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[신소재 신기술(170)] 경희대, '2차원 바일 준금속'서 원형 감광 기전 효과 세계 첫 입증
- 경희대학교 연구진이 차세대 양자소자 구현을 위한 중요한 단서를 세계 최초로 규명했다. 경희대는 21일 최석호 응용물리학과 고황 명예교수 연구팀이 '2차원 바일(Weyl) 준금속'에서 원형 감광 기전 효과(Circular Photogalvanic Effect, CPGE)가 발생한다는 사실을 입증했다고 밝혔다. 최교수 팀은 세계 최초로 금을 이온주입해 '위상 준금속(Topological semimetal)'인 '디락 준금속(Dirac semimetal)'을 '바일 준금속(Weyl semimetal)으로 영구상전이(phase transition)하는 방법을 개발했다. 바일 준금속(Weyl semimetal)은 최근 몇 년 사이 물리학과 재료과학 분야에서 주목받고 있는 차세대 양자 물질로, 고체 내 전자의 움직임이 고에너지 물리학의 이론적 입자 중 하나인 '바일 페르미온(Weyl fermion)'과 유사한 특성을 보이는 물질이다. 바일 준금속은 결정 구조 안에서 전자의 에너지와 운동량이 특정한 점(바일 노드)에서 선형적으로 교차하는 특성을 갖는다. 이 선형 교차점은 고체 내에서 마치 '질량이 없는 입자'처럼 움직이는 전자를 만들어낸다. 이러한 입자는 이론상 고에너지 물리에서 제안된 바일 페르미온에 해당한다. 다시 말하면, 바일 준금속은 내부 전자가 거의 질량이 없는 상태처럼 움직이며, 자기장의 세기와 방향에 극도로 민감한 양자물질이다. 이러한 전자 이동 특성 덕분에 정밀 자기장 센서, 초고속 전자소자, 나노소자 등 차세대 전자·광전자 기술에서 그래핀을 이을 유력한 후보로 주목받고 있다. 이 물질은 스마트폰과 자기공명영상(MRI) 장치 등 다양한 뷴야에 쓰이는 자기 측정 센서를 정밀하게 만들 수 있다. 특히 바일 준금속은 고유한 양자 역학적 현상들을 기반으로 양자소자 구현 가능성이 제기되며 세계 각국의 연구 경쟁이 치열하게 전개되는 분야다. '위상 물질'은 2차원 물질인 '그래핀'을 대용할 물질로 세계 연구자들의 이목을 집중시키고 있다. 이를 위한 기초 연구는 호라발히 ㅈ니행됐지만 으용ㅇ 연구는 상대적으로 저조한 실정이다. 또한 디락 준금속의 온도를 저온으로 낮추거나 압력을 크게 올릴 경우, 바인 준금속으로 상전이 된다는 연구 결과는 많이 보도횄지만, 소자활용에는 별다른 도움이 되지 못했다. 온도나 압력이 이전으로 바뀌면 원래의 디락 준금속 상태로 돌아갔기 때문이다. 연구팀은 이 가운데 바일 준금속의 핵심 양자 특성 중 하나인 원형 감광 기전 효과에 주목했다. 이 효과는 회전 편광된 빛이 특정한 방향의 전류를 유도하는 현상으로, 지금까지는 오직 3차원 바일 준금속에서만 실험적으로 확인된 바 있다. 경희대 연구진은 이를 2차원 구조로 구현하고자, 두께가 10나노미터(㎚) 이하인 초박막 위상 준금속을 제작해 2차원 바일 준금속으로 활용했다. 이후 회전하는 빛을 비추는 실험을 통해, 빛의 편광 방향에 따라 전류 흐름이 달라지는 CPGE 현상이 명확히 관측됐다. 최 교수는 "기존 3차원 구조는 부피가 크고 두꺼워 소형화와 집적화에 한계가 있었지만, 2차원 구조는 얇고 유연해 초소형 소자 개발에 유리하다"며, "이번 연구는 향후 양자정보처리, 스핀 기반 광전소자 등 핵심 기술 구현에 결정적 기초를 제공할 것"이라고 강조했다. 위상 물질인 디락 준금속을 간단하게 바일 준금속으로 영구상전이 시키고, 같은 물질의 다른 상들이 계면 등을 형성해 소자응용이 가능해졌다는 것이 이번 연구의 핵심 내용이다. 연구팀은 위상물질의 양자물성을 기반으로 실용적인 소자를 개발하려는 목표도 갖고 있다. 연구팀은 이번 성과가 고성능 에너지 변환 장치, 고감도 광전자 센서, 양자컴퓨팅 소자 개발 등 미래 지향적 기술의 실용화에 기여할 수 있을 것으로 기대하고 있다. 이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단의 중견연구사업 지원을 통해 진행됐으며, 경희대 최석호 교수, 이원준 석사과정생(공동 제1저자)을 중심으로 울산대학교, 호주국립대학교(ANU), 호주 울런공대학교(University of Wollongong) 등의 공동 연구진이 참여했다. 연구 결과는 재료물리 분야의 권위 있는 국제 학술지 '머터리얼스 투데이 피직스(Materials Today Physics)' 최신호에 게재됐다.
