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2025-04-05 (토)

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[신소재 신기술(69)] AI, 당 분석으로 암 조기 진단 새지평 열다

스웨덴 예테보리 대학교 연구원들이 당 분석을 통해 암 발견 가능성을 획기적으로 높인 인공지능(AI) 모델을 개발했다. 세포 내 당 분자 구조인 글리칸을 활용하는 이 AI 모델은 현재의 반수동 방식보다 빠르고 정확하게 암 관련 이상을 감지한다고 메디컬 익스프레스가 지난 1일(현지시간) 보도했다. 글리칸(Glycan)은 탄수화물의 일종으로 당 분자(단당류)들이 사슬처럼 연결되어 있는 중합체다. 글리칸은 다양한 생물학적 기능을 수행하는데, 특히 세포 표면에 존재하는 당단백질이나 당지질의 구성 성분으로 매우 중요하다. 글리칸은 질량 분석법으로 측정 가능하며, 암의 종류를 나타내는 지표로 활용될 수 있다. 암 세포는 다른 글리칸 패턴을 가지고 있기 때문에 글리칸 분석은 암 진단 및 치료에 활용될 수 있다. 그러나 질량 분석 데이터는 글리칸 조각으로부터 구조를 파악하기 위해 전문가의 세심한 분석이 필요하며, 샘플 당 수 시간에서 수 일이 소요될 수 있다. 샘플 분석 작업은 마치 수년간의 경험을 통해 습득된 탐정 작업과 유사하기 때문이다. 따라서 수많은 샘플을 분석해야 하는 암 진단 등 글리칸 분석 활용에 있어 이 과정은 종종 병목 현상을 초래했다. 이에 예테보리 대학 연구팀은 샘플 분석 작업을 자동화하는 AI 모델인 '캔디크런치(Candycrunch)'를 개발했다. 이 모델은 테스트당 불과 몇 초만에 분석 작업을 해결하는 것으로 확인됐다. 연구 결과는 '네이처 메소드(Nature Methods)' 저널에 게재됐다. AI 모델 캔디크런치는 50만 개 이상의 다양한 조각화 및 관련 당 분자 구조 예시 데이터베이스를 통해 훈련됐다. 예테보리 대학교의 다니엘 보야르(Daniel Bojar) 생물정보학 부교수는 "캔디크런치는 샘플 내 정확한 당 구조를 90% 정도 계산할 수 있다"고 밝혔다. 이는 곧 AI 모델이 DNA, RNA 또는 단백질과 같은 다른 생물학적 서열 분석과 동일한 수준의 정확도에 도달할 수 있음을 의미한다. 이 AI 모델은 빠르고 정확안 답변을 제공하기 때문에 암 진단과 예후를 위한 글리칸 기반 바이오마커 발견을 더욱 가속화할 수 있다. 보야르 교수는 "가장 큰 병목 현상을 자동화함으로써 글리칸 분석이 생물학 및 임상 연구에서 더 큰 역할을 할 것으로 기대한다"고 말했다. AI 모델인 캔디크런치는 농도가 낮아 사람들이 분석할 때 놓치기 쉬운 구조도 식별할 수 있어 새로운 글리칸 기반 바이오마커 발견에 도움을 줄 수 있다는 평가다.
- 포커스온
2024-07-03 10:15:00
[신소재 신기술(68)] MIT 생체공학 다리, 신경계 직접 연결로 생체 모방 보행 가능

미국 메사추세츠 공과대학교(MIT) 연구팀은 두뇌의 신경계와 완전히 연결된 새로운 생체공학적 인공다리(의족)를 개발해, 절단 환자들에게 자연스러운 보행 능력을 회복하는 데 성공했다고 발표했다. 해당 연구에 대해서 CNN과 네이처닷컴 등 다수 외신이 1일(현지시간) 보도했다. 이번 연구는 절단 환자들의 삶을 획기적으로 변화시킬 수 있는 잠재력을 지닌 것으로 평가받고 있다. 연구에 참여한 절단 환자들은 기존의 인공다리 사용보다 보행 속도가 월등하게 향상되었으며, 일반인들의 보행과 비슷한 수준으로 걸을 수 있었다. 테스트에 참여한 매사추세추 출신의 47세인 남성은 "다리가 절단된 것 같지 않았다"며 "제 인생에 가장 행복한 순간이었다"고 말했다. 이 연구의 책임 연구원이자 수석 저자인 MIT의 양 바이오닉스 센터의 공동 책임자 휴 허(Huge Herr) 박사는 "이 의족은 인간의 신경계에 의해 완전히 제어되어 자연스러운 보행 속도와 보행 패턴을 보여주는 최초의 생체공학 다리"라고 설명했다. 허 박사는 "마치 팔다리가 살과 뼈로 만들어진 것처럼 자연스럽게 느껴진다. 뇌가 정상적인 감각을 느끼기 때문에 중뇌가 사지가 절단된 사실을 인지하지 못하는 것 같다"고 말했다. 최근 인공다리는 기능적 측면에서 상당한 발전을 이루고 있지만, 여전히 자연스러운 보행을 제공하는 데는 한계가 있었다. 기존 인공 다리는 센서와 알고리즘을 사용하여 움직임을 제어하지만 신경계와의 직접적인 연결이 부족해 불편함과 불안정성을 유발할 수 있다. MIT 연구팀은 이러한 한계를 극복하기 위해 신경계와 연결된 생체공학적 인공다리를 개발했다. 이 인공다리는 절단된 근육과 뇌 사이의 신호 전달을 유지하는 새로운 근육 연결 기법인 'AMI(agonist-antagonist myoneural interface, 길항근 근신경 인터스페이스)'를 사용해 절단 수술을 실시했다. 이후 절단 부위와 인공 다리 사이에 센서를 장착해 뇌로부터 오는 전기 신호를 전달하는 방식으로 의족이 자신의 위치와 움직임을 인식하고 이 정보를 다시 환저에게 보내 '몸의 위치 감각(proprioception)'을 가능하게 했다. 허 박사는 보철물이 인간의 신경계 보다는 로봇 알고리즘에 의해 제어되는 추세를 관찰한 후 이 프로젝트에 착수했다. 신경보철물은 제건된 절단 부위와 생체 다리 사이에 배치된 센서를 사용해 뇌에서 전기 신호를 전송한다. 이를 통해 보철물이 위치와 움직임을 감지하고 이 정보를 환자에게 다시 보내어 고유한 감각을 느낄 수 있다. 고유 감각은 뇌가 공간에서 자기 움직임과 위치를 감지하는 능력이다. 허 박사는 "우리는 인간의 몸을 제건하고 싶다"며 "우리는 재건하고 사람들이 원하는 것을 둘려주고 싶다. 우리는 그저 점점 더 호화로운 로봇 도구나 장치를 만들고 싶지 않다"고 말했다. 연구팀은 인터스페이스를 테스트 하기 위해 14명의 참가자를 두 그룹으로 나누어 생체의료용 의족을 착용하게 했다. 7명은 AMI 수술을 받았고, 7명은 수술을 받지 않았다. 연구 결과에 따르면 AMI 절단 수술을 받은 사람들은 경사로, 계단, 방해가 되는 경사로 등 다양한 난코스를 포함한 실제 환경을 더 잘 탐색하는 것으로 나타났다. 연구팀은 AMI 수술과 신경 제어 인공다리를 사용한 7명의 절단 환자를 대상으로 연구를 진행했다. 연구 결과 참가자들의 보행 속도는 기존 인공 다리를 사용할 때보다 41% 향상되었으며, 절단을 겪지 않은 일반 사람들의 보행 능력과 유사한 수준에 도달했다. 연구 결과는 지난 1일 학술지 '네이처 메디신(Nature Medicine)'에 게재됐으며, 특수 절단 수술(AMI)과 신경 제어 인공 다리를 사용한 참가자들의 보행 속도가 향상되었음을 보여줬다. 연구팀은 인공 다리 제어에 실제 몸의 위치 감각의 18%만 사용되었을 가능성이 있다고 밝혀 향후 더 큰 기능을 발휘할 수 있음을 시사했다. 이번 연구는 신경계를 이용해 자연스러운 보행 속도와 걸음걸이 패턴을 보여준 최초의 사례라는 점에서 큰 의의를 지닌다. 또한 AMI 수술과 신경 제어 바이오닉 다리가 절단 환자들의 삶의 질을 크게 향상시킬 수 있다는 가능성을 제시했다. 책임 연구원인 휴 허 박사는 절단 환자가 인공 다리를 착용하는 데 따른 불편감을 최소화하기 위해 다양한 속도에 맞게 조절이 가능하다고 강조했다. 휴 허 박사는 인공 다리 분야의 선구적인 연구로 유명한 인물이다. 그는 1982년 등반 사고로 양쪽 다리를 절단한 후 인공 다리 기술 개발에 헌신하며 절단 환자들의 삶의 질을 개선하는 데 앞장서고 있다. 허 박사는 인공 다리가 단순히 걷는 기능을 넘어 자연스럽고 편안한 보행을 가능하게 하는 데 초점을 맞추고 있다. 허 박사에 따르면 AMI 신경 보철물은 일반인에게 제공되지는 않지만, 전 세계에서 약 60명에게 AMI 수술을 시행했다. 한편, 연방 의료 연구 및 품질 기관에서 발표한 2018년 보고서에 따르면 미국인 190만 명이 사지가 절단된 채 살아가고 있다. 이는 알려진 위험 요인인 당뇨병 발병률 증가로 인해 2050년까지 두 배로 증가할 것으로 예상된다. 현재 미국에서 절단 환자의 절반 이상이 인공 다리 처방을 받지 못하고 있으며, 보험 적용 범위 문제 등으로 인해 최신 기술을 갖춘 인공 다리 사용이 어려운 실정이다. MIT 연구팀은 향후 5년 안에 신경 제어 인공 다리를 상용화할 계획으로, 이 기술이 절단 환자들의 사회 복귀에도 도움이 될 것으로 기대하고 있다.
- IT/바이오
2024-07-02 16:05:00
[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.
- 포커스온
2024-06-27 15:02:00
[신소재 신기술(64)] 자가 치유 젤, 의료·로봇 공학 등 응용 분야 다양

유리처럼 단단하면서도 길이를 최대 5배까지 늘릴 수 있는 새로운 자가 치유 젤이 개발됐다. 미국 노스캐롤라이나 주립대학교(NCSU) 연구진이 개발한 이 젤은 최근 발견된 물에 노출될 경우 자가 치유되는 유리와 유사한 특징을 보이며, 절단되거나 손상된 부분이 스스로 복구되는 놀라운 특성을 지나고 있다고 BGR이 전했다. 연구팀은 이 새로운 물질에 '유리 젤(glassy gel)'이라는 이름을 붙였다. 이는 기존에 없던 새로운 물질로 우연히 발견되었다고 한다. NCSU 연구원인 메이시앙 왕(Meixiang Wang)은 이온젤을 연구하던 중 우연히 유리 젤을 발견했다고. 이온젤은 전기를 전도할 수 있는 이온성 액체를 이용하여 팽창된 고분자로 구성된 물질이다. 왕 연구원은 의료 기기, 로봇 공학, 압력 센서 등에 활용될 수 있는 신축성 있고 착용 가능한 장치를 만들기 위해 이온젤을 연구하고 있었다. 그는 이온젤 구성을 변경하는 과정에서 투명하고 평범한 플라스틱처럼 보이는 새로운 유리 젤을 만들어냈다. 연구팀은 이 물질을 테스트 하는 과정에서 뛰어난 신축성 뿐만 아니라 높은 강도와 자가 치유 능력을 가지고 있다는 것을 발견했다. 특히 절단된 젤을 다시 붙이면 상온에서 몇 시간 안에 원래 상태로 복구되는 놀라운 자가 치유 능력은 기존의 자가 치유 물질과 차별화되는 특징이다. 이후 팀은 이 새로운 자가 치유 젤의 특성을 이해하기 위한 연구에 몰두했다. 유리 젤은 50~60%가 액체로 구성되어 있음에도 불구하고 건조되지 않는 특징을 보였다. 또한 매우 높은 파괴 강도를 가지고 있으며, 물체를 부착할 수 있을 뿐만 아니라 절단 후에도 스스로 복구될 수 있다. 심지어 특정 형태로 늘렸을 때 열을 가하기 전까지 해당 형태를 유지하는 '기억' 능력도 가지고 있었다. 신축성 있고 젤과 같은 물질에서 재생 특성이 발견되는 것은 새로운 일이 아니지만, 이번 유리 젤의 특별한 구성 성분은 연구자들에게 더욱 흥미로운 연구 주제를 제공했다. 연구팀은 실제 응용 분야에 활용되기 전에 추가적인 최적화 및 테스트가 필요하다고 밝혔다. 유리 젤은 실용화되기까지는 몇 년이 걸릴 수 있지만, 이러한 새로운 물질의 발견은 미래의 다른 소재 개발에 혁신적인 돌파구를 제공할 수 있다는 점에서 큰 기대를 모으고 있다. 특히, 자기 치유 능력을 가진 유리 젤은 의료, 로봇 공학이나 전자 기기 등 다양한 분야에서 활용될 수 있을 것으로 기대된다. 이번 연구 결과는 '네이처(Nature)' 저널에 게재됐다.
- 포커스온
2024-06-26 13:39:00
[기후의 역습(17)] 기후 변화, 어린이 뇌 손상에 영향…가난한 어린이 위험 더 커

