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2024-11-23 (토)

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큰돌고래, '전기 감각'으로 사냥 성공률 높인다

우리 말로 '물돼지'라고도 알려진 돌고래, 특히 큰돌고래에 대한 흥미로운 연구 결과가 미국의 유명 매거진 스미스소니안(Smithsonian)을 통해 보도됐다. 큰돌고래는 지능이 높고 긴 주둥이를 가지고 있으며, 머리의 정수리 부분에 있는 '멜론'이라는 지방 기관을 통해 다양한 초음파를 생성하여 의사소통을 한다고 알려져 있다. 이 돌고래는 예리한 시력과 청각, 그리고 반향정위라는 고유한 음파 탐지 시스템으로 먹이를 사냥한다. 최근 익스페어리멘탈 바이올로지 저널(Journal of Experimental Biology)에 게재된 연구에 따르면, 큰돌고래는 전기펄스 감지라는 또 다른 감각을 활용하고 있는 것으로 밝혀졌다. 연구에 따르면, 큰돌고래의 주둥이에는 전기를 감지할 수 있는 '진동 구덩이'라는 보조개가 존재하며, 이는 물고기 사냥과 바다 주변 탐색에 큰 도움을 주고 있다. 더욱이, 갓 태어난 돌고래의 이 구덩이에는 수염이 있는데, 이는 기존 연구자들이 생각했던 것과 달리 중요한 기능을 할 수 있다는 새로운 관점을 제공한다. 이번 발견은 큰돌고래가 희귀한 전기 수용 능력을 가진 작은 포유류 그룹에 포함될 수 있음을 시사한다. 현재까지 이 특이한 감각을 지닌 것으로 알려진 포유류는 오리너구리와 바늘두더지 뿐이다. 반면, 상어와 같은 연골 어류 그룹은 전기장에 대한 민감성이 매우 높은 것으로 알려져 있다. 특히 일부 상어 종은 ㎠당 50억분의 1볼트 정도의 매우 약한 전류도 감지할 수 있는 능력을 가지고 있다. 해양 포유류의 이러한 능력을 테스트하기 위해, 연구자들은 조련사와 협력하여 돌리(Dolly)와 도나(Donna)라는 두 마리의 포획된 큰돌고래에게 금속 막대에 대한 전기 충격을 감지하는 방법을 가르쳤다. 이를 위해 연구원들은 맞춤형 전기장 발생기에 연결된 전극을 사용하여 다양한 강도의 전기장을 전달했다. 독일 뉘른베르크 동물원의 생물학자 팀 휘트너(Tim Hüttner)는 "이것은 인간이 청력 검사를 받는 것과 유사하며, 돌고래들은 실험에서 정확하게 반응했다"고 말했다. 도나는 더 높은 감도를 보여주었다. 도나는 ㎝당 2.4㎶ 만큼 낮은 직류(DC)를 감지할 수 있었다. 반면 돌리의 임계값은 ㎝당 5.5㎶에 그쳤다. 바이오로지스(The Company of Biologists)는 돌고래에 대한 직류(DC) 전기장 실험에 이어, 교류(AC) 전기장을 인지하는 능력도 테스트했다. 연구에 따르면, 모든 수중 유기체는 정적인 직류 장을 생성하지만, 물고기와 같은 일부 유기체는 아가미 움직임에 따라 펄스 형태의 교류 장을 생성한다고 한다. 연구 팀은 초당 1회, 5회, 그리고 25회의 펄스를 가진 다양한 주파수의 AC 전기장을 실험했다. 연구 결과, 두 돌고래 모두 DC 전기장에 대해 더 민감한 반응을 보였으나, 저주파 AC 전기장에도 잘 반응하는 것으로 나타났다. 독일 로스토크 대학의 해양 생물학자인 귀도 덴하르트(Guido Dehnhardt)는 "약한 전기장에 대한 돌고래의 민감성이 물고기를 사냥할 때, 특히 퇴적물에 숨어 있는 먹이를 찾는 데 도움이 될 수 있다"고 말했다. 하지만, 큰돌고래가 이 능력을 실제로 야생에서 어떻게 활용하는지는 아직 명확히 알려지지 않았다. 이 전기 감각은 먹이 사냥뿐만 아니라, 지구 자기장의 변화를 감지해 탐색하는 데에도 유용할 수 있다. 연구팀은 앞으로 돌고래의 움직임과 이 감각 사이의 관계를 더 연구할 계획이다. 이전의 연구에서는 태양 폭풍이 일으키는 행성 자기장의 변화와 돌고래 및 고래의 대량 좌초 사이의 연관성을 제시했다. 새로운 연구는 이 현상에 대한 설명을 시작할 것으로 기대된다.
- 생활경제
2023-12-15
항암제 알펠리십, 유방암 환자 고혈당증 위험 높인다

최근 과학자들은 일반적으로 사용되는 암 치료 약물에 잠재적인 부작용이 있을 수 있다는 것을 발견했다. 특히, 경구용 암 치료제인 알펠리십을 복용하는 유방암 환자들 사이에서 고혈당증이나 고혈당 발생률이 증가하는 경향이 관찰됐다. 과학기술 전문 매체 '사이테크데일리(SciTechDaily)'는 미국 암 학회(American Cancer Society)의 심사 저널 '캔서(Cancer)'에 게재된 이 같은 연구결과를 보도했다. 알펠리십은 세포 성장에 중요한 역할을 하는 포스포이노시티드 3-키나아제(PI3K) 단백질을 특이적으로 억제하는 약물이다. PI3K 단백질의 돌연변이는 암 발병과 연관이 있어, 이를 타겟으로 하는 치료법이 개발됐다. 2019년에는 미국 식품의약국(FDA)이 특정 유형의 전이성 유방암 치료를 위해 에스트로겐 수용체를 차단하는 약물 풀베스트란트와 함께 알펠리십의 사용을 승인했다. 하지만 최근의 연구는 PI3K 타겟 약물이 고혈당증과 같은 부작용을 유발할 수 있음을 시사한다. 이러한 부작용은 심할 경우 탈수나 신장 손상을 초래하고, 입원이 필요할 수도 있다. 메모리얼 슬론 케터링 암 센터(Memorial Sloan Kettering Cancer Center)의 셰리 셴(Sherry Shen) 박사와 그의 연구팀은 알펠리십을 복용하는 전이성 유방암 환자들에서 고혈당증의 발생률, 위험 요인 및 치료 패턴에 대한 연구를 시작했다. 이 연구는 임상시험 및 해당 기관에서 표준치료로 치료받은 환자들을 대상으로 이루어졌다. 연구 결과에 따르면, 알펠리십을 표준치료로 받은 147명의 환자 중 80.3%에서 고혈당증이 발생했으며, 이 중 40.2%는 중증의 고혈당증을 겪었다. 임상시험 기간 동안 알펠리십 치료를 받은 100명의 환자 중에서는 고혈당증 발생률이 34.0%, 중증 고혈당증 발생률이 13.0%로 나타났다. 이 연구에서 알펠리십 투여 후 고혈당증 발병까지 평균 소요 시간은 16일이었다. 연구팀은 당뇨병 전증이나 당뇨병의 지표인 헤모글로빈 A1c의 초기 상승이 고혈당증 발병의 위험 요인임을 발견했다. 고혈당증이 발생한 환자 중 66.4%가 치료를 받았으며, 이 중에서 가장 일반적으로 사용된 치료제는 당뇨병 약물인 메트포르민이었다. 셴 박사는 "PI3KCA 돌연변이가 있는 환자들이 알펠리십 치료를 받을 경우, 헤모글로빈 A1c 수치를 체크하고 환자의 주치의 및 내분비학자와 협력하여 혈당 수치를 최적화하는 것이 필요하다"고 강조했다. 이는 알펠리십 복용을 시작하기 전에 혈당 상태를 관리하고 당뇨병 전증/당뇨병에 대한 선제적 대응을 통해 고혈당증 발병 위험을 낮출 수 있기 때문이다. 또한 셴 박사는 또한 "알펠리십 치료를 시작하기 몇 달 전에 이러한 조치를 취해야 한다. 알펠리십을 복용하면 대부분의 경우 치료 후 처음 몇 주 이내에 고혈당증이 발생하는 경향이 있기 때문이다"라고 덧붙였다. 그는 혈당 상태를 개선하고 당뇨병 전증/당뇨병을 치료하는 데 선제적으로 대처하면 환자의 고혈당증 발병 위험을 낮출 수 있어 암에 효과적일 수 있는 약물을 중단해야 할 위험을 낮출 수 있다"고 주장했다. 이러한 조치는 암 환자들에게 효과적인 약물 치료를 지속하는 데 도움이 되며, 고혈당증으로 인한 치료 중단의 위험을 줄일 수 있다. 선임 연구자인 닐 M. 아이옌가(Neil M. Iyengar) 의학박사는 암 치료 중 환자의 혈당 수치를 최적화하기 위해 식이 요법, 운동 패턴의 변화, 그리고 특정 약물의 도입이 필요할 수 있다고 언급했다. 아이옌가 박사는 "생활습관의 개선을 통한 대사 위험 요인 관리는 알펠리십의 용량 전달과 효과를 높일 수 있다"며, "현재 우리 연구팀과 다른 연구 그룹들은 케톤 생성 식이요법이나 당뇨병 치료에 사용되는 새로운 약물 등 대사 중재가 PI3K 경로를 표적으로 하는 암 치료의 효능을 향상시키는지 여부를 임상시험을 통해 검증하고 있다"고 말했다.
- IT/바이오
2023-12-08
박테리아 게놈서 희귀 CRISPR 시스템 188종 발견

최근의 한 연구에서 과학자들은 박테리아 게놈에서 188종의 새롭고 희귀한 CRISPR(크리스퍼, 유전자 가위) 시스템을 발견했다. 새로 발견된 이 시스템들은 인간 세포의 DNA를 편집할 수 있는 잠재력을 가지고 있으며, RNA를 표적으로 하는 것은 물론 다양한 기능을 가진 여러 세포를 편집할 수 있다고 알려져 있다. 사이테크데일리에 따르면 188종의 CRISPR에는 수십억 개의 단백질 서열 중에서 발견된 새로운 7형 CRISPR-Cas 시스템이 포함된다. 이 접근법의 발견은 CRISPR 시스템을 활용하고 방대한 미생물 단백질의 다양성을 탐구할 수 있는 새로운 가능성을 제시한다. 미국의 IT전문 매체 인터레스팅 엔지니어링(INTERESTING ENGINEERING)은 CRISPR는 유전자 가위와 같은 역할을 하는 유전자 편집 도구로, 과학자들이 원하는 위치의 DNA의 원하는 위치를 원하는 방식으로 변경할 수 있게 해준다고 보도했다. 이 기술에는 원하는 표적 유전자와 일치하는 가이드 RNA와 이중 가닥 DNA 절단을 유발하는 엔도뉴클레아제인 Cas9(크리스퍼 관련 단백질 9)의 두 가지 필수 구성 요소가 포함되어 있다. 하나는 원하는 표적 유전자와 일치하는 가이드 RNA이고, 다른 하나는 이중 가닥 DNA 절단을 유발하는 엔도뉴클레아제인 Cas9이다. CRISPR의 두 가지 구성 요소 중 가이드 RNA는 DNA 분자에서 표적 유전자를 인식한다. Cas9는 가이드 RNA를 따라 표적 유전자에 결합한 다음, DNA를 절단한다. 이 절단은 유전자의 활성이나 발현을 변화시킬 수 있다. CRISPR 시스템은 유전자 가위처럼 작용하여 DNA를 정밀하게 편집할 수 있는 혁신적인 유전자 편집 도구이다. CRISPR는 유전적 질병의 치료에 큰 잠재력을 가지고 있으며, 유전적 질병을 유발하는 유전자를 제거하거나 교체하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 혈우병이나 암과 같은 질병의 치료에 크리스퍼 기술을 활용할 수 있다. 그러나 크리스퍼의 사용은 윤리적인 문제를 야기하고 있다. 크리스퍼를 통해 인간의 유전자와 배아를 수정할 수 있다는 점은 유전적 우월주의를 조장하거나 개인의 신체적 자율성에 대한 침해 가능성을 제기한다. 이러한 윤리적 고려사항은 CRISPR 기술의 발전과 적용에 있어 중요한 고려사항으로 남아 있다. 새로운 알고리즘 '플래시클러스터' 이 연구는 MIT와 하버드 대학교의 브로드 연구소, MIT 맥거번 뇌 연구소, 그리고 미국 국립보건원(NIH) 산하 국립 생명공학 정보 센터(NCBI)의 과학자들이 참여했다. 연구팀은 새로운 알고리즘인 '플래시클러스터(FLSHclust)'를 사용하여 이번 발견을 주도했다. 플래시클러스터는 대규모 게놈 데이터베이스를 신속하게 검색할 수 있는 기술로, 지역성 민감성 해시 기반으로 작동하여 유사한 개체를 클러스터링하는 방식으로 구성되어 있다. 이 기술을 활용함으로써 연구팀은 수십억 개의 단백질 및 DNA 염기서열을 훨씬 더 짧은 시간 안에 분석할 수 있게 됐다. 새로운 기능 발견 연구팀은 이 시스템 중 두 가지가 인간 세포의 DNA에 작은 변화를 일으킬 수 있다는 것을 확인했다. 또한 이러한 Type I 시스템은 CRISPR-Cas9과 크기가 유사하기 때문에 현재 CRISPR에 사용되는 것과 동일한 유전자 전달 방법을 사용하여 동물이나 인간의 세포에 전달될 수 있다. 또한, 또 다른 Type I 시스템은 셜록(SHERLOCK)과 같은 신속한 질병 진단에 사용되는 방법과 유사하게 표적화 후 광범위한 핵산 분해를 일으켰다. 이 연구는 또한 RNA 편집 및 유전자 발현 또는 세포 활동 감지에 유용한 Type IV 및 Type VII CRISPR 시스템의 새로운 기능을 발견했다. CRISPER의 잠재적 응용 이 연구는 CRISPR 시스템의 다양성과 게놈 편집, 진단 및 세포 활동 이해와 같은 다양한 분야에서의 잠재적 응용 분야를 탐구하는 것을 목표로 했다. 연구팀은 이 새로운 알고리즘을 통해 과학자들이 결과를 복구하고 생물학적 가설을 세울 수 있을 만큼 충분히 짧은 시간 프레임에 데이터를 분석할 수 있다고 설명했다. 연구소에 따르면 알고리즘은 분석 시간을 몇 달에서 몇 주로 단축했다. 이 연구는 박테리아 게놈에 존재하는 다양한 CRISPR 시스템의 잠재적 응용 분야를 탐구하는 데 중요한 단계이다. 새로운 알고리즘은 과학자들이 이러한 시스템을 더 빠르고 효율적으로 연구할 수 있도록 하여 새로운 치료법과 기술 개발에 도움이 될 수 있으로 기대된다.
- IT/바이오
2023-12-05
위스키에 콜라 섞어 마셔도 괜찮을까? 누리꾼 갑론을박