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[신소재 신기술(170)] 경희대, '2차원 바일 준금속'서 원형 감광 기전 효과 세계 첫 입증
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[우주의 속삭임(110)] "지구 물의 기원, 소행성 아닌 지구 자체"⋯옥스퍼드대 기존 학설 뒤집는 연구 발표
- 지구상의 물이 외부 소행성에서 기원했다는 기존 학설이 뒤집혔다. 영국 옥스퍼드대 연구팀은 지구 형성 초기부터 지구 자체 물질 속에 수소가 풍부하게 존재했으며, 이 수소가 물 생성의 핵심 원천이었다는 가능성을 제시했다. 이번 연구는 국제 학술지 이카루스(Icarus)에 17일(현지시간) 게재됐다. 연구팀은 남극에서 2012년 채집된 희귀 운석 'LAR 12252'를 분석했다. 이 운석은 약 45억 5000만 년 전 지구 형성 당시 구성물질과 유사한 조성을 가진 '엔트사타이트 콘드라이트(enstatite chondrite)'로 알려져 있다. 연구에 사용된 분석 기법은 X선 근접 흡수 구조(XANES) 분광법으로, 옥스퍼드셔주 다이아몬드 라이트 소스 싱크로트론에서 운석 시료에 고강도 X 선을 조사해 원소의 존재와 화학적 결합 상태를 확인하는 방식이다. 분석 결과 운석의 미세 입자 매트릭스에서 풍부한 황화수소(H₂S)를 발견했다. 연구 초기에는 기존 연구처럼 콘드룰(Chondrule, 운석내 구형 결정 구조체)의 비결정 영역에 집중했지만, 우연히 콘드룰 바깥쪽 미세 입자 매트릭스 영역에서 황화수소 농도가 월등히 높다는 사실을 발견한 것. 이는 기존에 알려진 비결정질 영역보다 5배 이상 높은 수치로, 지구 외부에서 유입된 것이 아닌 운석 자체에 내재된 수소일 수 있는 가능성이 높다. 이전 과학계에서는 지구 형성 이후 약 1억 년 간 외부 소행성이 수소를 포함한 수화물질을 운반해왔고, 이로 인해 물이 형성됐다는 '소행성 기원설'이 지배적이었다. 하지만 옥스퍼드 연구팀은 지구 형성 물질 자체가 수소를 풍부하게 함유하고 있었다는 정반대의 결론에 도달한 것이다. 특히 연구팀은 운석의 산화나 균열 등 지구 오염의 흔적이 있는 영역에서는 수소가 거의 검출되지 않았다는 점에 주목했다. 이는 운석 내 수소가 지구내 오염에서 비롯되지 않았다는 강력한 반증이다. 이번 연구를 이끈 옥스퍼드대 지구과학과 박사과정 톰 배럿(Tom Barrett)은 "분석 결과 예상치 못한 위치에서 황화수소를 발견했을 때 흥분을 감추지 못했다"며 "이 수소가 지구 외부에서 온 것이 아니라면, 물은 지구 형성 재료에서 비롯된 고유한 부산물이라는 결정적인 증거가 될 수 있다"고 밝혔다. 공동 저자인 제임스 브라운 옥스퍼드대 부교수는 "이 연구는 지구가 어떻게 지금의 모습으로 진화했는지에 대한 근본적인 질문에 중요한 단서를 제공한다"며 "운석 연구를 통해 확인된 수소 함유량은 기존 추정치를 훨씬 뛰어넌는다"고 설명했다. 이번 연구는 지구의 물이 우연히 외부에서 유입된 것이 아니라, 지구의 구성물질에서 자연스럽게 유래했을 수 있다는 주장을 과학적으로 뒷받침한다. 또한, 유사한 유형의 운석을 통한 추가 연구가 진행된다면, 태양계 내 다른 행성들의 물 존재 가능성에 대한 새로운 통찰을 제공할 수 있을 것으로 기대된다.