기후 변화의 가장 불평등한 측면은 지구를 달구는 탄소 배출에 가장 책임이 없는 사람들, 특히 빈곤층에게 불균형적으로 영향을 미친다는 것이다. 전문가들은 지구 온난화로 인해 노동 인구의 70%가 건강 위험에 노출되고 궁극적으로 약 10억 명이 사망할 수 있다고 예측한다. 이들 중 대부분은 빈곤층이다. 영향을 받는 것은 환경뿐만 아니라 사람들의 신체 자체라는 게 심각한 문제다. '네이처 기후변화(Nature Climate Change)' 저널에 실린 최신 연구는 기후 변화가 빈곤한 개인에게 불균형적으로 영향을 미치는 대표적인 사례로, 태어나기도 전인 태아의 뇌까지 변화시킨다는 사실을 보여준다. 네덜란드, 미국, 스페인 전문가로 구성된 연구팀은 '네덜란드 R세대 출생 집단(Netherlands Generation R birth cohort)'로 알려진 환자 그룹에서 2681명의 어린이를 12년 이상 동안 관찰했다. ‘네덜란드 R세대 출생 집단’은 로테르담의 다민족 도시 인구를 대상으로 태아 생활에서 태어나 자라기까지의 예비 인구 집단에 대한 연구다. R세대 연구 결과는 임산부와 어린이의 건강 및 의료를 최적화하는 전략 개발에 활용된다. 이 연구는 처음에는 9896명의 임산부가 참여했지만 수년에 걸쳐 다수가 제외됐다. 연구는 특히 태아기에 겪는 극심한 더위와 추위가 신경 발달에 영향을 미치는지 여부를 모니터링했다. 참가자 중 절반 이상이 네덜란드 출신이었으며, 10%는 수리남 또는 네덜란드령 안틸레스 출신이고 나머지는 튀르키예, 모로코 및 기타 다양한 국가 출신이었다. 참가자 75% 이상이 자녀가 9~12세가 되기 전에 실험 그룹에서 이탈했다. 남은 사람들은 대부분 가구 소득이 월 2200유로를 초과하고 이전 자녀가 없는, 높은 교육 수준의 네덜란드 부모 출신이었다. 연구진은 이런 인구 통계학적 동질성이 연구 결과를 다소 왜곡할 수 있다고 밝혔지만, 결과는 대단히 고무적이라는 평가다. 수년간 자기공명영상(MRI)으로 환자를 검사한 결과, 더위와 추위에 노출된 임신 초기 태아와 영유아는 청소년기 이전에 뇌의 미엘린(뉴런을 둘러싼 절연체)과 백질에 구조적 문제가 생길 가능성이 더 높았다. 또 이들의 뇌는 평균 확산도(MD), 즉 뇌 조직에서 물 분자가 쉽게 이동하는 정도가 감소했다. 그리고 이렇게 고통받는 아이들은 불균형적으로 저소득층 출신이었다. 연구팀은 "연구 결과는 두뇌 발달이 왕성한 유년기에 추위와 열에 노출되면 백질 미세 구조에 지속적인 영향을 미칠 수 있으며, 이는 현재 심각하게 진행 중인 기후 변화의 맥락에서 고려해야 할 큰 위험임을 시사한다"고 강조했다. 팀은 보고서에서 "임신, 유아기 및 9~12세 어린이에게서 추위와 열 노출 사이의 연관성을 발견했다. 예상되는 지구 온도 상승과 극심한 한파의 증가 추세를 고려할 때, 현재 진행 중인 기후 변화 비상 상황에서 이러한 영향은 더욱 악화될 수 있다"라고 썼다. 태아기나 초기 유아기 동안 극심한 더위나 추위에 노출된 어린이들이 건강한 백질, 즉 지적 활동, 신체 균형 유지 등을 담당하는 뇌 부분이 발달하지 못한다는 것을 의미한다는 지적이다. 이번 연구는 온도와 관련된 뇌의 물리적 구조를 조사한 최초의 분석이기 때문에 특히 중요하다는 평가다. 지금까지는 온도에 따라 어린이의 행동이 어떻게 변하는지를 조사했을 뿐, 행동 관찰을 뇌의 물리적 구조에 직접적으로 연관시킨 연구는 없었다. 연구팀은 가속하는 위기를 완화할 수 있는 방법을 시급히 개발해야할 것이라고 강조했다.
- IT/바이오
2024-06-24 15:16:00
미세 플라스틱, 발기 부전에도 영향

인간의 음경에서도 미세 플라스틱이 처음으로 발견됐다. 최근 연구에 따르면, 인간의 음경 조직에서 미세 플라스틱이 검출되었으며, 이는 발기부전과 연관될 가능성이 제기됐다. CNN과 네이처닷컴, 인디펜던트 등 다수 외신은 이에 대해 집중 보도했다. 19일(현지시간) 국제 성의학 저널인 IJIR에 발표된 연구의 일환으로 발기부전 관련 수술을 받은 5명의 남성의 음경 조직 샘플을 분석한 결과 7가지 종류의 미세 플라스틱이 검출됐다. 미세 플라스틱 조각은 0.2인치(5mm)미만에서 1/2만5000인치(1마이크로미터)에 이르는 고분자 조각이다. 그보다 작은 것은 나노 플라스틱이라고 하며, 10억분의 1미터 단위로 측정해야 한다. CNN에 따르면 나노 플라스틱은 큰 플라스틱이 화학적으로 분해되거나, 물리적으로 마모되어 작은 조각으로 분해될 때 형성된다. 이번 연구를 주도한 마이애미 대학에서 연구를 수행한 생식 비뇨기과 전문가인 란지스 라마사미(Ranjith Ramasamy) 박사는 인간의 심장에서 미세플라스틱의 증거를 발견한 이전 연구를 연구의 기초로 사용했다고 CNN에 말했다. 라마사미 박사는 "음경이 심장처럼 혈관이 매우 많은 기관이기 때문에 음경에서 미세 플라스틱이 발견된 것에 놀라지 않았다"고 말했다. 이전 연구에 따르면 표준 크기의 생수 2개에 해당하는 생수 1리터에는 평균 24만개의 플라스틱 입자가 포함된 것으로 나타났다. PET 가장 많이 검출돼 샘플은 발기부전(ED)진단을 받고 2023년 8월부터 9월 사이에 마이애미 대학교에서 이 잘환을 치료하기 위해 음경 임플란트 수술을 받기 위해 병원에 입원한 연구 참가자로부터 채취했다. 그런 다음 화학 이미징을 사용하여 샘플을 분석한 결과 남성 5명중 4명의 음경 조직에서 미세 플라스틱이 있는 것으로 나타났다. 이번 연구에서는 특히 폴리에티렌 테레프탈레이트(PET)와 폴리프로필렌이 가장 많이 발견됐다. PET와 플로프로필렌은 주스 용기, 음료수 병 등 일상 생활에서 흔히 사용되는 플라스틱이다. 앞선 연구에서는 중국 공중보건 연구팀은 테스트한 모든 샘플의 정액에서 미세 플라스틱을 발견했으며, 정자 운동에도 영향을 미친다고 밝혔다. 해당 연구팀은 중국 동부 산동성의 성도인 지난(Jinan, 濟南)에 살고 있는, 플라스틱 산업에 종사하지 않는 건강한 성인 남성 36명으로부터 정액 샘플을 수집했다. 모든 정액 샘플에서 샘플당 평균 2개의 입자(0.72~7.02μm 범위)의 미세플라스틱을 발견했다. 또한 8개의 서로 다른 플라스틱 폴리머가 확인되었으며, 포장용 스티로폼에 흔히 사용되는 폴리스티렌(31%)이 가장 많이 발견됐다. 이전 연구에 따르면 미세 플라스틱은 산꼭대기, 대기 상층부, 깊은 해양과 남극 등 거의 모든 곳에 존재하는 것으로 나타났다. 또한 인간의 심장과 태반, 뇌, 고환 등 인체의 모든 기관에서도 미세 플라스틱이 검출됐다. 병리학 관련 추가 연구 필요 라마사미 박사는 "플라스틱 병과 용기에 들어 있는 물과 음식을 섭취하는 것에 주의를 기울여야 하며 병리학을 유발할 수 있는 수준을 확안하기 위한 더 많은 연구가 완료될 때까지 사용을 제한해야 한다고 생각한다"고 말했다. 연구팀은 발기 시 혈관 확장으로 인해 혈액 내 미세 플라스틱이 음경에 축적될 수 있다고 추정했다. 또한 미세 플라스틱이 성 건강에 미치는 영향에 대한 추가 연구가 필요하다고 강조했다. 본 연구는 표본 크기가 작지만, 미세 플라스틱이 인체에 미치는 영향, 특히 남성 생식기에 대한 새로운 논의를 제기하는 중요한 의미를 지닌다. 라마사미 박사는 "이제 미세 플라스틱의 존재가 확인됐으며, ED와 같은 질환과의 잠재적 연관성을 조사하기 위해서는 더 많은 연구가 필요하다"고 말했다. 그는 "미세 플라스틱이 발가부전과 연관이 있는지, 병리학을 유발하는 수준 이상인지, 어떤 유형의 미세 플라스틱이 병리학적인지 파악해야 한다"고 덧붙였다.
- 생활경제
2024-06-20 17:05:00
[우주의 속삭임(17)] 휴스턴 대학교, 토성에서 거대한 계절적 에너지 불균형 발견

휴스턴 대학교(UH)가 토성에 엄청난 에너지 불균형이 존재한다는 사실을 밝혀냈다. 이는 우주 행성 과학의 발전을 촉진하고, 태양계의 가스 거대 행성인 토성에 대한 기존의 기후 모델에도 큰 영향을 미칠 수 있다. 연구 결과는 네이처 커뮤니케이션에 게재됐으며, 대학 공식 홈페이지에도 실렸다. UH 물리학 리밍 리 교수를 중심으로 한 연구팀은 "토성에서 계절적 규모의 거대한 글로벌 에너지 불균형이 관찰된 것은 이번이 처음"이라며 "이는 천문학계에 행성의 형성과 진화에 대한 새로운 시각을 제시할 뿐만 아니라, 행성 및 대기 과학에 대해 정의하는 방식까지 변화시킨다“고 말했다. 연구진이 발견한 토성 에너지 불균형은 카시니 토성 탐사선이 미션을 수행하며 얻은 데이터를 토대로 한 분석을 통해 나타났다. 연구진은 “태양계의 모든 행성은 태양 복사의 형태로 태양으로부터 에너지를 얻고, 열을 방출하며 에너지를 소비한다. 그러나 거대 가스 행성인 토성은 열 구조와 기후에 영향을 미치는 깊은 내부 열의 형태로 또 다른 에너지를 갖고 있다"고 지적했다. 불균형은 원일점(태양에서 가장 먼 궤도 지점)에서 근일점(태양에 가장 가까운 궤도 지점)까지 거의 20%나 달라지는 토성의 큰 궤도 이심률로 인해 발생했다. 이로 인해 흡수된 태양 에너지에 계절적 변화가 크게 나타났다. 지구의 경우 궤도 이심률이 매우 작기 때문에 심각한 계절적 에너지 불균형은 나타나지 않는다. 따라서 지구의 내부 열은 미미하며, 지구 계절은 토성에서 몇 년 동안 지속되는 것에 비해 대단히 짧아 불과 수개월 지속될 뿐이다. 데이터는 또한 토성의 불균형한 에너지가 토성 대기의 지배적인 기상 현상인 거대 폭풍의 발달에 중요한 역할을 한다는 것을 보여 주었다. 이 데이터는 지구의 날씨에 대한 분석도 간접적으로 제공할 수 있다고 한다. 나사(NASA), 유럽우주국(ESA), 이탈리아우주국(ASI)의 공동 프로젝트인 카시니 탐사선은 1997년에 발사돼 거의 20년 동안 토성과 거대한 고리 및 위성을 탐사했다. 연구진의 리 교수는 토성의 복사 에너지를 관찰하는 세 가지 탑재 장비를 모니터링하기 위한 과학자로 참여하고 있다. 연구팀은 향후 10년 내에 탐사 임무가 계획되어 있는 천왕성을 포함한 다른 가스 거대 행성을 대상으로 관측을 지속한다는 계획이다. 이들 행성 역시 심각한 에너지 불균형을 나타낼 것이며, 특히 천왕성은 궤도 이심률과 매우 높은 경사도로 인해 가장 큰 에너지 불균형을 나타낼 것으로 예상하고 있다. 한편, 이번 연구에는 UH 외에도 나사, 위스콘신 대학교, 메릴랜드 대학교, 센트럴 플로리다 대학교, 캘리포니아 주립대 산타크루즈 캠퍼스와 프랑스 및 스페인의 학자들이 대거 참여했다.
- IT/바이오
2024-06-20 09:35:00
[신소재 신기술(60)] 자가 치유 유리, 물과 펩타이드 혼합으로 새로운 가능성 제시

