오가 작년 2월 16~17일, 27~28일 등 총 4일에 걸쳐 사모펀드 운용사 원아시아 파트너스와 함께 약 2400억원을 동원해 553차레에 걸쳐 SM엔터테인먼트 주식을 고가에 매수한 것으로 보고 수사를 진행해왔다. 다만. 김 위우너장의 구속영장에는 원아시아파트너스 자금 1100억원이 투입된 부분은 빼고 1300억원에 대한 시세 조종 혐의만 적시된 것으로 알려졌다. 검찰은 한 차례 기한 연장까지 포함해 김 위원장을 최장 20일간 구속할 수 있다. 금융감독원 특별사법경찰은 SM엔터 인수를 둘러싸고 분쟁이 벌어지자 작년 10∼11월 김 위원장 등 카카오 경영진을 기소 의견으로 검찰에 넘겼다. 검찰은 8개월 만인 지난 9일 김 위원장을 소환조사한 뒤 지난 17일 구속영장을 청구했다. 한편, 깈범수 카카오 창업자의 구속 소식에 23일 카카오 그룹주는 일제히 하락했다. 카카오는 전날보다 5.36% 하락한 3만8850원에 장을 마감했고, 카카오페이, 카카오게임즈, 카카오뱅크 등 계열사 주가도 급락했다. 개장 직후 하락세에서 잠깐 반등했던 주가는 이내 반락한 뒤 5%대 하락세를 유지한 채 장을 마쳤다. 카카오페이(-7.81%), 카카오게임즈(-5.38%), 카카오뱅크(-3.79%), SM C&C(-3.25%) 등 계열사 주가도 급락했다. 카카오는 이날 기관 순매도에서 삼성전자에 이어 2위였고, 외국인 순매도 종목에서도 SK하이닉스, HD현재엘릭트릭에 이어 3위로 집계됐다. 연합인포맥스에 따르면 카카오 10개 그룹사의 시가총액은 전날(36조3830억원)보다 4.70% 감소한 34조6710억원으로 1조7120억원 감소했다. 김 위원장이 이번 사건으로 유죄가 확정될 경우양벌규정에 따라 카카오도 유죄가 확정된다. 벌금형 이상의 형량이 나올 경우 인터넷은행 특례법에 따라 카카오는 카카오뱅크의 대주주 자격을 잃게 된다. 이 경우 카카오는 현재 보유 중인 카카오뱅크 지분 27.17% 중 10%만 남기고 나머지를 처분해야 한다.
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- IT/바이오
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카카오 창업자 '김범수 구속', 주가 일제히 하락⋯시총 1조7천억원 증발
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[신소재 신기술(81)] 핀란드, 목재 부산물 리그닌 활용 차세대 배터리 개발 성공
- 나무에서 발견되는 천연물질인 리그닌을 활용한 차세대 배터리가 개발됐다. 핀란드에 본사를 둔 임업 및 재생 가능 제품 회사인 스토라 앤소(Stora Enso)는 목재의 주요 성분인 리그닌을 기반으로 한 배터리 대체품 리그노드(Lignode)를 개발했다고 더쿨다운이 보도했다. 스토라 앤소는 이 친환경 배터리 생산을 위해 스웨덴의 나트륨 이온베터리 개발사인 알트리스(Altris)와 상용화를 위해 협력했다. 리그노드는 펄프 제조에서 나오는 제품인 리그닌에서 추출한 지속 가능한 경질 탄소로 리튬 이온과 나트륨 이온의 양극(충전 및 방전 중에 이온을 받거나 방출하는 베터리 부품) 재료로 사용된다. 인터레스팅엔지니어링이 따르면, 리튬 배터리는 가장 에너지 밀도가 높은 솔루션이다. 업계는 현재 리튬 배터리를 사용해 휴대전화, 테블릿, 노트북에 전원을 공급하고 있다. 그러나 리튬 배터리는 리튬, 코발트 등 희귀 금속을 활용해 가격이 높으며, 과충전, 과방전 시 화재 위험이나 열폭주현상 등의 안전 문제가 있다. 특히 열폭주 현상은 배터리셀 하나에서 발생한 열이 다른 셀로 전달되어 연쇄적으로 폭발하는 현상으로 대형 화재의 원인이 될 수 있다. 친환경 배터리는 전기 자동차(EV), 태양광 발전, 풍력발전소를 포함한 대체 에너지 운동에도 중요하다. 에너지연구소(IER)는 리튬 배터리 생산 과정에서 상당한 양의 탄소 오염이 대기 중으로 방출된다고 밝혔다. 배터리 핵심 구성 요소 중 하나인 흑연은 대부분 중국에서 공급하기 때문에, 다른 국가들의 중국 의존도가 높은 점도 문제라고 인터레스팅엔지니어링은 지적했다. IER은 "중국이 전기의 약 60%를 석탄에서 얻는다"고 밝혔다. 석탄을 태워서 전력을 생산하면 독성 오염이 발생해 지구 온난화가 더욱 심화될 수 있다. 게다가 "리튬 배터리는 종종 매립지에 버려져 토양과 지하수로 누출될 수 있는 중금속을 포함한 독소를 방출할 수 있다"고 IER은 지적했다. 그로 인해 업게에서는 친환경적인 에너지 저장 대체품 개발에 노력을 기울이고 있다. 리그닌은 침엽수나 활엽수 등 목본식물의 목질부를 구성하는 주요 성분 중 하나로 나무의 20~30%를 차지한다. 셀룰로오스와 함께 식물 세포벽의 주성분이며. 식물의 강도와 견고함을 제공하는 역할을 한다. 리그닌은 복잡한 3차원 구조를 가진 고분자 화합물로, 다양한 페놀 단위들이 연결되어 있다. 이러한 복잡한 구조 때문에 분해가 어려워 제지산업에서는 펄프 생산 과정에 제거해야 하는 골칫거리로 여겨지기도 했다. 하지만 최근에는 리그닌의 활용 가치가 재조명되면서 바이오 연료, 바이오 플라스틱, 접착제 등 다양한 분야에서 활용될 수 있는 가능성이 높아지고 있다. 스토라 엔소는 "펄프 제조에서 나오는 리그닌은 양극 재료 제조를 위한 안정적이고 일관된 원자재 공급을 보장한다"고 설명했다. '생물 기반' 소재는 구성에 탄소를 포함하므로, 리튬 및 나트륨 배터리에서 양극 재료를 만드는 데 사용되는 흑연을 대체할 수 있는 적격 소재다. 이번 친환경 배터리 개발자인 알트리스에 따르면 나트륨 이온 배터리는 지속가능하고 재활용하기 쉽다. 스토라 앤소의 수석 부사장 겸 생체재료 성장 책임자인 유쏘 콘띠넨(Jusso Konttinen)은 "리그노드는 세계에서 가장 지속 가능한 양극 소재가 될 잠재력이 있기 때문에, 알트리스와의 이번 파트너십은 보다 지속 가능한 전기화를 지원하려는 우리의 공동 의지와 완벽하게 부합한다"고 말했다. 스토라 앤소는 자사 웹사이트에서 "리그닌은 펄프를 생산할 때 발생하는 부산물이기 때문에 양극은 순환 공정의 일부로 만들어진다"면서 "실제로 우리는 (목재) 부산물을 귀중한 자원으로 바꾸고 있다"고 밝혔다. 이 창의적인 에너지 저장 방법이 성공적이라면 현재 널리 사용되고 있는 리튬 배터리의 지속 가능한 대체품이 될 수 있다. 리그닌 활용 배터리 개발로 생산 과정에서 대기 오염을 줄이고, 매립지의 독성 폐기물 또한 동시에 줄일 수 있으며, 저렴한 친환경 소재를 활용한 지속 가능한 배터리 생산이 앞당겨질 전망이다.
