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[퓨처 Eyes(49)] 신개념 하이드로겔, 초기 관절염 치료 및 진행 억제 가능성 제시
- 중국 과학자들이 관절염 치료의 새로운 지평을 열 혁신적인 생체 재료 개발에 성공했다. 이번 연구는 퇴행성 관절염으로 고통받는 전 세계 수억 명 환자들에게 새로운 희망을 제시할 것으로 기대된다. 관절염은 뼈 사이의 완충 역할을 하는 연골이 점차 파괴되면서 발생하는 질환이다. 연골 손상은 윤활 감소와 마찰 증가를 초래하여 결국 관절에 돌이킬 수 없는 손상을 입힌다. 특히 성인의 연골은 자연적으로 치유되지 않아 치료가 어려운 난제로 꼽혀왔다. 관절염, 삶의 질 저하시키는 질환 세계보건기구(WHO)에 따르면, 전 세계 관절염 환자 수는 꾸준히 증가하여 1990년부터 2019년까지 113% 증가한 5억 2800만 명에 달한다. 인구 고령화와 현대인의 생활 방식 변화가 관절염 증가세를 부추기고 있다. 국내에서도 관절염 문제는 심각하다. 국민건강보험공단 통계에 따르면, 무릎 관절염 환자 수는 지난해 기준 4년간 6.7% 증가했다. 특히 60대 이상 노년층에서 무릎 관절염 발병률이 높게 나타났다. 무릎 관절염은 초기에는 간헐적인 통증으로 시작되지만, 방치할 경우 심각한 통증, 다리 변형, 보행 장애까지 이어질 수 있다. 손상된 연골, 정밀하게 치료한다 이번에 중국 연구팀이 개발한 기술은 '하이드로겔 마이크로스피어(HMS)'와 항체를 결합하여 연골 윤활을 회복시키는 획기적인 치료법이다. 홍콩 매체 사우스차이나 모닝 포스트(SCMP)에 따르면 상하이 고등 연구소와 창사 샹야 국립 병원 연구팀은 손상된 조직 복구에 널리 사용되는 '하이드로겔 마이크로스피어'를 활용하여 관절염 치료의 새로운 접근법을 제시했다. 이번 연구 결과는 첨단 소재 분야 학술지 '어드밴스트 머티리얼즈(Advanced Materials)'에 게재됐다. 이 혁신적인 마이크로스피어는 천연 단백질에서 추출한 젤라틴 메타크릴레이트와 합성 고분자인 폴리(설포베타인 메타크릴레이트)를 결합하여 만들어졌다. 이 두 물질의 조합은 세포 성장과 수분 공급에 이상적인 환경을 제공한다. 연구팀은 나아가 손상된 연골에 결합하고 마이크로스피어에 부착되는 표적 항체를 개발하여 치료 효과를 극대화했다. 이 새로운 치료법은 기존 생체 윤활제와 달리 염증 부위를 정확하게 표적하여 치료할 수 있다는 장점을 가진다. '하이드로겔 마이크로스피어'는 작고 균일한 구형의 하이드로겔 입자이다. 쉽게 말해, 아주 작은 크기의 물을 많이 머금을 수 있는 3차원 젤리 공을 떠올리면 된다. 크기는 일반적으로 마이크로미터(㎛) 단위로 매우 작다. 구조는 3차원 망상구조를 가진 친수성 또는 양친매성 고분자 사슬이 가교되어 형성된다. 쉽게 비유하자면, HMS는 작은 스펀지처럼 물을 흡수하여 촉촉함을 유지하고, 필요한 물질을 머금고 있다가 서서히 방출하는 역할을 한다. 이러한 특성 덕분에 약물 전달, 조직 공학, 세포 배양 등 의료 분야에서 다양하게 활용될 수 있는 잠재력을 가지고 있다. 쥐 실험 통해 초기 골관절염 치료 효과 입증 연구팀은 개발한 생체 물질을 쥐에게 주입하여 초기 골관절염 치료 효과를 검증했다. 그 결과, 이 치료법은 골관절염 증상을 완화하고 추가적인 관절 손상을 예방하는 데 효과적인 것으로 나타났다. 특히, 새로운 생체 재료는 표준 식염수 주입과 비교했을 때 마찰을 줄이고 관절 윤활을 개선하는 측면에서 기존 치료법보다 뛰어난 성능을 보였다. 보고에 따르면 마찰 계수는 표준 식염수 주입에 비해 '3분의 1' 이상 감소했다. 이번 연구는 특히 초기 단계 관절염 치료에 대한 유망한 접근 방식을 제시한다. 표적 윤활 제공과 추가적인 관절 손상 예방을 통해 관절염 치료의 새로운 패러다임을 열 것으로 기대된다. 연구팀은 "개발된 주입형 표적 윤활 HMS와 정밀 표적 윤활 HMS는 특히 초기 단계의 골관절염 진행을 늦추는 데 유망하고 편리한 기술"이라고 강조했다. 관절염 치료의 새 지평 열리나 앞서 미국 노스웨스턴대학교 연구팀은 손상된 무릎 연골을 재생하는 새로운 생체 활성 물질을 개발하고, 양을 이용한 실험에서 성공적인 결과를 얻었다. 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. 노스웨스턴 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. 해당 연구 결과는 미국 국립과학원회보(PNAS)에 게재됐다. 관절은 일단 망가지면 자연적으로 재생되지 않아 그동안 치료의 한계가 있었다. 그러나 이처럼 연골을 재생시키기 위한 전 세계 과학자들의 노력이 합쳐지면 관절염 치료를 더욱 앞당길 수 있을 것으로 기대된다.
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[퓨처 Eyes(49)] 신개념 하이드로겔, 초기 관절염 치료 및 진행 억제 가능성 제시
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[신소재 신기술(102)] 국내 연구진, 플라스틱 생산 미생물 개발⋯석유 기반 플라스틱 대체 가능성 열어
- 국내 연구진이 석유 기반 플라스틱 산업의 대안으로 생분해성 플라스틱을 생산하는 미생물 개발에 성공했다. 한국과학기술원(KAIST) 연구팀은 플라스틱의 강성과 열 안정성을 높이는 고리형 구조의 폴리머를 생산하는 박테리아를 개발했다. 해당 기술에 대해서는 인터레스팅엔지니어링과 물리학org, 사이테크 데일리 등 다수 외신이 조명했다. 외신에서는 "한국 연구진이 개발한 새로운 '살아있는 플라스틱'은 버려지면 스스로 파괴된다"고 호평했다. 연구를 주도한 KAIST 화학 및 생물분자 연구 책임자인 이상엽 교수는 "(플라스틱) 바이오 제조는 기후 변화와 세계적인 플라스틱 위기를 완화하는 데 중요한 역할을 할 것"이라며 "미래를 위한 더 나은 환경을 보장하기 위해 국제적인 협력을 통해 바이오 기반 제조를 촉진해야 한다"고 강조했다. 일반적으로 고리형 분자는 미생물에 독성을 나타내기 때문에 연구진은 독특한 대사 경로를 설계했다. 이를 통해 대장균은 폴리머를 합성할 뿐만 아니라 폴리머와 그 전구체의 축적을 견딜 수 있게 되었다. 결과적으로 생성된 폴리머는 생분해성이며 약물 전달 시스템과 같은 생물 의학 분야에 유용하게 활용될 수 있는 물리적 특성을 가지고 있다. 최초의 미생물을 이용한 방향족 및 지방족 폴리머 생산 포장과 산업 분야에서 사용되는 대부분의 플라스틱(PET, 폴리스티렌 등)은 고리 모양의 '방향족' 구조를 포함하고 있다. 이전 연구에서는 미생물을 이용하여 방향족 및 지방족(비고리형) 단량체가 혼합된 폴리머를 생산하는 데 성공했지만, 이번 연구는 미생물이 방향족 측쇄(곁가지)를 가진 단량체로만 구성된 폴리머를 생산한 최초의 사례다. 이를 위해 연구팀은 다양한 미생물의 효소를 통합하여 새로운 대사 경로를 만들었고, 이를 통해 박테리아가 페닐락테이트라는 방향족 단량체를 생산할 수 있도록 했다. 그런 다음 컴퓨터 시뮬레이션을 활용하여 이러한 페닐락테이트 단량체를 완전한 방향족 폴리머로 효율적으로 조립할 수 있는 폴리머라제 효소를 설계했다. 이상엽 교수는 보도 자료에서 "이 효소는 자연에 존재하는 어떤 효소보다 폴리머를 더 효율적으로 합성할 수 있다"고 설명했다. 산업용 생산을 위한 규모 확대 연구팀은 박테리아의 대사 경로와 폴리머라제 효소를 개선한 후, 6.6리터(1.7갤런) 발효조에서 미생물을 배양하여 실험 규모를 확대했다. 최적화된 균주는 리터당 12.3g의 폴리머(폴리-D-페닐락테이트)를 성공적으로 생산했다. 그러나 상용화를 위해서는 이 수율을 리터당 최소 100g까지 높이는 것을 목표로 하고 있다. 이 교수는 "그 특성에 근거해 우리는 이 폴리머가 특히 약물 전달에 적합할 것이라고 생각한다"며 "주로 분자량이 낮기 때문에 PET만큼 강하지는 않다"고 말했다. 향후 연구진은 다양한 화학적 및 물리적 특성을 가진 추가적인 방향족 단량체 및 폴리머를 개발할 계획이다. 특히 산업용으로 필요한 더 높은 분자량을 가진 폴리머 개발에 주력할 예정이다. 또한 대규모 생산을 가능하게 하기 위해 공정 최적화 작업도 계속 진행할 계획이다. 이상엽 교수는 "수율을 높이기 위해 더 많은 노력을 기울이면 이 방법을 더 큰 규모로 상용화할 수 있을 것"이라며 "생산 공정의 효율성뿐만 아니라 회수 공정도 개선해 생산된 폴리머를 경제적으로 정제할 수 있도록 노력하고 있다"고 밝혔다. 이 연구는 지난 8월 21일 생명공학 분야의 최신 동향과 미래 전망에 대한 리뷰 논문을 주로 다루는 학술지 '트렌드 인 바이오테크놀로지(Trends in Biotechnology)'에 게재됐다.