물과 펩타이드를 조합해 자가 조립 뿐만 아니라 자가 치유되는 유리가 개발돼 관련 업계의 이목을 집중시키고 있다. 이스라엘 텔아비브 대학교 및 네게브 벤구리온 대학교의 재료과학자 팀은 미국 캘리포니아 공과 대학 소속 연구팀과 협력해 특정 펩타이드와 물을 혼합하면 자가 조립 및 자가 치유가 가능한 유리가 생성되는 것을 발견했다고 PHYS가 전했다. '자가 치유 유리'는 외부 충격이나 손상으로 균열이나 파손됐을 경우, 특별한 조치를 취하지 않고도 스스로 원래 상태로 복구되는 능력을 가진 유리를 말한다. 마치 살아있는 생명체가 스스로 상처를 치유하는 것과 비슷한 개념이다. 자가 치유 유리는 특수한 화학 물질이나 구조를 활용해 개발된다. 예를 들면, 특정 물질이 균열 부위로 이동해 틈을 메우거나, 미세한 캡슐에 담긴 치유 물질이 파손시 방출돼 손상 부위를 복구하는 방식 등이 있다. 연구팀은 다른 단백질의 특성을 조사하던 중 우연히 자가 치유 유리를 발견한 것으로 알려졌다. 이번 연구 결과는 '네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications)'에 게재됐다. 이탈리아 트리에스테 대학교의 실비아 마르케산(Silvia Marchesan)은 같은 저널에서 해당 유리의 특성과 잠재적 응용 분야를 설명하는 기고글을 실었다. 연구팀은 짧은 펩타이드를 복잡한 거대 분자의 기존 구성 요소와의 대체 가능성을 조사하던 중, 두 개의 페닐알라닌 잔기로 구성된 디펩타이드 분자와 물을 혼합했을 때, 상온에서 물이 증발하면서 스스로 조립(자가 조립)되는 초분자 비정질 유리가 생성되는 것을 발견했다. 이 발견은 과거 펩타이드 자가 조립 연구에서 주로 결정질 구조의 물질이 생성되었던 것과는 달리, 투명하고 유리와 유사한 특성을 보였다는 점에서 주목할 만하다. 연구팀은 이 새로운 유리의 특성을 분석하여 높은 강성과 더불어 자가 치유 및 접착력을 가지고 있음을 확인했다. 또한, 기존 유리와 동일한 수준의 투명도를 나타냈으며, 유리창이나 친수성 표면 코팅, 다양한 배율의 광학 렌즈 제작 등 정밀한 용도에도 활용될 수 있음을 밝혀냈다. 연구팀은 추가적인 연구를 통해 이 유리의 다양한 응용 분야를 탐색할 수 있을 것으로 기대했다. 특히 기존 상용 유리 제조 과정에서 요구되는 많은 에너지가 필요하지 않다는 점을 강조했다. 한편, 지난해 여름에는 자가 치유되는 금속이 발견됐다. 진공 환경에서 백금 나노 결정이 균열을 자가 복구하는 과정이 실험실에서 처음으로 관찰된 것. 미국 텍사스 A&M 대학교 마이클 뎀코비츠 박사가 2013년 에측했던 금속의 자가 치유 현상이 10년만에 발견되는 영화와 같은 일이 실제로 일어난 갓이다. 미국 샌디아 국립연구소(SNL)의 연구팀은 지난해 여름 나노 결정의 균열 실험 중 금속의 자가 치유 현상을 발견했으며, 연구 결과는 학술지 '네이처(Nature)'에 게재됐다. 금속의 자가 복구는 항공기 사고나 교각 붕괴 등으로 이어질 수 있는 '금속의 피로' 현상을 막을 수 있다.
- 포커스온
2024-06-17 16:53:00
[신소재 신기술(59)] 질화갈륨-마그네슘 초격자, 새로운 합성법으로 탄생

과학자들이 질화갈륨(GaN)과 금속 마그네슘(Mg)을 가열해서 초격자가 형성되는 것을 발견했다. 일본 나고야 대학 연구팀은 질화갈륨과 마그네숨 간의 열 반응을 통해 톡특한 조격자 구조가 형성되는 것을 실험 과정 중에 우연히 발견했다고 PHYS가 보도했다. 이는 벌크 반도체에 2차원 금속층이 삽입되는 현상이 최초로 확인된 사례이다. 초격자는 인공적으로 만들어진 주기적인 구조를 가진 물질로, 고성능 트랜지스터, 레이저 다이오드, 광검출기 등 다양한 분야에 활용된다. 연구팀은 최첨단 분석 기술을 통해 물질을 정밀하게 관찰해 반도체 도핑 및 탄성 변형 공학에 대한 새로운 통찰력을 얻었으며, 연구 결과는 학술지 '네이처(Nature)'에 게재됐다. 질화갈륨(GaN)은 높은 전력 밀도와 빠른 작동 주파수를 요구하는 분야에서 기존 실리콘 반도체를 대체할 것으로 기대되는 광대역 갭 반도체 물질이다. GaN의 이러한 특징은 LED레이저 다이오드, 전력 전자 장치(전기 자동차 및 고속 충전기의 핵심 부품 포함) 등 다양한 분야에서 활용 가치가 높다. GaN 기반 장치의 성능 향상은 에너지 절약 사회 실현과 탄소 중립 미래를 실현하는 데 기여할 수 있다. 반도체에는 p형 및 n형이라는 두 가지 필수적이고 상호 보완적인 전기 전도 유형이 존재한다. p형 반도체는 주로 양전하를 운반하는 자유 캐리어인 정공을 특징으로 하며, n형 반도체는 자유 전자를 통해 전기를 전도한다. 반도체는 도핑이라는 과정을 통해 p형 또는 n형 전도성을 획득한다. 도핑은 순수 반도체 물질에 특정 불순물(도펀트)을 의도적으로 도입하여 전기적 및 광학적 특성을 크게 변화시키는 것을 의미한다. GaN 반도체 분야에서 p형 전도성을 생성하는 것으로 알려진 유일한 원소는 Mg이다. 그러나 Mg 도핑의 성공 이후 35년이나 지났음에도 불구하고, GaN에서 Mg 도핑의 전체 메커니즘, 특히 Mg의 용해도 한계 및 분리 거동은 여전히 명확하지 않다. 이러한 불확실성은 광전자 및 전자 분야에서의 최적화를 제한한다. 이 연구의 제1 저자인 지아 왕과 그의 동료들은 p형 GaN의 전도도를 개선하기 위해 GaN 웨이퍼에 증착된 금속 Mg 박막을 패턴화하고 고온에서 가열하는 어닐링이라는 기존 공정을 수행하는 실험을 진행했다. '어닐링(Annealing)'은 금속이나 유리 등의 재료를 가열한 후 천천히 식혀 내부 응집력을 제거하고 재료의 성질을 변화시키는 열처리 과정을 말한다. 금속을 가열하고 천천히 식히면 재료의 결정 구조를 변화시켜 강도, 경도, 내식성 등의 특징을 개선할 수 있다. 왕 연구원은 "GaN은 이온 결합과 공유 결합이 혼합된 광대역 갭 반도체이고 Mg는 금속 결합을 특징으로 하는 금속이지만, 이 두 이질적인 물질은 동일한 결정 구조를 가지고 있으며 육각형 GaN과 육각형 Mg의 격자 차이가 무시할 정도로 적다는 것은 놀랍도록 자연스러운 우연"이라고 말했다. 이어 "우리는 GaN과 Mg사이의 완벽한 격자 일치가 구조를 만드는 데 필요한 에너지를 크게 줄여 이러한 초격자의 자발적인 형성에 중요한 역할을 한다고 생각한다"라고 설명했다. 연구팀은 최첨단 전자 현미경 이미징을 사용해 GaN 및 Mg 층이 번갈아 나타나는 초격자의 자발적인 형성을 관찰했다. GaN과 Mg는 물리적 특성이 크게 다른 물질이므로 이처럼 초격자가 자발적으로 형성된 것은 매우 특이한 현상이다. 연구팀은 이 독특한 삽입 거동을 '틈새 삽입(interstitial intercalation)'이라고 명명하고, 이것이 모재에 압축 변형을 유발한다는 것을 밝혀냈다. 특히 Mg 층이 삽입된 GaN은 20GPa 이상의 높은 응력을 견뎌냈다. 이는 대기압의 20만배에 해당하며, 박막 물질에서 기록된 가장 높은 압축 변형이다. 이는 실리콘 필름에서 일반적으로 발견되는 압축 응력(0.1~2GPa)보다 훨씬 크다. 전자 박막은 이러한 변형으로 인해 전자 및 자기 특성에 상당한 변화를 겪을 수 있다. 연구팀은 변형된 방향을 따라 정공 수송을 통한 GaN의 전기 전도도가 크게 향상되었음을 발견했다. 한편, 이 연구는 'GaN 기술의 요람'으로 알려진 나고야 대학에서 이루어졌다는 데 의미가 있다. 이번 연구의 교신 저자인 아마노 히로시와 나고야 대학의 아카사키 이사무는 1980년대 후반에 Mg가 도핑된 GaN을 사용해 최초의 청색 LED를 개발했다. 이들의 공헌은 2014년 노벨 물리학상 수상으로 이어졌다. 이번 연구에서는 2차원 Mg 도핑의 새로운 메커니즘을 밝혀냄으로써 III-질화물 반도체 연구 분야의 잠재적으로 새로운 길을 열 것으로 기대된다. 왕 연구원은 "마그네슘이 삽입된 GaN 초격자 구조의 발견과 2D-Mg 도핑의 새로운 메커니즘 규명은 질화 3족 반도체 연구 분야의 선구적인 업적을 기릴 수 있는 어렵게 얻은 기회"라고 말했다. 노벨상 수상 후 10년 만에 Mg 도핑의 기술을 발전시킨 왕 연구원은 "이 시기적절한 발견이 이 분야의 새로운 길을 열고 더 많은 기초 연구에 영감을 줄 수 있는 '자연의 진정한 선물'"이라고 밝혔다. 이 연구에는 나고야 대학에서 지아 왕, 카이 웬타오, 순 루, 에미 카노, 비랩 사르카, 와타나베 히로타카, 이카라시 노부유키, 혼다 요시오, 아마노 히로시 등이 참여했다. 외에도 메이지 대학교의 연구진과 오사카 대학교의 나카지마 마코토 교수가 이끄는 광학 그룹이 이 연구의 다른 공저자로 참여했다.
- 포커스온
2024-06-14 11:02:00
우주경제 시대 성큼…우주 여행이 인체 건강에 미치는 영향은?