최근 온라인 커뮤니티에서 위스키에 콜라를 섞어 마시는 것에 대한 논쟁이 벌어지고 있다고 영국 매체 래드 바이블(ladbible)이 보도했다. 일부 사람들은 위스키를 고급 술로 여기며, 그 맛과 풍미를 순수하게 즐겨야 한다고 주장했다. 이들은 위스키의 본연의 향과 맛을 제대로 느끼기 위해서는 콜라 같은 다른 음료와 섞지 않고 스트레이트로 마시는 것이 좋다는 설명이다 반면, 다른 사람들은 위스키는 취향에 따라 즐길 수 있는 술이라고 주장한다. 위스키의 쓴맛을 싫어하거나, 콜라와 함께 마시는 것이 더 맛있다고 느끼는 사람들도 있다는 것이다. 이 논쟁은 술에 대한 개인적인 취향과 문화적 차이를 반영하고 있다. 어떤 사람들은 위스키를 예술 작품처럼 소중하게 여기는 반면, 다른 사람들은 술이 단지 취향을 즐기는 수단이며, 각자가 원하는 방식대로 즐길 수 있다고 생각한다. 실제로 미국의 소셜 뉴스 집계와 토론 웹사이트 레딧(Reddit)의 '엠아이더에이 홀(AmItheA**hole)' 포럼에서 한 사용자가 생일 선물로 받은 고급 위스키에 콜라와 섞어 마시다가 남자친구와 충돌한 내용에 대해 소개했다. 이 글에 대해 일부 위스키 순수주의자들은 "움찔했다"고 반응하며, "내 영혼의 일부가 죽었다"고 표현했다. 그러나 "당신은 그것을 소비하는 사람이니, 원하는 대로 즐기세요"라는 의견도 있었다. 또한, 많은 사람들이 값싼 탄산음료와 비싼 위스키를 섞는 것에 대해 동의하지 않았지만, 위스키를 마시는 방식에 대한 개인의 취향을 존중해야 한다는 의견이 우세했다. 결론적으로, 위스키에 콜라를 섞어 마실지 여부는 개인의 취향에 따라 결정하는 문제이다. 중요한 것은 다른 사람의 취향을 존중하는 것이다.
- 생활경제
2023-12-01
ETH 취리히, 뼈·인대·힘줄 로봇 손 3D 프린팅 성공

스위스의 한 공과대학에서 3D 프린팅을 통해 뼈와 인대 등을 갖춘 로봇 손을 제작했다. 연구원들이 처음으로 뼈, 인대, 힘줄이 있는 로봇 손을 인쇄하는 데 성공했으며 이를 이용하면 부드러운 재료와 단단한 재료를 결합하는 것이 훨씬 쉬워진다고 미국 IT매체 엔가젯(Engadget)이 최근 보도했다. 스위스 취리히 연방공과대학(ETH 취리히)의 연구원들은 잉크빗(Inkbit)이라는 미국 기반 스타트업과 함께 사람의 손과 유사한 로봇 손을 3D 프린팅했다. 그들은 처음으로 뼈, 인대, 힘줄을 갖춘 로봇 손을 프린트했는데, 이는 3D 프린팅 기술의 큰 도약을 의미한다는 것이 엔가젯의 설명이다. 연구 성과가 게재된 '네이처(Nature)' 저널에 따르면 로봇 손의 뼈와 힘줄 등 여러 부분이 동시에 인쇄됐으며 나중에 별도로 조립되지 않았다는 점에 주목해야 한다. 로봇 손의 각 부품은 다양한 부드러움과 강성을 지닌 폴리머로 제작되었으며, 이는 새로운 레이저 스캐닝 기술을 통해 가능했다. 이 기술은 '탄성을 지닌 특수 플라스틱'을 한 번에 만들 수 있으며, 이를 통해 보다 복잡하고 세밀한 구조를 구현할 수 있다. 이러한 기술적 진보는 보철 분야와 소프트 로봇 구조의 생산에 큰 가능성을 열어준다. 기존에는 빠르게 경화되는 플라스틱에 주로 사용되었던 3D 프린팅 기술을, 잉크빗 연구원들은 느린 경화 플라스틱에도 적용할 수 있는 방법을 개발했다. 이 하이브리드 프린팅 방법은 내구성과 탄성을 개선하는 등 여러 장점을 제공한다. 이 기술을 통해 자연을 보다 정확하게 모방하는 것이 가능해져, 로봇 공학 및 의료 분야에서의 적용 가능성이 크게 확대될 것으로 예상된다. ETH 취리히의 로봇공학 교수인 로버트 카츠슈만(Robert Katzschmann)은 최근 그들이 개발한 부드러운 소재로 만들어진 로봇 손의 장점에 대해 설명했다. 그는 "우리가 개발한 부드러운 소재로 만들어진 로봇은 인간과 작업할 때 부상 위험이 적고 깨지기 쉬운 물건을 다루는 데 더 적합하다"고 말했다. 이러한 3D 프린팅 기술의 발전은 여전히 레이어별로 인쇄되는 기존의 방식을 따르지만, 통합 스캐너를 사용하여 프린팅 중 표면의 이상 여부를 지속적으로 확인하고, 시스템에 다음 재료 유형으로 이동하라고 지시한다. 또한, 느린 경화 폴리머 사용을 위해 압출기와 스크레이퍼가 업데이트됐다. 이 기술은 다양한 산업에 적합한 독특한 물체를 만들기 위해 강성을 미세 조정하는 데 사용될 수 있다. 인간의 손과 같은 부속물을 만드는 것은 이 기술의 하나의 사용 사례에 불과하며, 소음과 진동을 흡수하는 제조 물체를 만드는 데도 이 기술이 활용될 수 있다. 이러한 발전은 로봇공학, 의료 기술, 제조업 등 다양한 분야에서 혁신적인 솔루션을 제공할 잠재력을 가지고 있다. MIT 산하 스타트업 잉크빗은 이 혁신적인 3D 프린팅 기술 개발에 기여했다. 이 회사는 이미 이를 활용해 수익을 창출할 방법을 모색하기 시작했다. 회사는 곧 새로 개발된 프린터를 제조업체에 판매할 계획이며, 또한 이 기술을 이용한 복잡한 3D 프린팅 제품들을 소규모 기업에게도 판매할 예정이다. 이는 잉크빗이 제조업계에 새로운 기술을 제공하고, 다양한 시장에 진출하려는 전략의 일환으로 보인다. 한편, 3D 프린트 제조업체인 3D시스템즈에 따르면, 3D 프린팅 기술을 사용해 실리콘을 제작하는 것은 기존 사출 성형에 비해 최대 90% 정도 더 빠르고, 엄청난 비용과 시간을 절약할 수 있다. 의료 분야에서 3D 프린팅의 도입은 진단, 치료, 외과적 개입 방식에 혁신을 가져오고 있다. 특히 맞춤형 임플란트와 보철 영역에서의 응용은 3D 프린팅 기술의 가장 유망한 사용 사례 중 하나로 평가된다. 이 기술을 통해 개별 환자에게 최적화된 맞춤형 관절 임플란트, 복잡하게 설계된 의족 등을 제작함으로써 환자의 삶의 질을 크게 향상시킬 수 있다. 또한, 의료 기기와 수술 도구를 주문 제작할 수 있어 의료 공급자는 리드 시간과 비용을 줄이고 환자의 요구에 신속하게 대응할 수 있다. 이러한 다양한 접근 방식으로 인해 의료용 3D 프린팅의 가능성은 점점 더 현실화되고 있다. 이는 의료 분야에서의 혁신과 질적 향상을 이끌고 있으며, 향후에도 더 많은 발전이 기대된다.
- 생활경제
2023-11-28
美 MIT, 연필심 흑연에서 5층 능면체 적층 그래핀 개발