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[신소재 신기술(102)] 국내 연구진, 플라스틱 생산 미생물 개발⋯석유 기반 플라스틱 대체 가능성 열어
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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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국제유가, 리비아·이라크 공급 차질 우려에 3거래일만에 반등
- 국제유가는 리비아의 생산 차질과 이라크의 감산 소식 등 영향으로 3거래일만에 반등했다. 29일(현지시간) 로이터통신 등 외신들에 따르면 미국 뉴욕상업거래소(NYMEX)에서 서부텍사스산중질유(WTI) 10월물 가격은 전거래일보다 1.9%(1.39달러) 상승한 배럴당 75.91달러에 마감했다. 북해산 브렌트유 11월물은 런던 ICE선물거래소에서 1.7%(1.31달러) 오른 배럴당 78.89달러에 거래됐다. 중동과 아프라카 산유국 리비아 등에서의 원유공급 차질 우려가 부각되면서 국제유가는 상승했다. 석유수출국기구(OPEC)의 내셔널오일코퍼레이션(NOC)은 지난 사흘간 리비아의 산유량이 150만배럴 감소한 것으로 집계됐다고 밝혔다. 원유 컨설팅 펌 래피단에너지는 리비아의 산유 감소량이 하루 90만배럴에서 100만배럴에 달할 것이라며 이 같은 차질은 향후 몇 주간 이어질 것으로 전망했다. 리비아는 내정 갈등으로 원유 생산을 중단한다고 지난 25일 발표했다. 리비아 동부 지역인 벵가지의 정부는 모든 유전을 폐쇄하고 추가 공지가 있을 때까지 생산과 수출을 중단한다고 밝혔다. 리비아는 하루 약 120만 배럴의 원유를 생산하고 세계 시장에 하루 100만 배럴 이상의 원유를 수출하는 주요 산유국이다. 그런 리비아가 실제 산유량을 줄였다는 소식에 트레이더들은 원유에 매수 우위로 접근했다. 또 다른 산유국인 이라크도 산유량을 줄일 계획이라고 이날 밝혔다. 7월의 하루 425만 배럴에서 9월에는 약 390만 배럴로 줄이겠다는 게 이라크의 목표다. 외신에 따르면 이라크는 OPEC 및 동맹국과의 협정에 따라 할당량인 하루 400만 배럴을 초과해 생산하는 중이었다. 이스라엘군이 팔레스타인 자치구 요르단강 서안에서의 군사작전을 계속하고 있어 중동의 지정학적 리스크에 대한 불안감도 높아지고 있다. 미즈호증권의 밥 야거 에너지 선물 부문 디렉터는 "리비아 원유 생산의 차질, 중동의 군사적 긴장 고조, 8개월래 최저치를 기록한 미국 에너지정보청(EIA)의 원유 저장량 등은 모두 유가에 순풍으로 작용하고 있다"고 말했다. 한편 대표적인 안전자신인 국제금값은 미국 연방준비제도(연준∙Fed)의 금리 인하 기대와 중동리스크 고조 등에 상승했다. 이날 뉴욕상품거래소에서 12월물 금가격은 전장보다 온스당 0.9%(22.5달러) 오른 온스당 2560.30달러에 마감했다.
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국제유가, 리비아·이라크 공급 차질 우려에 3거래일만에 반등
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도요타·BMW, 전기차 대안 전략 수소 연료전지차 전면 제휴
- 일본 도요타자동차와 독일 BMW가 수소를 사용해 발전 시 이산화탄소를 내지 않는 연료전지차(FCV)로 전면 제휴키로 했다. 닛케이(日本經濟新聞)는 27일(현지시간) 양사가 다음달 3일 이 같은 내용의 전면 제휴를 위한 앙해각서(MOU)를 주고받은 뒤 5일로 예정된 BMW의 미디어 설명회에서 공식 발표할 예정이라고 보도했다. 전면 제휴를 통해 도요타가 수소탱크 등 기간부품을 공급하고, BMW가 수년 내 FCV 양산차를 내놓을 계획이다. FCV는 전기자동차(EV)에 비해 장거리 주행과 짧은 충전시간 등에서 우수하지만 급성장해온 EV의 성장둔화로 FCV가 재평가되는 계기가 될 가능성이 있다고 전문가들은 지적했다. 다만 차량과 수소 자체의 가격, 충전설비 부족이 여전히 보급에 과제가 되고 있다. 도요타는 지난 2014년 전세계에서 처음으로 양산FCV '미라이'를 출시했다. FCV는 수소와 산소의 화학반응으로 만든 전기로 움직인다. 발전 시 물만 나와 궁극의 친환경차로 불린다고 닛케이가 설명했다. 엔진에 해당하는 것은 모터로, 전력으로 구동하는 점은 전기자동차에 가깝다고 한다. 이번에 도요타는 BMW의 FCV용으로 수소탱크 외에 수소를 사용해 발전하는 '연료전지' 등 수소 관련 기간부품을 전면 공급한다. 구동 시스템 등 전기차 기술을 활용할 수 있는 영역은 BMW가 주체가 돼 다룬다. 전면 제휴에서는 BMW와 도요타가 유럽 내 수소 인프라 정비에 대해 협력 관계를 구축하는 것도 포함될 전망이다. 닛케이는 일본과 독일을 대표하는 두 자동차 회사의 전면 제휴에 대해 "판매가 감속하는 전기차 이외의 전략이 필요해지고 있어 차세대 친환경 자동차의 선택지로서 일본·유럽 대기업이 FCV에서 손을 잡는 것"이라고 분석했다. 도요타와 BMW는 2012년 6월부터 FCV에서 협업 관계에 맺었다. 다만 지금까지는 도요타 측에서 연료전지 부품을 공급할 뿐이었다. 수소탱크나 구동시스템 등은 BMW가 독자 개발하고 있었지만 앞으로 도요타의 수소 시스템을 전면적으로 도입함으로써 FCV 생산 비용을 절감하고 수년 내 판매 개시를 목표로 하고 있다.
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도요타·BMW, 전기차 대안 전략 수소 연료전지차 전면 제휴
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국제유가, 중동 휴전 기대감·중국 수요 둔화 우려에 2% ↓
- 국제유가는 19일(현지시간) 이스라엘과 팔레스타인간 휴전 기대감과 부진한 중국 경제지표 등 영향으로 2% 넘게 내렸다. 이날 로이터통신 등 외신들에 따르면 미국 뉴욕상업거래소(NYMEX)에서 서부텍사스산중질유(WTI) 9월물 가격은 전거래일보다 3.0%(2.28달러) 내린 배럴당 74.37달러에 마감했다. 북해산 브렌트유 10월물은 ICE 선물거래소에서 2.5%(2.02달러) 하락한 배럴당 77.66달러에 마감됐다. 국제유가가 하락한 것은 토니 블링컨 미국 국무장관이 이-팔 전쟁 휴전을 위해 중동을 순방하고 있는 등 이-팔 휴전 가능성이 커진 때문으로 분석된다. 블링컨 미국 국무장관은 중동을 순방하면서 가자지구에서 휴전 협상을 강하게 압박하고 있다. 그는 이스라엘을 방문, 베냐민 네타냐후 이스라엘 총리와의 회담 후 기자들과 만난 자리에서 "오늘 네타냐후 총리와 매우 건설적인 회담을 가졌다"며 "그는 이스라엘이 휴전 협정 잠정안을 수용한다고 확인해 줬다"고 말했다. 블링컨 장관은 이어 "이제는 하마스가 같은 조치를 취할 차례"라고 덧붙였다. 이-팔 휴전 가능성이 커지고 있는 상황이다. 이와 함께 중국의 수요 감소 전망도 국제유가를 끌어내린 요인으로 작용했다. 최근 발표된 중국의 거시 지표가 둔화하고 있는 것으로 드러남에 따라 중국의 원유 수요 감소가 예상된다. 지난 15일 발표된 7월 중국경제 통계에서 신축주택가격이 지난해와 비교해 9년만에 크게 침체된 것으로 나타났으며 광공업생산이 3개월 연속으로 부진하는 등 경기침체 여지를 보여주었다. 한편 대표적인 안전자산인 국제금값은 달러약세 등에 3거래일 연속 상승했다. 이날 뉴욕상품거래소에서 12월물 금가격은 지난주말과 비교해 0.1%(3.5달러) 오른 온스당 2541.3달러에 거래를 마쳤다. 이날 뉴욕외횐시장에서 주요 6개통화에 대한 달러가치를 보여주는 달러지수는 전거래일보다 0.58% 내린 101.89를 기록했다. 이는 지난 1월2일 이후 7개월만의 최저치다. 이에 따라 금 선물가격은 장중 일시 2549.9달러까지 치솟아 연일 사상최고치를 경신했다.