우주 여행은 인체의 건강에 어떤 영향을 미칠까. 이 질문은 전문 우주 비행사뿐만 아니라 돈만 지불하면 누구나 지구 궤도에 진입할 수 있는 우주 관광을 계획하거나 우주를 관광하려는 사람들에게도 매우 중요한 문제다. 지난 2021년 최초의 민간인 궤도 비행에 탑승한 스페이스X(SpaceX) 관광객 4명의 비행 데이터를 사용, 우주가 인체 건강에 미치는 영향을 포괄적으로 조사 분석한 연구 결과 보고서가 출판돼 주목된다고 PHYS가 전했다. 이 보고서는 '네이처' 저널에 게재됐다. 전 세계 100개 이상의 기관에서 온 연구팀은 데이터 조사를 통해 인간의 신체가 우주에 도달하면 다양한 방식으로 변화하지만, 대부분의 변화는 지구로 돌아온 후 수 개월 안에 정상으로 돌아간다는 사실을 보여주었다. 인체는 우주에 머무르는 동안 방사선에 노출되는 것부터 무중력으로 인한 방향 감각 상실 효과까지 엄청난 스트레스를 받는다는 것. 우주 비행은 뼈 질량 손실은 물론 심장, 시력 및 신장 이상 등 건강 문제를 일으킬 수 있다. 물론 우주를 비행한 사람은 700명 미만이기 때문에 표본 크기는 매우 작다. 분석은 인스퍼레이션 4(스페이스X가 운영하는 우주 여행용 유인 우주선) 미션으로 우주에서 3일을 보낸 4명의 미국인 관광객을 대상으로 이루어졌다. 억만장자 재러드 아이작먼(Jared Isaacman)이 자금을 지원한 인스퍼레이션 4 임무는 수년간 훈련을 받지 않은 일반인들도 우주를 비행할 수 있음을 보여주었다. 이를 위해 4명의 민간 우주 비행사들은 다수의 의료 검사를 받았다. 이들 데이터는 64명의 다른 우주 비행사의 데이터와 비교됐다. 연구진은 사람들이 우주에 머물 때 혈액, 심장, 피부, 단백질, 신장, 유전자, 미토콘드리아, 텔로미어(염색체의 말단 소립), 사이토카인(단백질 면역조절제) 및 기타 건강 지표에 변화가 일어나는 것을 발견했다. 한 연구에서는 네 명의 피험자 모두가 우주에 도착했을 때 텔로미어의 길이가 이례적으로 길어졌다는 사실을 발견했다. 그러나 건강 지표의 약 95%는 3개월 이내에 이전 수준으로 돌아왔다. 연구팀원인 웨일 코넬 메디신(Weill Cornell Medicine)의 크리스토퍼 메이슨은 "사람들이 대부분 우주 비행 후 빠르게 회복한다는 것이 의미 있는 발견"이라고 말했다. 메이슨은 "우주인에 대한 심층적 조사를 통해 미래에 우주로 진출하는 사람들을 보호하기 위해 어떤 약물이나 조치가 필요할지 이해할 수 있다“고 덧붙였다. 콜로라도 주립대학교의 수잔 베일리 교수는 텔로미어는 나이가 들수록 길어지기 때문에 이를 해결하는 것은 노화 방지 연구에 큰 진전이 될 수 있다고 말했다. 그는 "'텔로미어 함유 페이스 크림"과 같은 노화 방지 제품 개발로 이어질 수도 있다”고 기대했다. 그러나 장기간의 우주 여행은 신장 손상을 유발할 위험이 높다고 한다. 한 연구에서는 방사능이 많은 우주에서 2년 6개월 동안 방사선에 노출된 생쥐가 영구적인 신장 손상을 입은 것으로 나타났다. 보고서는 신장을 보호할 수 있는 새로운 방법을 개발하지 않는다면 우주 비행사가 화성에 갈 수는 있지만 돌아오는 길에 투석이 필요할 수 있다고 지적한다. 한편, 확증 데이터는 불충분하지만 여성 우주 비행사가 남성에 비해 우주 비행의 스트레스를 더 잘 견디는 것으로 나타났다. 메이슨은 이에 대해 아기를 낳는 여성의 몸이 환경의 큰 변화에 더 익숙하다는 의미라고 말했다.
- IT/바이오
2024-06-13 14:27:00
[퓨처 Eyes(39)] 유전자 편집 기술 eePASSIGE, 인간 세포 치료 효율 극대화

혁신적인 유전자 편집 기술이 최근 개발돼 낭포성 섬유증 등 수백, 수천 개의 돌연변이 유형으로 발생하는 난치성 유전 질환 치료에 새로운 가능성을 제시했다. 기존 유전자 편집 기술은 제한적인 범위 내에서만 변화를 줄 수 있었지만, 이번에 개발된 신기술은 건강한 유전자 복사본을 원래 위치에 직접 삽입해 치료 효과를 극대화할 수 있다. 미국 매사추세츠 공과대학(MIT)과 하버드 브로드 연구소 연구팀은 인간 세포에서 전체 유전자를 삽입하거나 대체할 수 있는 획기적인 유전자 편집 시스템인 'eePASSIGE'를 개발했다. 해당 내용은 네이처와 PHYS등 다수 외신이 지난 10일(현지시간) 집중 조명했다. 이번 연구는 브로드 연구소의 데이비드 리우(David Liu) 박사가 이끌었으며, 단일 유전자 치료법 개발에 중요한 발판을 마련할 것으로 전망된다. 'eePASSIGE'로 명명된 이 프라임 편집 시스템은 기존 유사 방식보다 몇 배 더 효율적인 유전자 전체 치료를 가능하게 하여, 유전 질환 치료의 새 지평을 열 것으로 기대된다. 이 신기술은 최대 100~200개 염기쌍까지 다양한 변화를 유도하는 프라임 편집과 함께 개발된 재조합 효소를 활용한다. 이 재조합 효소는 수천 염기쌍에 달하는 큰 DNA 조각을 유전자(게놈)의 특정 위치에 효율적으로 삽입할 수 있다. 다시 말하면, eePASSIGE는 기존의 유전자 편집 기술보다 훨씬 더 효율적이고 정확하게 유전자를 조작할 수 있다는 장점을 가지고 있다. 특히 기존 기술에서는 어려웠던 대규모 유전자 편집이 가능해, 수천 염기쌍 길이의 대규모 유전자 삽입도 가능하다. 따라서 이 기술은 낭포성 섬유증처럼 수백 또는 수천 개의 돌연변이 유형 중 하나에 의해 발생하는 질병 치료에 혁신적인 변화를 가져올 수 있다. eePASSIGE는 또 다른 유전자 편집 기술에 비해 오류율이 낮아 정확하게 원하는 유전자 변형을 일으킬 수 있다. 게다가 손상된 유전자를 교체하거나 정상적인 유전자를 삽입하는 방식으로 다양한 유전자 질횐을 치료할 수 있는 잠재력이 있다. 이번 연구 결과는 유전자 편집 기술이 단순히 유전자 일부를 수정하는 것을 넘어 전체 유전자를 효과적으로 치료하는 단계로 진입했음을 보여준다. 이는 난치성 유전 질환 치료에 새로운 희망을 제시하며, 향후 유전자 치료 분야의 발전을 가속화할 것으로 보인다. 연구 결과는 저명한 학술지 '네이처 바이오메디컬 엔지니어링(Nature Biomedical Engineering)'에 게재되어 학계의 주목을 받고 있다. 유전자 편집 기술 유전자 편집은 살아있는 유기체의 DNA를 직접 수정하여 질병을 치료하거나 원하는 특성을 부여하는 기술로, 유전자 보강과 유전자 치료라는 두 가지 방식으로 구현된다. 1970년대 시작된 유전자 조작 기술은 '유전자 가위' 크리스퍼(CRISPER)의 등장과 함께 혁명적인 발전을 이루었다. 특히 3세대 유전자 가위인 크리스퍼-Cas9는 DNA를 정교하게 자르고 붙이는 기술로, 생명과학 분야의 '게임 체인저'로 평가받는다. CRISPER-Cas9는 Cas9 단백질과 CRISPR RNA를 이용해 특정 DNA 부위를 정확하게 절단하고, 원하는 유전자를 삽입하거나 삭제할 수 있다. 이 기술은 유전 질환 치료, 농작물 개량 등 다양한 분야에 혁신을 가져올 것으로 기대된다. 크리스퍼-Cas9 이전에도 다양한 유전자 편집 기술이 개발되었다. 2009년에서 2010년 사이에 개발된 '탈렌(TALENs)'은 염기 서열을 인식하는 단백질을 사용하여 DNA를 절단하고 변형하는 기술이다. 또한, '징크 핑거(ZFN)' 기술은 인간 게놈 유전자의 3%에서 발견되는 아연 집게 단백질을 이용하여 DNA를 인식하고 절단한다. 최근에는 CRISPR-Cas9 기술을 변형하여 DNA 염기 서열을 직접 변형하는 '베이스 편집' 기술도 등장했다. 유전자 가위 크리스퍼(CRISPER) 지난 10년 동안 크리스퍼(CRISPER)는 DNA를 쉽고 정확하게 편집할 수 있는 능력으로 생물의학계와 생명과학계에 큰 반향을 일으켰다. 크리스퍼는 인체의 DNA 조각이나 그 화학(소위 후생 유전학)을 정확하게 수정할 수 있으므로 생명의학 과학에서 임상 용도로 사용할 수 있는 잠재적인 도구가 된다. 스탠포드 대학교 생명공학부 부교수이자 사라판 ChEM-H연구소의 스탠리 치 교수는 "크리스퍼는 단순한 도구가 아니다. 기초 과학, 의학, 환경 분야의 오랜 난제를 해결할 수 있는 학문이자 원동력이 되고 있다"고 설명했다. 치 교수는 "최근 미국 식품의약국(FDA)이 겸상 적혈구 빈혈과 베타 지중해빈혈을 치료하는 최초의 크리스퍼 약물인 캐스게비(Casgevy)를 승인한 것은 다른 질병에 대한 안전성과 잠재력을 말해준다"고 부연했다. 캐스게비는 2021년 10월 FDA로부터 승인된 암 치료제로 특정 유형의 혈액암 치료에 사용되고 있다. '겸상 적혈구 빈혈'은 적혈구에 있는 돌연변이가 있는 질병이다. 일반적으로 잦은 수혈이나 일치하는 기증자의 골수 이식 외에는 치료법이 없다. 이는 비용이 많이 들고 환자의 전반적인 건강에 해를 끼친다. 크리스퍼를 사용하면 일회성 치료를 수행해 돌연변이를 영구적으로 교정하는 것이 가능하다. 크리스퍼를 사용해 잠재적으로 치료를 고려할 수 있는 유전병은 8000가지가 넘는다. 현재 크리스퍼는 설정하는 데 몇 주 밖에 걸리지 않으며, 설정 비용은 수 백달러가 조금 넘는다. 연구진은 유전자 편집 기술의 효율성을 높이기 위해 끊임없이 노력하고 있다. 기존 프라임 편집 기술은 수십 염기쌍까지 변화를 유발하는 데 효과적이었지만, 수천 염기쌍에 이르는 전체 유전자를 원래 위치에 삽입하는 데에는 한계가 있었다. 이러한 한계를 극복하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있으며, 머지않아 유전자 편집 기술은 더욱 정교하고 효율적인 도구로 발전할 것으로 전망된다. eePASSIGE 유전자 편집 기술 이번 연구는 유전자 질환 치료에 있어 돌연변이 유형에 상관없이 치료 가능성을 높이고, 주변 DNA 서열을 보존하여 유전자 발현 조절을 정확하게 유도할 수 있다. 앞서 2021년 리우 박사 연구팀은 이러한 목표 달성을 위한 중요한 단계를 발표했다. 연구팀은 '트위핀(twinPE)'이라는 프라임 접근 방식을 개발해 게놈에 재조합 효소 '착륙 지점'을 설치하고, 천연 재조합 효소인 Bxb1을 사용하여 새로운 DNA를 프라임 편집된 표적 위치에 삽입하는 방법을 제시했다. 하지만 PASSIGE(prime-editing-assisted site-specific integrase gene editing)라고 불리는 이 기술은 일부 유전자 질환 치료에만 효과적이며 대부분의 질환 치료에는 적용하기 어려운 한계가 있었다. 따라서 이번 연구에서는 PASSIGE의 편집 효율을 높이는 데 초점을 맞췄다. 연구 결과, 재조합 효소 Bxb1이 PASSIGE의 효율성을 제한하는 요인임을 확인했다. 연구팀은 실험실에서 더 효율적인 Bxb1 변형체를 빠르게 진화시키기 위해 이전에 개발한 PACE(phage-assisted continuous evolution) 도구를 사용했다. 개발된 새로운 변형체(eeBxb1)는 'PASSIGE' 시스템을 개선해 실험 쥐 및 인간 세포에서 평균 30%의 유전자 크기 통합할 수 있게 했다. eePASSIGE 기술을 적용한 이 수치는 기존 기술의 4배, 최근 발표된 PASTE라는 다른 방법보다 약 16배 더 효율적이다. 연구팀은 "eePASSIGE와 개조된 바이러스 유사 입자(eVLPs)와 같은 전달 시스템을 결합해 유전자 편집제의 치료 전달을 제한하는 기존 장애물을 극복하기 위한 연구를 진행하고 있다"고 말했다. 이러한 노력은 유전자 질환 치료에 있어 새로운 가능성을 열 수 있다. 향후 임상 연구를 통해 안전성과 효능을 검증해야 하는 것이 과제다. 이번 연구는 유전자 편집 기술의 발전을 보여주는 중요한 성과다. eePASSIGE 시스템은 다양한 유전자 질환 치료에 효과적인 새로운 치료법 개발에 기여할 수 있으며, 향후 지속적인 연구를 통해 더욱 안전하고 효과적인 유전자 치료법 개발이 기대된다. 하지만 동시에 유전자 편집 기술의 윤리적 문제 또한 해결해야 할 중요한 과제다. 유전자 편집 기술은 인간 유전자를 영구적으로 변화시킬 수 있는 강력한 도구다. 따라서 이 기술을 사용하기 전에 신중한 윤리적 논의와 규제가 필요하다. 또한 유전자 편집 기술의 오남용 가능성도 고려해야 한다. 지속적인 연구와 사회적 논의를 통해 유전자 편집 기술을 안전하고 책임감 있는 방식으로 활용해 인류 건강 증진에 기여해야 할 것이다.
- 포커스온
2024-06-13 13:05:00
[우주의 속삭임(15)] 화성, 적도 근처 화산서 '물서리' 발견