미국 MIT의 물리학자들이 연필심에 사용되는 흑연, 즉 그래파이트에서 새로운 형태의 그래핀을 개발했다는 소식이 전해졌다. 이 그래핀은 흑연의 5층 능면체 구조를 적층하여 제작됐다. 흑연은 탄소로 구성된 광물로, 연필심의 주요 성분이다. MIT 뉴스에 따르면, 연구팀은 5개의 얇은 층을 특정 순서대로 쌓아 천연 흑연에서 볼 수 없었던 중요한 세 가지 특성을 지닌 새로운 재료를 만들어냈다. 이 연구를 이끈 물리학과 롱 주(Long Ju) 조교수는 "자연에는 놀라움이 많고, 특히 흑연에 많은 흥미로운 특성이 내장되어 있음을 발견했다"며, 이러한 다양한 특성을 지닌 재료를 찾는 것이 매우 드물다고 강조했다. 이 연구는 '네이처 나노테크놀러지(Nature Nanotechnology)'에 게재됐다. 5층 능면체 적층 그래핀 개발 흑연은 그래핀으로 구성되는데, 그래핀은 벌집 구조와 유사한 육각형 형태로 배열된 단일 탄소 원자 층이다. 그래핀은 약 20년 전 처음 분리된 이후로 집중적인 연구 대상이 되었다. 대략 5년 전, MIT 팀을 포함한 연구자들은 그래핀 시트를 쌓고 서로 약간 비틀면 재료에 초전도성에서 자성에 이르기까지 새로운 특성을 부여할 수 있다는 것을 발견했다. 이러한 발견으로 '트위스트로닉스'라는 분야가 생겨났는데, 이는 2차원 격자 구조를 다양한 방식으로 겹쳐 나타나는 성질을 연구하는 것이다. 롱 주 조교수는 이번 그래핀 연구에서 "전혀 뒤틀림이 없는 특별한 특성을 발견했다"고 말했다. 그와 동료들은 특정 순서로 배열된 5개의 그래핀 층이 전자들이 물질 내에서 서로 상호작용할 수 있도록 하는 것을 발견한 것. 이러한 현상은 '전자 상관관계'라고 알려져 있으며, 주 연구원은 이를 "이러한 모든 새로운 특성을 가능하게 하는 마법"이라고 표현했다. 벌크 흑연과 단일 시트의 그래핀은 이미 우수한 전기 전도체로 알려져 있지만, 이것이 전부는 아니다. 주의 연구팀이 분리한 '5층 능면체 적층 그래핀'이라 불리는 새로운 물질은 단순한 부품의 합보다 훨씬 더 큰 성질을 나타낸다. 이 물질을 분리하는 데 핵심적인 역할을 한 것은 나노스케일에서 중요한 특성을 빠르고 비교적 저렴하게 파악할 수 있는 2021년 MIT에서 주 연구원이 개발한 새로운 현미경 덕분이었다. 5층 능면체 적층 그래핀의 두께는 수십억 분의 1미터에 불과하다. '산란형 주사형 근접장 광학 현미경(s-SNOM)'으로 알려진 주 연구원이 개발한 현미경을 통해 과학자들은 특정한 능면체 적층 순서에서 5층 그래핀만을 식별하고 분리할 수 있었다. 주 연구원을 포함한 과학자들은 '능면체 적층'이라는 매우 정밀한 순서로 쌓인 다층 그래핀을 연구하고 있었다. 주는 "5개 레이어(층)로 이루어진 구조에서는 10개 이상의 적층 순서가 가능하며, 능면체 적층은 그 중 하나"라고 설명했다. 연구팀은 이 5층 능면체 적층 그래핀을 질화붕소로 만든 '빵'으로 둘러싼 '샌드위치' 구조에 전극을 부착했다고 이해하기 쉽게 설명했다. 이를 통해 다양한 전압과 전류를 사용하여 시스템을 조절할 수 있었으며, 그 결과 전자의 수에 따라 세 가지 다른 현상이 나타나는 것을 발견했다. 이들은 이 물질이 절연성, 자성 또는 위상학적 성질을 보일 수 있다는 것을 발견했다. 위상학적 물질(토폴로지, topology)은 물질의 가장자리를 따라 전자가 방해받지 않고 움직일 수 있지만, 중앙을 통과하는 것은 허용하지 않는 특성을 갖는다. 위상학적 물질에서 전자는 중심부를 구성하는 중앙 분리대에 의해 분리되며, 물질의 가장자리를 따라 고속도로처럼 한 방향으로 이동한다. 이로 인해 위상학적 물질의 가장자리는 완벽한 도체 역할을 하고, 중심부는 절연체가 된다. 주와 그의 연구팀은 이 연구를 통해 "강력하게 상관된 위상물리학의 새로운 가능성을 탐구하기 위한 고도로 조정 가능한 플랫폼으로서 능면체 적층 다층 그래핀을 확립했다"고 결론지었다. 이는 위상물리학 분야에서 새로운 연구 방향을 제시하는 중요한 발견으로 여겨진다. 카이스트, '납작한 벨트형 그래핀 섬유' 개발 한편, 한국의 카이스트(KAIST) 신소재공학과 김상욱 교수 연구팀은 지난 6월 그래핀의 기존 응용범위와 한계를 뛰어넘는 새로운 형태의 그래핀 섬유를 개발하는데 성공했다. 이 새로운 기술은 값싼 흑연을 사용하여 용액 공정을 통해 쉽게 얻을 수 있으며, 기존의 탄소섬유보다 저렴하면서도 유연성과 같은 차별화된 물리적 특성을 지니고 있어 경제적인 장점도 갖추고 있다. 그래핀(Graphene)은 탄소 원자가 벌집 모양으로 이뤄진 2차원 물질(원자만큼 얇은 물질)이다. 이론적으로 강철보다 100배 강하고 열·전기 전도성이 뛰어나기 때문에 꿈의 신소재로 불린다. 김상욱 연구팀의 이번 성과가 높게 평가받는 이유는 100% 그래핀으로 이뤄진 섬유가 만들어지는 과정에서 스스로 납작해져서 벨트와 같은 단면을 형성하는 현상을 세계 최초로 발견했다는 점이다. 이 납작한 벨트형 그래핀 섬유는 내부에 적층된 그래핀의 배열이 우수해 섬유의 기계적 강도와 전기전도성이 크게 향상됐다는 평가다. 연구 결과, 이 섬유는 원형 단면을 갖는 일반 섬유에 비해 기계적 강도가 약 3.2배(320%), 전기전도성이 약 1.5배(152%) 향상된 것으로 나타났다. 해당 연구 논문은 그 성과를 인정받아 'ACS 센트럴 사이언스'의 7월호 표지에 게재됐다.
- 산업
2023-11-28
美 메릴랜드대, 야생 '뱀파이어 바이러스' 최초 발견

미국에서 '뱀파이어 바이러스'가 야생에서 최초로 발견돼 과학자들의 주목을 받고 있다. 영국의 의사이자 소설가였던 존 윌리엄 폴리도리(1795~1821)는 흡혈귀 즉 '뱀파이어' 소설을 집필해 큰 인기를 끌었다. 밤에 나타나 사람들의 피를 빨아먹고, 삶을 연명하는 뱀파이어는 지금까지도 수많은 영화로도 제작될 만큼 단골 소재로 쓰이고 있다. 이러한 뱀파이어 바이러스가 실제로 발견돼 세상을 놀라게 했다. 영국 매체 메일 온라인은 미국 메릴랜드대학교 볼티모어 카운티(UMBC) 연구팀이 스스로를 복제하기 위해 다른 바이러스에 달라붙는 병원체인 '뱀파이어 바이러스'를 처음으로 관찰했다고 최근 보도했다. 연구팀은 오랫동안 이론적으로 대부분의 자가 복제와는 달리 일부 바이러스가 다른 바이러스를 '잡아먹는 현상'을 알고 있었다. 메릴랜드의 연구팀은 '위성 바이러스'와 '도우미 바이러스'라 불리는 바이러스 간의 상호작용을 현미경을 통해 관찰했다. 연구 결과, 박테리아를 감염시키는 일종의 바이러스인 박테리오파지가 토양 매개 바이러스의 '목' 부분(캡시드가 바이러스의 꼬리와 연결되는 부위)에 부착하는 것을 발견했다. 수석 연구원이자 생물학자인 타지드 드카발로(Tagide deCarvalho)는 이러한 현상을 목격하고 믿을 수 없었다고 밝혔다. 그는 "박테리오파지나 다른 바이러스가 또 다른 바이러스에 부착되는 것을 목격한 사람은 거의 없었다"고 말하며 놀라움을 나타냈다. 바이러스 간의 관계에서 '위성'과 '도우미'라는 용어가 사용된다. 여기서 '위성'은 자신의 생명주기 동안 도우미 바이러스에 의존하는 감염성 요소를 의미한다. 연구팀은 토양에서 발견되는 스트렙토마이세스 박테리아(조력자 역할을 하는 종)를 포함해 위성 박테리오파지(박테리아를 감염시키는 바이러스)의 샘플을 연구했다. 일반적으로 박테리오파지는 유전적으로 통합된 유전자를 가지고 있으며, 보통은 도우미 바이러스에 직접 부착하지 않는다. 그러나 UMBC에서 연구된 '미니플라이어(MiniFlayer)'라고 명명된 이 위성은 유전적 통합이 없는 것으로 알려진 최초의 사례다. 이는 숙주 세포의 DNA에 병합될 수 없기 때문에 생존하려면 숙주 세포에 들어갈 때마다 '마인드플라이어(MindFlayer)'라는 도우미 바이러스 근처에 있어야 한다. 실험 결과에 따르면, 분석된 도우미 바이러스 중 80%(50개 중 40개)가 목 부위에 위성 바이러스가 부착된 상태로 관찰됐다. 이러한 발견을 바탕으로, 연구팀은 이 현상의 직접적인 증명은 아직 이루어지지 않았음에도 불구하고, 바이러스 간의 부착이 중요한 의미를 갖는다고 추론했다. 이반 에릴 생물학 교수는 이에 대해 "부착이 없다면, 위성 바이러스가 어떻게 세포 내부로 들어갈 수 있을지 보장할 수 없다"고 지적했다. 추가 관찰을 통해 미니플라이어와 도우미 바이러스가 오랫동안 함께 진화해온 사실이 밝혀졌다. 에릴 교수는 "이 위성 바이러스는 적어도 1억 년 동안 도우미 바이러스와 관련되어 게놈을 조정하고 최적화해왔다"고 주장했다. 에릴 연구팀의 대학원생이자 논문 공동 제1저자인 엘리아 마스콜로(Elia Mascolo)는 위성, 도우미, 숙주의 게놈을 분석하여 이전에는 알려지지 않았던 이러한 바이러스 관계에 대한 추가적인 단서를 밝혀냈다. 대부분의 위성 바이러스는 숙주 세포 내부에 들어간 후 그 세포의 유전 물질에 통합될 수 있는 유전자를 가지고 있다. 이를 통해 도우미 바이러스가 세포에 들어올 때마다 위성 바이러스가 번식할 수 있게 되며, 숙주 세포는 위성 바이러스가 분열할 때 그것의 DNA와 자신의 DNA를 복제하게 된다. 특히 바이러스 간의 상호 작용이 질병의 발병과 전파에 어떤 영향을 미치는 지 이해하는 데 도움이 될 것으로 기대된다.
- 생활경제
2023-11-23
美 오크리지 연구소, 양자 생물학과 AI 결합으로 게놈 편집 향상