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국제유가, 중동 휴전 기대감·중국 수요 둔화 우려에 2% ↓
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[기후의 역습(44)] 원핵생물, 기후 변화로 바다 지배 가능성 제기
- 기후 변화로 인해 바다 생태계 균형이 위협받고 있다. 바다는 인간의 눈에는 보이지 않는 미세한 유기체의 서식지다. '원핵생물'이라고 알려진 미생물은 세계 바다 생명체의 30%를 차지한다. 원핵생물은 바다의 생태계 균형을 유지하는 데 중요한 역할을 하지만, 기후 변화로 인해 그 균형이 흔들릴 위기에 처해 있다고 라이브사이언스가 전했다. 원핵생물이 기후 변화에 놀라울 정도로 회복력이 강하며, 해양을 지배할 수 있다는 것이다. 원핵생물에는 박테리아와 단세포 유기체인 '고균'이 모두 포함된다. 이 유기체는 지구상에서 가장 오래된 세포 기반 생명체로, 이들은 열대 지방에서 극지방에 이르기까지 육지와 물에 걸쳐 지구 전체에서 번성한다. 원핵생물은 크기가 작지만 엄청난 양으로 작은 크기를 상쇄한다. 전 세계적으로 인간 1인당 약 2톤의 해양 원핵생물이 존재한다. 원핵생물은 세계 식량 사슬에서 중요한 역할을 하며, 인간이 식용하는 물고기에 영양소를 공급한다. 해양 원핵생물은 매우 빠르게 성장하는데, 이 과정에서 많은 탄소가 배출된다. 200m 깊이의 해양에 서식하는 원핵생물은 1년에 약 200억 톤의 탄소를 배출한다. 이는 인간의 두 배에 해당한다. 이 엄청난 탄소 배출은 식물 플랑크톤에 의해 균형을 이룬다. 식물 플랑크톤은 또 다른 미세한 유기체로, 광합성을 통해 햇빛과 이산화탄소를 에너지로 전환한다. 이 과정에서 탄소를 흡수한다. 식물 플랑크톤과 기타 해양 순환은 인간이 매년 대기 중으로 방출하는 탄소의 최대 3분의 1을 흡수한다. 이는 지구 온난화의 속도를 제한하는 데 도움이 된다. 원핵생물이 온난화에 어떻게 반응하는지는 기후 변화의 현 상황에서 세계 해양의 미세한 균형이 어떻게 변할 수 있는지를 이해하는 데 중요하다. 최근의 연구 결과에 따르면 원핵생물은 다른 해양 생물에 비해 기후 변화에 회복력이 월등히 강하며, 결국 기후 변화의 승자가 될 가능성이 높다. 해양 온난화가 섭씨 1도 올라갈 때마다 미생물 바이오매스는 약 1.5% 감소한다. 이는 대형 플랑크톤, 어류 및 포유류에 대해 예측한 3~5% 감소의 절반에도 미치지 못한다. 이는 기후 변화가 지속될 경우, 미래의 해양 생태계 전반의 바이오매스는 낮아지고 원핵생물이 점점 더 지배적인 위치를 차지하게 됨을 의미한다. 다시 말하면, 이는 이용 가능한 영양소와 에너지가 원핵생물 쪽으로 편향돼 대형 어류의 에너지 공급원이 줄어든다는 뜻이다. 인간이 식량으로 의존하는 물고기의 개체수가 줄어들 가능성이 높아지고, 바다가 탄소 배출을 흡수하는 능력이 줄어든다. 연구에 따르면 온난화가 섭씨 1도 증가할 때마다 세계 해양의 상위 200m에 있는 원핵생물은 매년 추가로 8억 톤의 탄소를 생산할 것으로 예측된다. 이는 현재 유럽연합 전체의 배출량과 동일하다. 기후 변화로 인해 지구 해양은 금세기 말까지 섭씨 1~3도 정도 올라갈 것으로 예상된다. 원핵생물이 생산하는 탄소량이 예상대로 증가하면 해양이 인간의 탄소 배출을 흡수할 수 있는 능력이 감소하게 된다. 즉, 탄소 순 제로 배출의 달성은 요원하게 된다. 게다가 기후 변화로 인한 세계 어류 자원 감소에 대한 지금까지의 예측은 원핵생물이 바다를 지배해 해양 먹이 사슬을 어떻게 재구조화할 수 있는지는 고려하지 않는다. 결국, 예측 이상으로 어류 자원이 급감할 수 있다. 어류 개체수 감소는 세계 식량 공급에 큰 문제를 야기한다. 바다는 약 30억 명의 인구에 대한 단백질 공급원이다. 원핵생물이 새로운 환경에 얼마나 빨리 적응하고 진화할지는 불확실하다. 그러나 기존의 연구에서도 박테리아는 몇 주 만에 스스로 환경 저항력을 강화하는 능력이 있음을 보여줬다. 원핵생물과 기후 변화의 상관관계에 대한 연구가 더 필요하다는 지적이다.
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- 포커스온
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[기후의 역습(44)] 원핵생물, 기후 변화로 바다 지배 가능성 제기
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[신소재 신기술(96)] 혈당 변화에 즉각 대응하는 '스마트 인슐린' 나온다
- 실시간으로 혈당 수치에 맞춰 조절되는 획기적인 유형의 스마트 인슐린이 개발돼 전 세계적으로 수백만 명에 달하는 1형 당뇨병 환자 치료를 혁신할 가능성이 높아졌다고 신기술 개발 동향을 알리는 인터레스팅엔지니어링이 전했다. 개발된 스마트 인슐린은 필요할 때까지 신체에서 비활성 상태를 유지하다가 혈당을 관리할 시점이 되면 즉시 활성화되어 혈당을 낮추도록 설계됐다. 즉, 혈중 포도당 농도에 반응해 작용하는 스마트 포도당 반응성 인슐린(GRI: Glucose Responding Insulin )이다. 스마트 인슐린은 미국, 영국, 호주, 중국 등의 연구원들이 연합해 개발했다. 이 프로젝트를 담당한 기관 중 하나인 영국 청소년당뇨병연구재단(JDRF: Juvenile Diabetes Research Fund)의 책임자인 레이첼 코너는 "인슐린은 100년 이상 1형 당뇨병 환자들의 생명을 구해 당뇨 치료를 혁신했지만 여전히 충분하지 않다. 인슐린으로 포도당 수치를 관리하는 것은 어려우며, 이제는 과학계가 그 해결책을 찾아야 할 때다"라고 말했다. 현재 증세가 심한 1형 당뇨병 환자는 생존을 위해 하루에 최대 10번까지 합성 인슐린을 주사해야 한다. 혈당 수치의 끊임없는 오르내림은 단기 및 장기적으로 합병증을 유발하는 등 심각한 문제를 일으킬 수 있으며 정신 건강에도 영향을 미칠 수 있다. 기존 인슐린은 주사 시 혈당 수치를 안정시키는 데는 도움이 된다. 그러나 향후의 혈당 변동까지 관리할 수는 없다. 이 때문에 환자가 몇 시간 내에 더 많은 인슐린을 주사해야 하는 경우가 많다. 새로운 포도당 반응성 인슐린은 기존의 인슐린과는 다르게 작용한다. 혈당 수치가 높아질 때만 활성화돼 고혈당을 예방하고, 수치가 너무 낮아지면 비활성화돼 저혈당을 예방한다. 전문가들은 스마트 인슐린이 상용화되는 미래에는 환자가 일주일에 한 번만 인슐린을 투여하면 될 것이라고 추정했다. 스마트 인슐린을 개발한 과학자들은 연구를 가속하기 위해 수백만 달러의 보조금을 받았다. 제1형 당뇨병에 대한 새로운 치료법을 발견하기 위해 영국 당뇨병협회, JDRF, 스티브 모건 재단이 협력, 첨단 연구에 5000만 파운드(873억 원)를 투자하고 있으며 '1형 당뇨병 그랜드 챌린지'를 통해 지원하고 있다. 그랜드 챌린지의 과학 자문 위원회 부의장인 팀 하이즈 박사는 스마트 인슐린이 당뇨병과의 싸움에서 새로운 시대의 시작을 알리는 게임체인저가 될 수 있다고 기대했다. 그는 가디언지와의 인터뷰에서 "1형 당뇨병을 앓고 있는 사람들은 혈당 균형을 맞추기 위해 매일 많은 노력을 기울여야 한다"며 "이번에 개발된 포도당 반응성 인슐린, 소위 스마트 인슐린은 ‘인슐린의 성배’로 생각되며, 이는 약물 요법 중 1형 당뇨병을 치료하는 데 가장 효과적인 솔루션이 될 것"이라고 기대했다. 1형 당뇨병 그랜드 챌린지는 제1형 당뇨병 치료 혁신을 위해 새로운 연구 프로젝트 6개에 270만 파운드(약 47억2200만원) 이상의 자금을 지원하고 있다. 이 자금은 차세대 인슐린 개발을 가속하여 제1형 당뇨병 환자의 삶을 개선하는데 크게 기여하고 있다. 미국, 호주, 중국의 대학에서 수행되는 이 연구는 더 빠르게 작용하면서, 더 정확하게는 1형 당뇨병 관리를 용이하게 함으로써 합병증을 줄이는 인슐린을 개발하는 것을 목표로 하고 있다. 프로젝트 중 4개는 포도당 반응성 인슐린(GRI)을 연구하고 있다.