화성의 적도 지역에서 처음으로 물서리(수분을 많이 포함하는 액체상의 서리)가 발견됐다고 스페이스닷컴이 전했다. 그동안 화성의 적도 지역에서는 서리가 존재할 수 없는 것으로 알려져 왔다. 물서리 발견은 화성에서 물이 어디에 존재하는지, 그리고 대기와 지표면 사이에서 물이 어떻게 순환되는지 파악하는 데 도움이 될 것으로 기대된다. 특히 이는 머지 않아 시작될 화성 유인 탐사에 요긴한 정보가 될 것이라는 지적이다. 물서리는 지난 2016년 화성에 도착한 엑소마스 TGO(ExoMars Trace Gas Orbiter)와 지난 2003년부터 화성 궤도에서 화성을 탐사해 온 마스 익스프레스(Mars Express)등 두 대의 유럽우주국(ESA) 우주선을 통해 브라운대학교 연구원 아도마스 발란티나스를 비롯한 연구진이 발견했다. 발견 당시 발란티나스는 스위스 베른 대학의 박사과정 연구원이었다. 발란티나스는 "화성 적도 지역은 산 정상에서도 높은 온도를 유지하기 때문에 서리가 형성되는 것이 불가능하다고 여겨 왔다. 여기에서 서리의 존재를 확인한 것은 의미가 크다. 이 지역에 서리가 형성되는 예외적인 과정이 작용했을 수 있음을 암시하기 때문"이라고 말했다. 믈서리가 발견된 곳은 화성에서 가장 큰 화산 지대인 타르시스 지역으로, 여기에는 12개의 대형 화산이 있다. 그 중 올림푸스 몬스는 화성에서는 물론 태양계 위성에서도 가장 높은 봉우리다. 높이는 무려 29.9km로 지구에서 가장 높은 에베레스트 산의 약 2.5배에 달한다. 물서리는 일출 무렵 몇 시간 동안만 나타난 후, 햇빛이 비추면 증발한다. 서리는 또한 대단히 얇은 층을 형성, 인간의 머리카락 두께인 약 0.01mm에 불과했다. 서리 층은 얇지만 여러 화산의 광대한 지역을 덮고 있기 때문에, 수분 총량은 약 60개의 올림픽 규모 수영장을 채울 정도인 2940만 갤런(1억 1100만 리터)에 달한다. 이 물은 화성의 표면과 대기 사이를 매일 순환한다. 타르시스 지역은 올림푸스 몬스와 함께, 아스크라에우스, 아르시아 몬스, 파보니스로 알려진 타르시스 몬테스 화산이 있다. 타르시스 몬테스는 에베레스트 산과 높이가 비슷하다. 물서리는 올림푸스, 아르시아 아스크라에우스 몬스, 케라우니우스 톨루스에서 발견되었다. 각각의 화산 봉우리에는 분화 중에 마그마 활동으로 생성된 칼데라라고 불리는 깊은 웅덩이가 있다. 소위 용암으로 굳어진 거대한 분화구다. 연구진은 타르시스 지역 위에서 순환하는 공기가 화산이 위치한 전역의 기후와 칼데라에 미세기후를 형성하고 있다고 추정했다. 서리 막이 만들어지는 것은 바로 이 미세기후 때문이라는 지적이다. 바람이 산의 경사면을 따라 이동하면서 표면의 습한 공기를 높은 고도로 끌어올리면 밤에 이 공기가 응축되고 서리를 형성한다는 것이다. TGO의 화성 표면 이미징 시스템(CaSSIS)의 연구원이자 베른 대학교의 학자인 니콜라스 토마스는 연구팀이 화성 화산 꼭대기에서 본 물서리는 칼데라의 그늘진 지역, 특히 기온이 낮은 지역에서 형성되는 것으로 보인다고 설명했다. 토마스는 이번 연구는 산 경사면에서 밀어 올리는 습한 공기가 서리로 응축될 수 있다는 것을 밝혀냈다는 점에서 큰 발견이며, 이는 지구와도 유사한 현상이라고 말했다. 이 연구 결과는 '네이처 지구과학(Nature Geoscience)' 저널에 게재됐다.
- IT/바이오
2024-06-12 14:39:00
[신소재 신기술(56)] 탄소 포집 혁신, 전기 스펀지로 CO₂ 직접 흡수

이산화탄소(CO²)가 그 어느 때보다 빠르게 대기 중에 축적되고 있는 가운데 영국 과학자들이 전기 스펀지로 공기 중에서 직접 탄소를 포집하는 기술을 개발했다. 미국 국립해양대기청(NOAA)에 따르면 NOAA의 글로벌모니터링연구소가 마우나 로아 대기 관측소에서 측정한 이산화탄소 수준은 지난 5월 427ppm으로 급상승하며 동월 기준 최고치를 기록했다. 매년 5월은 이산화탄소가 북반구에서 가장 높은 수준에 도달하는 달이다. 이번 측정 수치는 2023년 5월에 비해 2.9ppm 증가한 것이며 NOAA의 50년 기록 중 5번째로 큰 폭의 증가이기도 하다. 2023년의 3.0ppm 증가를 고려하면, NOAA가 측정을 시작한 이래 2022~2024년까지 2년 동안의 상승폭으로도 최고 기록이다. 이처럼 이산화탄소의 축적이 역대급인 가운데 에너지가 적게 느는 혁신적인 공기중 직접 탄소 포집 기술이 개발돼 주목을 끌고 있다. 케임브리지 대학 연구원들은 충전된 활성탄을 사용해 기존 방법보다 더 효과적으로 공기 중 이산화탄소를 직접 흡수할 수 있는 저에너지 탄소 포집 기술을 개발했다고 사이테크데일리가 9일(현지시간) 보도했다. 연구팀은 가정용 정수 필터에 일반적으로 사용되는 활성탄에 에너지를 공급하기 위해 배터리 충전 기술을 적용했다. 연구팀은 활성탄 '스폰지'를 CO₂와 가역적인 결합을 형성하는 이온을 충전함으로써, 이 충전된 물질이 공기에서 직접 CO₂를 성공적으로 포집할 수 있다는 사실을 발견했다. 연구를 주도한 유수프 하미드 화학과(Yusuf Hamied Department of Chemistry)의 알렉산더 포스 박사는 “대기 중 탄소 배출을 포집하는 것은 최후의 수단이지만 기후 위기의 심각성을 고려할 때 반드시 탐구해야 할 사항”이라고 말했다. 공기 직접 탄소 포집(DAC) 기술 스폰지와 같은 재료를 사용해 이산화탄소를 제거하는 공기 직접 탄소 포집(DAC) 기술은 탄소 포집을 위한 잠재적인 접근 방법 중 하나다. 그러나 현재의 접근 방식은 비용이 많이 들고 고온과 천연 가스 사용이 필요하며 안정성 부족 등의 단점이 잇다. 포스 박사는 "대기로부터 탄소 포집을 위해 다공성 물질을 사용하는 몇가지 유망한 연구가 진행됐다"며 "활성탄은 저렴하고 안정적이며 대량으로 생산되기 때문에 우리는 활성탄이 옵션이 될 수 있는 지 확인하고 싶었다"고 설명했다. 또한 충전된 활성탄 스폰지는 포집된 CO₂를 제거해 저장할 때 기존 방법보다 훨씬 낮은 온도를 필요로 하기 때문에 현재의 탄소 포집 방법보다 더 에너지 효율적일 수 있다. 연구 결과는 '네이처(Nature)' 저널에 게재됐다. 포스 박사는 "우리가 가장 시급하게 해야 할 일은 전 세계적으로 탄소 배출량을 줄이는 것이지만, 온실가스 순배출 제로를 달성하고 기후 변화의 최악의 영향을 제한하기 위해서는 온실가스 제거도 필요하다. 현실적으로 우리는 할 수 있는 모든 일을 해야 한다"고 말했다. 탄소 포집에서 활성탄의 역할 활성탄은 정수기 필터와 같은 많은 정제 응용 분야에서 사용되지만 일반적으로 공기 중에서 탄소를 흡수하고 보관하지는 못한다. 포스 박사 팀은 활성탄을 배터리처럼 충전할 수 있다면 탄소 포집의 적절한 재료가 될 수 있다고 제안했다. 연구팀은 활성탄을 수산화물이라는 화합물로 충전하면 이산화탄소와 가역 결합을 형성하기 때문에 탄소 포집에 적합할 것이라는 가설을 세웠다. 배터리를 충전할 때는 충전된 이온이 배터리 전극 중 하나에 삽입된다. 이후 연구팀은 배터리와 유사한 충전 프로세스를 사용해 저렴한 활성탄 천을 수산화물 이온으로 충전했다. 이 과정에서 천은 본질적으로 배터리의 전극과 같은 역할을 하며 수산화물 이온이 활성탄의 작은 기공에 축적된다. 충전 과정이 끝나면 활성탄을 배터리에서 제거해 세척해서 말린다. 연구팀은 충전된 활성탄 스폰지 테스트 결과 수산화물의 결합 메커니즘 덕분에 공기 중에서 직접 이산화탄소를 성공적으로 포집할 수 있는 것을 확인했다. 포스 박사는 "이것은 배터리와 같은 프로세스를 사용해 새로운 재료를 만드는 방법"이라면서 "CO₂ 포집 속도는 기존 방법과 비슷하다. 이 방법이 유망하다고 보는 것은 에너지를 훨씬 더 적게 사용한다는 점이다"라고 설명했다. 저온에서 수산화물-CO₂ 역전 포집된 CO₂를 정제하고 저장할 수 있도록 활성탄에서 탄소를 회수하기 위해서는 활성탄을 가열해 수산화물-CO₂를 역전시켜야 한다. 대기로부터 CO₂를 포집하는 데 현재 사용되는 대부분의 재료에서는 900°C와 같은 높은 온도까지 가열해야 하며 종종 천연 가스를 사용해야 한다. 그러나 케임브리지 팀이 개발한 충전된 활성탄 스폰지는 90~100°C만 가열하면 되며 이는 재생 에너지로 달성할 수 있는 온도다. 재료는 저항 가열을 통해 가열되며, 이는 본질적으로 재료를 안팎으로 가열해 프로세스를 더 빠르고 에너지 효율적으로 만든다. 하지만 아직 재료의 한계도 있다. 포스 박사는 "우리는 현재 포집할 수 있는 이산화탄소의 양을 늘리는 데 노력하고 있으며, 특히 성능이 저하되는 습한 조건에서 이산화탄소의 포집 양을 늘이기 위해 더욱 애쓰고 있다"고 말했다. 연구원들은 이 접근 방식이 탄소 포집 분야를 넘어 활용될 수 있다고 말했다. 기공과 활성탄에 삽입된 이온을 미세 조정해서 다양한 분자를 포집할 수 있기 때문이다.
- 포커스온
2024-06-10 13:13:00
[신소재 신기술(54)] 무산소 공정으로 고품질 그래핀 대량 생산 가능