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- 포커스온
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[신소재 신기술(81)] 핀란드, 목재 부산물 리그닌 활용 차세대 배터리 개발 성공
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'영원한 화학물질' 과불화화합물(PFAS) 분해하는 박테리아 발견
- 자연적으로는 분해되지 않는다고 해 '영원한 화학물질(forever chemicals)'이라고 불리는 과불화화합물(PFAS)은 발암성 오염물질이다. 식품 포장재, 조리기구 등 생활용품에 널리 사용되는 플라스틱 재료로 인간의 건강에 치명적인 영향을 미치며 최근의 연구에서는 인간의 피부를 뚫고 혈관에까지 침투할 수 있는 것으로 밝혀져 충격을 안겨주기도 했다. 커피나 물 한 잔 속에도 영원한 화학물질의 위협이 숨겨져 있는 것이다. 그런 가운데 영원한 화학물질인 PFAS를 파괴하는 박테리아가 한 연구진에 의해 발견돼 큰 관심을 모은다고 환경 전문 어스닷컴이 전했다. 캘리포니아 주립대 리버사이드 캠퍼스(UC Riverside)의 유지 멘 교수 연구팀은 아세토박테리움(Acetobacterium) 속의 박테리아가 PFAS를 파괴한다는 사실을 규명했다. 이 연구는 '사이언스 어드밴시스(Science Advances)' 저널에 게재됐다. PFAS는 매우 강력한 탄소-불소 결합으로 인해 '영원한 화학물질'로 불린다. 자연환경(특히 수자원)에서 오랜 기간 분해되지 않고 머물러 있으면서 자연을 파괴하고 인간 건강애 치명적인 영향을 미친다. 장기 지속성으로 인해, 지하수를 비롯한 오염된 수자원 처리는 큰 고민거리였다. 그런데 연구팀은 아세토박테리움 박테리아가 탄소-불소의 강한 결합을 끊는 능력이 탁월하며, 이 박테리아는 전 세계적으로 폐수에서 흔히 발견된다고 밝혔다. 멘 교수는 "이는 PFAS 구조를 해체하고 탈 불소를 달성할 수 있는 첫 번째 발견된 박테리아“라고 말했다. 다만 이 박테리아에게는 한 가지 한계도 있다고 한다. PFAS 중에서도 탄소-탄소 이중 결합을 포함한 불포화 PFAS 화합물에만 효과를 나타냈다는 것이다. 멘 교수팀은 이번 탄소-불소 분리 박테리아 발견에 앞서 지난해에는 PFAS 화합물의 탄소-염소 결합을 끊는 미생물도 찾아냈다. 연구팀은 또 이번 박테리아 조사 과정에서 탄소-불소 결합을 절단하는 특정 효소도 규명해 냈다. 연구팀의 가장 큰 성과가 여기에 있다는 지적도 나온다. 효소는 생화학 반응의 촉매 역할을 하는 단백질로, 발견된 효소는 PFAS 분해의 게임 체인저가 될 수도 있다는 기대다. PFAS 분해 효소를 생산할 수 있는 길을 열 수 있기 때문이다. 오염된 지하수를 정화하는 데 박테리아를 사용하는 것은 충분히 비용 효율적이다. 박테리아는 영양분 주입을 통해 개체수를 늘리는 것도 가능하다. 미생물의 힘을 빌리기 때문에 ‘자연자원 솔루션’이기도 하다. 최근 미 환경보호국(EPA)이 마련한 새로운 PFAS 강화 규정으로 인해 박테리아를 이용한 분해 솔루션의 필요성은 더욱 높아졌다. EPA의 새 규정은 수돗물에 존재하는 특정 PFAS 화합물을 1조 분의 4까지로 제한한다. 새로운 규정에 부응하기 위해 물 공급업체는 PFAS 분해 솔루션을 찾는데 온 힘을 기울이고 있다. 그러나 저비용 고효율 솔루션을 찾기가 어려운 상황이었다. 이런 고민을 이번 연구 결과가 해결해 줄 수 있을 것으로 보인다. 박테리아 및 미생물학적 솔루션에 의한 PFAS 분해 성공은 다른 잔류성 화학물질에 대한 해법 연구로도 확대될 것으로 예상된다. 악명 높은 두 가지 환경 오염 물질인 폴리염화비페닐(PCB)과 다이옥신 등의 분해에 활용할 수 있다는 것이다. 다양한 산업 분야에 사용된 PCB는 자연 분해가 어렵고 토지 및 해수에 오래 잔류하면서 인간 건강과 생태계 모두에 심각한 위험을 초래한다. 산업 공정의 부산물인 다이옥신은 독성이 매우 높으며 암 및 생식 등 질병을 일으킨다. 전 세계 연구팀이 PCB와 다이옥신에 대해 효과적일 수 있는 다른 미생물 균주를 조사하고 있다. 전문가들은 미생물을 이용한 화학물질 분해 솔루션이 혁신적이고 지속 가능한 해법이 될 것이라고 낙관하고 있다. 미생물학과 환경 과학의 융합이 자연을 복원하고 유지하는 중추적인 역할을 담당할 것이며, 희망적인 미래를 예고하고 있다는 지적이다.