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[우주의 속삭임(110)] "지구 물의 기원, 소행성 아닌 지구 자체"⋯옥스퍼드대 기존 학설 뒤집는 연구 발표
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[기후의 역습(131)] 북극해 뒤흔드는 해빙과 오염물 확산⋯"시베리아 강 오염물질, 북극 생태계 위협"
- 지구 온난화로 인해 북극해의 해빙이 가속화되면서, 시베리아 강에서 유입된 오염물질이 북극해를 넘어 북대서양까지 광범위하게 확산되고 있다는 연구 결과가 발표됐다. 이번 연구는 북극의 해류 흐름과 오염 물질 경로를 정밀 추적하며, 기후 변화가 북극 생태계에 미치는 새로운 위협을 조명했다. 영국 브리스톨대학교가 주도하고 독일 킬대학교, 미국 우즈홀 해양연구소 등이 참여한 국제 공동 연구팀은 북극해의 주요 표층 해류인 '트랜스폴라 드리프트(Transpolar Drift)'를 따라 시베리아 강 유입물이 어떻게 이동하는지를 연중 관측 데이터와 동위원소 분석을 통해 정밀하게 규명했다고 사이테크데일리가 보도했다. 해당 연구는 지난 4월 14일 국제 학술지 '네이처 커뮤니케이션즈'에 발표됐다. 시베리아 강에서 북극을 넘어⋯이동하는 오염물질 연구팀은 시베리아 대륙붕에서 유입된 담수, 영양염, 미세플라스틱, 중금속 등 오염 물질이 북극해 중심부를 지나 프람 해협을 통해 노르딕해로 유입되는 횡단 북극 이동 경로를 분석했다. 특히 이 물질들이 단순히 해류를 따라 이동하는 것이 아니라, 계절적 해빙 형성과 해류 변화, 대륙붕의 유속 변화에 따라 경로가 크게 달라지는 고도로 역동적인 양상을 보인다고 강조했다. 트랜스폴라 드리프트는 과거 노르웨이 탐험가 프리드쇼프 난센(Fridtjof Nansen)이 1890년대 프람호 탐험 당시 처음 관측한 북극의 주요 흐름으로 알려져 있었으나, 이번 연구는 이 해류조차 시간·공간적으로 예측 불가능한 변동성을 지니고 있다는 점을 처음으로 입증했다. 해빙, 단순한 운반체 아닌 '능동적 확산 매개체' 연구를 이끈 브리스틀대학교 조지 라우커트(Dr. Georgi Laukert) 박사는 "시베리아 강에서 유입된 물질이 해류뿐 아니라 해빙 과정에서도 재분포되며, 특히 트랜스폴라 드리프트에서 생성된 해빙은 다양한 강원(江源)의 물질을 동시에 포착해 복합적으로 운반하는 역할을 한다"며 "해빙이 단순한 운반체를 넘어, 물질 분산 경로를 형성하는 주체로 기능한다"고 설명했다. 해양학자들은 이러한 복합적 경로를 추적하기 위해 산소, 네오디뮴 동위원소, 희토류 원소 등 지화학적 추적 기법을 동원해. 해수·해빙·눈 시료를 분석했다. 이들은 북극 최대 연구 탐사인 MOSAiC(2020~2021)의 일환으로 7척의 쇄빙선과 전 세계 과학자 600명 이상이 참여해 1년간 북극 전역에서 시료를 수집했다. 여름 해빙 축소가 해류 재편 촉진 이번 연구의 공동저자인 독일 알프레드 베게너 연구소 벤자민 라베 교수는 "지속적인 기온 상승과 여름 해빙 축소는 북극해의 표층 순환을 크게 바꾸고 있으며, 이는 담수 및 오염물질의 확산 범위와 속도에 중대한 영향을 미칠 수 있다"고 경고했다. 이어 "이러한 변화는 북극 생태계뿐 아니라 해양 생지화학적 순환, 전 지구적 해양 역학에도 광범위한 파급 효과를 미칠 것"이라고 덧붙였다. 연구팀은 이번 결과가 특정 오염물질의 농도나 영향에 초점을 맞추기보다는, 물질의 운반 메커니즘 그 자체를 밝힌 데 의의가 있다고 강조했다. 라우커트 박사는 "트랜스폴라 드리프트조차 이렇게 가변적이라면, 북극해 전체는 우리가 이전에 생각한 것보다 훨씬 더 민감하고 변동성이 클 수 있다"고 지적했다. 이번 연구는 기후 변화로 인한 극지방 해양 구조의 근본적 변화 가능성을 제시함으로써, 향후 북극 오염 물질의 확산 양상 예측과 생태계 보호 정책 수립에 중요한 과학적 기반을 제공할 것으로 기대된다. ◇ 참고 문헌: "트랜스폴라 드리프트를 따라 역동적인 해빙 경로가 시베리아 물질의 분산을 증폭시킨다(Dynamic ice–ocean pathways along the Transpolar Drift amplify the dispersal of Siberian matter)" 2025년 4월 14일, Nature Communications.