북미 과학자들이 무산소 공정을 활용해 '꿈의 소재'로 불리는 그래핀의 대량 생산 길을 열었다. 미국 콜럼비아 대학교 대학원 엔지니어링의 혼(Hone) 연구소가 국립표준기술연구소(NIST), 캐나다 몬트리올 대학교 연구원들과 함께 '무산소 화학 지상 증착(OF-CVD)' 기술을 개발해 고품질 그래핀의 대량 생산을 가능하게 했다고 아조나노와 인디펜던스 등 다수 외신이 보도했다. 이 기술은 고품질 그래핀 샘플을 대규모로 생산할 수 있으며, 산소와 그래핀 품질 간의 직접적인 상관관계를 밝히고 미량 산소가 그래핀의 성장 속도에 어떤 영향을 미치는지 보여준다고 그래핀은 탄소 원자 단일층으로 이루어진 물질로 2004년 처음 발견됐다. '21세기 경이로운 소재'로 꼽히는 그래핀은 전기 전도성과 강도가 매우 뛰어나 에너지 저장부터 의료 기기, 전자 제품에 이르기까지 다양한 산업 분야에서 혁신을 가져올 수 있는 물질로 알려져 있다. 하지만 현재까지 그래핀은 제조 과정에서 불순물이 발생하고 대량생산이 어려워 산업 활용에 한계가 있었다. 특히 산소 존재는 그래핀 성장 속도에 영향을 미치고 불순물을 발생시켜 산업적 활용을 저해하는 주요 원인이었다. 연구팀은 산소를 거의 완전히 제가한 상태에서 그래핀을 화학 기상 증착(CVD)방식으로 합성하는 새로운 방법을 개발했다. 연구팀은 "산소 제거를 통한 고품질 그래핀 합성 재현 기능성 확보는 대량 생산으로 나아가는 중요한 이정표"라고 말했다. 기존 그래핀 제조 방법은 두 가지였다. 첫번째는 박리 그래핀 방식이다. 연필 심과 동일한 재료인 흑연 샘플에서 가정용 테이프를 사용해 흑연 막을 벗겨내는 '스카치 테이프(박리 그래핀)' 방법은 매우 순수한 그래핀을 얻을 수 있지만 대량 생산에는 적합하지 않다. 두 번째는 CVD 성장 방식으로 알려져 있다. 15년 전 개발된 CVD 방식은 대량 생산이 가능하지만 산소 존재로 인해 품질이 균일하지 않았고, 성장 속도 저하 문제 등이 있었다. CVD 방식은 메탄과 같은 탄소 함유 가스가 구리 표면위로 통과한다. 가스의 온도가 메탄 조직과 탄소 원자가 재구성되어 벌집 모양의 단일 그래핀 층을 형성하는 지점까지 올라가면 그래핀이 합성된다. CVD 성장을 확장하면 cm(센티미터) 혹은 m(미터) 크기의 그래핀 샘플을 생산하는 것이 가능하다. 그러나 문제는 산소였다. 연구팀은 산소로 인해 공정이 훼손되는 문제를 해결하기 위해 산소 제어를 통한 그래핀 합성 프로세스를 개선했다. 공동 저자인 몬트리올의 리차드 마텔(Richard Martel)과 피에르 레베스크(Pierre Levesque)는 이전에 미세한 농도의 산소가 성장을 방해하고 심지어 그래핀을 제거할 수 있다는 사실을 입증했다. 약 6년 전, GSAS'19의 크리스토퍼 디마르코는 증착 과정에서 첨가되는 산소의 양을 정밀하게 제어할 수 있는 CVD 성장 시스템을 설계하고 구축했다. 디마르코의 연구는 현재 박사 과정 중인 싱저우 얀(Xingzhou Yan)과 제이콥 아몬트리(Jacob Amontree)가 수행해 성장 시스템을 개선했다. 이들은 미량의 산소가 제거되었을 때 CVD 성장이 일관되게 더 빨라진다는 사실을 발견했다. 또한 산소가 없는 CVD 그래핀 성장의 동역학을 조사하고 간단한 모델을 사용하여 온도와 가스 압력 등 다양한 매개변수에 따라 성장 속도를 예측할 수 있음을 발견했다. OF-CVD로 성장한 샘플의 품질은 박리 그래핀의 품질과 거의 동일한 것으로 나타났다. 컬럼비아 대학교 물리학과 교수들과 협력으로 생산된 그래핀은 자기장이 존재할 때 분수 양자 홀 효과에 대한 강력한 증거를 제공했다. 개선된 공정을 통해 빠르고 안정적으로 성장하는 고품질 그래핀을 얻을 수 있었으며, 이는 향후 그래핀 대량 활용 가능성을 열어준다. 이번 연구 결과는 학술지 '네이처(Nature)'에 '산소 없는 화학 기상 증착을 통한 재현 가능한 그래핀 합성'이라는 제목으로 게재됐다.
- 포커스온
2024-06-05 16:49:00
중국 의료진, "돼지 간 인간 이식 후 정상 회복"…세계 첫 성공사례 가능성↑

중국의 71세 남성이 유전자 변형 돼지로부터 간 이식 수술을 받은 후 상당 기간 정상적으로 작동하고 있어 세계 최초의 성공사례가 될 가능성에 대한 기대가 높아지고 있다고 네이처 온라인판이 전했다. 간 이식을 주도한 안후이 의과대학 제1부속병원 외과의인 쑨베이청은 이 남성이 "매우 잘 지내고 있다"고 말했다. 수술에 대한 자세한 내용을 공개하지는 않았지만, 의료진은 수술을 명백한 성공이라고 판단하며 고무돼 있다고 전했다. 이에 미국 인디애나 대학교 의과대학의 이식 외과의인 버신 에커는 "매우 흥미로운 소식"이라고 말했다. 이번에 시행된 71세 남성 환자는 간 우엽에서 큰 종양이 발견됐고, 이는 아직 다른 장기로 전이되지 않았다. 쑨베이청에 따르면 검사 결과 간 기능이 너무 나빠서 절제 등의 수술로 좋은 결과를 얻을 수 없었고, 절제해도 좌엽만으로는 살 수 없는 '매우 위험한' 상태였다. 의료진은 가족의 동의를 받고 병원 윤리 및 이식 위원회로부터 승인을 받아 돼지 간을 이식하기로 했다. 5월 중순, 8시간에 걸친 수술에서 외과 의사팀은 환자의 우엽을 제거하고, 이를 11개월 된 32kg 무게의 소형 돼지의 간 514g으로 대체했다. 돼지 간은 이식 후 거부 증세를 방지하기 위해 쿤밍 윈난 농업대학교에서 10가지 유전자 변형을 거쳤다. 연구팀은 인간 면역체계가 공격하는 돼지 세포 표면의 당 생성에 관여하는 유전자 3개를 비활성화하고, 인간 단백질을 발현하는 유전자 7개를 추가했다. 쑨베이청은 돼지 간 검사에서 돼지 거대세포 바이러스의 존재를 발견하지 못했다고 말했다. 이 바이러스는 수술 후 2개월 만에 사망한 돼지 심장 이식 환자가 일으킨 합병증을 유발했었다. 의료진이 이식된 돼지 간에 혈류를 연결하자, 담즙이 즉시 분비됐다. 담즙 생산량은 첫날 10mL(밀리리터)에서 13일 차에 200~300mL로 증가했다. 건강한 사람은 하루 최소 400mL의 담즙을 분비한다. 의료진은 12일차에 실시한 생검을 포함해 장기가 거부되는 징후를 본 적이 없다고 말했다. 정상적인 간 기능을 회복한 것으로 보였다는 것이다. 보스턴 소재 매사추세츠 종합병원의 이식 감염병 전문가인 제이 피시먼은 "매우 긍정적인 결과"라고 진단했다. "일반적으로 장기가 거부반응을 보인다면 그 정도의 좋은 징후는 보이지 않는다"는 것이다. 그러나 만성 거부의 징후가 나중에 나타날 수는 있다고 지적했다. 쑨베이청은 환자에 대한 수술 후 10일차 검사에서 "아직 간이 성장하는 징후를 보이지는 않았지만, 여전히 낙관적"이라고 말했다. 그는 궁극적으로 환자의 좌엽이 완전한 간 기능을 수행할 만큼 충분히 커질 수 있도록, 돼지 간이 그 중간 다리 역할을 하게 되기를 희망한다고 기대했다. 한편, 2022년 초부터 외과의들은 돼지 심장, 신장, 흉선을 4명의 환자에게 이식했다. 3명은 이식을 받은 지 몇 달 만에 사망했고, 의료진은 그들의 사망이 이식에 의한 것인지는 판단하기 어렵다고 말했다. 지난 4월 중순에 수술을 받은 한 뇌사 환자는 현재 생존해 있다. 일련의 경험을 통해 의료진은 ‘한 종에서 다른 종으로 장기를 옮기는’ 이종이식의 가능성을 타진할 수 있었다. 임상의들은 이 기술이 언젠가는 기증 장기를 기다리다가 사망하는 수많은 환자들에게 장기를 공급할 수 있을 것으로 희망하고 있다. 올들어 특히 간 이종이식이 급증했다. 2024년 1월 미국 의료팀은 임상적으로 사망한 뇌사 환자의 신체에 유전자 변형 돼지 간을 이식했다. 지난 3월에는 중국 시안 공군의대 시징병원 이식외과의 커펑 더우 의료팀이 그 환자의 가족과 합의해 10일 동안 게놈 편집된 돼지 간을 이식했다. 이식 후 거부 증상은 나타나지 않았다. 그리고 5월 초 중국의 또 다른 의료팀이 돼지의 신장과 간을 뇌사자에게 이식한 바 있다. 한편, 미국에서 유전자 변형 돼지 심장과 신장을 인간에게 이식한 사례가 다수 있었다. 2021년 미국에서 최초의 돼지 심장 이식 환자(57·남성)가 2개월 만에 사망했다. 이듬해인 2022년 미국에서 두 번째 돼지 심장 이식 환자(58·남성)가 이식 후 6주 만에 사망했다. 현재까지 돼지 심장 이식의 장기적인 생존 기록은 없다. 2024년 3월 16일 미국 매세추세츠 종합병원에서 릭 슬레이먼(62) 씨가 처음으로 유전자 변형 돼지 신장 이식 수술을 받았다. 그는 약 7주 후인 지난 5월 11일 사망했다. 현재 54세의 여성 리사 피사노 씨가 지난 4월 유전자 변형 돼지 신장 이식 수술을 받고 치료 중에 있다. 심부전과 신부전을 동시에 앓고 있었던 피사노 씨는 지난 4월 12일 유전자 변형 돼지 신장을 이식받은 두 번째 환자가 됐다. 피사노 씨는 그에 앞서 지난 4월 4일 뉴욕대 랭곤 헬스(NYU Langone) 센터에서 심장 보조장치를 이식받았고, 8일 뒤인 4월 12일 유전자 변형된 돼지 신장과 함께 흉선(thymus gland) 이식 수술도 받았다. 뉴욕대 랭곤 헬스 센터는 지난 4월 24일 피사노 씨에게 세계 최초로 기계 심장 보조 장치와 유전자 편집 돼지 신장을 동시에 이식하는 혁신적인 수술을 성공적으로 완료했다고 발표했다.
- IT/바이오
2024-06-05 07:45:00
희토류 원소 방사성 '프로메튬' 비밀 80년 만에 밝혀져