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- IT/바이오
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[신소재 신기술(96)] 혈당 변화에 즉각 대응하는 '스마트 인슐린' 나온다
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[신소재 신기술(94)] 물로 작동하는 스마트 붕대, 치료 효과 30% 향상
- 전자 부품이 없이 물 한 방울로 작동하는 스마트 붕대(드레싱)가 개발돼 당뇨병 환자 등의 만성 상처 치유 효과를 높일 것으로 보인다. 미국 노스캐롤라이나 주립대(NCSU) 과학자들이 전기장을 이용해 만성 상처의 치유 속도를 높이는 저렴한 스마트 드레싱(WEPDs)을 개발했다고 메디컬 익스프레스와 데일리 메일 등 다수 외신이 보도했다. '만성 상처'는 치유가 더디거나 아예 치유되지 않는 상처를 말한다. 예를 들어 일부 당뇨병 환자에게서 발생하는 상처는 만성 상처라고 할 수 있다. 이러한 상처는 치유 후에도 종종 재발하고 절단 및 사망 위험을 크게 증가시키기 때문에 문제가 된다. 만성 상처는 또한 치료비가 매우 비싸서 환자에게 추가적인 문제를 일으킬 수 있다. 연구팀이 개발한 '물로 작동하는 전자 부품 없는 드레싱(WPEDs)'은 일회용 붕대로, 한쪽 면에는 전극이, 다른 면에는 작고 생체 적합성이 뛰어난 배터리가 부착돼 있다. 이 드레싱을 상처에 붙인 후 물 한 방울을 떨어뜨리면 배터리가 활성화되어 몇 시간 동안 치유를 촉진하는 전기장이 생성된다. 동물 실험 결과 이 붕대로 치료한 상처는 기존 붕대보다 30% 빠르게 치유됐다. 이번 연구를 주도한 NCSU 전기 및 컴퓨터 공학 아마이 반도드카 교수는 "우리의 목표는 만성 상처 환자의 치유를 가속화하면서도 훨씬 저렴한 기술을 개발하는 것이었다"며 "환자들이 병원 뿐만 아니라 집에서도 쉽게 사용할 수 있도록 하는데 중점을 두었다"고 설명했다. 연구의 공동 1저자이자 NC 주립대의 박사후 연구원인 라자람 카베티는 "이 드레싱에서 전기장은 매우 중요하다. 전기장이 만성 상처의 치유를 가속화한다는 것은 잘 알려진 사실이기 때문이다"라고 말했다. 연구팀은 당뇨병 쥐를 대상으로 WPEDs의 효과를 실험했다. 그 결과, WPEDs를 사용한 쥐들은 일반 붕대를 사용한 쥐보다 약 30% 빠르게 치유됐으며, 새로운 혈관 형성 촉진 및 염증 감소 효과도 확인됐다. WPEDs의 전극은 붕대와 함께 구부러지고 만성 상처의 표면에 맞춰질 수 있도록 설계됐다. 그로 인해 WPEDs는 빠르고 쉽게 부착할 수 있으며, 환자들은 붕대를 붙인 상태에서 자유롭게 움직이며 일상 생활을 할 수 있다. 이는 환자들이 집에서 편리하게 치료 받을 수 있게 해 치료 순응도를 높일 것으로 기대된다. 연구팀은 향후 WPEDs의 인체 적용 가능성을 확인하기 위해 추가 연구를 진행할 계획이다. 연구 결과는 「상처를 전기적으로 자극하여 상처를 빠르게 봉합하는 물로 구동되는 전자 장치 없는 드레싱」이라는 논문으로 지난 8월 7일 오픈 액세스 저널인 '사이언스 어드밴시스(Science Advances)'에 개재됐다.
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- 포커스온
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[신소재 신기술(94)] 물로 작동하는 스마트 붕대, 치료 효과 30% 향상
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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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[먹을까? 말까?(44)] 마그네슘 과다 섭취, 득보다 실? 주의해야 할 부작용
- 마그네슘은 우리 몸에 필수적인 미네랄로, 단백질 합성, 혈당 조절, 협압 조절 등 다양한 생화학 기능에 관여한다. 또한 에너지 생성, DNA 및 RNA 합성, 뼈 성장, 근육 및 심장 기능에 필요한 칼슘과 칼륨 운반에도 중요한 기능을 한다. 즉 우리 몸은 다양한 방식으로 마그네슘에 의존하고 있다. 그러나 일부 사람들은 식단에서 충분한 마그네슙을 섭취하지 못할 수도 있다. 이 경우 의사들은 특히 변비, 수면 문제, 근육 경련 등 특정 문제를 해결하기 위해 마그네슘 보충제를 권장하기도 한다. 하지만 보충제가 유용하다고 해서 마그네슘을 과도하게 섭취해도 괜찮을까? 최근 연구 결과와 전문가들의 의견을 종합해 보면, 과도한 마그네슘 섭취는 건강에 부정적인 영향을 미칠 수 있다. 안전한 마그네슘 섭취량은? 미국 의학 연구소 식품영양위원회에 따르면 성인의 마그네슘 하루 권장 섭취량(RDA)은 19세~30세의 경우 남성 400mg, 여성 310mg, 31세 이상의 경우 남성 420mg, 여성 320mg이다. 마그네슘은 아몬드, 시금치, 강낭콩, 두부 등 다양한 식품에 자연적으로 함유되어 있다. 만약 식단으로 충분히 섭취하지 못하는 경우, 의사와 상담하여 적절한 용량의 보충제를 복용할 수 있다. 하지만 보충제 종류와 브랜드에 따라 권장 복용량이 다를 수 있으므로, 라벨 지침을 따르고 의사와 상담하는 것이 중요하다. 또한, 가능하면 음식과 함께 보충제를 섭취하는 것이 좋다. 마그네슘 과다 섭취란? 마그네슘 과다 섭취, 즉 고마그네슘혈증은 매우 드물다. 미국 의학 연구소 식품영양위원회는 보충제 형태의 마그네슘에 대한 상한 섭취량을 350mg으로 설정했는데, 이는 건강에 악영향을 미칠 가능성이 없는 최대 섭취량이다. 음식을 통한 과다 섭취는 해롭지 않지만, 산화마그네슘, 구연산마그네슘, 염화마그네슘 등 보충제 형태로 과다 섭취하면 설사, 메스꺼움, 경련 등의 문제가 발생할 수 있다. 마그네슘 과다 섭취 위험군은? 고마그네슘혈증(마그네슘 중독 증상)은 드물지만, 특히 만성 질환이 있는 경우 주의해야 한다. 예를 들어 신장 기능 저하 또는 신부전증 환자는 마그네슘 과다 섭취 증상을 경험할 위험이 더 높다. 또한, 일부 제산제나 완하제에 함유된 5000mg과 같은 매우 높은 용량의 마그네슘을 복용하는 경우 마그네슘 독성 사례와 관련이 있다. 이러한 약물을 복용할 때는 라벨 지침을 반드시 따라야 한다. 마그네슘 보충제 복용 후 위에서 언급한 마그네슘 독성 증상이 나타나면 의료진에게 문의해야 한다. 특히 신장 질환이 있는 경우에는 더욱 중요하다. 마그네슘 과다 섭취 예방 및 치료 마그네슘 과다 섭취를 예방하기 위해서는 마그네슘이 풍부한 식품 섭취에 집중하는 것이 좋다. 하지만 의료 전문가의 권고에 따라 보충제를 구매해야 하는 경우, 순도와 효과가 검증된 고품질 보충제를 선택하고, 구연산마그네슘과 같이 생체 이용률이 높은 형태를 선택하는 것이 좋다. 또한, 의료 전문가의 특별한 권고가 없는 한 하루 350mg 이상 복용하지 않도록 주의해야 한다.