미국의 오크리지 국립연구소(ORNL)에서 양자 생물학과 인공지능(AI)을 결합한 새로운 크리스퍼(CRISPR, 유전자 '가위') 기술을 개발했다고 과학 전문매체 '사이테크데일리(SciTechDaily)'가 보도했다. 이 기술은 미생물의 유전체를 수정해 바이오연료의 생산 효율을 높이거나 새로운 바이오화학 물질을 만들 수 있게 해준다. 오크리지 국립연구소의 과학자들은 양자 생물학, 인공지능, 생물공학 분야의 전문 지식을 결합해 미생물의 유전자를 편집할 수 있는 크리스퍼 캐스9(CRISPR Cas9) 도구의 효율성을 크게 개선했다. '크리스퍼'는 유전자 코드를 변경하여 생물의 기능을 개선하거나 돌연변이를 바로잡는데 사용되는 강력한 생물공학 도구이다. 기존의 모델들은 특정 종에 대한 데이터에 기반을 두고 있어 미생물에 적용될 때 효율성과 일관성이 떨어지는 문제가 있었다. 크리스퍼 시스템은 대부분 크리스퍼 캐스9이라는 특정 유형과 연관되어 있으며, 이 시스템은 박테리아의 면역 체계에서 유래했다. 크리스퍼 캐스9는 가이드 RNA(gRNA)를 사용하여 DNA 내의 특정 위치를 찾고, 캐스9이라는 효소가 DNA를 절단한다. 이 절단은 세포의 자연적인 DNA 수리 메커니즘을 활용하여 유전자를 삭제하거나 수정하는 데 사용된다. 오크리지연구소의 합성 생물학 그룹 리더인 캐리 에커트는 이번 미생물 중심의 크리스퍼 연구에 대해서 "크리스퍼 도구의 많은 부분이 포유동물 세포, 과일파리 또는 다른 모델 종을 대상으로 개발됐다. 미생물과 같이 염색체 구조와 크기가 매우 다른 종에 사용되는 경우, 크리스퍼 캐스 9 기계를 설계하는 모델이 다르게 작동하는 것을 관찰했다. 이 연구는 크리스퍼가 예상대로 작동하는 지 확인하는 것이었다"라고 말했다. 이를 위해, 오크리지연구소의 과학자들은 양자 생물학을 활용하여, 세포 핵에서 유전자물질이 어떻게 동작하는지에 대해 더 깊이 연구했다. 이는 크리스퍼 캐스9 유전 편집 도구의 모델링과 가이드 RNA 설계를 개선하기 위한 노력의 일환이다. 양자 생물학은 DNA와 RNA의 구성 요소인 뉴클레오티드의 전자 구조가 화합물의 화학적 특성과 상호작용에 미치는 영향을 탐구하는 분야로서 분자 생물학과 양자화학을 연결하는 역할을 한다. 오크리지 국립 연구소의 계산 시스템 생물학자 에리카 프라테스에 따르면, 전자가 분자 내에서 어떻게 분포하는지는 캐스 9 효소와 가이드 RNA가 형성하는 복합체가 미생물의 DNA에 얼마나 효과적으로 결합하는지, 그리고 그 구조의 안정성과 반응성에 중요한 영향을 미친다. 과학자들은 여러 간단한 모델을 결합하여 '랜덤 포레스트'라는 강력한 인공지능 모델을 만들었다. 이 모델은 대략 5만 개의 대장균(E. coli) 유전체에 대한 가이드 RNA 데이터를 기반으로 구축되었으며, 양자 화학적 특성도 고려됐다. 이 방법은 '뉴클레익 에이시드 리서치(Nucleic Acids Research)' 저널에 소개됐다. 연구팀은 설명 가능한 인공 지능 모델을 확인하기 위해 E. coli에서 수많은 가이드를 선택한 후 크리스퍼 캐스 9 절단 실험을 수행한 결과 AI 모델이 기존 모델보다 훨씬 더 정확하게 가이드 RNA를 발견 할 수 있었다. ORNL의 연구자들은 인공지능 모델의 정확성을 검증하기 위해 대장균에서 다양한 가이드 RNA를 선택하고 크리스퍼 캐스 9를 사용한 절단 실험을 실시했습니다. 실험 결과, 이 AI 모델이 기존 모델보다 훨씬 더 정확하게 가이드 RNA를 예측할 수 있음을 확인했다. 이 연구의 제1저자인 오크리지 국립연구소의 계산시스템 생물학자인 자클린 노샤이는 "우리는 크리스퍼를 사용하여 특정 생물 영역을 대상으로 하는 의약품 개발 등에서 더 정확한 모델이 필요함을 알고 있었다. 또한, 다양한 미생물 종에 적용가능한 가이드 디자인 규칙을 개선하기 위해 노력했다"고 말했다. 이 연구에 사용된 인공지능 모델은 기능과 반복적 특성을 가지며, DOE 과학국의 오크리지 리더십 컴퓨터 시설(Oak Ridge Leadership Computer Facility/OLCF)에서 지원하는 '써미트(Summit)' 초고속 컴퓨터로 훈련됐다. 에리카 프라테스는 자신의 합성 생물학 팀이 새로운 미생물 크리스퍼 캐스9 모델로 얻은 지식을 가져와 실험실 실험 데이터나 다양한 미생물 종의 데이터를 사용하여 더 발전시키기 위해 오크리지의 계산 과학 동료들과 협력할 계획이라고 말했다. 이 크리스퍼 캐스9 모델의 개선은 유전형과 표현형, 즉 유전자와 생물학적 특성 사이의 연결을 위한 더 높은 처리량의 파이프라인을 제공한다. 이는 기능 유전체학이라고 하는 분야에 대한 함의를 가진다. 이 연구는 예를 들어 바이오에너지 원료 식물 및 바이오매스의 박테리아 발효를 개선하기 위한 ORNL 주도의 생물에너지 혁신 센터(CBI)의 작업과 관련이 있다. 캐리 에커트는 "이 연구의 주요 목표 중 하나는 크리스퍼 도구를 사용하여 더 많은 종의 DNA를 예측적으로 수정할 수 있는 능력을 향상시키는 것"이라고 말했다. 이 크리스퍼 연구는 미국 에너지부(DOE) 과학국이 지원하는 '시큐어 에코시스템 엔지니어링 앤 디자인 사이언스 포커스(SEED SFA)'와 CBI 프로젝트의 일부다. 이 프로젝트는 오크리지 국립 연구소의 안전 생태계 공학 및 설계과학 포커스 영역과 연관되어 있으며, DOE 유전체 과학 프로그램의 폴 아브라함 박사가 이끄는 연구비로 지원됐다. 이 연구는 크리스퍼 기술을 다양한 종에 적용할 수 있는 가능성을 크게 넓혀주었다는 점에서 의미가 있다. 이 기술은 재생 에너지 개발, 약물 개발, 농업 등 다양한 분야에서 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
- IT/바이오
2023-11-22
조류·달팽이에서 유전자 편집 능력 발견⋯의료계 혁신 기대

조류와 달팽이가 유전자 편집 능력을 숨기고 있다는 사실이 밝혀졌다. 과학기술 전문매체 '사이테크데일리(SciTechDaily)'와 '뉴아틀라스' 등 다수 외신은 매사추세츠 공과대학(MIT) 내 맥거번(McGovern) 뇌연구소의 연구팀이 달팽이부터 조류, 아메바에 이르기까지 다양한 종들이 판저(Fanzor)로 알려진 프로그램 가능한 DNA 절단 효소를 만든다는 사실을 밝혀냈다고 보도했다. Fanzor는 CRISPR(크리스퍼, 일명 유전자를 자르는 '가위')로 널리 사용되는 유전자 편집 시스템을 구동하는 박테리아 효소와 마찬가지로 특정 부위에서 DNA를 절단하도록 프로그래밍할 수 있는 RNA 유도 효소다. CRISPR은 유전자의 특정 부위를 절단해 유전체 교정을 가능하게 하는 리보핵산 기반 인공 제한효소를 말한다. MIT의 맥거번 뇌연구소의 과학자들은 현재 3600개 이상의 Fanzor를 식별했다. 뉴 아틀라스는 이는 신약, 유전 치료 및 생명공학 개발에 막대한 기회를 제공할 것이라고 전했다. 최근 '사이언스 어드밴스(Science Advances)' 저널에 보고된 새로 인정된 천연 Fanzor 효소의 다양성은 연구나 의학을 위한 새로운 도구에 적용할 수 있는 광범위한 프로그래밍 가능한 효소 세트를 과학자들에게 제공할 것으로 기대된다. 맥거번 펠로우 오마르 아부다예(Omar Abudayyeh)는 "RNA 유도 생물학을 사용하면 정말 사용하기 쉬운 프로그래밍 가능한 도구를 만들 수 있기 때문에 더 많이 찾을수록 더욱 유리하다"고 말했다. 유전자 치료법 개발 가능 연그팀은 고대 박테리아 방어 시스템인 CRISPR는 RNA 유도 효소가 실험실에서 사용하도록 조정될 때 얼마나 유용할 수 있는지를 분명하게 보여줬다고 말했다. MIT 교수이자 맥거번 연구원인 펭 챵(Feng Zhang), 오마르 아부다예, 조나단 구텐베르그(Jonathan Gootenberg) 등이 개발한 CRISPR 기반 게놈 편집 도구는 과학자들이 DNA를 수정하는 방식을 변화시켜 연구를 가속화하고 많은 실험적 유전자 치료법의 개발을 가능하게 한다. 이후 연구자들은 박테리아 세계 전체에서 다른 RNA 가이드 효소를 발견했고, 그 중 상당수는 실험실에서 가치 있는 기능을 가지고 있음을 식별했다. 올해 초 챵의 팀에 의해 RNA 유도 방식으로 DNA를 절단하는 능력이 보고된 Fanzor의 발견은 RNA 유도 생물학의 새로운 지평을 열었다는 평가를 받고 있다. Fanzor는 진핵생물에서 발견된 최초의 효소다. 진핵생물은 각 세포의 유전 물질을 보유하고 있는 막으로 둘러싸인 핵으로 정의되는 식물, 동물, 곰팡이를 포함한 광범위한 생명체 그룹이다. 아부다예와 구텐베르그는 진핵생물에서 자연적으로 진화한 효소가 인간을 포함한 다른 진핵생물의 세포에서 안전하고 효율적으로 기능하는 데 더 적합할 수 있다는 것이 기대된다고 말했다. 챵의 연구팀은 Fanzor 효소가 인간 세포의 특정 DNA 서열을 정확하게 절단하도록 조작될 수 있음을 보여줬다. 아울러 새로운 연구에서 일부 Fanzor가 최적화 없이도 인간 세포의 DNA 서열을 표적으로 삼을 수 있음을 발견했다. 진화적 통찰력과 응용 가능성 기존 연구에서는 진핵생물 중에서 수백 개의 Fanzor가 발견됐다. 실험실 구성원인 저스틴 림(Justin Lim)이 주도한 광범위한 유전자 데이터베이스 검색을 통해 연구팀은 이제 이효소들의 다양성을 크게 확장시켰다. 연구팀은 진핵생물과 이를 감염시키는 바이러스에서 발견한 3600개 이상의 Fanzor 중에서 5개의 서로 다른 효소 계열을 식별했다. 이들 효소의 정확한 구성을 비교 분석함으로써 연구팀은 그들의 긴 진화 역사를 밝혀냈다. Fanzor는 TnpB라고 불리는 RNA 유도 DNA 절단 박테리아 효소에서 진화했을 가능성이 높다. 실제로 챵의 연구팀과구텐베르그 및 아부다예 팀 모두 Fanzor와 이러한 박테리아 효소와의 유전적 유사성에 주목했다. 구텐베르그와 아부다예가 추적한 진화적 연관성은 Fanzor의 박테리아 전임자가 진핵 세포에 들어가서 두 번 이상 진화를 시작했음을 암시한다. 일부는 바이러스에 의해 전염되었을 가능성이 있는 반면, 다른 일부는 공생 박테리아에 의해 도입됐을 수 있다. 이 연구는 또한 효소가 진핵생물에 흡수된 후 DNA에 접근할 수 있는 세포핵으로 들어갈 수 있게 하는 신호와 같이 새로운 환경에 적합한 특징을 진화시켰다고 제안한다. 생물학 공학 대학원생 카이위 지앙(Kaiyi Jiang)이 이끄는 연구팀은 유전적 및 생화학적 실험을 통해 Fanzor가 이전 박테리아와는 다르게 DNA 절단 활성 부위를 진화시켰음을 밝혀냈다. 연구 결과, 이 효소는 시험관내 DNA 서열을 목표로 삼을 때 TnpB의 조상인 표적 서열을 더 정확하게 절단할 수 있게 하는 것으로 나타났다. 이는 Fanzor가 더 선택적인 DNA 절단 활동을 가지며 임의의 서열 절단을 피한다는 것을 의미한다. 또한 연구팀은 RNA 가이드를 사용하여 Fanzor가 인간 세포 게놈의 특정 부위를 대상으로 절단하도록 했을 때 특정 Fanzor가 약 10~20%의 효율성으로 이러한 표적 서열을 절단할 수 있음을 발견했다. 연구팀은 추가적인 연구를 통해 Fanzor에서 다양한 정교한 게놈 편집 도구를 개발할 수 있기를 기대한다. 구텐베르그는 이를 "다기능을 갖춘 새로운 플랫폼"이라고 말했다. 아부다예는 "이러한 유형의 RNA 유도 시스템을 진핵생물 세계 전체에 개방하는 것은 우리에게 많은 가능성을 제공할 것이다"라고 강조했다.
- IT/바이오
2023-11-22
혼다, 엔진 결함으로 미국서 25만대 리콜⋯올해 총 300만대 이상 리콜

혼다는 미국 도로교통안전국에 제출한 공식 공지에서, 아큐라와 혼다 차량의 일부 모델의 엔진 커넥팅 로드 베어링에 결함이 발견되어 "주행 중에 엔진이 부적절하게 작동하거나 정지하여 화재, 충돌 또는 부상의 위험을 증가시킬 수 있다"고 밝혔다. 리콜 대상에는 2015년부터 2020년까지 제조된 특정 아큐라 TLX(Acura TLX)와 2016년부터 2020년까지 제조된 아큐라 MDX SUV가 포함된다. 또한, 2018년과 2019년형 혼다 오딧세이(odyssey) 미니밴, 2016년과 2018년, 2019년형 파일럿(Pilot), 2017년부터 2019년까지 제조된 리지라인(Ridgeline) 픽업트럭도 잠재적으로 영향을 받을 수 있다. 혼다는 해당 차량 소유자들에게 2024년 1월 2일부 서면 통지를 보내고, 혼다 딜러에서 엔진을 무료로 검사하고 수리 또는 교체할 것이라고 밝혔다. 한편,
- 산업
2023-11-20
美 MIT 연구원, 흑연에서 금 생성 연구