특수 용도로 사용되는 희토류 원소인 방사성 물질 프로메튬(promethium)이 발견된 지 80년 만에, 과학자들이 처음으로 프로메튬의 신비하고도 중요한 특성을 밝혀내 주목된다고 라이브사이언스가 전했다. 프로메튬은 주기율표의 맨 아래 15개의 란타넘족에 속해 있는 원자번호 61번의 원소다. 희토류로 알려진 프로메튬은 강한 자성과 특이한 광학 특성을 포함해 여러 가지 유용한 특성을 나타내 현대 전자 장치 소재로 중요하게 사용된다. 프로메튬은 안정된 동위원소는 없고 방사성 동위원소들만 존재한다. 프로메튬은 미국 오크리지 국립연구소(ORNL: Oak Ridge National Laboratory)가 지난 1945년 처음으로 발견했다. ORNL 연구원들이 발견한 프로메튬 자체는 원자 배터리 및 암 진단 분야에서 적용됐다. 그러나 이 원소의 화학적 성질은 지극히 일부만 알려졌고, 이 때문에 더 널리 사용되는 것은 지금까지 불가능했다. 방사성 원소를 연구하는 것 자체가 적합한 샘플 확보의 어려움으로 인해 수십 년 동안 높은 장벽으로 작용했던 것. 연구팀인 ORNL의 알렉산더 이바노프는 "프로메튬에는 안정된 동위원소가 없고 모두가 방사성이기 때문에 시간이 지남에 따라 다른 원소로 붕괴된다. 프로메튬은 핵분열 과정을 통해 얻어지기 때문에 특히 희소하고 연구하기 어렵다"고 말했다. 그런데 작년에 개발된 프로메튬 생산 방법을 사용, ORNL 연구팀은 이 동위원소를 원자로 폐기물로부터 분리, 연구를 위한 가장 순수한 샘플을 만들어내는 데 성공했다. 그 후 연구팀은 이 샘플을 금속 원자를 가두기 위해 특별히 고안된 분자인 리간드(수용체에 결합하는 항체·호르몬·약제 등의 분자)와 결합해 물속에서 안정적인 복합체를 형성했다. PyDGA로 알려진 배위 분자(리간드 배위 결합을 통해 형성된 분자)는 9개의 프로메튬-산소 결합을 형성했다. 이 결합은 연구팀에 프로메튬 복합체의 결합 특성을 분석할 수 있는 기회를 처음으로 제공했다. 그러나 분석하는 일도 쉽지는 않았다. 프로메튬이 방사성이었기 때문에 일단 붕괴되면, 주기율표상 인접 원소인 사마륨으로 변환된다. 사마륨 형태로 소량의 오염이 발생하게 됐던 것이다. 이를 해결하기 위해 연구팀은 ‘싱크로트론 기반 X선 흡수 분광법’이라는 극도로 전문화된 기술을 사용했다. 입자 가속기에 의해 생성된 고에너지 광자는 프로메튬 복합체에 충격을 가해 원자의 위치와 결합 길이의 그림을 만들었다. 금속-산소 결합 길이의 미묘한 차이를 통해 팀은 오염된 사마륨과 관계없이 주요 프로메튬-산소 결합 분석에 집중할 수 있었다. 결국 이런 방식을 통해 연구팀은 처음으로 프로메튬의 특성을 다른 희토류 복합체와 비교할 수 있었다. 리간드는 모든 란타넘족 원소에 안정적인 복합체를 형성할 수 있는 방법을 제공했다. 동일한 원소 비율과 동일한 종류의 기하학적 구조를 가질 수 있게 된 것이다. 이로써 복합체의 기본적인 물리적 화학적 특성을 연구할 수 있었다. 란타넘족은 자연적인 원소들의 혼합물로 발견되므로, 결합 길이 및 복합체 형성과 같은 주기적인 경향을 이해하는 것은 과학자들이 금속을 분리하는 새롭고 보다 효율적인 방법을 개발하는 데 도움이 된다. ORNL의 연구원이자 '네이처' 지에 발표된 새로운 연구를 이끈 일자 포포브스는 라이브사이언스와의 인터뷰에서 "프로메튬은 레이저에 사용되며 스마트폰 화면에도 일부 들어간다. 또한 풍력 발전을 위한 풍력터빈과 전기자동차의 자석에도 쓰인다"고 말하고, 프로메튬에 대한 추가 연구가 이루어지면 응용을 대폭 확대할 수 있다고 설명했다. 현재 ORNL 연구팀은 프로메튬 원소의 화학적 움직임과 배위 환경에 대한 보다 명확한 그림을 만들기 위해 물속의 프로메튬 연구를 확대하고 있다. 포포브스는 "우리의 연구가 다른 과학자들에게 더 나은 분리 기술을 설계하는 방법을 알려주고, 다른 응용 분야 연구에 더 많은 관심을 불러일으킬 수 있기를 바란다"고 말했다.
- 경제
2024-06-03 15:43:00
[신소재 신기술(53)] 새로운 냉각 기술로 양자 컴퓨팅 시대 열린다

미국에서 획기적인 냉각 기술이 개발돼 절대 영도 도달 시간을 단축했다. 미국 정부기관인 국립 표준 기술 연구원(NIST) 연구팀은 획기적인 냉각 기술을 개발해 빅 칠(Big Chill)로 알려진 절대 영도에 근접한 초저온을 기존보다 훨씬 빠르고 효율적으로 달성할 수 있게 됐다고 라이브사이언스가 최근 보도했다. 이 기술은 양자 컴퓨팅, 천문학 등 중요 과학 실험에 필요한 준비 시간을 크게 단축 시킬 수 있을 것으로 기대된다. 절대 영도는 -273.15℃ 또는 0켈빈으로 표시되는 가장 낮은 온도를 의미한다. 이 온도에서 원자와 분자는 완전히 정지 상태에 있으며, 열 에너지가 전혀 존재하지 않는다. 절대 온도는 이론적 개념이며 실제로 실험적으로 달성하기에는 어렵다. 현재까지 절대 온도에 가장 근접하게 도달한 온도는 1999년 로듐을 활용한 냉각 기법으로 기록한 약 100피코켈빈이다. 과학 실험에 사용되는 민감한 전기 장비는 온도 변동과 같은 외부 노이즈의 간섭을 받지 않도록 절대 영도 근처의 초저온을 유지해야 한다. 하지만 기존 냉장 장치는 이러한 온도를 달성하는 데 배우 비용이 많이 들고 비효율적이었다. NIST 과학자들은 훨씬 더 빠르고 효율적으로 절대 온도를 달성할 수 있는 새로운 프로토타입의 냉장고를 제작했다. 염구팀은 이를 사용하면 연간 2700만와트의 전력을 절약하고, 전세계 에너지 소비를 3000만달러까지 줄일 수 있다고 주장했다. 이번 연구 결과는 '네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications)' 저널에 게재됐다. 기존PTR 설계 개선해 초저온 달성 기존 가정용 냉장고는 액체 냉매가 저압 파이트(증발기)를 통해 순환하면서 열을 흡수해 내부를 냉각시키는 방식으로 작동한다. 냉매는 압축기를 거쳐 다시 액체 상태로 변환되면서 온도가 상승하고 이 열은 냉장고 뒷면을 통해 방출된다. 과학자들은 40년 이상 펄스 튜브 냉장기(PTR)를 사용해 초저온을 달성해돴다. PTR은 헬륨 가스를 이용해 유사한 과정을 거치지만 열을 훨씬 더 잘 흡수한다. PTR은 효과적이긴 하지만 에너지 소비가 많고 비용이 많이 들며, 냉각 시간이 오래 걸리는 담점이 있다. NIST 연구팀은 기존 PTR 설계 개선을 통해 냉각 시간을 단축하고 전체 비용을 낮출 수 있다고 밝혔다. 연구팀은 PTR은 기본 온도(보통 4 켈빈 근처)에서만 최적의 성능을 발휘하도록 설계되어 있어 전체 냉각 과정 중 상당 부분에서 비효율적으로 작동한다고 지적했다. 이에 NIST 연구팀은 압축기(컴프레서)와 냉장고 사이의 PTR 설계를 조정해 헬륨 가스 사용 효율을 높였다. 기존 방식에서는 헬륨 가스 일부가 순환 루트 대신 방출 밸브로 유출되면서 낭비됐다. 적은 비용으로 양자 컴퓨팅 구현 연구팀이 제안한 재설계에는 온도가 내려가면 수축하는 밸브가 포함돼 헬륨 가스 낭비를 방지할 수 있다. 이러한 개선으로 NIST 팀이 셜계를 수정한 PTR은 기존 방식보다 1.7배~3.5배 빠르게 초저온(빅 칠)을 달성했다. 연구팀은 이 새로운 기술을 통해 이탈리아의 희귀 현상 암흑 물질 연구소(CUORE)에서 수행한 실험 시간을 최소 1주일 단축할 수 있었다고 밝혔다. 이 연구소는 현재까지 이론상으로만 존재하는 방사성 붕괴 형태와 같은 희귀 현상을 연구하는데 사용된다. 정확한 연구 결과를 얻기 위해서 이러한 시설에서 배경 잡음을 최대한 줄여야 한다. 연구진은 이 새로운 방법을 사용하면 현재 이론적인 형태의 방사능 붕괴와 같은 희귀 사건을 찾는 데 사용되는 이탈리아의 극저온지하천문대(CUORE)에서의 실험 시간을 최소 일주일 이상 단축할 수 있다고 연구 결과에서 밝혔다. 이 시설에서 정확한 결과를 얻으려면 배경 소음을 최대한 줄여야 한다. 양자 컴퓨터도 비슷한 수준의 격리가 필요하다. 양자 컴퓨터는 양자 비트, 즉 큐비트(qubit)를 사용한다. 기존 컴퓨터는 정보를 비트(bit) 단위로 저장하고 1 또는 0의 값으로 데이터를 인코딩하여 순차적으로 계산을 수행하지만 큐비트는 양자역학의 법칙에 따라 1과 0의 중첩을 차지하며 계산을 병렬로 처리하는 데 사용할 수 있다. 그러나 큐비트는 매우 민감하기 때문에 열 에너지의 미세한 변동을 포함해 최대한의 외부 노이즈(배경 잡음) 차단이 필요하다. 연구팀은 이론적으로 가까운 미래에 훨씬 더 효율적인 냉각 방법을 달성할 수 있으며, 이는 양자 컴퓨팅 분야에서 더 빠른 혁신으로 이어질 수 있다고 말했다. 또한, 연구팀은 이 기술이 초저온을 달성하면서도 동시에 훨씬 저렴한 비용으로 초저온 산업에 도움이 될 수 있으며, 시간 집약적이지 않은 실험 및 산업 응용 분야의 비용을 절감할 수 있다고 덧붙였다.
- 포커스온
2024-06-03 14:35:00
[우주의 속삭임(13)] 느린 태양풍의 미스터리, 태양 궤도 우주선 '솔라 오비터'가 밝혀

태양 궤도선 솔라 오비터(Solar Orbiter) 우주선의 첫 번째 태양 근접 여행으로 수집된 데이터에를 통해 느린 태양풍의 신비한 미스터리가 풀릴 실마리가 밝혀졌다고 전문 매체 PHYS가 전했다. 초당 수백 킬로미터의 속도로 이동하는 태양풍은 수년 동안 과학자들의 연구 대상이었다. 그런데 '네이처 천문학지(Nature Astronomy)'에 발표된 최근의 연구에서 마침내 태양풍이 어떻게 형성되는지가 밝혀졌다는 것이다. 이 연구는 영국 노섬브리아 대학교 스테판 야들리 박사팀이 수행했다. 태양풍은 전하를 띠는 플라즈마 입자가 태양에서 우주로 계속 유출되는 것을 말한다. 바람은 초속 500km을 기준으로, 그 이상일 경우 '빠름'으로, 그 미만을 '느림'으로 규정한다. 태양풍이 지구까지 날아와 대기에 부딪히면 북극광으로 알려진 오로라가 나타난다. 그러나 더 많은 양의 플라즈마가 코로나 질량 방출의 형태로 방사되면 위험할 수 있으며, 위성과 통신 시스템에 심각한 손상을 초래할 수 있다. 수십 년 동안의 관찰에도 불구하고, 태양이 태양풍 플라즈마를 태양계로 방출, 가속 및 이동시키는 원인과 메커니즘, 특히 느린 태양풍에 대해서는 제대로 규명되지 않았다. 지난 2020년 유럽우주국(ESA)은 나사(NASA)의 지원을 받아 태양 궤도선 임무를 시작했다. 이 임무의 주요 목표 중 하나는 태양의 가장 가깝고 상세한 이미지를 포착하는 것 외에도, 태양풍을 측정해 분석하는 것이었다. 이를 위해 쏘아 올려진 솔라 오비터 우주선에는 10개의 서로 다른 과학 장비가 탑재됐다. 일부는 우주선을 통과할 때 태양풍 샘플을 현장에서 수집하고 분석하며 원격 감지도 수행한다. 태양 표면 활동에 대한 고품질 이미지를 캡처하도록 설계된 장비다. 연구팀은 솔라 오비터가 촬영한 사진과 기기 데이터를 결합함으로써 처음으로 느린 태양풍이 어디서 발생하는지 더 명확하게 식별하는 데 성공했다. 연구팀은 "우주선이 현장에서 측정한 태양풍 흐름의 변동성은 우리에게 그 근원에 대한 많은 정보를 제공했다. 태양에 가까이 접근함으로써 태양풍의 복잡한 특성을 포착할 수 있었으며, 태양풍의 기원과 복잡성이 발생 지역의 변화에 따라 어떻게 변화하는지에 대한 그림을 얻을 수 있었다"고 밝혔다. 연구팀은 빠른 태양풍과 느린 태양풍의 속도 차이가 태양풍의 기원이 되는 대기의 가장 바깥층인 코로나의 영역이 다르기 때문이라고 추정했다. 개방형 코로나는 자기장 선의 한쪽 끝이 태양에 고정되고 다른 쪽 끝은 우주로 뻗어나가 플라즈마와 같은 우주 물질이 우주로 나갈 수 있는 고속도로를 만드는 영역을 말한다. 이는 빠른 태양풍의 근원지로 여겨진다. 반대로 폐쇄형 코로나는 태양의 자기장 선이 닫혀 있는 영역을 의미한다. 태양 표면의 양쪽 끝이 연결되어 닫혀 있다는 뜻이다. 이는 자기 활성 영역 위에 형성되는 크고 밝은 루프로 볼 수 있다. 때로는 닫힌 자기 루프가 끊어지는 현상이 발생하고 끊어진 루프가 다시 연결되는 사이에 짧은 시간차가 발생하고, 그 사이에 플라즈마가 탈출하게 된다. 이는 개방형 코로나와 폐쇄형 코로나가 만나는 지역에서 발생한다. 솔라 오비터의 미션 중 하나는 느린 태양풍이 폐쇄형 코로나에서 발생하고, 자기장 선이 끊어지고 다시 연결되는 과정을 통해 우주로 탈출할 수 있다는 이론을 테스트하는 것이었다. 태양풍의 구성을 측정하는 방법을 통해서다. 태양 물질에 포함된 중이온의 조합은 그것이 어디서 유래되었는지에 따라 달라진다. 연구팀은 솔라 오비터에 탑재된 장비를 사용해 태양 표면에서 일어나는 활동을 분석한 후 이를 우주선이 수집한 태양풍 흐름과 대비했다. 솔라 오비터가 포착한 태양 표면의 이미지를 사용해 연구팀은 느린 태양풍의 흐름이 열린 코로나와 닫힌 코로나가 만나는 지역에서 발생했다는 것을 정확히 찾아낼 수 있었다. 결국 끊어지고 다시 연결되는 과정을 통해 느린 태양풍이 닫힌 자기장에서 벗어날 수 있다는 이론을 증명했다. 야들리 박사는 "솔라 오비터에서 측정한 태양풍의 다양한 구성은 코로나 소스 전체의 구성 변화와 일치했다. 코로나의 폐쇄 루프와 개방 루프 사이에서 발생하는 재연결 과정에서 발생한다는 강력한 증거를 제공했다"고 설명했다. 이로써 태양풍의 기원을 구체적으로 연구할 수 있는 길을 열어줄 것이라는 기대다.
- IT/바이오
2024-06-03 12:42:00
스위스 과학자, 카카오 과육 활용해 지속가능한 초콜릿 생산