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- 생활경제
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[먹을까? 말까?(44)] 마그네슘 과다 섭취, 득보다 실? 주의해야 할 부작용
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[기후의 역습(32)] NASA, 미국 탄소 배출량 실태 보여주는 위성사진 공개
- 나사(NASA)가 지구에서 엄청난 양의 이산화탄소가 발생해 대기 중에서 소용돌이치며 움직이는 모습을 보여주는 새로운 영상 자료를 공개했다고 전문 매체 퓨처리즘이 전했다. 이 영상은 2020년 1월부터 3월까지 바람과 대기 순환에 따라 지구 전체로 이동하는 이산화탄소의 농도를 보여주고 있다. 영상에서는 특히 미국에서의 이산화탄소 발생이 많아, 미국이 이산화탄소의 주요 배출원임을 드러내고 있다. 2021년에 미국은 전 세계 배출량의 12% 이상을 차지했으며, 33%에 약간 못 미치는 중국에 이어 두 번째를 기록했다. 나사가 공개한 영상 데이터의 세부적인 이산화탄소 흐름은 놀라운 고화질 수준이다. 발전소, 화재, 도시에서 발생하는 이산화탄소 배출은 물론 이것이 대륙과 바다로 확산되는 모습이 그대로 나타난다. 전문가들은 이 영상 데이터를 활용해 인간 활동에서 비롯된 기후 변화에 직접적으로 영향을 미치는 온실가스의 주요 출처를 식별하는 것 외에도 이러한 다양한 출처가 어떻게 상호 작용하는지를 연구할 수 있다고 지적했다. 나사의 고다드 우주비행센터 기후 과학자 레슬리 오트는 "정책 입안자이자 과학자로서 우리는 탄소가 어디에서 나오는지, 그리고 그것이 지구에 어떤 영향을 미치는지 파악하려고 노력하고 있다“면서 ”이 영상을 통해 이산화탄소가 다양한 기상 패턴에 의해 어떻게 상호 연결되어 있는지 알 수 있다"고 설명했다. 미국과 중국의 경우 중공업, 발전소, 자동차, 트럭 등 인간이 주도하는 활동이 여전히 이산화탄소 배출의 중요한 원인이다. 나사에 따르면 아프리카와 남미에서는 토지 관리 및 산림 벌채를 위해 일부러 일으키는 화재가 이산화탄소 발생의 주요 원인이다. 이 영상 데이터는 시간이 따라 불길이 잦아들고 불타오르는 듯한 매혹적인 패턴의 이산화탄소 방출 및 확산을 보여주고 있다. 식물과 나무도 광합성을 할 때 이산화탄소를 흡수하고 호흡할 때 이를 방출하는 시각적 효과의 역할을 담당한다. 나사는 고다드 지구 관측 시스템(GEOS)이라는 슈퍼컴퓨터 기반 모델을 사용하여 시각 영상을 만들었다. 나사에 따르면 이 기상 모델의 해상도는 일반 기상 모델보다 100배 이상 크다고 밝혔다. 영상은 특히 과학자들에게 전례 없는 모습을 보여주고 있다. 오트는 "이제는 말 할 수 있다. 우리는 정밀 고해상도로 이산화탄소의 발생과 흐름을 따라다니며 지켜볼 수 있다“라며 "종래의 기상 영상 시뮬레이션으로는 결코 볼 수 없었던 것들을 보게 됐다”고 말했다. 이산화탄소의 흐름이 얼마나 지속되는지, 기상 시스템과 어떻게 상호 작용하는지를 보는 것은 놀라운 결과라는 지적이다.
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[기후의 역습(32)] NASA, 미국 탄소 배출량 실태 보여주는 위성사진 공개
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구글 딥마인드 AI 시스템, 수학 올림피아드 은메달 수준 달성
- AI 모델은 에세이를 비롯한 다양한 유형의 텍스트를 쉽게 생성할 수 있지만 논리적 추론을 포함한 수학 문제를 해결하는 데는 그다지 능숙하지 않다. 그러나 AI 모델이 그 벽을 넘어서기 시작했다고 MIT테크놀로지리뷰가 전했다. 구글 딥마인드(Google DeepMind)가 고급 추론을 포함하는 복잡한 수학 문제를 해결하기 위해 훈련한 두 개의 AI 시스템 알파프루프(AlphaProof)와 알파지오메트리2(AlphaGeometry2) 연합 팀이 올해의 국제 수학 올림피아드(IMO)에서 6개 문제 중 4개를 푸는 데 성공했다. IMO는 고등학생을 위한 권위 있는 대회로, 이들의 셩과는 은메달에 해당한다. AI 시스템이 수학 문제를 해결하는 데에서 이렇게 높은 성공률을 달성한 것은 처음이다. 이 프로젝트에 참여한 구글 딥마인드의 푸시미트 콜리 부사장은 "이는 머신러닝과 AI 분야에서 큰 진전이다. 지금까지 이 정도의 성공률로 문제를 해결할 수 있는 시스템은 개발되지 않았다"라고 말했다. AI 시스템이 고급 추론을 포함하는 수학 문제를 풀기 어려운 이유가 몇 가지 있다. 이런 유형의 문제는 종종 추상이 필요하고 이를 활용해야 한다. 또 복잡한 계층적 계획과 하위 목표 설정, 역추적, 새로운 경로 시도가 필요하다. 이 모든 것이 AI에게는 어려운 일이다. 온라인에 공식 수학 데이터가 적기 때문에 수학 모델을 훈련하는 것도 쉽지 않다. 이를 해결하기 위해 구글 딥마인드는 수학적 진술을 증명하도록 스스로 훈련하는 강화 학습 기반 시스템 알파프루프를 개발했다. 시스템의 핵심은 자연스럽고 비공식적인 언어로 표현된 수학 문제를 AI가 처리하기 쉬운 공식 표현으로 자동 번역하도록 조정된 제미니(Gemini) AI 버전이다. 이를 통해 다양한 난이도의 공식 수학 문제 라이브러리가 대량으로 생성되었다. 에든버러 대학교의 웬다 리 AI 담당 교수는 “수학 데이터를 공식 언어로 번역하는 프로세스를 자동화하는 것은 수학계의 큰 진전”이라고 평가했다. 제미니 모델은 구글 딥마인드가 바둑이나 체스와 같은 게임을 훈련시킨 강화 학습 모델 알파지로(AlphaZero)와 함께 작동해 수백만 개의 수학 문제를 증명하거나 반증한다. 성공적으로 해결한 문제가 많아질 수록 알파프루프는 더욱 복잡한 문제를 능숙하게 해결할 수 있게 된다. 올해 기능을 개선해 발표한 알파지오메트리2는 각도, 비율, 거리를 포함하는 물체의 움직임과 방정식과 관련된 문제를 해결하도록 최적화되었다. 이전 모델보다 훨씬 더 많은 합성 데이터로 훈련되었기 때문에 더욱 어려운 기하학 문제를 처리할 수 있었다. 올해 IMO에서 부여된 6가지 문제를 두 시스템에 과제로 부여한 결과 알파프루프는 대수 문제 2개와 수론 문제 1개를 풀었다. 그중 하나는 대단히 어렵다고 평가된 문제였다. 알파지오메트리2는 기하 문제를 성공적으로 풀었지만, 조합론에서 출제된 2개의 문제는 풀지 못했다. 알파프루프 팀의 엔지니어인 알렉스 데이비스는 알파프루프의 경우 조합론보다는 대수와 수론에서 더 나은 성과를 보였다고 설명했다. 그리고 그 이유를 분석하고 있으며, 이를 통해 시스템을 개선할 수 있을 것이라고 밝혔다. 두 명의 수학자가 답안지를 검토했으며, 4개의 정답에 각각 만점(7점)을 주었고 42점 만점 중 28점을 받았다. 같은 점수를 받은 IMO 참가자는 은메달을 받았다. 채점을 담당했던 고워스는 "수학자로서 매우 인상적이었다. 시스템의 능력이 상당히 도약한 것 같다"라고 말했다. 다른 채점자 마이어스 역시 수학 부문에서 AI가 이전에 달성할 수 있었던 것보다 상당히 발전했다는 데 동의했다. 인간이 아직 모르는 복잡하고 어려운 수학 문제를 해결할 수 있는 AI 시스템에 대한 기대감도 높이고 있다. 인간-AI 협업의 길을 열어 수학 발전에 기여할 수 있을 것이라는 기대다.