꿈의 신소재로 불리는 그래핀. 전기전도성과 열전도성을 갖고 있으면서 강도가 높아 디스플레이나 에너지 재료로 사용되고 있다. 그런데 이 그래핀으로 금을 만드는 연구가 진행됐다. 미국 매사추세츠 공과대학(MIT)의 연구팀이 특정 순서로 쌓인 5개의 초박편 조각을 분리해 흑연을 금으로 만들었다. 과학지 마이닝닷컴(mining.com)은 국제학술지 '네이처 나노테크놀로지(Nature Nanotechnology)'에 발표된 MIT 연구팀의 금 생성 과정을 최근 소개했다. 연구에 따르면 생성된 물질이 이전까지 자연 흑연에서 볼 수 없었던 세 가지 중요한 특성을 나타내도록 조정될 수 있다. 흑연은 벌집 구조와 유사한 육각형으로 배열된 단일 탄소 원자층인 그래핀(탄소 동소체 중 하나)으로 구성된다. 약 20년 전에 처음 분리된 이후로 그래핀은 강력한 연구 대상이 되었다. 특히, 약 5년 전 연구자들은 그래핀 시트를 서로 약간의 각도로 비틀어 쌓음으로써, 재료에 초전도성에서 자성에 이르는 새로운 특성을 부여할 수 있다는 사실을 발견했다. 이러한 연구는 '트위스트로닉스' 분야의 탄생으로 이어졌다. MIT의 수석 연구원 롱 주(Long Ju)는 이 연구에 대해 언급하면서, "전혀 비틀지 않아도 흥미로운 특성을 발견했다"고 말했다. 그와 동료들은 특정한 순서로 배열된 5개의 그래핀 층이 물질 내부를 돌아다니는 전자들이 서로 상호작용할 수 있게 한다는 것을 발견했다. 이러한 전자 상관관계(electron correlation) 현상은 새로운 재료 특성을 가능하게 하는 '마법'으로 묘사된다. 단순한 대량의 흑연이나 심지어 단일 그래핀 층은 기본적으로 우수한 전기 전도체에 불과하다. 주 연구원 팀이 분리한 이 재료는 몇십 나노미터 두께밖에 안 되지만, 그 부분들의 합보다 훨씬 더 많은 역할을 수행한다. 연구팀은 '능면체 적층(rhombohedral stacking)'으로 알려진 특정한 순서로 적층된 다층 그래핀을 연구하고 있었다. 연구원은 이에 대해, "5개의 층을 쌓을 때 가능한 순서는 10가지 이상이 있으며, 능면체 적층은 그 중 하나에 불과하다"라고 언급했다. 주 연구원이 2021년에 개발한 특별한 현미경은 나노 규모에서 재료의 다양하고 중요한 특성을 신속하고 상대적으로 저렴한 비용으로 결정하고 분리하는 데 사용됐다. 이 현미경의 도움을 받아, 연구팀은 보론 질화물로 만들어진 '빵'과 같은 구조의 작은 샌드위치에 전극을 부착했고, 이는 펜타레이어(5층) 마름모형으로 쌓인 그래핀의 연약한 '육질(meat)' 부분을 보호한다. 이 전극을 활용해 시스템에 다양한 전압이나 전기량을 적용할 때, 전자 수에 따라 세 가지 다른 현상이 관찰됐다. 주 연구원은 "우리는 재료가 절연성, 자성 또는 위상학적 성질을 가질 수 있음을 발견했다"고 말했다. 위상학적 성질은 도체와 절연체 둘 다와 어느 정도 관련이 있는 특성이다. 기본적으로, 위상학적 물질은 물질의 가장자리를 따라 전자가 방해받지 않고 이동할 수 있게 하지만, 물질의 중간을 통과하는 것은 허용하지 않는다. 이러한 전자들은 재료의 가장자리를 따라 한 방향으로만 이동하며, 물질의 중앙을 가로지르는 중심선에 의해 중간 부분과 구분된다. 결과적으로 위상학적 재료의 가장자리는 완벽한 전도체 역할을 하고, 중앙 부분은 절연체로 작용한다. 롱 주의 연구팀은 "우리의 연구는 마름모형으로 쌓인 다층 그래핀을 사용하여, 위상학적 물리와 관련된 새로운 가능성을 탐구하기 위한 높은 조절 가능성을 가진 플랫폼으로 확립한다"고 말했다.
- 산업
2023-11-10
암 치료, "일반 화학요법 약물, 예상과 다르게 작용"

'암'은 비정상적인 세포 성장으로 인해 발생하는 질병으로, 양성 종양과 악성 종양으로 나누어진다. 그러나 최근 연구에 따르면, 종양 치료를 위해 널리 사용되는 화학요법이 아직 완전한 잠재력을 발휘하지 못하고 있음이 드러났다. 연구원들과 의사들이 암 치료에 사용되는 가장 일반적인 약물 중 일부가 종양을 억제하는 방식에 대해 오랜 기간 잘못 이해해 왔기 때문일 수 있다는 연구 결과가 나온 것. 과학기술 전문매체 '사이테크데일리(SciTechDaily)'에 따르면, 위스콘신-매디슨 대학의 최근 연구는 많은 환자들에게 효과적인 특정 화학요법의 작동 원리를 밝혀냈다. 더 중요한 것은 이 연구는 세포 분할을 막는 데만 의존해 새로운 화학요법 약물을 찾는 노력이 부족했다는 점도 지적했다. 기존의 연구는 주로 암 세포 분할을 막는 방식에 초점을 맞춰왔으나, 이 방식만으로는 충분하지 않음을 강조했다. 수십 년 동안 연구자들은 '미세소관 독성 물질(microtubule poisons)'이라 불리는 약물군이 암 종양의 세포 분할을 중단시키는 것으로 생각했다. 하지만 위스콘신-매디슨 대학의 연구팀은 환자들에서 이러한 미세소관 독성 물질이 실제로 암세포의 분할을 중단시키지 않는다는 것을 발견했다. 이 약물들은 오히려 분할 과정을 변형시키며, 이로 인해 새로운 암세포의 사멸과 질병의 후퇴(종양의 크기가 줄어들거나 증상이 개선되는 것)로 이어졌다. 암은 정상 세포와 달리 무한한 분할과 증식을 통해 성장하고 퍼지는 특성을 가지고 있다. 미세소관 독성 물질이 암세포의 분할을 중단한다는 가설은 실험실 연구를 통해 그 가능성을 제시했지만, 최근의 연구는 이러한 가정에 대해 새로운 시각을 제공한다. 이 연구는 베스 웨버 교수와의 협력 하에 수행되었으며, 그 목적은 종양 치료에 사용되는 미세소관 독성 물질이 파클리텍셀처럼 어떻게 작용하는지를 파악하는 것이었다. 파클리텍셀은 난소와 폐암 같은 일반적인 악성종양 치료에 사용되는 약물이다. 웨버 교수는 이전 연구 결과에 대해 "매우 놀라운 발견"이라고 언급했다. 그는 "수십 년 동안 우리는 파클리텍셀이 종양의 세포분열, 즉 미토시스를 중단시키는 방식으로 작용한다고 생각해왔다"며 "전 세계 실험실에서 진행된 연구들이 이를 뒷받침했지만, 문제는 실제 종양 내에서의 농도보다 훨씬 높은 농도를 사용했다는 점이었다"고 지적했다. 웨버 교수와 그의 동료들은 다른 미세소관 독성 물질이 파클리텍셀과 유사한 방식으로 작동하는지 알아보고자 했다. 이들의 관심사는 단순히 세포 분할을 중단시키는 것이 아니라, 분할 과정을 혼란스럽게 만드는 메커니즘이었다. 이러한 질문은 새로운 암 치료 방법을 모색하는 과학자들에게 매우 중요한 영향을 미친다. 이는 약물의 치료 효과를 담당하는 메커니즘을 파악하고, 이를 복제하거나 개선하는 데 크게 의존하는 약물 개발 노력의 핵심 요소이기 때문이다. 미세소관 독성 물질은 모든 환자에게 효과적인 치료법이 아닐 수 있지만, 연구자들은 이 약물들이 수행하는 작용을 모방하는 다른 치료 방법을 개발하기 위해 오랜 시간 노력해왔다. 암세포의 분열을 중단시키는 새로운 화학물질을 찾는 이전의 시도들은 어려움에 부딪혔지만, 이러한 연구는 계속 진행 중이다. 웨버 교수는 "아직도 유사분열을 중단시키는 것을 종양을 죽이는 메커니즘으로 간주하는 과학 커뮤니티가 많다"며, "이것이 환자에게 중요한지 이해하고자 한다"고 말했다. 연구팀은 윈스콘신 대학교 카본 암센터(UW Carbone Cancer Center)에서 표준 항-미세소관 독성 물질을 기반으로 한 화학요법을 받은 유방암 환자들로부터 얻은 샘플을 연구했다. 연구팀은 종양에 전달된 약물의 양을 측정하고, 종양 세포가 어떻게 반응하는지를 분석했다. 그들은 약물에 노출된 후에도 세포가 계속해서 분열하긴 하지만, 그 분열이 비정상적으로 일어나는 것을 관찰했다. 이러한 비정상적인 세포 분열은 종양 세포의 사멸을 유도할 수 있는 가능성이 있음을 시사한다. 일반적으로, 세포 내에서 유사분열 과정 동안 염색체는 복제되어 이분화되며, 이로 인해 두 개의 동일한 염색체 세트가 새로운 세포로 이동한다. 이 염색체 이동은 방추사(mitotic spindle)라는 특수한 세포 구조에 염색체가 연결되면서 발생한다. 정상적인 방추사에는 두 개의 끝, 즉 방추체 극이 존재한다. 방추사는 세포의 체세포분열 때 생성되는 가는 실 모양의 섬유질 단백질을 의미한다. 한 개의 세포가 두 개의 세포로 분열할 때, 복제된 염색체는 방추사를 통해 정확하게 두 개의 딸 세포로 분리되어야 한다. 이 과정에서 미세소관으로 구성된 방추사가 중요한 역할을 한다. 웨버 박사 팀은 파클리텍셀과 같은 미세소관 독성 물질이 유사분열을 중지시키기보다는 오히려 혼란을 야기하는 비정상적인 상태를 유발한다는 사실을 발견했다. 이 혼란은 종양 세포가 염색체의 한 세트를 넘어서 두 개 이상의 여러 방향으로 당기면서 유전체에 혼란을 일으키는 것이다. 웨버 박사는 "유사분열 후에 유전적으로 동일하지 않은 딸 세포가 생기고, 염색체 손실이 발생하면 세포의 사멸 가능성이 높아진다"고 설명했다. 그는 이어 "이 연구 결과는 미세소관 독성 물질이 많은 환자에게 왜 효과적인지를 밝혀내고, 유사분열을 중지시키는 것만을 목표로 한 새로운 화학요법 약물 개발 시도가 실패한 이유를 설명하는 데 중요한 역할을 한다"고 강조했다.
- 생활경제
2023-11-06
빛과 소리로 알츠하이머 치료?...뇌 자극 헤드셋 개발