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'영원한 화학물질' 과불화화합물(PFAS) 분해하는 박테리아 발견
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[신소재 신기술(79)] 레이저와 2D 물질로 플라스틱 쓰레기 분해
- 레이저를 활용해 플라스틱 오염을 해결할 수 있는 방법이 개발됐다. 미국 텍사스 대학교 연구진이 주도하는 국제 연구팀은 레이저를 이용해 플라스틱 분자를 기본 요소로 분해해 재활용하는 기술을 개발했다고 사이테크데일리가 전했다. 매년 수백만톤의 플라스틱 폐기물이 매립지와 바다에 쌓이는 등 플라스틱 오염은 전세계적인 환경 문제로 떠올랐다. 기존의 플라스틱 분해 방법은 에너지 집약적이고 환경적으로 유해해 비효율적인 경우가 많았다. 연구팀은 분해하려는 물질을 전이 금속 디칼코게나이드(TMD)라는 2차원 물질 위에 놓고 빛을 비추는 방식을 활용했다. 이는 기존 기술로는 분해가 어려운 플라스틱 폐기물 해결에 기여할 것으로 기대된다. 연구팀은 이 기술을 통해 플라스틱의 화학 결합을 끊고 새로운 화학 결합을 형성해 발광 탄소점(carbon dot)을 생성했다. 탄소 기반 나노 물질은 다양한 분야에서 활용 가능성이 높다. 특히 이 발광 탄소점은 차세대 컴퓨터 메모리 소자로 활용될 가능성도 있다. 텍사스 오스틴 캠퍼스(UT Austin)의 18개 단과대학 중 하나인 콕렐 공과대학 워커 기계공학부 교수이자 프로젝트 리더 중 한 명인 유빙 정은 "이러한 독특한 반응을 활용하면 환경 오염 물질을 가치있고 재사용 가능한 화학물질로 전환하는 새로운 경로를 탐색해 보다 지속 가능한 순환 경제 발전에 기여할 수 있다"고 말했다. 그는 "이 새로운 발견은 환경 문제를 해결하고 친환경 화학 분야를 발전시키는 데 중요한 의미가 있다"고 덧붙였다. 또한 이번 연구는 탄소-수소 결합 활성화(C-H activation)라는 특정 반응을 이용했다. 이 반응은 유기 분자 내 탄소-수소 결합을 선택적으로 분해해 새로운 화학 결합을 형성하는 과정이다. 연구팀은 TMD를 촉매로 사용해 수소 분자를 가스 형태로 변환시키고, 탄소 분자들이 서로 결합해 정보 저장 점을 형성하도록 유도해 플라스틱 분해를 높였다. 이번 연구는 플라스틱 폐기물 문제 해결을 위한 지속 가능한 방안 모색에 중요한 발걸음을 내디뎠다는 평가를 받고 있다. 하지만 산업적 응용을 위해서는 빛 기반 C-H 활성화 공정의 최적화 및 확장에 대한 추가 연구 개발이 필요하다. 빛 기반 C-H 활성화 공정은 플라스틱 외에도 폴리에틸렌, 계면활성제 등 다양한 고분자 유기화합물에도 적용될 수 있을 것으로 기대된다. 연구 결과는 최근 학술지 '네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)'에 게재됐다. 연구에는 텍사스대학교를 포함해 버클리 캘리포니아 대학교, 일본 도호쿠 대학교, 로렌스 버클리 국립 연구소, 베일리 대학교, 펜실베니아 주립대학교의 연구진이 참여했다.
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[신소재 신기술(79)] 레이저와 2D 물질로 플라스틱 쓰레기 분해
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[신소재 신기술(78)] 유기 태양 전지 패널, 햇빛 20% 전기 변환 성공…실리콘 대체 가능성 높여
- 미국 과학자들이 새로운 유기 태양 전지 패널을 개발해 햇빛의 20%를 전기로 변환하는 데 성공했다. 유기 태양 전지판(Organic Solar Cell)은 빛을 흡수해 전기를 생산하는 태양 전지의 한 종류다. 기존의 실리콘 태양 전지판과 달리 탄소 기반의 유기 반도체 물질을 사용해 제작된다. 캔사스대학교 연구진이 유기 반도체에 햇빛의 20%를 전기로 변환해, 태양 에너지 분야에 혁신을 가져올 수 있는 가능성을 제시했다고 인터레스팅엔지니어링이 보도했다. 수년 동안 실리콘은 태양 에너지 환경을 지배해왔다. 실리콘의 효율성과 내구성 덕분에 태양광 패널에 가장 많이 사용하는 소재가 된 것. 하지만 실리콘 기반 태양전지는 딱딱하고 생산 비용이 비싸서 곡면에 적용하는 데 한계가 있었다. 유기 반도체는 실리콘 태양 전지 패널보다 저렴하고 유연하며, 다양한 색상과 투명도를 구현할 수 있어 차세대 태양 전지 소재로 주목받고 있다. 유기 태양 전지판은 얇고 가벼우며, 플라스틱 기판 등 다양한 소재에 적용할 수 있어 곡면이나 불규칙한 표면에도 설치가 가능하다. 게다가 유기 물질은 실리콘보다 독성이 적고 재활용이 용이해 환경 친화적이다. 유기 반도체는 이미 휴대전화, TV, 가상현실(VR)헤드셋과 같은 가전제품의 디스플레이 패널에 사용되지만 상업용 태양광 패널에는 아직 널리 사용되지 않는다. 유기 반도체인 탄소 기반 소재는 더 낮은 비용과 더 큰 유연성으로 실행가능한 대안을 제공한다. 하지만 지금까지는 빛을 전기로 변환하는 효율성이 낮아 실리콘 태양 전지 패널을 대체하기 어렵다는 한계가 있었다. 연구를 주도한 캔자스 대학교의 물리학 및 천문학 부교수인 와이런 챈 박사는 "이러한 재료는 벽에 페인트를 칠하는 것처럼 용약 기반 방법을 사용해 임의의 표면에 코팅할 수 있기 때문에 태양광 패널의 생산 비용을 잠재적으로 출 수 있다"고 설명했다. 이러한 유기 반도체는 단순히 비용 절감에만 그치지 않는다. 특정 파장의 빛을 흡수하도록 조정할 수 있어 새로운 가능성을 열어준다. 챈은 "이러한 특성 덕분에 유기 태양 전지 패널은 차세대 친환경적이고 지속 가능한 건물에 사용하기에 특히 적합하다"고 덧붙였다. 