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- IT/바이오
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구글 딥마인드 AI 시스템, 수학 올림피아드 은메달 수준 달성
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[먹을까? 말까?(41)] 탈모 치료의 열쇠, 설탕 성분에서 찾았다!
- 천연 설탕에서 탈모 치료제 성분이 발견돼 탈모인들에게 희소식을 전해주고 있다. 탈모는 다양한 원인에 의해 발생할 수 있다. 가장 흔한 탈모 유형인 남성형 탈모는 유전적인 요인과 남성호르몬(안드로겐)이 주요 원인으로 작용한다. 이 질환은 전 세계 남성의 최대 50%에 영향을 미친다. 남성형 탈모는 테스토스테론이 5알파-훤원효소(5α-reductase)라는 효소에 의해 DHT(디하이드로테스토스테론)로 변환되는데, 이 DHT가 모낭을 위축시키고 모발 성장 주기를 단축시켜 탈모를 유발한다. 영국과 파키스탄 과학자들이 남성형 탈모 치료에 새로운 가능성을 제시하는 연구 결과를 발표했다. 2-데옥시-D-리보스(2dDR)라는 천연 당 성분이 모발 성장을 촉진할 수 있다는 것이다. 셰필드 대학교와 파키스탄 COMSATS 대학교 연구팀은 2dDR이 새로운 혈관 생성을 촉진해 모낭에 영양분을 공급하고 새로운 모발 생성을 돕는다는 사실을 발견했다고 인터레스팅엔지니어링이 전했다. 셰필드 대학의 명예 조직공학 교수인 쉴라 맥닐은 "남성형 탈모는 전 세계적으로 흔한 질환이지만, 현재 FDA 승인을 받은 치료제는 두 가지 뿐"이라며 "이번 연구는 탈모 치료의 해답이 자연 발생 당 성분인 데옥시 리소브 당을 사용해 모낭으로의 혈액 공급을 늘리는 것처럼 간단할 수 있음을 시사한다"고 말했다. 리보스와 데옥시 리보스는 모두 생명체에서 발견되는 단당류로 분류된다. 이들은 핵산의 필수 구성 요소로, 리보스는 RNA에서, 데옥시 리보스는 DNA에서 발견된다. 연구팀은 8년 동안의 상처 치유 연구 과정에서 2dDR이 혈관 성장을 촉진하고 뜻밖에도 모발 성장에도 영향을 미치는 것을 발견했다. 이를 확인하기 위해 테스토스테론에 의한 탈모를 유도한 쥐 모델을 개발해 실험한 결과, 2dDR이 혈류 증가를 통해 모발 재성장을 촉진하는 것을 확인했다. 설탕 분자는 혈관 내피 성장 인자(VEGF)의 합성을 증가시켜 새로운 모발 성장을 촉진시키는 것으로 추정된다. 연구 결과에 따르면 데옥시 리보스 설탕은 모발 성장을 촉진시키는 데 있어서 미녹시딜과 동일한 효능을 보였으며, 유망한 치료 옵션으로 제시됐다. 로게인 및 테녹시딜로 판매되는 미녹시딜은 FDA에서 승인한 단 두가지 탈모치료제 중 하나다. 뉴아틀라스에 따르면 이 약은 자극과 빛에 대한 민감성 같은 부작용을 유발하는 것으로 알려져 있다. 또한 40대 이상의 헤어라인이 후퇴한 사람에게는 효과가 떨어진다. 그리고 혈압 약을 복용중인 사람에게는 권장되지 않는다. 한편, 이번 연구 결과는 남성형 탈모 치료에 대한 새로운 가능성을 제시하지만, 아직 초기 단계이며 추가 연구가 필요하다. 맥닐 교수는 "이번 연구는 남성의 자존감에 영향을 미칠 수 있는 탈모 치료에 대한 새로운 접근법을 제시할 수 있다"며 "향후 추가 연구를 통해 이 저렴하고 비침습적인 치료법을 환자에게 제공할 수 있기를 기대한다"고 말했다. 이번 연구 결과는 "프론티어스 인 파마콜로지(Frontiers in Pharmacology)' 저널에 게재됐다.
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- 생활경제
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[먹을까? 말까?(41)] 탈모 치료의 열쇠, 설탕 성분에서 찾았다!
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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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[퓨처 Eyes(44)] 바다를 이용한 탄소 포집, 지구 온난화 해결의 새로운 희망
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국제유가, 중동리스크 완화 등 영향 4거래일째 하락
- 국제유가는 23일(현지시간) 글로벌 원유수요 감소 우려와 중동리스크 완화 등 영향으로 나흘째 하락세를 이어갔다. 이날 로이터통신 등 외신들에 따르면 미국 뉴욕상업거래소에서 서부텍사스산중질유(WTI) 9월물 가격은 전거래일보다 1.8%(1.44달러) 하락한 배럴당 76.96달러에 마감됐다. WTI는 지난 6월 7일 이후 가장 낮은 수준이며 4거래일간 하락률은 7%이상이다. 글로벌 벤치마크인 북해산 브렌트유 9월물은 전장보다 1.7%(1.39달러) 떨어진 배럴당 81.01달러에 거래됐다. 국제유가가 하락한 것은 중국경제 부진 등 글로벌 원유 수요에 대한 우려가 지속되는 가운데 이스라엘이 가자 전쟁을 두고 하마스와 휴전 협상을 재개했다는 소식이 전해진 때문으로 분석된다. . 이스라엘 베냐민 네타냐후 총리가 미국을 방문해 이번 주내에 조 바이든 미국 대통령과 회담할 예정이다. 이스라엘과 팔레스타인 무장단체 하마스의 정전합의를 위한 방안을 논의할 것으로 보인다. 이스라엘 정부의 성명에 따르면 네타냐후 총리는 하마스와 휴전 협상을 재개하도록 협상팀에 지시를 내렸다. 라이스타드에너지의 클라우디오 갈림베르티 글로벌 시장 분석 디렉터는 "중동 지역의 휴전 협상이 재개되고 중국 경제 전망의 불확실성이 더해지면서 이번 주 유가는 하방 압력을 받고 있다"며 "앞으로 며칠간 원유 가격은 중국발 경제 뉴스와 미국의 기준금리 인하 가능성, 중동 지역의 휴전 협상 추이에 달려 있다"고 분석했다. 미국의 여름 휘발유 수요가 예상밖으로 감소한 점도 국제유가를 끌어내린 요인으로 작용했다. 시장 분석가들은 미국 원유 재고가 3주 연속 감소하면서 3분기에는 원유 공급이 더 빡빡해질 것으로 보고 있다. 하지만 휘발유 수요는 지난 12일로 끝난 일주일간 전주 대비 하루 61만5000배럴 감소했다. TD증권의 다니엘 갈리 수석 상품 전략가는 "원유 수요 예측이 계속 떨어지고 전반적인 원자재 시장에 부담이 되고 있다"며 "이번에는 공급 리스크가 수요 악화를 상쇄하지 못했다"고 분석했다. 미국 대선 이슈, 달러가치 절상 등도 유가 하락을 가져온 요인들로 꼽힌다. 시장 일각에서는 도널드 트럼프 미국 전 대통령이 대선에서 승리할 경우 원유 생산 확대 속 유가가 떨어질 것이란 전망을 내놓기도 한다. 한편 대표적인 안전자산인 국제금값은 반발매수세 유입과 미국의 조기 금리인하 전망 등에 5거래일만에 반등했다. 이날 뉴욕상품거래소에서 8월물 금가격은 0.5%(12.6달러) 오른 온스당 2407.3달러에 거래를 마쳤다.
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국제유가, 중동리스크 완화 등 영향 4거래일째 하락
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[먹을까? 말까?(39)] 브라질너트, 꾸준히 섭취하면 우리 몸에 어떤 변화가?