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[기후의 역습(131)] 북극해 뒤흔드는 해빙과 오염물 확산⋯"시베리아 강 오염물질, 북극 생태계 위협"
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[먹을까? 말까?(98)] 현미, 건강에 더 좋다? 미시간대 "비소 함량 주의 해야"
- 흔히 건강식으로 여겨지는 현미(brown rice)가 백미에 비해 영양소는 풍부하지만, 동시에 인체에 유해한 비소(arsenic) 함량도 높다는 연구 결과가 나왔다. 특히 어린아이들의 경우 비소 노출 위험이 상대적으로 커 주의가 필요하다는 지적이다. 미국 미시간 주립대학교 농업 및 자연자원대학 연구진이 학술지 '리스크 분석(Risk Analysis)'에 발표한 연구에 따르면, 미국내 유통되는 현미가 백미보다 무기 비소(inorganic arsenic) 함량이 높은 것으로 나타났다고 과학전문매체 사이테크데일리, 뉴욕포스트 등이 13일(현지시간) 보도했다. 현미는 벼의 왕겨를 벗겨낸 상태로 도정되지 않은 쌀로, 백미보다 비타민이나 식이섬유를 많이 포함하고 있어 상대적으로 탄수화물이 낮기 때문에 건강식품으로 취급되기도 한다. 반면 백미는 현미에서 겨층을 제거한 쌀로, 백미로 만드는 과정에서 영양분이 제거된다. 연구를 주도한 미시간대 존 A. 한나 석좌교수이자 수석연구원인 펠리시아 우(Felicia Wu)는 "현미 섭취가 더 높은 비소 노출을 초래하지만, 극단적인 수준으로 매일 다량을 섭취하지 않는 이상 성인의 건강에 장기적으로 심각한 문제를 야기할 가능성은 낮다"고 설명했다. 다만 "유아나 만 5세 이하의 어린이는 체중 대비 섭취량이 많고 민감도가 높아 비소 노출 위험이 클 수 있다"고 경고했다. 비소는 토양에 자연적으로 존재하는 독성 물질로, 논에서 재배되는 벼가 다른 곡물보다 비소를 더 많이 흡수하는 것으로 알려져 있다. 연구팀은 미국 환경보호청(EPA)의 '미국인 식생활 데이터베이스(What We Eat in America)'를 활용해 현미와 백미 섭취로 인한 비소 노출 비교를 분석했다. 그 결과 미국 내에서 재배된 쌀의 경우 현미의 무기 비소 비율은 48%로, 백미의 33%보다 높았다. 국제적으로 재배된 쌀에서도 비슷한 결과를 보였으며, 현미의 무기 비소 비율이 백미보다 높게 나타났다. 연구팀은 이러한 결과가 현미 자체가 건강에 해롭다는 의미로 받아들여져서는 안 된다고 강조했다. 펠리시아 우 교수는 "현미 섬유질과 단백질, 니아신 등 다양한 영양 성분을 포함하고 있으며, 비소 노출로 인한 위험과 영양적 이점 간의 균형을 종합적으로 고려해야 한다"고 말했다. 이번 연구는 향후 미국 식품의약국(FDA)이 식품내ㅑ 비소 함량 규제를 위한 근거로 활용될 전망이다. FDA는 이미 마시는 물인 식수내 비소 규제를 시행 중이며, 향후 식품 내 비소 허용 기준을 마련하는 '클로저 투 제로(Closer to Zero)' 계획을 추진하고 있다. ◇ 참고 문헌: '미국의 백미와 비교한 현미의 비소 함량 및 노출', Christian Kelly Scott 및 Felicia Wu, 2025년 2월 28일, 위험 분석. DOI: 10.1111/risa.70008
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[먹을까? 말까?(98)] 현미, 건강에 더 좋다? 미시간대 "비소 함량 주의 해야"
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[퓨처 Eyes(79)] 꿈의 양자 컴퓨터 현실로 성큼⋯안정성과 혁신 향상 기대