이번 연구는 유기 반도체의 일종인 비풀러렌 악셉터(NFA)의 높은 효율성에 대한 의문에서 시작됐다. 연구진은 NFA가 기존 유기 반도체보다 뛰어난 성능을 보이는 이유를 규명하는 과정에서 예상치 못한 현상을 발견했다. 특정 조건에서 NFA의 전자가 에너지를 잃는 대신 주변 환경으로부터 에너지를 얻는 현상을 관찰한 것이다. 이는 뜨거운 커피가 주변으로 열을 잃는 것과는 반대되는 현상으로 양자역학과 열역학의 결합으로 설명될 수 있었다. 연구진은 첨단 기술인 시간 분해 이광자 광전자 분해법을 활용해 1조분의 1초보다 짧은 시간 동안 전자의 에너지 변화에 추적했다. 그 결과 NFA의 전자가 양자역학적 특성으로 인해 여러 분자에 동시에 존재하는 것처럼 보이며, 이러한 현상이 열역학 제2법칙과 결합해 열흐름의 방향을 역전시키는 것을 확인했다. 이러한 역전된 열 흐름은 NFA의 전자가 주변 환경으로부터 에너지를 흡수하고 전하 분리 과정을 촉진해 전류 생성 효율을 높이는 데 기여한다. 연구진은 이번 발견이 태양 전지 효율을 20%까지 끌어올려 실리콘 태양 전지와의 격차를 좁히는 데 중요한 역할을 할 것으로 기대하고 있다. 또한 이러한 에너지 획득 메커니즘은 태양 전지 뿐만 아니라 이산화탄소를 유기 연료로 변환하는 광촉매 등 다른 재생 에너지 분야에도 적용될 수 있을 것으로 전망했다. 이는 유기 반도체 기반 기술의 잠재력을 극대화하고, 지속가능한 에너지 시스템 구축에 기여할 수 있는 중요한 발견으로 평가된다. 이번 연구는 '어드밴스드 머티리얼스(Advanced Materials)' 저널에 게재됐다.
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[신소재 신기술(78)] 유기 태양 전지 패널, 햇빛 20% 전기 변환 성공…실리콘 대체 가능성 높여
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[신소재 신기술(74)] 탄소 포집·저장 6배 높인 '하이드레이트'
- 대기에서 포집한 이산화탄소(CO₂)를 6배나 빠르게 저장하는 새로운 하이드레이트 기술이 개발됐다. 미국 텍사스대학교 오스틴 캠퍼스 연구진이 개발한 새로운 대기 중 탄소 포집 하이드레이트 기술은 기존 방식보다 약 6배 빠른 속도로, 유해 화학 촉진제 없이 탄소를 저장할 수 있다고 테크익스로어와 어스닷컴 등 다수 외신이 보도했다. 미국화학회(ACS) 학술지 '지속 가능 화학 및 공학'에 발표된 이 연구에서 연구팀은 이산화탄소 하이드레이트를 초고속으로 형성하는 기술을 개발했다. 이 독특한 얼음 형태의 물질은 이산화탄소를 해저에 저장하여 대기 중 방출을 막는 역할을 한다. 탄소 포집에서 하이드레이트는 이산화탄소를 물 분자와 함께 얼음과 비슷한 고체 상태로 만드는 기술을 의미한다. 하이드레이트는 자체 부피의 최대 180배에 달하는 이산화탄소를 저장할 수 있다. 아울러 일정한 온도와 압력 조건에서 안정적으로 유지되므로 이산화 탄소 누출 위험을 줄일 수 있다. 연구를 이끈 바이바브 바라두르(Vaibhav Bahadur) 교수는 "우리는 대기 중 수십억 톤의 탄소를 안전하게 제거하는 방법을 찾는 엄청난 과제를 안고 있다"며 "하이드레이트는 탄소 저장을 위한 보편적인 해결책을 제공하며, 탄소 저장 분야에서 중요한 역할을 하려면 빠르고 대규모로 성장시키는 기술이 필요하다. 우리는 환경친화적인 방법으로 하이드레이트를 빠르게 성장시킬 수 있음을 입증했다"고 말했다. 이산화탄소는 가장 흔한 온실가스이며, 기후 변화의 주요 원인이다. 탄소 포집 및 저장 기술은 대기 중 탄소를 제거하고 영구적으로 저장하는 기술로, 지구 탄탄소화의 핵심 요소로 간주된다. 현재 가장 일반적인 탄소 저장 방법은 이산화탄소를 지하 저류층이 주입하는 것이다. 이 기술은 탄소를 포집하고 석유 생산을 증가시키는 이중 효과를 갖는다. 그러나 이 기술은 이산화탄소 누출 및 이동, 지하수 오염, 탄소 주입 관련 시 지진 위험 등 심각한 문제를 안고 있다. 또한 지하 저류층 주입에 적절한 지질학적 특징이 부족한 지역도 많다. 바하두르 교수는 하이드레이트가 대규모 탄소 저장을 위한 '차선책'이지만 주요 문제를 극복하면 '최선책'이 될 수 있다고 강조했다. 지금까지 탄소를 포집하는 하이드레이트 형성 과정은 느리고 에너지 집약적이어서 대규모 탄소 저장 수단으로 활용되기 어려웠다.. 이번 연구에서 팀은 기존 방법보다 하이드레이트 형성 기술을 6배 증가시켰다. 이러한 속도와 화학 물질을 사용하지 않는 공정은 대규모 탄소 저장에 하이드레이트를 더 쉽게 활용할 수 있게 한다. 이 연구의 핵심은 마그네슙으로, 화학촉진제 없이도 촉매 역할을 한다. 특정 반응기에서 이산화탄소를 고속 버블링으로 추가하면 빠르고 친환경적인 하이드레이트를 형성할 수 있다. 게다가 해수에서도 잘 작동하기 때문에 복잡한 담수화 공정이 필요하지 않다. 바라두르 교수는 "해저가 안정적인 열역학 조건을 제공하여 하이드레이트 분해를 방지하기 때문에 매력적인 탄소 저장 옵션이다"라며 "우리는 해안선을 가진 모든 국가에 탄소 저장을 가능하게 만들고 있으며, 이는 전세계적으로 탄소 저장 접근성과 실현 가능성을 높여 지속 가능한 미래에 더 가까워지게 한다"고 설명했다. 이번 연구 성과는 탄소 포집뿐만 아니라 해수 담수화, 가스 분리와 저장 등 다양한 산업에도 적용될 수 있다. 연구팀과 텍사스 대학교는 관련 기술에 대한 특허를 출원했으며, 상용화를 위한 스타트업 설립도 고려하고 있다. 하이드레이트 기술은 탄소 포집 및 저장 분야에서 혁신적인 기술로 주목받고 있으며, 지속적인 ㅇ녀구 개발을 통해 미래 탄소 중립 목표 달성에 기여할 것으로 기대된다.