- 브라질너트를 매일 섭취하면 우리 몸에 어떤 변화가 일어날까. 견과류는 섬유질, 건강한 지방(블포화 지방), 단백질을 모두 함유하고 있어 건강한 간식으로 인기가 높다. 그중에서도 브라질너트는 비타민과 풍부한 미네랄을 함유하고 있어 최근 SNS에서 화제가 되고 있다. 브라질너트는 알이 크고 크고 영양이 풍부할 뿐만 아니라 셀레늄이 많이 함유되어 있다. 이는 주로 아마존 강의 토양이 비옥하기 때문이다. 헬스에 따르면 아마존 강의 토양 셀레늄 함량은 브라질너트에 셀레늄 수치를 높여 건강을 개선하는 이점을 제공한다. 브라질너트는 장 건강부터 인지 기능 향상 등 뇌 건강까지 다양한 효능을 제공한다. 브라질너트의 영양 성분과 건강 효능, 섭취시 주의 사항은 다음과 같다. 셀레늄 함량 높아 브라질너트 단 한 알에는 셀레늄 하루 권장량의 175%가 들어 있다. 브라질너트 1알에는 96㎍(마이크로그램)이 들어 있다. 미국 성인의 셀레늄 1일 섭취량은 55㎍이다. 이는 브라질너트를 매일 단 한알만 먹어도 1일 필요한 셀레늄을 충분히 섭취할 수 있다는 뜻이다. 셀레늄은 면역체계와 갑상선 건강에 중요한 항산화제이며, 특히 T4 갑상선 호르몬을 T3 갑상선 호르몬으로 전환하는 데 중요하다. 셀레늄은 강력한 항산화력으로 세포막의 손상을 일으키는 과산화수소와 같은 활성 산소를 제거해 신체 조직의 노화를 방지하거나 그 속도를 지연시키는 효과가 있다. 또한 셀레늄은 생식 기능, DNA 합성, 갑상선 기능 등에 즁요한 역할을 한다. 셀레늄이 결핍되면 활성산소의 피해를 입어 신체 내장 기능이 저하된다. 그러나 셀레늄은 필수 미량 영양소이므로 고용량을 섭취하면 독성을 나타낼수도 있다. 과다 섭취를 피하기 위해 브라질너트는 하루 최대 3알 이내로 섭취량을 제한하는 것이 좋다. 면역력 강화 브라질너트에는 비타민E와 엘라그산이 풍부하다. 비타민E는 세포를 보호하고 시력, 심장, 피부 건강에 도움을 주는 항산화제다. 이팅웰에 따르면 엘라그산은 뇌 세포를 건강하게 유지하고 알츠하이머병과 같은 신경퇴행성 질환의 위험을 낮추는 데 도움이 된다. 또한 브라질너트는 아연의 좋은 공급원이다. 이연은 면역 체계 기능에 필수적인 미네랄로, 염증을 억제하고 상처 치유를 돕는 역할을 한다. 또한 브라질너트는 건강한 지방의 훌륭한 공급원으로, 지방 함량의 3분의 1 이상이 다중불포화지방산에서 나온다. 이는 흔히 '나쁜 콜레스테롤'로 불리는 LDL 콜레스테롤 수치를 낮춰 심장 질환 및 뇌종중 위험을 감소시킨다. 2022년에 발표된 연구에 따르면 6개월동안 브라질너트를 매일 1알씩 먹은 노인의 인지 기능이 향상됐다. 섭취시 주의사항 셀레늄을 과다 섭취하면 셀레노시스(selenosis)로 알려진 셀레늄 중독 현상이 나타날 수도 있다. 셀레늄 중독은 드물지만 과다 섭취시 손톱과 머리카락이 약해지고 피부 발진, 메스커움, 설사, 피로 등의 부작용이 나타날 수 있다. 심각한 경우 호흡 곤란이나 신부전으로 이어질 수 있다. 다시 한번 강조하지만, 1일 셀레늄 섭취 상한선은 400마이크로그램으로, 브라질너트 3알에 해당한다. 따라서 브라질너트는 하루 3알 이내로 섭취하는 것이 안전하다. 또한 브라질너트는 견과류 알레르기의 원인이 될 수 있다. 갼과류 알레르기가 있는 사람은 섭취에 주의해야 한다. 한 가지 견과류에 알레르기가 있다고 해서 다른 견과류에도 알레르기가 있는 것은 아니지만 부작용이 발생하면 반드시 의료진과 상담해야 한다. 브라질너트 섭취 방법 브라질너트는 간식으로 섭취하거나 에너지볼, 그래놀라 바, 스무디볼, 트레일 믹스 등에 넣어서 먹을 수 있다. 견과를 잘게 썰어서 샐러드나 볶음 요리에 넣어서 섭취할 수도 있다. 생으로 먹어도 되지만 오븐에 구우면 풍미를 더 높아진다. 한국인 영양섭취 기준에서 성인 남녀의 셀레늄 1일 권장섭취량은 50㎍이고, 상한섭취량은 400㎍이다. 브라질너트 외에 셀레늄의 공급원으로는 동물의 간, 육류, 생선, 곡류 달걀 등이 있다. 과일과 채소에는 셀레늄이 극히 적 함유되어 있다.
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[먹을까? 말까?(39)] 브라질너트, 꾸준히 섭취하면 우리 몸에 어떤 변화가?
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금속 3D 프린팅, 우주에서 비상 우주선·의료용품에 적용 가능
- 3D 프린팅은 지상에서 이미 우주 산업에서 로켓 엔진과 부품을 제작하는 데 많이 사용되고 있다. 전문가들은 3D 프린팅 기술을 지상뿐만 아니라 우주 공간에서도 활용하는 방법을 모색하고 있다. 전문 매체 디지털트렌드에 따르면, 유럽은 최근 국제우주정거장(ISS: International Space Station)에 최초로 금속 3D 프린터를 올려 보냈다. ISS에서는 지난 10년 동안 일반 3D 프린터를 사용해 왔다. 3D 프린터 기술이 더욱 발전함에 따라 과학자들은 최신 금속 3D 프린터가 우주에서도 사용될 수 있는지를 테스트하고 있다. 최근 캘리포니아 주립대학교 버클리 캠퍼스(UC 버클리) 연구팀이 버진 그룹의 우주 관광 프로젝트인 버진 갤럭틱(Virgin Galactic) 임무를 위해 새로운 금속 3D 프린터를 우주로 보냈다. 스페이스CAL(SpaceCAL)이라고 불리는 이 프린터는 극미중력 환경에서 작동할 수 있도록 특별히 설계됐다. 연구팀은 이 프린터로 우주 공간에서 단 몇 분 동안 4개의 테스트 부품을 인쇄해 냈다고 밝혔다. 만들어 낸 테스트 부품에는 PEGDA라는 액체 플라스틱 재료로 만든 작은 모형 우주 왕복선도 포함됐다. 연구팀의 구상은 필요한 도구나 소모품을 만드는 미래의 우주 임무에 금속 3D 프린팅 기술을 사용하겠다는 것이다. 연구원인 테일러 와델은 "언젠가 우주선용 부품과 도구는 물론 콘택트 렌즈나 승무원용 치아 크라운(치아 머리 부분 전체를 감싸는 보철)에 이르기까지 모든 것을 제조하는 데 3D 프린팅 기술이 사용될 수 있을 것으로 기대한다"고 말했다. 그렇게 되면 우주선이 고장나더라도 3D 프린터로 O-링이나 기계식 마운트 또는 도구까지 인쇄할 수 있다. 우주인들이 사용하는 생활 도구의 제작이나 수리도 가능하다. 치과 교체품, 피부 이식편, 안경 렌즈, 응급 의료용 맞춤 물품 등도 만들어 낸다. 우주에서의 임무에서 이는 매우 중요하다. 금속 3D 프린터는 플라스틱 소재만 인쇄하는 것이 아니기 때문이다. 실리콘, 유리 합성물, 생체 재료로도 인쇄할 수 있기 때문에 승무원과 우주선을 위한 응급 대처가 가능해진다. 지상과 우주공간을 오가며 중요 부품이나 소모품을 조달하는 시대가 마감될 수 있다. 연구팀은 언젠가 인간 장기나 보조 기구까지 인쇄하는 시대가 올 것으로 예상한다. 이미 ISS에서 기술을 테스트하고 있다. 우주인에게 발생할 수 있는 사고와 이에 따른 상처를 봉합하는 도구 등을 프린팅하는 것이다. 이 기술은 지구상의 극한 환경이나 원격 환경에서도 다른 용도로 사용될 수 있다. 와델은 "우주뿐만 아니라 지구상에 거주하는 특수한 환경의 사람들에게까지 혜택을 줄 수 있는 솔루션으로 이어질 수 있다”고 기대했다.