알츠하이머병은 치매의 주요 원인 중 하나로, 퇴행성 뇌질환의 일종이다. 유전적 요인이 이 병의 발병에 중요한 역할을 하는 것으로 알려져 있으며 아직까지 근본적인 치료 방법은 없다. 현재 전 세계에서 5500만 명 이상이 알츠하이머병을 앓고 있는 것으로 추정된다. 최근 이 병의 진행을 늦추고 인지 기능을 회복시킬 수 있는 획기적인 기술이 개발 중이라는 소식이 전해졌다. 포브스에 따르면, 미국 매사추세츠 공과대학(MIT)의 연구팀이 창업한 코그니토 테라퓨틱스(Cognito Therapeutics)는 빛과 소리를 이용해 뇌를 자극하는 새로운 헤드셋 '지니어스(GENUS)'를 개발했다. '지니어스(GENUS gamma entrainment using sensory stimulus, 감마 주파수 감각 자극)'는 40Hz(헤르츠)의 소리와 빛을 깜빡여 뇌에 자극을 주는 기술을 사용한다. 이 기술은 초기 임상 시험에서 안전하게 환자가 집에서 사용할 수 있으며, 노화와 관련된 신경 변성 증상을 완화할 수 있다는 결과를 도출했다. 연구팀은 '지니어스'가 알츠하이머 환자에게 장기적인 이익을 제공할 수 있는지 확인하기 위해 두 번째 단계의 실험을 계획했다. 이를 위해 알츠하이머병 초기 증상을 보이는 환자들을 대상으로 서브 그룹을 만들어 실험을 진행했다. 이 실험에서는 총 15명의 참가자가 '지니어스 사용' 그룹과 '화이트 노이즈를 들려주고 빛 자극을 주는' 컨트롤 그룹으로 나뉘어 임상 시험에 참여했다. 참가자들은 실험 전 인지 능력 평가와 뇌 MRI 검사를 받았다. 실험 참가자들은 헤드셋 형태의 '지니어스'를 집으로 가져가, 6개월 동안 매일 1시간씩 사용했다. 사용하는 동안 디바이스가 올바르게 작동하고 있는지 확인하기 위해, 사용 시간을 자동으로 기록하는 기능을 기기에 탑재했다. 3개월이 지난 후에 참가자들의 상태를 다시 조사한 결과, '지니어스'를 사용한 그룹은 대조군에 비해 뇌의 위축이 진행되지 않았다. 또한, 수면 패턴이 개선되어 얼굴과 이름을 연상하는 능력도 향상됐다. 이 연구 결과는 '지니어스'의 빛과 소리 자극이 신경 퇴행을 늦추는 데 도움이 될 수 있음을 보여주는 유의미한 징조로 여겨질 수 있다. '지니어스'는 인지 능력 향상 뿐만 아니라, 뇌 구조의 변화를 유발하여 뇌 위축을 방지하는 역할을 하는 것으로 보인다. 이 기술이 정확히 어떻게 작동하는지는 아직 밝혀지지 않았다. 그러나 실험 쥐에서는 40Hz의 빛과 소리 자극이 신경세포 간의 커뮤니케이션에 영향을 미쳐, 노화와 관련된 신경 활동의 변화를 억제하는 것으로 나타났다. 코그니토 테라퓨틱스는 '지니어스'가 알츠하이머병 외의 다른 신경인지 질환에 대해서도 안전하고 효과적인지 확인하기 위해 여러 임상시험을 진행 중이다. 더불어, '지니어스'는 이미 미국 식품의약국(FDA)로부터 '획기적인 의료기기 지정(Breakthrough Device Designation, BDD)'을 받았으며, 이에 따라 신속한 승인을 받을 수 있는 우선심사 대상에 올랐다. 2025년까지 승인을 받을 가능성이 있다고 전해진다. 한편, 서울대학교병원에서는 알츠하이머병 예방을 위해 건강한 생활습관을 유지하는 것이 중요하다고 강조했다. 이를 위해 고혈압, 당뇨, 심장병, 높은 콜레스테롤과 같은 기저질환의 치료가 필요하다고 언급했다. 또한, 과음과 흡연을 피하며 우울증 치료도 중요하다고 권장했다. 건강한 식습관 또한 알츠하이머병 예방에 도움이 될 수 있다. 과식은 피하고, 오메가-3, DHA, EPA, 리놀렌산, 올리브유 등 좋은 지방이 풍부한 음식과 해산물, 등푸른 생선, 견과류, 아마씨, 올리브유 등을 섭취하는 것이 좋다.
- 생활경제
2023-11-01
리튬이온 전지, 저온 합성법 리튬 세라믹 개발

리튬이온 배터리는 에너지 저장장치의 최정점에 서 있지만, 고비용과 화재 위험이 단점으로 지적된다. 특히 원자재 가격의 상승이 이어지면서, 보다 경제적이고 효율적인 리튬이온배터리의 연구개발이 가속화되고 있다. 과학기술·의학전문 매체 '사이언스엑스(Science X)'는 최근 화학 학술지 '앙게반테 케미(Angewandte Chemie)'에 게재된 고체 전해질 역할을 대신할 수 있는 경제적인 저온 합성법 리튬 세라믹 개발 소식을 전했다. 이 연구는 전기자동차의 배터리 개발에 있어서 큰 전환점이 될 것으로 보이며, 기존의 문제점들을 해결하는 데 일조할 것으로 보인다. 전기 자동차용 배터리 개발을 좌우하는 두 가지 요소는 차량 범위를 결정하는 '전력'과 '비용'으로, 이는 내연기관과의 경쟁에서 매우 중요하다. 미국 에너지부는 2030년까지 전기자동차의 배터리 생산 비용을 절감하고, 에너지 밀도를 높이는 것을 목표로 하고 있다. 이를 통해 내연기관 차량에서 전기 차량으로의 전환이 가속화될 것으로 전망되고 있다. 그러나 기존의 리튬이온 배터리만으로는 이 목표를 달성하기 어려울 것으로 보인다. 훨씬 더 작고, 더 가볍고, 강력하며 안전한 배터리를 제작하기 위한 새로운 접근 방식은 흑연 대신 금속 리튬을 사용한 양극 고체 셀을 사용하는 것이다. LLZO합성법 혁신 LLZO를 사용한 리튬이온 배터리 제조 과정에서는 일반적으로 이 물질을 1050°C 이상에서 음극과 함께 소결하여 급속한 리튬 전도성 입방 결정상을 형성하고, 전극에 강력하게 결합시켜야 한다. 그러나 600°C 이상의 고온 조건은 지속 가능한 저코발트 또는 무코발트 양극재의 안정성을 해치며, 생산비용과 에너지 소비 또한 상승시킨다. 이런 문제점을 해결하고자, 보다 경제적이며 지속 가능한 새로운 리튬이온 배터리 생산 방법의 필요성이 대두됐다. 이러한 배경 속에서 미국 케임브리지 MIT와 독일 뮌헨 TU의 연구팀이 새로운 합성 공정을 선보였다. 제니퍼 엘엠 루프(Jennifer LM Rupp) 박사가 이끄는 이 팀은 세라믹 전구체 화합물을 기반으로 하지 않는 새로운 방법을 개발했다. 이 공정은 LLZO를 형성하기 위해 순차적 분해 합성을 통해 직접 치밀화하는 액체 공정을 사용한다. 이를 통해 기존 방법보다 낮은 온도에서도 효율적으로 LLZO를 합성할 수 있게 되어, 생산 과정에서의 에너지 소비와 비용을 절감할 수 있을 것으로 기대된다. 루프 박사와 그의 연구팀은 LLZO의 무정형 형태에서 결정질 형태(cLLZO)로의 다단계 상변환을 분석하기 위해 다양한 방법(라만 분광법, 동적 시차 주사 열량계 등)을 활용했다. 이를 통해 시간-온도-변환 다이어그램을 제작하며, 합성 경로의 조건을 최적화하는데 성공했다. 500도 이하에서 합성 성공 연구팀은 이러한 분석을 바탕으로 500°C라는 상대적으로 낮은 온도에서 10시간 동안 어닐링 과정을 거친 후, cLLZO를 조밀하고 견고한 필름 형태로 만드는 새로운 기술을 선보였다. 이 최적화된 합성 방법을 통해 미래의 배터리 설계에서는 코발트와 같은 사회 경제적으로 중요한 자원을 사용하지 않아도 되며, 지속 가능한 음극과 고체 LLZO 전해질을 통합할 수 있게 됐다. 연구팀은 최근의 연구 성과를 바탕으로 "전고체 배터리의 상용화가 한 걸음 더 가까워졌다"며 "앞으로의 연구를 통해 리튬 세라믹의 성능을 더욱 향상시키고, 다양한 종류의 전고체 배터리에 적용할 수 있을 것"이라고 밝혔다. 한편, 한국원자력연구원 창업기업 내일테크놀로지는 나노 신소재를 이용하여 리튬이온전지의 성능과 안정성을 향상시키는 새로운 기술을 선보였다. 질화붕소 나노튜브(BNNT)를 활용한 이 기술은, 900도 이상의 고온에서도 안정성을 유지하며, 화학적 반응성이 낮은 것이 특징이다. 내일테크놀로지의 이러한 기술은 배터리 제작 공정에 무리 없이 적용될 수 있으며, 배터리의 출력과 용량, 충전과 방전, 그리고 안전성 등 전반적인 성능 향상에 기여할 것으로 예상된다. 이로써, 배터리 관련 기술 분야에서의 혁신과 더불어 에너지 저장장치의 성능 향상이 기대된다.
- 산업
2023-11-01
MIT, 태양광 발전으로 수소 효율성 향상

수소를 공해 없이 보다 효율적으로 생산할 새로운 방법이 연구되고 있다. 매사추세츠 공과대학(MIT)의 엔지니어들은 태양열을 이용하여 물을 분해하고, 이 과정에서 온실가스를 배출하지 않는 수소를 효율적으로 생산하는 '태양열화학수소' 시스템을 개발했다고 산업 전문매체 '오일프라이스(Oil Price)'가 보도했다. 기존의 태양열 열화학 수소 생산 시스템은 효율성이 낮았지만, MIT의 설계는 수소 생산에 태양열을 최대 40%까지 활용할 수 있다. '솔라 에너지 저널(Solar Energy Journal)'에 게재된 이 신기술은 태양열을 활용해 물을 분해하고, 그 과정에서 나온 수소를 청정 연료로 사용할 수 있는 시스템이다. 이렇게 생산된 수소는 장거리 트럭, 선박, 항공기의 연료로 사용될 수 있으며, 온실가스가 전혀 배출되지 않는다. 현재 대부분의 수소 생산 방법은 천연가스나 다른 화석 연료를 사용하는데, 이는 환경에 해를 끼치는 '회색' 에너지원에 가깝다. 그러나 태양열화학수소는 오로지 재생 가능한 태양 에너지만을 사용하여 수소를 생산하므로, 환경에 해롭지 않다. 기존의 태양열화학수소 시스템은 태양광의 약 7%만 수소 생산에 활용할 수 있었고, 이로 인해 효율이 낮고 비용이 높았다는 단점이 있었다. MIT 연구팀은 새로운 설계 방법을 도입하여 태양열의 최대 40%를 수소 생산에 활용할 수 있도록 개선시켰다. 이번 연구를 주도한 아흐메드 고니엠(Ahmed Ghoniem) 교수는 "미래의 주요 연료인 수소를 저렴하게 대량 생산할 방법을 찾아야 한다"고 말했다. 그는 "2030년까지 킬로그램당 1달러로 수소를 생산하는 것이 목표다. 경제성을 개선하려면 효율성을 높이고 수집한 태양 에너지의 대부분을 수소 생산에 활용해야 한다"고 덧붙였다. MIT의 새로운 시스템은 집중형 태양열 발전소(CSP) 방식을 사용하며, 여러 거울을 이용해 태양광을 한 곳에 모아 열을 생성한다. 이렇게 모아진 열은 수소를 생산하는데 사용된다. 이 시스템의 핵심은 2단계의 열화학 반응 과정이다. 첫번째 단계에서는 금속이 증기 형태의 물에 노출되며, 이 금속은 증기에서 산소를 제거하고 수소를 추출한다. 이 과정은 '산화'라고 하며, 물과 반응하여 금속이 산화되는 것과 유사하지만, 이 과정은 훨씬 빠르게 진행된다. 수소가 한 번 분리되고 나면, 산화된 금속은 진공 상태에서 재가열되어 원래 상태로 복원된다. 이 과정에서 금속은 산소를 잃게 되고, 다시 물 증기와 반응하여 추가적인 수소를 생산하게 된다. 이러한 과정을 수없이 반복해 수소를 생산하는 것이다. 이 시스템의 구조는 원형 트랙을 따라 달리는 상자 모양의 원자로 열차와 비슷하게 구성되어 있다. 이 원형 트랙은 태양열을 집중하는 CSP 타워 주변에 배치되어 있으며, 각 원자로는 높은 온도에서 산소를 제거하고, 증기와 반응하여 수소를 생산하는 산화환원 과정을 거친다. 원자로는 먼저 아주 뜨거운 스테이션을 통과하며, 금속은 최대 1500도의 태양열에 노출된다. 이 때 금속은 고온에서 산소를 빠르게 잃고, 이후 약 1000도 정도의 스테이션으로 이동해 증기와 반응하여 수소를 생산한다. 그러나, 이 시스템은 반응기가 냉각되는 과정에서 발생하는 열을 어떻게 효과적으로 관리하고 재활용할 것인지에 대한 과제를 안고 있다. 열 재활용 없이는 시스템의 전체 효율성이 떨어져 실제로 사용하기 어렵게 된다. 또 다른 과제는 금속을 녹을 제거할 수 있도록 에너지 효율적인 진공 상태를 유지하는 것이다. 초기 프로토타입에서는 기계식 펌프를 이용하여 진공을 생성했으나, 이 방법은 대량의 수소를 생산할 때 에너지 소비가 많고 비용이 높았다. 연구팀은 이 문제를 해결하기 위해, 시스템 내에서 발생하는 열을 대부분 회수하는 방안을 마련했다. 원형 트랙의 원자로는 열을 상호 교환할 수 있도록 설계되었으며, 이를 통해 뜨거운 반응기는 냉각되고, 차가운 반응기는 가열되어 시스템 내의 열을 보존한다. 또한, 연구팀은 에너지 소비를 줄이기 위해 첫번째 원자로 열차 주위를 돌면서 반대 방향으로 움직이는 두 번째 원자로 세트를 추가 설치했다. 이 새로운 궤도의 원자로는 보다 낮은 온도에서 작동하며, 기계식 펌프의 도움 없이도 내부 궤도의 높은 온도에서 발생하는 산소를 제거하는 데 사용된다. 외부 반응기는 에너지 집약적인 진공 펌프 없이도 내부 반응기에서 산소를 흡수하여 금속의 원래 상태로 복원하는 데 효과적이다. 두 세트의 반응기는 연속적으로 운영되어, 순수한 수소와 산소를 분리하여 생성한다. 연구팀은 이러한 개념 설계에 대해 상세한 시뮬레이션을 수행했고, 그 결과 태양열을 이용한 열화학 수소 생산 효율이 이전의 7%에서 40%로 크게 향상될 수 있었다. 고니엠 교수는 "시스템의 에너지 효율을 극대화하고 비용을 최소화하기 위해 우리는 모든 에너지 소스와 그 활용 방법을 고려해야 한다"며, "이 새로운 설계를 통해 태양에서 발생하는 열의 대부분을 활용할 수 있음을 확인했다. 이를 통해 태양열의 40%를 수소 생산에 활용할 수 있다"고 설명했다. 연구팀은 내년에 에너지부 연구소의 집중형 태양광 발전 시설에서 테스트할 프로토타입 시스템을 구축할 계획이다. 한편, 한국의 DGIST(대구경북과학기술원)와 단국대학교 연구팀은 친환경적인 양자점을 활용하여 세계 최고 수준의 태양광 수소 생산 기술을 개발했다. 이 기술은 양자점의 물성을 조절하여 광전기화학 소자에 적용, 태양광을 효과적으로 수소 생산에 활용하는 방법을 제공한다. 연구팀은 합성된 친환경 양자점을 광전기화학 소자에 적용하여 태양광 에너지의 전 영역을 효율적으로 이용, 수소를 생산할 수 있었다. 이 연구 결과는 '카본 에너지'라는 학술지에 게재됐다.
- 산업
2023-10-27
삼성 갤럭시 S24, AI 탑재설⋯출시일과 디자인은?