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[신소재 신기술(74)] 탄소 포집·저장 6배 높인 '하이드레이트'
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[신소재 신기술(72)] 새로운 에어로젤, 100% 태양 반사율과 뛰어난 복사냉각 효과 달성
- 중국 과학자들이 젤라틴과 DNA로 이루어진 새로운 생분해성 에어로젤을 개발해 태양 반사율 100%를 달성했다. 에어로젤은 90% 이상 공기로 이루어진 매우 가벼운 고체 물질이다. 세상에서 가장 가벼운 고체 중 하나인 에어로젤은 공기보다 약간 무거운 정도이며, 뛰어난 단열성을 지녀 극한의 온도에서도 열 전달을 효과적으로 막을 수 있다. 최근 중국 쓰촨대학 연구팀은 젤라틴과 DNA로 구성된 에어로젤을 개발해 태양 반사율 104%와 뛰어난 복사 냉각 효과를 달성했다고 인터레스팅 엔지니어링이 보도했다. 미국 과학진흥협회(AAAS)의 공식 성명에 따르면, 이 에어로젤은 생분해성이며 탁월한 복사 냉각 효과를 제공한다. 연구팀은 새러운 에어로젤은 가시광선 영역에서 104%의 반사율을 달성했으며, 이는 광 발광 효과에 의한 것이라고 밝혔다. 에어로젤의 발광은 젤라틴과 DNA가 촘촘하게 연결된 네트워크에서 비롯되며, 이는 발색단들을 함께 모아 시스템의 비복사 전이를 억제하는 데 기여한다. 이 냉각 소재는 특수한 층상 디자인과 빛에 노출될 때 독특하게 빛나는 방식으로 인해 많은 태양광을 반사할 수 있다. 또한 생분해성일 뿐만 아니라 수리와 재활용이 가능해 기존 냉각 소재에 대한 친황경적인 대안을 제시한다. 바이오매스 원료의 냉각 소재 특히, 이 소재는 바이오매스 원료를 사용하여 '워터 용접'이라는 공정으로 제작됐다. 높은 태양 복사 조건에서 주변 온도를 섭씨 16도까지 낮출 수 있으며, 수리와 생분해가 가능하다. 이 연구의 제1저자인 지안웬 마(Jian-Wen Ma)는 젤라틴과 DNA는 구조적으로 균일한 에어로젤을 얻기 위해 동결 건조 공정을 통해 졸-겔 방식으로 설계됐다고 말했다. 마 연구원은 "에어로젤의 다층 구조는 햇빛의 다중 산란/반사를 허용하여 태양 반사율을 효과적으로 향상시킨다"고 말했다. 이 새로운 접근 방식은 에너지 소비가 많고 온실가스 배출량이 많은 기존 냉각 시스템의 문제를 극복하는 것을 목표로 한다. 바이오폴리머 기반 소재를 사용하여 장기적인 안정성과 최소한의 환경 영향을 제공한다. 냉각 소재는 맑음, 흐림 등 다양한 기상 조건에서 테스트에 성공했다. 또한 이 바이오매스 에어로젤은 자연 환경에서 미생물에 의해 생분해될 수 있으며, 고온 용해-재겔화-동결 건조 과정을 통해 재활용할 수 있다. 과학자들은 현재 에어로젤의 잠재적인 실용적인 응용 분야를 모색하고 있으며, 다양한 산업 분야에서의 활용 가능성을 긍정적으로 전망하고 있다. 이 연구는 지난 7월 4일 저널 '사이언스(Science)'에 게재됐다.
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[신소재 신기술(72)] 새로운 에어로젤, 100% 태양 반사율과 뛰어난 복사냉각 효과 달성
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[우주의 속삭임(23)] 달의 신비한 소용돌이는 '지하 마그마' 때문?
- 달의 표면은 회색의 여러 반점 모양으로 유명하다. 망원경을 들여다 보면 달의 표면에서는 또한 밝게 보이는 반점도 발견된다. 달 소용돌이로 알려진 이러한 특징적인 반점들이 지난 1600년대에 처음 발견된 이후, 천문학계는 그 기원이 무엇인지를 계속 탐구해 왔다. 학계에 잘 알려진 ‘라이너 감마’ 소용돌이와 같은 밝은색의 반점 영역은 오늘날까지도 수수께끼로 남아 있다. 라이너 감마는 달 표면 밝게 보이는 반점 형상의 평평한 지대다. 그런 가운데 스탠포드 대학교와 세인트루이스 워싱턴 대학교(WUSL) 과학자팀이 반점에 대한 새로운 연구 결과를 내놓아 주목된다고 사이언스얼라트가 전했다. 새로운 이론을 제시한 것이다. 이 연구는 '지구물리학 연구저널: 행성(Journal of Geophysical Research: Planets)'에 게재됐다. 지구와 달리 달은 태양의 하전 입자로부터 자신을 보호하기 위해 자기장을 발생시키지 않는다. 이는 태양풍이 달 표면과 충돌할 때 화학 반응을 일으켜 시간이 지남에 따라 암석이 더 어둡게 만든다. 즉, 달의 일부 반점처럼 보이는 주머니는 작은 자기장에 의해 보호되는 것으로 보인다. 지금까지 학자들이 발견한 모든 밝은 음영의 달 소용돌이는 이 지역의 자기장들 중 하나와 일치한다. 그러나 그 안에 있는 모든 암석이 반사되는 것은 아니며, 달의 모든 자기장이 소용돌이를 포함하는 것도 아니다. 그렇다면 여기에서는 무슨 일이 벌어지고 있는 것일까. 최근 일부 연구에서는 달과 미세 운석의 충돌이 하전된 먼지 입자를 일으킬 수 있으며, 이 입자가 표면에 도달하는 곳마다 국지적인 자기장이 생성되고 이로 인해 태양풍이 반사된다는 주장이 나왔다. 그러나 스탠포드와 WUSL의 연구팀은 그 가설에 대해 이의를 제기했다. 