- 미래를 혁신할 핵심 기술로 주목받는 양자 컴퓨터는 뛰어난 잠재력에도 불구하고 극도로 민감한 특성 때문에 '믿을 수 없는' 존재로 여겨져 왔다. 하지만 최근 과학계에서는 이러한 한계를 극복하고 꿈의 양자 컴퓨터를 현실로 만들기 위한 획기적인 연구 결과들이 잇따라 발표되고 있다. 주변 환경의 미세한 방해에도 안정적인 연산을 가능하게 하는 '마법 입자'에 대한 연구와, 기존 물리학의 상식을 뛰어넘는 특이한 성질을 가진 새로운 물질을 합성한 연구는 양자 컴퓨터 상용화의 길을 더욱 밝히고 있다. 불안정이라는 꼬리표를 떼고, 인류의 난제를 해결할 열쇠가 될 양자 컴퓨터. 그 꿈을 현실로 성큼 다가서게 만든 두 가지 혁신적인 연구 결과를 따라가 보자. 기존의 컴퓨터는 0과 1, 두 가지 상태만으로 정보를 처리하는 반면, 양자 컴퓨터는 큐비트라는 특별한 단위를 사용한다. 큐비트는 0과 1은 물론, 0과 1이 동시에 존재하는 '중첩'이라는 신비한 상태를 가질 수 있어 기존 컴퓨터로는 풀기 어려웠던 복잡한 문제들을 훨씬 빠르게 해결할 것으로 기대된다. 하지만 큐비트는 주변의 아주 작은 소리나 빛, 온도 변화에도 쉽게 영향을 받아 그 상태가 깨져버리는, 마치 모래성 같은 존재다. 과학자들은 오랫동안 이 불안정성을 극복하고 안정적인 양자 컴퓨터를 만드는 방법을 찾아왔다. 마요라나 입자, 양자 안정성의 새로운 희망 최근 옥스퍼드 대학교, 델프트 공과대학교, 아인트호벤 공과대학교 연구팀과 퀀텀 머신즈 등 국제 공동 연구팀은 '마요라나 영 모드(Majorana zero modes, MZM)'라는 특별한 입자를 이용하여 양자 컴퓨터의 안정성을 획기적으로 높일 수 있는 방법을 찾아냈다. 마요라나 영 모드는 주변 환경의 방해에도 강하게 저항하는 특이한 준입자로, 마치 옷감처럼 튼튼하게 얽혀 있어 외부의 간섭에도 쉽게 그 상태가 변하지 않아 이론적으로 오랫동안 안정적인 양자 정보를 저장하고 처리하는 데 매우 적합한 후보로 여겨져 왔다. 하지만 실제로 이 입자를 안정적으로 구현하는 것은 매우 어려운 과제였다. 연구팀은 양자점과 초전도 물질을 연결하여 만든 '3-사이트 기타예프 사슬'이라는 특별한 구조를 아주 정밀하게 설계했다. 이 특별한 사슬 구조는 마요라나 영 모드들을 마치 안전한 방에 격리시키듯, 서로 멀리 떨어뜨려 외부의 불안정한 요소로부터 보호하는 역할을 한다. 이 구조 안에서 마요라나 영 모드들이 서로 멀리 떨어져 안정적으로 존재할 수 있는 최적의 지점, 즉 '스위트 스폿'을 찾아낸 것이다. 이렇게 분리된 마요라나 영 모드들은 원치 않는 상호 작용을 줄이고 외부 노이즈에 대한 저항력을 크게 높여준다. 해당 연구 결과는 학술지 네이처 나노테크놀로지에 게재됐다. 연구를 이끈 옥스퍼드 대학교 재료학과의 그레그 매주어 박사는 "이번 연구 결과는 기타예프 사슬을 확장하는 것이 마요라나 안정성을 유지할 뿐만 아니라 향상시킨다는 것을 증명하는 중요한 진전"이라며, "옥스퍼드에 새로 설립한 연구 그룹을 통해 이 연구를 더욱 발전시켜 더욱 확장 가능한 양자점 플랫폼을 만드는 데 집중할 것"이라고 밝혔다. 앞으로 연구팀은 이 사슬을 더 길게 늘려 마요라나 영 모드들이 외부 환경으로부터 더욱 완벽하게 격리되어 안정성이 기하급수적으로 높아질 것으로 기대하고 있다. 이는 실용적인 양자 컴퓨터 개발에 중요한 발걸음이다. 새로운 물질의 탄생, 양자 기술의 혁신을 이끌다 한편, 러트거스 대학교 연구팀이 주도하는 국제 연구팀은 최근 기존의 양자 물리학으로는 이해하기 어려웠던 두 가지 특별한 물질을 결합하여 새로운 인공 구조를 만드는 데 성공했다. 