스위스 과학자들이 벌레로 인해 고사 위기에 처한 카카오 나무 열매를 최대한 활용할 수 있는 기술을 개발했다고 예루살렘포스트가 26일(현지시간) 보도했다. 전 세계 초콜릿의 50%는 서아프리카 코트디부아르와 가나에 있는 카카오나무에서 생산된다. 하지만 이 지역 카카오나무는 '카카오 새싹 팽창 바이러스 감염병'이 빠르게 확산되면서 코코아 공급과 가격 급등에도 큰 영향을 미치고 있다. 코코아 콩(cocoa bean)은 건조된, 그리고 부분적으로 발효된 카카오나무 열매의 씨앗으로 초콜릿의 원료가 된다. 카카오의 꼬투리는 3cm 두께의 거칠고 가죽과 같은 외피를 가지고 있다. 이 꼬투리는 단 맛을 내는 점액질의 펄프로 가득차 있으며, 그 안에 30~50개의 아몬드처럼 생긴 큰 씨앗들이 담겨 있다. 세계적으로 인기 있는 간식인 초콜릿의 주성분은 카카오 열매에서 추출한 코코아 매스(카카오를 발효해서 만드는 초콜릿의 원료)와 코코아 버터다. 스위스 연방공립대학 ETH 취리히의 연구원들은 초콜릿 업계와 협력해 코코아 열매를 최대한 활용함으로써 코코아 재배의 수익성을 높이는 동시에 초콜릿을 더 건강한 기호식품으로 만들 수 있는 가능성을 조사하고 있다. 에리히 빈드하브 교수와 그의 연구팀은 지속 가능한 코코아 열매 재배에 전념하는 스트트업인 코아(Koa), 스위스 초콜릿 제조업체 펠클린(Felchlin)과 협력해 카카오 과육을 활용한 새로운 코코아 열매 초콜릿 레시피를 개발했다. 전 세계가 순환적이고 지속가능한 경제를 중심으로 재편성되면서 식품 분야에도 혁신적인 기술이 요구되고 있다. 식품 활용도를 극대화하여 관련 환경 부담을 줄이는 쪽으로 향하고 있는 것. 이는 코코아 재품과 같이 환경에 미치는 영향이 큰 식품의 경우 특히 중요하다. 이번 논문은 저명한 학술지 '네이처 푸드(Nature Food)'에 게재됐다. 「코코아 꼬투리 측면 스트림의 가치화로 초콜릿의 영양 및 지속 가능성 측면 개선」이라는 이번 논문의 주저자인 킴 미쉬라는 코코아 열매가 허니듀 멜론과 비슷하다고 말했다. 연구팀은 "카카오 열매와 허니듀는 구조가 비슷하다. 둘다 딱딱한 껍질을 가지고 있어 자르면 과육이 드러나고 안쪽에는 코코아 콩이나 멜론 씨앗과 같은 과육이 들어 있다"고 설명했다. 기존 초콜릿은 카카오 꼬투리 안에 들어 있는 코코아 콩만 사용하지만 연구팀은 '코코아 과일 초콜릿 레시피'에 과육과 과육의 속껍질을 사용했다. 연구팀은 이를 분말로 가공하고, 과육의 일부와 섞어 코코아 젤을 만들었다. 이 젤 물질은 매우 달콤하며 일반적으로 초콜릿에 첨가되는 가루 설탕을 대체할 수 있다. 연구팀은 완벽한 레시피를 찾기 위해 실험실에서 다양한 구성의 질감을 체계적으로 테스트한 끝에 이같은 결과물을 내놓았다. 과육에서 추출한 과즙을 너무 많이 넣으면 초콜릿이 덩어리가 졌고., 너무 적게 넣으면 단맛이 부족했다. 연구팀은 단맛과 식감 사이의 완벽한 균형을 찾기 위해 노력했다. 가루 설탕을 사용할 때는 덩어리 문제가 발생하지 않았다. 실험 결과 초콜릿에는 과육 젤이 최대 20% 함유될 수 있으며, 이는 5~10%의 가루 분말 설탕(이하 가루 설탕)이 함유된 초콜릿의 맛과 같았다. 일반 다크 초콜릿에는 가루 설탕이 30~40% 정도 함유돼 있다. 새로운 레시피를 테스트하기 위해 스위스의 베른 응용과학대학의 패널들은 각 5g 무게의 초콜릿 조각을 다양한 양의 가루 설탕이 함유된 초콜릿과 코코아 젤로 단맛을 낸 새로운 제품으로 나누어 데트스를 진행했다. 미쉬라 연구원은 "이를 통해 동일한 양의 가루 설탕으로 표현되는 우리 레시피의 단맛을 경험작으로 확인할 수 있었다"고 말했다. 새로 개발된 레시피는 코코아 젤을 감미료로 사용함으로써 코코아 과일 초콜릿은 일반 유럽산 다크 초콜릿보다 섬유질 함량(100g당 15g대 12g)이 더 높다. 유럽산 일반 다크 초콜릿에는 섬유질이 100g당 12g이 들어있지만 새로운 레시피에는 15g이 함유됐다. 또한 포화지방 함량도 일반 초콜릿의 33g에 비해 23g에 불과하다. ETH 연구팀은 포화 지방산을 약 30% 줄이면서 섬유질 함량을 약 20% 늘릴 수 있었다. 미쉬라 연구원은 "섬유질은 장 활동을 자연스럽게 조절하고 초콜릿 섭취시 혈당 수치가 너무 급격히 상승하는 것을 방지하기 때문에 생리학적 측면에서 가치가 있다. 포화 지방도 너무 많이 섭취하면 건강에 위험을 초래할 수 있다. 포화 지방의 섭취 증가와 심혈관 질환의 위험 증가 사이에는 관계가 있다고 말했다. 그는 "농부들이 코코아 콩을 판매할 수 있을 뿐만 아니라 과육과 과피에서 나오는 주스를 말려서 분말로 갈아서 판매할 수도 있다는 것을 의미한다"면서 "이렇게 하면 코코아 재배 농가의 수입을 더 많이 창출할 수 있으며, 코코아 열매의 가치 창출이 많아지면 지속 가능한 코코아 생산이 가능해진다"고 덧붙였다. 그렇다고 해서 코코아 열매 초콜릿이 곧 식료품점에 출시되는 의미는 아니다. 미쉬라는 "우리 초콜릿이 매력적이고 일반 초콜릿과 비슷한 감각적 경험을 제공한다는 것을 보여주었지만, 건조 시설이 필요한 코코아 농부부터 시작해 전체 가치 창출 사슬을 조정해야 할 것"이라고 말했다. ETH는 코코아 과육 초콜릿 레시피에 대한 특허를 출원했다. 코코아 과일 초콜릿의 개발은 기술, 영양, 친환경성, 소규모 농가를 위한 소득 다각화가 어떻게 코코아 공장의 전체 가치 창출 사슬을 개선할 수 있는지를 보여주는 유망한 사례다.
- 생활경제
2024-05-27 15:57:00
[신소재 신기술(50)] 항공우주·운송 변화시킬 내열성 알루미늄 합금 탄생

중국 과학자들이 섭씨 500도까지 견딜 수 있는 내열성 알루미늄 합금을 개발했다. 텐진 대학교 연구팀은 미래 항공우주 설계에 큰 영향을 미칠 알루미늄의 내열성을 높이는 새로운 기술을 개발했다고 과학 기술 전문매체 인터레스팅엔지니어링이 최근 보도했다. 이번 연구 결과는 지난달 '네이처 머티리얼스'에 게재됐다. 새로 개발된 신소재는 산화 분산 강화 알루미늄 합금으로 최대 섭씨 500도까지 견딜 수 있다. 이는 섭씨 400도 이상에서 빠르게 분해되어 항공우주 산업이나 운송 등의 여러 분야에서 사용이 제한되는 기존 알루미늄 합금의 한계를 해결할 수 있다. 알루미늄 합금은 낮은 밀도, 높은 비강도와 우수한 내식성으로 인해 그동안 높은 평가를 받아왔다. 그러나 높은 온도에서 이러한 특성을 유지하기 힘들어 사용이 제한됐다. 특히 높은 온도가 일반적인 항공우주 응용 분야에서 더욱 그러하다. 연구팀은 알루미늄 합금에 고밀도, 초미세, 균일하게 분산된 나노 입자를 투입해 신소재를 제작했다. 톈진 대학교의 발표에 따르면 이 방법을 통해 합금의 고온 저항성을 크게 개선해 섭씨 500도에서 200 메가파스칼 이상의 인장 강도를 입증했으며, 기존 알루미늄 합금보다 6배 이상 뛰어난 안정성을 나타냈다. 게다가 텐진 대학교 재료과학 및 공학부의 허 춘니안 교수와 그의 팀이 개발한 기술은 일루미눔에만 국한되지 않고 여러 금속을 강화하는 데도 사용할 수 있다. 논문 저자들은 "우리의 공정 방식은 고온 관련 응용 분야를 위한 광범위한 합금에 초미세 나노 입자를 분산시킬 수 있다"고 말했다. 이 공정에는 분말 야금을 사용해 매우 안정적인 산화마그네슘 나노 입자를 알루미늄 매트릭스에 통합하는 것이 포함된다. 이 기술은 재료의 내열성을 향상시킬 뿐만 아니라 제조 공정이 간단하고 비용 효율적이며 대량 생산에 적합하다. 허 교수는 항공우주 엔진 및 핵심 부품을 위한 내열 알루미늄 합금의 개발을 가속화하기 위해 업계 리더 및 연구 기관과 협력하고 있다며 이 혁신적인 알류미늄 소재의 실질적인 의미를 강조했다. 그는 이 소재가 곧 다양한 고온 함금 응용분야에 적용될 것으로 예상하면서 산업적 적용을 기대했다.
- 포커스온
2024-05-27 09:53:00

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