무언가 다른 힘이 달의 소용돌이를 자화시켜 태양풍 입자를 편향시켰다는 것이다. WUSL의 행성 과학자 미하일 크로친스키는 "충돌로 인해 이러한 유형의 자기 이상 현상이 발생할 수 있지만, 충격에 의한 것이라고 확신할 수 없는 모양과 크기의 소용돌이가 있다"고 지적했다. 크로친스키는 이에 대해 "지각 아래로부터의 힘도 작용할 수 있다"고 제안했다. "지하에 용암이 있다는 것이고, 자기장에서 천천히 냉각되면서 자기 이상 현상을 일으켰다"는 것이다. 연구팀은 그 근거로 달 표면 아래에서 한때 암석이 녹아 흐르고 있었던 레이더 영상 증거를 제시했다. 냉각된 마그마의 지하 흐름은 수십억 년 전의 화산 활동 시기를 나타낸다. 연구팀은 이 마그마 냉각 속도 모델을 사용, 달에 풍부하게 존재하고 화산암에서 흔히 발견되는 일메나이트라는 티타늄-산화철 광물이 어떻게 자화 효과를 낼 수 있는지 조사했다. 그들의 실험은 적절한 조건에서 일메나이트의 느린 냉각이 달의 지각과 상부 맨틀 내의 금속 철 및 철-니켈 합금 입자를 자극해 강력한 자기장을 생성할 수 있음을 보여준다. 팀은 "이 효과가 달 소용돌이와 관련된 강한 자기 영역을 설명할 수 있다"고 결론지었다. 이 결론이 입증되기 위해서는 지하 마그마에 티타늄 함량이 충분해야 한다. 그러나 지금까지 달의 국지적 자기장에 대해 알려진 대부분은 공중을 도는 우주선의 레이더를 사용해 얻은 데이터 측정에서 얻어진 것이다. 실제로 정확히 이해하려면 달 표면을 직접 시추해야 한다. 나사(NASA)는 이를 구체적으로 규명하기 위해 2025년 루나 버텍스(Lunar Vertex) 임무의 일환으로 라이너 감마 소용돌이에 탐사선을 직접 보낸다. 향후 수 년 안에 이 수수께끼를 해결할 증거가 수집될 것으로 기대된다.
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[우주의 속삭임(23)] 달의 신비한 소용돌이는 '지하 마그마' 때문?
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[바이오] 영양소 기반 나노의학으로 암 치료 효율 높여
- 국제 연구진이 영양소를 활용해 암세포에서 휴면 중인 대사 경로를 재활성화함으로써 암을 치료하는 새로운 방법을 개발했다고 과학 전문 매체 사이테크데일리가 전했다. 연구팀은 나노의약 형태로 전달되는, 널리 사용되는 아미노산인 티로신을 활용해 피부암의 심각한 형태인 흑색종의 신진대사를 변화시킴으로써 암 성장을 억제했다고 한다. 이 연구는 중국 상하이 소재 국립 푸단대학교의 웬보 부 교수와 호주 시드니 공과대학의 다용 진 교수가 주도해 수행했으며 연구 결과는 권위 있는 학술 저널인 '네이처 나노테크놀로지(Nature Nanotechnology)' 최신호에 게재됐다. 호주는 세계에서 피부암 발병률이 가장 높은 나라다. 이번에 개발된 새로운 접근법은 현재의 치료법과 결합해 흑색종을 더 온전하게 치료할 수 있다고 보고서는 밝혔다. 이 기술은 또한 다른 유형의 암을 치료할 가능성도 있다. 티로신 나노셀의 개발 티로신은 살아있는 유기체에서 생물학적 이용 가능성이 제한되어 있다. 그러나 연구진은 새로운 나노 기술을 사용해 티로신을 암 세포막에 유인되고 쉽게 분해돼 흡수를 촉진하는 나노미셀이라는 작은 입자로 포장했다. 연구팀은 그 후 실험실에서 쥐와 인간에서 채취한 흑색종 세포를 대상으로 개발된 치료법을 테스트했다. 그 결과 티로신 나노미셀이 휴면 대사 경로를 재활성화하고 멜라닌 합성을 유발하며 종양 성장을 억제한다는 사실을 발견했다. 진 교수는 "통제되지 않은 급속한 성장은 암세포와 정상 세포를 구별하는 핵심 특징이다. 암세포에서는 일부 대사 경로가 과활성화되고, 일부 대사 경로는 억제돼 급속한 확산에 필요한 환경이 조성된다"고 설명했다. 그는 또 "과거에 유방암에서 에스트로겐 합성을 방해하는 아로마타제 억제제와 다양한 암에서 대사 과정을 표적으로 하는 HK2 억제제 등 몇 가지 대사 기반 암 약물이 개발되었지만, 이러한 약물은 과도하게 활성화되는 대사 경로를 억제함으로써 작용한다"고 말했다. 부 교수는 "우리의 연구는 휴면 중인 대사 경로를 재활성화함으로써 암 성장을 멈출 수 있다는 사실을 처음으로 보여준 결과다. 이는 안전하고 쉽게 이용 가능하며 내약성이 좋은 아미노산, 설탕, 비타민 등 간단한 영양소를 사용해 시행할 수 있다"고 의미를 부여했다. 다양한 유형의 암은 다양한 영양소에 반응한다. 흑색종 세포는 멜라닌을 생성하는 피부 세포인 멜라닌 세포에서 발생한다. 티로신은 멜라닌 생성에 필요하며 멜라닌 생성을 자극할 수 있으므로 흑색종에 효과가 있다. 멜라닌 합성의 재활성화는 흑색종 세포가 당분을 에너지로 변환하는 과정인 대사 과정을 감소시키도록 하며, 이는 항암 효과의 메커니즘으로 여겨진다. 흑색종 세포는 또한 열 스트레스에 취약하다. 연구진은 티로신 나노미셀 치료와 근적외선 레이저 치료를 결합함으로써 테스트 6일 후에 생쥐의 흑색종을 박멸했으며, 연구 기간 동안 재발하지 않았다는 사실도 확인했다. 이번 연구 결과는 암 치료를 위한 나노의학 부문에서 새로운 진전을 이루었음을 시사한다는 평가다.