마치 샌드위치처럼 얇게 쌓아 올린 이 구조는 미래 양자 컴퓨터의 핵심 재료가 될 수 있을 것으로 주목받고 있다. 연구팀이 결합한 두 가지 물질은 각각 독특한 성질을 가지고 있어 오랫동안 '불가능한 물질'로 여겨져 왔다. 하나는 원자력 발전소에서 방사성 물질을 가두는 데 사용되는 다이스프로슘 티타네이트로, 자연계에서 찾기 어렵다는 '자기 홀극(자기 단극)'이라는 특별한 입자를 붙잡아 둘 수 있는 성질을 가지고 있다. 마치 물 분자처럼 특별한 배열을 가진 이 물질은 내부에 작은 자석들이 갇혀 있어, 특정 조건에서 마치 N극만 있거나 S극만 있는 자석처럼 행동하는 자기 홀극을 만들어낼 수 있다. N극과 S극이 항상 함께 있는 일반적인 자석과 달리, 자기 홀극은 N극 또는 S극 중 하나만 가진 자석과 같은 입자다. 노벨상 수상자인 폴 디랙이 1931년에 그 존재를 예측했지만, 우주에서는 아직 발견되지 않았다. 다른 하나는 파이로클로어 이리데이트라는 새로운 자기 반금속으로, 독특한 전자적, 위상적, 자기적 특성 때문에 주로 실험 연구에 사용된다. 이 물질 안에는 빛처럼 빠르게 움직이고 회전 방향도 다른 '바일 페르미온(Weyl Fermions)'이라는 아주 작은 입자가 들어있다. 이 입자들은 마치 빛과 같은 속도로 움직이며, 전자의 흐름을 제어하는 데 매우 유용하여 미래의 초고속 전자 소자나 양자 컴퓨터의 재료로 주목받고 있다. 1929년 헤르만 바일에 의해 예측된 이 입자는 2015년에 처음으로 결정 형태로 발견되었으며, 전기를 매우 잘 통하게 하고 자기장이나 전자기장에 특별하게 반응하는 성질을 가지고 있어 전자 장치의 재료로 사용될 때 매우 안정적이다. 러트거스 대학교 물리학 및 천문학과의 자크 차칼리안 교수는 "이번 연구는 이전에는 불가능했던 방식으로 완전히 새로운 인공 2차원 양자 물질을 설계하는 새로운 방법을 제시하며, 양자 기술을 발전시키고 그 기본 속성에 대한 더 깊은 통찰력을 제공할 잠재력을 가지고 있다"고 말했다. 연구팀은 'Q-DiP'라는 새로운 장비를 직접 제작하여 이 두 가지 '불가능한' 물질을 원자 수준에서 정밀하게 쌓아 올리는 데 성공했다. 이 새로운 물질은 양자 컴퓨터는 물론, 차세대 양자 센서와 같은 첨단 기술에 활용될 수 있을 것으로 기대된다. 미래를 바꿀 양자 기술, 우리의 삶에 미칠 영향 지금까지 우리는 양자 컴퓨터라는 꿈을 향한 두 갈래의 획기적인 발걸음을 지켜보았다. 한 연구는 양자 컴퓨터의 안정성을 높이는 데 초점을 맞추었고, 다른 연구는 혁신적인 특성을 가진 새로운 물질을 제시했다. 극미의 세계에서 펼쳐지는 과학자들의 끊임없는 탐구는, 한때 공상과학 소설 속 이야기로만 여겨졌던 양자 컴퓨터를 현실의 문턱 앞으로 데려왔다. 양자컴퓨팅 기술이 상용화되면 신약 개발과 의학 연구에 혁신을 일으키고, 금융 , 물류, 제조 분야 등에서 비용을 획기적으로 절감해 일상 생활에 큰 영향을 미칠 것으로 보인다. 과학자들은 양자기술이 머신러닝 알고리즘에도 혁신을 일으켜 인공지능(AI) 시스템을 더욱 강력하게 만들 것으로 기대하고 있다. 불안정성을 극복하려는 노력과 상상조차 어려웠던 새로운 물질의 탄생은, 앞으로 우리가 경험하게 될 미래 컴퓨팅의 혁신을 예고하는 듯하다. 어쩌면 가까운 미래에는 지금은 상상할 수조차 없는 놀라운 능력으로 인류의 숙제를 해결하는 양자 컴퓨터가 우리 곁에 함께하게 될지도 모른다. 우리가 상상하는 미래는 과연 어떤 모습일까? 과학의 발걸음이 멈추지 않는 한, 꿈은 현실이 될 날을 기다리고 있다.