올해 3분기 세계 최대 스마트폰 브랜드는 삼성전자다. 특히 인도 시장에서는 790만 대를 출하하여 18%의 시장 점유율을 기록, 탄탄한 입지를 다졌다. 이는 대다수의 경쟁 브랜드들이 불안정한 경제 상황과 인플레이션 상승으로 인해 출하량이 크게 줄어든 것과는 대조적이다. 삼성전자는 현재 2024년 출시 예정인 '갤럭시 S24' 라인업에 주력하고 있다. 미국 IT 매체인 샘모바일(SAMMOBILE)에 따르면, 갤럭시 S24 시리즈는 디자인적으로 큰 변화 없이 갤럭시 S23 시리즈와 매우 흡사할 것으로 예상된다. 인공지능(AI) 탑재설도 제기됐다. 디자인 측면에서 갤럭시 S24와 S24 플러스는 플랫 프레임이 돋보일 것으로 보이며, 갤럭시 S24 울트라는 전작과 거의 동일해 보인다고 한다. 하지만 갤럭시 S24 울트라에서는 소소한 변화가 있을 것으로 예상되며, 그 중 하나로 스피커 그릴이 길고 좁은 형태로 바뀔 것이라고 알려져 있다. 이는 현재 갤럭시 플래그십 모델에서 볼 수 있는 원형 스피커 구멍과는 다른 디자인이다. 오랜 삼성 사용자들은 아마 기억하겠지만 스테레오 스피커를 처음 탑재한 삼성의 플래그십 스마트폰 갤럭시 S9과 S9 플러스는 스피커의 디자인이 유사했다. 그러나 이 디자인은 6개월 후에 출시된 갤럭시 노트9와 같은 후속 모델에는 보이지 않았다. 샘모바일 최근 보도에 따르면, 이러한 스피커 그릴 디자인이 갤럭시 S24 울트라에 재등장할 가능성이 있다고 전해졌다. 이는 스피커의 음질에 직접적인 영향을 끼치지 않지만, 일부 사용자들은 디자인 측면에서 마음에 들지 않을 수도 있다고 우려하고 있다. 그러나 휴대폰의 하단 부분은 사용자가 자주 주시하는 곳이 아니기 때문에 실제 사용 중에는 크게 신경 쓰지 않는 부분일 수 있다. 그렇기 때문에 실제로 새 모델을 직접 보고 사용해보지 않는 한 확실한 평가는 내릴 수 없다고 볼 수 있다. 갤럭시 S24와 S24 플러스의 스피커 그릴 디자인도 유사할지 관심을 가지고 지켜봐야 할 부분이다. 다행히 삼성은 2024년 1월에 갤럭시 S24, S24 플러스, 그리고 S24 울트라를 공개할 예정이라고 밝혔다. 샘모바일은 삼성전자는 다가오는 갤럭시 S24 시리즈 출시를 앞두고 이례적으로 네 번째 배터리 공급업체를 선정했다고 전했다. 2023년 9월, 삼성전자는 갤럭시 S24 플러스 배터리의 공급 전략으로 삼성SDI 베트남, 중국의 닝더 암페렉스 테크놀러지 리미티드(Ningde Amperex Technology Limited), 그리고 인도의 이랜텍 인디아(ELENTEC India) 세 곳을 이미 확정한 바 있다. 세이프티 코리아(Safety Korea)에서 확인된 새로운 인증서에 따르면, 삼성이 네 번째 배터리 공급업체로 나비타시스 인디아(Navitasys India)를 선택한 것으로 드러났다. 해당 인증서에는 이 회사가 갤럭시 S24 울트라의 배터리를 공급할 것이라고 나와 있다. 그러나 다른 두 S24 모델은 해당 문서에 포함되어 있지 않으므로, 아직 공급업체에서 제외된 것으로 보기는 어렵다. 삼성이 네 번째 배터리 공급업체를 통해 인도에서 출시되는 갤럭시 S24 모델에만 배터리를 공급할 것인지 여부는 아직 명확하지 않다. 다만 삼성이 이미 인도의 두 배터리 공급업체와 계약을 체결한 것은 인도 정부의 '메이드 인 인디아(Made in India)' 이니셔티브와 관련이 있을 수 있다는 지적이다. 삼성은 갤럭시 S24의 배터리 공급에 문제가 없어야 하며, 회사가 전반적으로 지속 가능한 방향으로 모델을 개선했다는 점을 고려하면 이는 좋은 소식이라고 할 수 있다. 배터리는 이제 내부 디자인의 개선을 통해 사용자가 보다 쉽게 교체할 수 있도록 되어있다. 삼성은 여러 시장에서 사용자가 스마트폰 부품을 스스로 교체할 수 있도록 필요한 도구와 지침을 제공하고 있다. 이러한 방식을 통해 사용자가 직접 기기를 수리할 수 있어 모바일 제품의 사용 수명이 연장될 것으로 기대된다. 삼성은 2024년 초에 갤럭시 S24를 공개할 예정이며, 일부 보도에 따르면 미국 샌프란시스코에서 해당 제품의 글로벌 론칭 이벤트가 열릴 가능성이 있다. 23일(현지시간) 샘모바일의 보도에 따르면, 인공지능(AI)기능을 강한다는 소식도 전해지고 있다. 사용자가 제공한 키워드를 기반으로 콘텐츠와 이야기를 만드는 오픈 AI의 챗GPT나 구글 바드와 비슷한 생성형 AI 기능이 답재될 예정이다. 아울러 이번 시리즈에는 예상대로 기본 모델, 플러스 모델, 그리고 최상위 울트라 모델, 총 세 가지 버전이 출시될 것으로 예상된다.
- IT/바이오
2023-10-25
생체공학 로봇 손, 절단 부위 재건 수술 혁신

약 20년 전 농사 중 사고로 오른팔을 잃은 스웨덴 여성 카린(Karin)은 의수 보조 장치를 사용해왔지만, 그 장치의 불편함으로 인해 큰 스트레스와 고통을 겪어야 했다. 그녀는 의수 보조 장치를 사용하면서도 팔의 통증으로 많은 어려움과 스트레스를 겪었고, 다양한 진통제를 복용해야만 했다. 하지만 최근 새로운 생체공학 수술 방법의 개발로 인해, 절단된 신체 부위를 가진 사람들에게 희망의 빛이 보이기 시작했다. 영국 야후 뉴스(yahoo news)에 따르면 이 새로운 수술 방법은 전극을 이용해 의수와 신경계를 연결하는 것으로, 절단된 신체 부위를 가진 사람들의 삶에 큰 변화를 가져올 것으로 보인다. 연구팀은 인간과 기계를 연결하는 새로운 인터페이스 기술을 개발했다. 이는 '골집합술'이라 불리는 기술로 스켈레톤(skeleton, 뼈대)에 영구적인 임플란트를 부착하는 수술과, 절단된 부위와 신경계를 직접 연결하는 재건 수술을 결합했다. 연구팀은 카린의 팔을 재건하기 위해 티타늄 임플란트를 이용하여 반두근과 요골 뼈에 수술했다. 그 후 절단된 신경을 수술로 자유 근육 이식을 통해 이식했고, 이를 전극과 연결해 자체 근육과 자유 근육 이식물, 그리고 요골 신경에도 이식했다. 사이언스 로보틱스(Science Robotics) 저널에 게재된 논문에서 카린은 "일상생활에서 계속해서 보철물을 사용하고 있다"며 "나에게 이 연구는 더 나은 삶을 제공했기 때문에 많은 의미가 있다"고 말했다. 논문에서는 기존의 인공 의수나 의족이 사용하기 불편하고, 기능이 제한적이며 신뢰성이 떨어진다고 지적했다. 새로운 신경-근골격 인터페이스 기술은 이런 문제점들을 해결하며, 신경적 제어가 가능한 보철 장치의 일상적인 사용을 가능하게 하는 새로운 방법을 제시했다. 호주 생체공학 연구소의 신경 보철 연구 책임자이자 스웨덴 생체공학 및 통증 연구 센터(CBPR)의 설립자인 맥스 오리츠 카탈란(Max Ortiz Catalan) 교수는 " 카린은 팔꿈치 아래 부분이 절단된 환자 중 이 새로운 기술을 처음으로 받아들인 사람이다"라며 "이것은 일상에서 독립적이고 안정적으로 사용할 수 있는 고도로 통합된 첨단 생체공학적 손이다"라고 밝혔다. 또한 그는 "카린이 이 보철물을 수년 동안 일상 활동에서 편안하고 효과적으로 사용했다는 것은, 이 새로운 기술이 사지를 잃은 많은 사람들의 삶에 변화를 가져올 큰 잠재력을 가지고 있다는 확실한 증거"라고 덧붙였다. 이번 수술은 MIT 연구협력교수겸 예테보리대학교 부교수이자 인테그럼 최고경영자(CEO)인 리카드 브레네마크(Rickard Branemark) 교수가 주도했다. 브레네마크 교수는 "티타늄 임플란트를 뼈에 생물학적으로 통합함으로써, 절단된 부위의 치료와 재활을 혁신적으로 발전시킬 수 있는 새로운 기회를 열었다"며, "골집합술과 재건 수술, 임플란트 전극, 그리고 인공 지능을 결합함으로써 인간의 기능을 전례 없이 향상시킬 수 있는 방법을 제공한다"고 설명했다. 그는 "팔꿈치 아래 절단에 대한 치료는 특별한 도전과제를 가지고 있으며, 이러한 신기술의 성공적 적용은 상지 재건 분야에서의 중요한 발전을 의미한다"고 덧붙였다. 이에 앞서 약 10년 전인 지난 2013년 2월 미국 보스턴에서 개최된 미과학증진협회 연례총회에 참석한 스위스 로잔공대의 실베스트로 미체라 신경 엔지니어링 연구소장은 로마에 거주하는 20대 남성에게 '바이오닉 핸드' 이식을 계획하고 있음을 밝혔다. 외신 보도에 따르면, 이 바이오닉 핸드는 팔의 신경과 뇌가 연결되어 있어 환자가 손의 감촉을 느끼고, 더욱 정교한 동작을 수행할 수 있게 설계됐다. 그러나 당시의 임상 실험에서는 바이오닉 핸드가 절단된 환자의 신경과 완벽하게 연결되지 않아, 기본적인 움직임인 주먹 쥐기나 물병 잡기 등만 가능했다고 전해졌다. 지난 10년 동안 엄청난 기술 발전을 보인 카린이 이식한 이 로봇 손은 '미아 핸드(Mia Hand)'로 불리며, 프렌실리아(Prensilis)에서 개발됐다. 프란체스코 클레멘테(Francesco Clemente) 프렌실리아 전무이사는 "보철물을 성공적으로 사용하려면 사용자의 적극적인 수용이 중요하다"며 "기술적 성능을 넘어, 프렌실리아는 사용자의 미적 취향에 따라 완벽하게 맞춤 설정이 가능한 보철 손을 개발하는 데 주력했다"고 밝혔다. 그는 "사용자들이 자신의 보철물에 자부심을 가질 수 있도록 하고, 잃어버린 신체 부위에 대해 부끄러워하지 않도록 하는 것이 우리의 목표였다"라고 설명했다.
- IT/바이오
2023-10-24
포스코·엔지, 호주 필바라에 대규모 그린 수소 프로젝트 착수