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- IT/바이오
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[바이오] 영양소 기반 나노의학으로 암 치료 효율 높여
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[신소재 신기술(67)] 100% 생분해되는 보리 플라스틱 개발
- 덴마크 코펜하겐 대학교 연구팀이 100% 생분해되는 플라스틱을 개발하고 있다. 이 플라스틱은 보리 전분으로 만들어지며, 기존 플라스틱에 비해 훨씬 빠른 속도인 약 2개월만에 분해된다고 투머로우 월드투데이가 보도했다. 플라스틱은 가볍고 질기며 저렴한 가격과 다양한 활용성 등 많은 장점을 가지고 있지만 환경 오염 문제를 일으키는 주요 원인 중 하나다. 코펜하겐 대학교에 따르면 플라스틱 생산 과정에서 발생하는 이산화탄소 배출량은 전체 항공 교통량을 합친 것보다 많다. 또한 자연적으로 분해되지 않고 미세 플라스틱 형태로 환경에 잔류해 심각한 문제를 야기한다. 미세 플라스틱은 인체의 뇌와 폐, 태반을 비롯해 고환과 음경 등의 생식기에도 검출됐다는 새로운 연구가 속속 발표되고 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 코펜하겐 대학교 연구팀은 변형된 보리 전분으로 만들어져 2개월 안에 완전히 분해되는 새로운 플라스틱을 개발했다. 이 플라스틱은 작물에서 얻은 천연 식물성 원료를 사용해 식품 포장재 등에 활용될 수 있다. 연구팀의 안드레아스 블레노우 교수는 "플라스틱 폐기물 문제는 재활용만으로는 해결할 수 없다"며 "우리는 기존 바이오 플라스틱보다 강하고 물에 대한 내성이 뛰어난 새로운 종류의 바이오 플라스틱을 개발했다"고 밝혔다. 또한 "이 플라스틱은 100% 생분해 가능하며, 미생물에 의해 퇴비로 전환될 수 있다"고 부연했다. 새로운 바이오 플라스틱은 아밀로스와 셀룰로오스라는 식물성 원료를 주성분으로 하며 쇼핑백, 포장재 등 다양한 용도로 활용될 수 있는 잠재력을 가지고 있다. 연구팀은 아직 실험실 단계의 시제품만 개발했지만 덴마크를 비롯한 여러 지역에서 대량 생산이 가능할 것으로 전망했다. 블레노우 교수는 "바이오 플라스틱은 새로운 개념에 아니지만 오해의 소기자 있는 이름"이라고 지적했다. 현재 제한된 양의 바이오 플라스틱만이 분해 가능하며, 산업용 퇴비화 공장에서 특수한 조건에서만 분해된다는 게 그의 설명이다. 그는 "저는 그 이름이 적절하지 않다고 생각한다. 가장 흔한 유형의 바이오 플라스틱은 자연에 버려지면 쉽게 분해되지 않기 때문이다"라고 말했다. 블레노우 교수는 "플라스틱이 분해되는 과정은 수년이 걸릴 수 있으며, 일부는 미세 플라스틱으로 계속 오염을 일으킨다"며 "바이오 플라스틱을 분해하기 위해서는 특수 시설이 필요하다"고 거듭 강조했다. 소위 바이오 북합체에는 자연적으로 분해되는 여러 가지 성분이 포함되어 있다. 주요 성분은 식물계에서 흔히 볼 수 있는 아밀로스와 셀룰로오스다. 예를 들어 아밀로스는 옥수수, 감자, 보리 등에서 추출된다. 어밀로스와 셀룰로오스는 길고 강한 분자 사슬을 형성한다. 아밀로스가 풍부한 전분의 전체 생산 사슬을 이미 존재한다. 실제로 매년 수백만 톤의 순수 감자 전분과 옥수수 전분이 생산되어 식품 산업과 다른 여러 분야에서 사용된다고 불레노우 교수는 밝혔다. 그러나 플라스틱을 효율적으로 재활용하는 것은 결코 간단하지 않다. 각각의 플라스틱의 주요 차이점으로 인해 플라스틱을 분류하는 방법이 다 다르기 때문이다. 또 플라스틱을 재활용하기 위해서는 오염 물질이 용기 내부에 조금이라도 남아 있으면 안 된다. 블레노우 교수는 "플라스틱 재활용은 복잡하고 어려운 문제이며, 근본적인 해결책이 될 수 없다"며 "플라스틱처럼 작동하면서 환경을 오염시키지 않는 새로운 소재를 개발하는 것이 중요하다"고 강조했다. 현구팀은 현재 특허 출원을 처리 중이다. 승인되면 새로운 바이오 복합소재를 생산할 수 있는 기반이 마련될 수 있다.
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[신소재 신기술(67)] 100% 생분해되는 보리 플라스틱 개발
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[기후의 역습(18)]이산화탄소 2배 증가하면 지구 온도 최대 14도 높아져
- 대기 중 이산화탄소(CO₂) 양이 두 배 증가하면 지구의 평균 기온이 7도에서 최대 14도까지 높아질 수 있다는 연구 결과가 발표돼 주목된다고 PHYS가 전했다. 네덜란드 왕립해양연구소(NIOZ)와 위트레흐트 대학교 및 브리스톨 대학교의 공동 연구팀은 캘리포니아 인근 태평양에서 드릴로 뚫어 채취한 코어 퇴적물을 분석한 결과 이 같은 사실을 발견했다고 밝혔다. 연구 결과는 '네이처 커뮤니케이션(Nature Communications)'에 게재됐다. 연구팀의 케이틀린 위트코프스키 박사는 "연구 결과 나타난 기온 상승 예상치는 유엔 기후변동에 관한 전부간 패널(IPCC)이 지금까지 추정해 온 2.3~4.5도 상승보다 무려 3배 가까이 높다"고 말했다. 연구팀은 태평양 해저 바닥에서 추출한 45년 된 퇴적물 드릴 코어를 사용해 분석했다. 팀은 "코어를 추출한 지점의 해저에는 수백만 년 동안 무산소 상태였다. 이 때문에 이 코어는 탄소를 측정하는 우리 연구에 매우 적합했다"고 말했다. 산소가 없었기 때문에 결과적으로 유기물은 미생물에 의해 잘 분해되지 않고 더 많은 탄소가 보존됐다는 것이다. 위트코프스키는 "지난 1500만 년 동안의 이산화탄소 상태를 단일 지점에서 조사한 연구는 없었다"며 "채취된 드릴 코어의 상부 1000m는 지난 1800만 년의 역사를 담고 있다"고 설명했다. 