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[퓨처 Eyes(79)] 꿈의 양자 컴퓨터 현실로 성큼⋯안정성과 혁신 향상 기대
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정부, 美 관세 위협에 반도체 산업 전방위 지원…수출·투자 대응 강화
- 한국 정부가 미국의 고율 관세 도입 움직임에 대응해 반도체 산업에 대한 전방위 지원에 나선다. 산업통상자원부는 10일 안덕근 장관 주재로 한국무역보험공사에서 반도체 업계 간담회를 열고 통상 리스크 대응 방안을 논의했다. 업계는 미국 내 생산 한계와 고부가 제품 경쟁력을 고려할 때 단기 영향은 제한적이라고 평가하면서도, 돌발 변수 가능성을 우려해 정부의 대미 협의를 요청했다. 정부는 관세 대응 컨설팅, 투자 인센티브 확대, 반도체 생태계 펀드 조성, 규제 완화, 해외 네트워크 강화 등 지원책을 단계별로 추진할 방침이다. [미니해설] '美 반도체 관세' 우려 커지자⋯정부, 수출·투자·규제 완화까지 총력 대응 나서 미국 정부가 반도체에 고율 관세를 부과할 가능성을 시사하면서 한국 정부가 수출 중심 산업인 반도체 업계 보호를 위해 전방위 대응에 나섰다. 산업통상자원부는 10일 안덕근 장관 주재로 서울 종로구 한국무역보험공사에서 반도체 업계 간담회를 열고, 미국의 통상 압박에 대한 대응과 경쟁력 강화를 위한 종합 대책을 논의했다고 밝혔다. 이번 조치는 최근 미국이 '국가별 상호관세' 도입 방침을 밝히며, 반도체에도 품목별 관세 적용 가능성을 언급한 데 따른 것이다. 앞서 트럼프 행정부는 철강에 25% 관세를 부과한 전례가 있어, 이번 조치가 실제로 이행될 경우 반도체 업계에도 큰 부담으로 작용할 수 있다. 간담회에 참석한 반도체 업계는 "미국 내 생산은 물리적 한계가 있고, 고대역폭 메모리(HBM) 등에서 한국 기업의 점유율이 높아 단기적으로는 영향이 크지 않다"고 진단했다. 그러나 "예측 불가능한 통상 환경 속에서 돌발 변수는 언제든지 발생할 수 있다"며 정부의 적극적인 대미 협의를 요청했다. 정부는 수출 애로 해소를 위해 대한무역투자진흥공사(KOTRA)의 '관세 대응 119'와 관세 바우처 제도를 활용해 원산지·관세 컨설팅을 지원하고, 수입 의존도가 높은 소재·부품의 비용 부담 완화 대책도 마련한다는 계획이다. 또한 국산 반도체의 활용을 확대하기 위해 '국가 AI 컴퓨팅 센터'에 도입을 추진하고, 중동·동남아 지역에 AI 데이터 센터 수출을 위한 현지 네트워크 지원도 강화한다. 기업 투자 유인을 높이기 위해 용인 반도체 클러스터 1호 팹 착공을 계기로 전력·폐수 등 기반시설 지원 한도를 상향하고, 송전망 지중화에 필요한 추가 재정 지원도 검토한다. 규제 개선도 병행된다. 반도체 제조시설에 대한 분산 에너지 설비 설치 의무를 완화하고, 유해 화학물질 소량 취급시설 설치 시 검토 기간을 단축하는 방안도 추진된다. 정부는 '트리니티 팹' 운영 법인을 상반기 중 설립하고, 소재·부품·장비(소부장) 개발 제품이 양산으로 신속히 이어질 수 있도록 지원 체계를 마련하기로 했다. 