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- IT/바이오
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금속 3D 프린팅, 우주에서 비상 우주선·의료용품에 적용 가능
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[신소재 신기술(76)] 그래핀 유래 신소재 EGNITE, 신경 보철 성능 강화
- 그래핀에서 파생된 신소재 EGNITE가 신경 보철 성능을 크게 향상시켰다는 연구 결과가 나왔다. 스페인 바르셀로나에 위치한 UAB 신경과학 연구소(INc-UAB) 연구팀은 그래핀 유래 소재인 EGNITE 전극의 말초 신경 자극과 기록 능력을 장시간 연구해 이같은 결과를 얻었다고 메디컬 익스프레스가 지난 10일(현지시간) 보도했다. EGNITE(Engineered Graphene for Neural interface) 전극은 그래핀 유래 신소재로 만들어진 차세대 신경 인터스페이스 기술이다. 기존의 금속 미세 전극보다 크기가 작고 유연하며, 우수한 전기적 특성과 생체 적합성을 가지고 있어 신경 자극 등의 효율을 높일 수 있다. 절단 또는 신경 손상 환자는 팔다리의 운동과 감각 기능을 상실해 일상 생활에 제약을 받는다. 이러한 기능 회복을 위한 유일한 방법은 신경 보철이다. 신경 보철은 특정 감각을 유도하기 위해 신경을 자극하고. 운동 신호를 기록해 생체 공학 보철물로 전송하는 전극으로 구성된다. 신경 보철 설계에서 전극은 신경 내 소수의 축삭과만 선택적으로 상호작용할 수 있도록 충분히 작아야 한다. 기존 신경 보철에는 금, 백금, 산화이리듐과 같은 금속이 주로 사용됐다. 그러나 더 작은 전극 접점을 만들기 위해 전도성이 향상된 새로운 소재 개발이 필요했다. 이러한 요구에 부응해 그래핀과 그 유도체는 탁월한 전기적 특성을 바탕으로 차세대 미세 전극 개발에 활용되고 있다. 연구팀은 그래핀 유래 소재인 EGNITE의 말초 신경 자극 및 기록 능력을 연구하고, 장시간 기능 유지를 위한 생체 적합성을 검증했다. 연구 결과는 '어드밴스트 사이언스(Advanced Science)' 저널에 게재됐다. 이번 연구는 자비에 나바로 교수가 이끄는 INc-UAB의 신경 가소성 및 재생 연구팀과 INC2의 호세 가리도 연구팀의 협력으로 진행됐다. INC2는 신경 인터페이스와 함께 EGNITE 개발을 담당했다. 연구팀은 쥐 실험을 통해 쥐의 좌골 신경에 이식된 EGNITE 전극이 최대 60일 동안 선택적인 근육 활성화를 유도하는 것을 확인했다. 팀은 EGNITE 전극이 기존 금속 미세 전극보다 근육 활성화에 필요한 전류가 현저히 감소했다고 설명했다. EGNITE 전극은 크기가 작아 신경 내 특정 부위만 선택적으로 자극할 수 있어, 신경 보철 장치의 정확도와 효율성을 향상시켰다. 또한 그래핀의 우수한 전기 전도성을 바탕으로 신경 신호를 효과적으로 전달하고 기록할 수 있다. INc-UAB의 박사후 연구원이자 이 논문의 제1저자인 브루노 로드리게스-메이나는 "근육 활성화를 생성하는 데 필요한 전류의 감소는 다른 대형 금속 미세 전극과 비교할 때 현저한 차이가 있었다"고 말했다. 또한 EGINITE 전극은 생체 적합성이 우수해 이식된 인터페이스로 인한 기능 변화나 염증 반응이 관찰되지 않았다. 나바로 교수는 "이 연구의 다음 단계는 EGNITE 기반 기술의 최적화외 미주 신경 또는 척수 자극 시스템에 대한 임상 전 연구에의 적용으로 구성될 것이다"라고 말했다. 연구팀은 아울러 생체 전자 의학 분야에서 임상 적용을 위한 연구도 병행할 계획이다. EGNITE 전극은 신경 보철뿐만 아니라, 뇌-컴퓨터 인터페이스 등 다양한 분야에서 활용될 수 있다. 또한 팔다리 절단 환자나 신경 손상 환자의 운동 및 감각 기능 회복에 기여해 삶의 질을 높일 것으로 기대된다.
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- 포커스온
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[신소재 신기술(76)] 그래핀 유래 신소재 EGNITE, 신경 보철 성능 강화
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[기후의 역습(25)] 약한 해양 순환, 대기 중 이산화탄소 축적 증가
- 기후변화가 진행됨에 따라 해양 역전순환(적도 부근의 따뜻한 바닷물이 북쪽으로 흘러가고, 북쪽의 차가운 물이 하층부로 내려가 남쪽으로 흐르는 해류 순환) 흐름이 크게 약화될 것으로 예상된다. 그런 가운데, 해류가 약화되면 바다가 대기에서 이산화탄소를 흡수하는 양이 줄어들고, 결국 대기에 축적되는 이산화탄소가 증가할 것이라는 연구 결과가 나왔다고 PHYS가 전했다. 네이처 커뮤니케이션에 발표된 MIT의 새로운 연구에 따르면, 해류가 약해짐에 따라 심해에서 대기로 방출되는 탄소가 더 많아질 것이며, 따라서 해양 순환과 바다의 장기적인 탄소 저장 능력 사이의 관계가 재정립되어야 할 것으로 보인다. 그 이유는 바다의 철분, 용승하는 탄소와 영양분, 표면 미생물 등의 작용 때문이다. 해류가 종전보다 느리게 순환하면 이들은 궁극적으로 바다가 대기로 다시 배출하는 이산화탄소의 양을 증가시키는 작용을 하게 된다는 것이다. MIT 연구팀을 이끈 조나단 로더데일 박사는 ”기후에 영향을 미치는 해양 순환과 대기 탄소 수준 사이의 관계를 볼 때 미래의 바다가 심해에 탄소를 충분히 저장할 것이라고 기대할 수 없다. 기후 변화 완화를 위해 자연적인 정화에 의존하기보다 탄소 배출을 줄이는 데 더 공격적으로 나서야 한다"라고 밝혔다. 로더데일 연구팀은 해양 영양분, 해양 유기체, 철분을 분석, 이들의 상호 작용이 전 세계 식물성 플랑크톤의 성장에 어떻게 영향을 미치는지를 분석했다. 바다의 식물성 플랑크톤은 해양 표면에 서식하며, 심해에서 용승하는 탄소와 영양분과 철분을 섭취하는 미세한 유기체다. 식물성 플랑크톤이 많을수록 광합성을 통해 대기에서 더 많은 이산화탄소를 흡수할 수 있다. 특히 이는 바다의 탄소 격리에 큰 역할을 한다. 연구팀은 여러 지역 해양의 조건에 맞춰 이를 상자로 구성한 ‘상자 모델’을 개발했다. 각 상자에는 지역별 해양 상황과 유사한 영양분, 철 및 리간드(식물성 플랑크톤의 부산물로 여겨지는 유기 분자)가 담겼다. 팀은 또한 바다의 더 큰 해류 순환을 나타낼 수 있도록 상자 사이에 해류의 순환을 모델링했다. 해류 역전순환을 상자 모델에서 그대로 재현한 것이다. 모델을 바탕으로 실험한 결과 팀은 바다에 철분이 과도해도 남는 철분이 식물성 플랑크톤 성장에는 큰 영향을 미치지 않는다는 것을 밝혔다. 철분은 바다에 용해되지 않으므로 그 자체로는 식물성 플랑크톤이 사용할 수 없었다. 철분은 플랑크톤이 소비할 수 있는 형태로 리간드와 연결될 때 "유용한" 수준에서만 용해됐다. 리간드의 존재가 해양의 이산화탄소 농도를 좌우하는 가장 큰 변수였다. 팀은 상자 모델을 확장해 태평양, 북대서양 등 보다 다양한 환경으로 넓혔고, 다양한 해양 순환의 효과를 포함해 모델 내의 다른 상호 작용도 실험했다. 팀은 다양한 해류 강도에서 플랑크톤 등의 생물 활동과 함께 탄소, 영양소, 철 및 리간드 농도를 분석하고 다양한 시나리오를 비교 분석했다. 실험 결과는 새로운 결과를 보여주었다. 바다의 순환, 즉 해류가 약해질수록 바다가 깊은 곳에서 끌어오는 탄소와 영양분의 양이 적어졌다. 그러면 표면의 모든 식물성 플랑크톤은 자양분이 부족해지고, 그 결과 플랑크톤이 생성하는 리간드 등 부산물도 감소한다. 사용 가능한 리간드가 줄어들면 식물성 플랑크톤은 해수 표면의 철분을 덜 사용하게 돼 개체수가 더욱 감소한다. 대기에서 이산화탄소를 흡수하고 심해에서 용승된 탄소를 소비하는 식물성 플랑크톤이 크게 줄어들 수밖에 없다. 결국 해양 순환이 약해질수록 대기 중에 더 많은 이산화탄소가 축적된다고 보고서는 밝혔다. 해양의 순환은 기후 변화로 인해 크게 약화될 것이라는 우려다. 일부 기후 모델에 따르면, 특히 남극 주변의 빙상이 급속도로 녹아 내리고 있으며, 이로 인해 해양 순환이 30% 둔화될 것으로 예측한다. 이로 인해 해양이 대기에서 흡수하는 이산화탄소가 크게 줄 뿐만 아니라 심해의 이산화탄소 방출을 일으킬 수 있다는 지적이다. 지구 온난화가 증폭된다는 의미다.
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[기후의 역습(25)] 약한 해양 순환, 대기 중 이산화탄소 축적 증가
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