연구진은 새로운 접근 방식을 적용, 이 코어 기록에서 과거 해수 온도와 고대 대기의 이산화탄소 수준을 추출할 수 있었다. 연구진은 20년 전 NIOZ에서 개발된 'TEX86'이라는 방법을 사용하여 온도를 도출했다. TEX86은 특수한 종류의 미생물인 고세균 막에 존재하는 특정 물질을 사용하는 분석 방법이다. 고세균은 해양 상부 200m 수온에 따라 막의 구성을 화학적으로 최적화한다. 그 막의 화학 물질은 해양 퇴적물에서 분자화석으로 발견된다. 연구팀은 이를 채취해 분석했다. 연구진은 조류에서 흔히 발견되는 두 가지 물질인 엽록소와 콜레스테롤의 화학적 성분을 사용해 과거 대기의 이산화탄소 함량을 도출하는 새로운 접근 방식을 적용했다. 이는 정량적 이산화탄소 측정을 위해 콜레스테롤과 엽록소를 사용한 최초의 연구다. 이들 콜레스테롤과 엽록소를 생성하려면 조류는 물에서 이산화탄소를 흡수하고 광합성을 통해 고정(탄소 고정)해야 한다. 한편, 지구상의 탄소 중 아주 작게는 일반적인 12C가 아니라 다소 '무거운 형태'인 13C로도 발생한다. 이산화탄소 소비에 관한 한 조류는 분명히 12C를 선호한다. 그러나 물속의 이산화탄소 농도가 낮을수록, 많은 조류들이 드물게 발생하는 13C도 이용한다. 따라서 엽록소와 콜레스테롤 두 물질의 13C 함량은 바닷물의 이산화탄소 함량을 측정하는 척도가 되며, 이는 용해도 법칙에 따라 대기의 이산화탄소 함량도 연이어 측정할 수 있다. 연구진은 이 같은 새로운 방법을 사용해 이산화탄소 농도가 1500만 년 전 약 650ppm에서 산업 혁명 직전 280ppm으로 떨어진 것으로 추정된다고 밝혔다. 연구팀은 나아가 지난 1500만 년 동안 도출된 온도와 대기 이산화탄소 수준을 각각 그래프로 표시하고 비교했다. 그 결과 둘 관계가 밀접하게 관계됐다는 사실도 발견했다. 1500만 년 전의 지구 평균 기온은 18도가 넘었다. 이는 오늘날보다 4도 더 높은 것으로, IPCC가 가장 극단적인 시나리오에서 2100년을 예측하는 수준과 비슷하다. 연구팀은 "우리의 연구는 인류가 이산화탄소 배출을 줄이기 위한 조치를 등한시하고 탄소 배출을 상쇄하기 위한 혁신을 이룩하지 않으면 미래가 어떻게 나빠질 수 있는지를 엿볼 수 있게 해 준다"라고 강조했다. 이산화탄소의 농도가 생각보다 더 온도에 더 큰 영향을 미칠 것이라는 경고다.
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- 포커스온
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[기후의 역습(18)]이산화탄소 2배 증가하면 지구 온도 최대 14도 높아져
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로봇을 음식처럼 먹는다?…식재료로 만들어 식용 가능한 로봇 개발
- 스위스 로잔연방공대(EPFL: École Spéciale de Lausanne)를 비롯한 유럽 여러 대학 연구원 팀이 사람이 먹을 수 있는 식용 로봇을 개발하고 있어 관심을 모으고 있다고 기술 전문 매체 테크레이다가 전했다. 여기에는 로잔연방공대 외에 네덜란드의 바헤닝언대학, 영국 브리스톨대학, 이탈리아공과대학 등의 연구원이 참여했으며, 이들은 공식 프로젝트 명칭을 로보푸드(RoboFood)라고 명명했다. 참여 연구원은 플로리아노, 렘코 붐, 조나단 로시터, 마리오 카이로니 등이다. 로보푸드 프로젝트는 로봇으로서의 기능을 수행할 뿐만 아니라, 로봇 재료가 생분해성이며, 사람이 먹어도 안전한 먹는 로봇을 개발하는 것이 목표다. 연구팀은 먹을 수 있는 로봇이 전자 폐기물을 줄일 수 있고, 사람에게는 영양과 의약품을 전달하며, 나아가 건강을 모니터링하는 기능 구현도 가능하고, 새로운 음식을 제공할 수 있을 것이라고 밝히고 있다. 이 프로젝트는 로봇을 만들 때 식용 재료를 사용함으로써 기존의 비식용 부품을 대체하는 방법을 모색한다. 예를 들어 젤라틴은 고무 대신 사용할 수 있고, 쌀 쿠키는 스티로폼과 유사한 품 부품으로 사용할 수 있다. 습한 환경에서 로봇을 보호하는 필름 재료로는 초콜릿을 활용하는 것이 연구되고 있다. 다른 혁신적인 재료로는 사탕류의 일종인 구미베어와 활성탄으로 만든 전도성 잉크가 있다. 연구팀이 진행하는 식용 로봇의 발전은 느리지만 꾸준하다. 팀은 2017년 식용 그리퍼(사람 손처럼 물체를 쥐는 로봇팔)를 만들었다. 2022년에는 쌀과자 날개와 젤라틴 접착제를 갖춘 드론을 개발했고 이어 젤라틴 다리와 식용 기울기 센서를 가진 롤링 로봇이 설계됐다. 2023년에는 소형 기기에 안전하게 전원을 공급할 수 있는 리보플라빈(비타민B2 복합체)과 퀘르세틴(항산화제로 알려진 플라보노이드 식물 화합물)으로 만든 최초의 충전식 식용 배터리를 개발했다. 로보푸드 프로젝트 팀원이자 EPFL 지능형시스템 연구소 소장인 플로리아노 박사는 독특한 성격을 거론하며 "로봇과 식품을 기술적으로 결합하는 새로운 시도이자 흥미로운 도전"이라고 말했다. 기술적인 진전에도 불구하고 사람이 반응성을 보이는 식용 로봇을 어떻게 인식할 것인지를 이해하고, 전기 및 기계 부품을 식재료와 원활하게 통합하는 등의 과제는 여전히 남아 있다. 연구팀은 전기를 사용해 작동하는 부품과 이동을 위해 유체 및 압력을 사용하는 부품을 결합하는 데 어려움을 겪고 있다. 식용 가능한 재료를 전기 및 전자부품과 통합하는 데 따르는 어려움이다. 먹을 수 있는 로봇을 만들기 위해서는 또한 부품을 소형화하고 로봇 식품의 유통기한을 연장하는 방법을 찾아야 한다. 물론 로봇의 맛을 좋게 만드는 방법 연구도 중요하다고 지적했다.
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로봇을 음식처럼 먹는다?…식재료로 만들어 식용 가능한 로봇 개발
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