한국의 철강 제조업체인 포스코와 글로벌 에너지 대기업인 엔지(Engie)가 호주에서 친환경 철강 산업을 조성하기 위해 필바라에서 대규모 친환경 수소 프로젝트를 추진하기로 합의했다. 호주 현지 매체 리뉴이코노미에 따르면 포스코와 엔지는 지난 13일(현지시간) 풍력, 태양열, 전해조, 파이프 라인으로 구성된 그린 수소 프로젝트를 건설하기 위한 타당성 조사를 실시해 포트 헤드랜드에서 친환경 철강을 생산하는 핵심 투입물인 고온 연탄철(HBI)을 공급할 계획이라고 발표했다. '용선철'이라고도 불리는 고온 연탄철(HBI, Hot Briquetted Iron)은 철광석에서 산소를 제거(환원)한 환원철을 조개탄 모양으로 만든 가공품을 말한다. 이번 연구는 풍력과 태양광 발전을 포함한 필바라 지역의 내륙 재생 에너지 부지와 수소 전해조와 대규모 저장 능력, 그리고 포스코의 HBI 공장에 그린 수소를 공급할 수 있는 파이프라인을 조사할 예정이다. 그린 수소는 직접환원철(DRI) 기술과 HBI 생산을 통해 철광석을 환원하는 제재로 활용된다. 이는 친환경 철강 생산의 핵심 요소다. '해면 철(스펀지 철)'이라고도 불리는 직접환원철(DRI, Direct reduced iron)은 철광석 덩어리를 천연가스(수소)나 천연가스에서 생성된 환원가스 등으로 직접 환원시킨 것을 말한다. 이번 연구는 2024년 초에 완료될 예정이다. 앞서 두 회사는 중동 국가인 오만에서 연간 120만 톤 용량의 그린 암모니아를 공급하기 위해 5GW(기가 와트)를 건설하는 프로젝트에 협력하고 있다. 그러나 이 프로젝트의 규모는 아직 공개되지 않았다. 엔지는 이미 서호주 카라타 인근의 야라 비료 공장에 18MW(메가와트)의 태양광과 8MWh(메가와트시) 배터리 저장 시스템으로 지원되는 호주 최대 규모의 수소 전해조 프로젝트 중 하나인 10MW 전해조를 건설 중이다. 이 회사는 필바라에서 훨씬 더 큰 규모의 친환경 재생 에너지와 수소 프로젝트를 진행할 가능성도 크다. 일본 거대 기업인 미츠이 앤 코(Mitusi and Co)와 합작 투자한 엔지 호주&뉴질랜드(Engie Australia & New Zealand)의 리즈 드 바이세리 대표는 그린 수소를 개발하는 것이 중공업의 이산화탄소 배출량을 줄이는 데 도움이 된다고 말했다. 그는 성명에서 "필바라 지역의 기업과 지역사회는 탈탄소화의 기회와 이점을 볼 수 있다"고 말했다. 이어 "또한 이는 새로운 산업 분야에서 더 많은 일자리를 창출하고 장단기적으로 지역 전체의 경제 활동을 촉진할 수 있다"고 덧붙였다. 바이세리 대표는 "호주는 엔지가 수소 사업 성장을 적극적으로 모색하고 있는 시장"이라며 "우리는 이번 연구가 필바라에서 두 번째로 큰 수소 개발 프로젝트를 진행해, '탄소 순 제로' 목표를 달성하는 데 도움이 될 것으로 기대한다"고 덧붙였다. 포스코는 호주에서 친환경 철강 생산에 통합될 수 있는 친환경 수소 산업을 구축하는 것이 목표라고 밝혔다. 조주익 포스코 수소사업팀장은 "포스코 그룹은 호주에서 단순히 수출용 수소를 생산하는 것 이상을 할 계획이다. 수소 생산뿐만 아니라 수소 활용 산업 개발에도 투자해 부가가치를 창출할 것"이라고 말했다. 빌 존스턴 필바라 주 에너지 장관은 성명에서 "현재 철강 제조업이 전 세계 탄소 배출량의 7% 이상을 배출하고 있다. 친환경 철강을 생산하면 서호주가 친환경 산업의 세계적인 선두주자가 될 수 있을 것"이라고 기대했다.
- 산업
2023-10-20
'뇌 청소'로 알츠하이머병 예방 가능할까?

일본 후생노동성이 지난 9월 하순, 알츠하이머병 진행을 완화시킨다는 신약의 제조 판매를 승인, 관련 연구가 활발히 진행 중이다. 프레지던트 일본어판에서 소개된 오차노미즈 대학의 마오우치 히로시 박사의 뇌신경과학 연구에 따르면, 젊은 사람들은 알츠하이머병에 걸릴 확률이 상대적으로 낮은 것으로 나타났다. 이는 뇌의 '청소 시스템'과 관련이 있는 것으로 보인다. 뇌는 활동하면서 노폐물을 생성한다. 그 중 베타 아밀로이드나 타우와 같은 단백질은 뇌에서 노폐물로 분류되며, 이러한 단백질의 축적이 알츠하이머병과 관련이 있다. 이 단백질이 뇌에서 비정상적으로 축적되면 뇌의 손상을 일으키고, 기억력이나 공간 인지 능력에 문제를 일으킬 수 있다. 뇌를 '청소'하는 데 중요한 역할을 하는 것은 뇌척수액으로, 이 액체는 뇌 속을 순환하며 타우 등의 노폐물을 제거한다. 뇌 연구를 통해 뇌의 노폐물 제거가 알츠하이머병 예방에 중요한 역할을 할 수 있음이 제시되고 있다. '뇌 청소' 수면과 체내 시계가 관건 최근 연구에서 뇌의 '청소' 작업이 깊은 수면 중에 이루어지며, 체내 시계와 밀접한 연관이 있다는 사실이 밝혀졌다. 2016년 미국 MIT의 연구에 따르면, 초당 40회 점멸하는 빛을 노출시킴으로써 뇌의 노폐물 제거가 촉진되었고, 알츠하이머병 실험용 쥐에서 인지 기능의 개선이 확인됐다. 이후 연구에서도 빛 외에도 소리 자극이 뇌 '청소'에 효과적이라는 결과가 나왔다. 뇌파, 특히 감마파의 활용이 주목받고 있다. 감마파는 인지 기능과 관련이 있으며, 알츠하이머병 환자에서는 감마파가 감소하는 경향을 보이고 있다. 초당 40번의 빛이나 소리 자극을 통해 뇌파의 활동을 조절하면, 인지 기능의 개선이 이루어질 수 있을 것으로 보인다. 이러한 방법은 비교적 간단하게 적용될 수 있어 인간에 대한 치료법으로의 가능성이 열려 있으나, 분명한 효과를 확인하기에는 더 많은 연구가 필요하다. 2023년에 발표된 연구에서는 해당 방법이 알츠하이머병의 개선에 큰 효과를 보이지 않았다고도 하여, 이 주제는 뇌 과학 분야에서 활발히 논의되고 있는 이슈 중 하나다. 수면과 운동도 뇌 건강에 중요 미국 보스턴 대학의 연구에 따르면, 깜빡이는 빛 외에도 시각 자극만으로도 뇌의 노폐물을 제거할 수 있다고 한다. 연구에서는 체크무늬 패턴을 16초 동안 보여준 뒤 16초 동안은 어두워지는 패턴을 1시간 동안 반복했고, 이로 인해 뇌척수액의 유입이 증가했다. 이러한 결과는 반복적인 시각 자극이 뇌 혈류를 증가시켜, 뇌의 노폐물을 제거하는 데 도움이 된 것으로 보인다. 또한, 뇌의 건강과 노폐물 제거에는 수면 뿐만 아니라 운동도 큰 영향을 미친다. 운동을 통해 뇌 내의 혈류가 활발해지고, 뇌 속 물의 흐름이 개선되어 뇌의 기능이 향상될 수 있다. 최근 미국 샌디에이고 대학의 연구팀은 동공 팽창을 통해 알츠하이머병의 조기 진단이 가능하다는 연구 결과를 발표했다. 연구에 따르면, 증상 발현 이전에도 동공 움직임을 통해 알츠하이머 병의 유전적 위험성을 파악할 수 있다. 이는 알츠하이머 환자의 뇌 변화가 동공의 운동에 직접적인 영향을 주기 때문이다. 이런 연구를 바탕으로 알츠하이머병 예방과 뇌 건강 향상에 도움이 될 실질적인 방법들이 개발되기를 기대한다.
- 생활경제
2023-10-18
개봉한 와인, 적정 보관 기간은 얼마?

이마트 등 대형 마트에서 가을을 맞아 와인 행사가 열린 가운데, 와인 보관 방법에 관심이 쏠리고 있다. 2023 이마트 하반기 와인장터는 지난 12일부터 오는 18일까지 진행된다. 와인 병을 개봉한 후에는 다 마시지 않을 경우, 보관 방법이 중요하다. 와인은 올바르게 보관하지 않으면 그 맛이 쉽게 변질될 수 있기 때문이다. 프랑스 매체 마미통(Marmiton)에 따르면 와인의 종류와 품질, 그리고 알코올 함량에 따라 보관 방법과 기간이 다르다. 로제 와인과 스위트 화이트 와인은 냉장고에 보관하면 57일 동안 즐길 수 있다. 드라이 화이트 와인과 레드 와인은 서늘하고 건조한 곳에서 35일 동안 보관 가능하다. 와인 보관의 핵심은 산화를 방지하는 것이다. 일반적으로 사람들은 코르크 마개를 이용하여 와인 병을 막고 보관하고 있다. 와인 메이커 파울린 도린(Pauline Dorin)은 와인을 더 오래 보관할 수 있는 다양한 방법을 소개해 눈길을 끌고 있다. 그녀는 틱톡(TikTok) 계정(@Levinetunefille)을 통해 와인 보관 팁을 공유해 와인 애호가들에게 유용한 정보를 제공하고 있다. 도린은 '부숑(bouchon, 원통형 코르크 혹은 유리나 고무 재질의 병마개 )'이라는 특별한 마개를 사용하여 개봉한 와인 병의 공기를 제거하고 와인을 산화로부터 보호한다. 이렇게 하면 약 1주일 동안 와인을 신선하게 보관할 수 있다고 그녀는 말했다. 이 방법은 간단하면서도 효과적이다. 병 안의 공기를 펌프로 제거함으로써 와인이 산화되는 것을 방지하고, 이로 인해 와인을 더 오래, 더 신선하게 즐길 수 있다. 이는 와인 애호가들에게 매우 유용하며, 추가 비용 없이도 쉽게 시도해 볼 수 있는 방법이기도 하다. 와인 소믈리에들은 다양한 와인 보관법이 있지만, 와인을 가장 좋은 상태로 즐기려면 개봉 직후 바로 마시는 것이 가장 이상적이라고 입을 모았다.
- 생활경제
2023-10-16