또 팹리스 기업 성장을 위해 자동차, 로봇, 방산, 사물인터넷(IoT) 등 4대 분야를 중심으로 1조원 규모의 온-디바이스 AI 반도체 개발 사업을 추진하고, 설계 검증용 첨단 장비와 설계 소프트웨어 등 인프라를 확충한다. 정부는 팹리스 기업의 스케일업을 위한 반도체 생태계 펀드를 조성하고 투자 실행을 통해 지속 성장 기반을 마련한다. 반도체 전문 인력 양성에도 투자를 확대하고, 국회와 협력해 ‘반도체 특별법’ 제정도 적극 추진할 계획이다. 안덕근 산업부 장관은 "우리가 직면한 통상과 공급망 리스크는 민관이 힘을 모아 대응해야 한다"며 "정부는 대미 협의를 지속하고 국가 역량을 총결집해 실효성 있는 반도체 지원 방안을 마련하겠다"고 밝혔다.
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정부, 美 관세 위협에 반도체 산업 전방위 지원…수출·투자 대응 강화
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[ESGC] '조용히, 그러나 치명적으로'⋯일상 속 플라스틱이 인체 침투하는 나노 입자로 변하는 과정 규명
- 플라스틱이 쓰레기통을 넘어 인간 세포 내부까지 침투하고 있다는 경고가 거듭 나오고 있는 가운데 과학자들이 일반 플라스틱이 나노 플라스틱으로 분해되는 과정을 처음으로 규명했다. 미국 컬럼비아대 공대 연구진은 일상에서 사용되는 플라스틱이 어떻게 수십억 개의 미세·나노플라스틱으로 분해되어 환경과 인체를 위협하는지를 분자 수준에서 규명했다고 과학 전문매체 어스닷컴과 웹사이트 PHYS.org 등 다수 외신이 보도했다. 이 연구는 국제학술지 '네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)'에 게재됐다. 바이러스보다 작은 입자, 세포핵까지 침투 75년 전 시장에 출시된 플라스틱은 자연 상태에서 햇빛, 열, 수분 등에 노출되면 눈에 보이지 않는 크기의 미세조각으로 분해된다. 특히 나노플라스틱은 1마이크로미터(μm) 이하의 크기로, 인간 세포막은 물론 세포핵까지 통과할 수 있을 만큼 작다. 연구를 이끈 사낫 쿠마르(Sanat Kumar) 컬럼비아대 화학공학과 교수는 "이런 입자들은 공기와 물, 식품은 물론 인체 혈액과 심지어 남극의 눈 속에서도 검출된다"고 설명했다. 플라스틱 구조의 붕괴 메커니즘 현재 사용되는 플라스틱의 약 75%는 '반결정성 고분자(semicrystalline polymer)'로 구성되어 있다. 강력한 현미경으로 보면 플라스틱은 단단한 결정 구조와 유연한 비결정 구조가 층을 이루며 결합돼 있다. 연구진은 이 구조 중 유연한 층이 환경 자극에 가장 먼저 손상되며, 이로 인해 플라스틱 전체 구조가 무너진다는 점에 주목했다. 즉, 단단한 층에서는 플라스틱 분자가 강한 결정 구조로 단단하게 조직되어 있다. 부드러운 층에서는 분자 구조가 없고 비정질의 덩어리를 형성한다. 이러한 층이 수천개 쌓이면 가볍고 내구성이 뛰어나며 매우 다재다능한 플라스틱 재료가 만들어진다. 연구팀은 부드러운 층에서 나노플라스틱으로 분해되기 시작하며 환경적 열화로 인해 시간이 지남에 따라 약해지고 플라스틱이 스트레스를 받지 않아도 부서질 수 있다는 것을 발견했다. 부드러운 층은 그 자체로 환경에서 빠르게 분해된다. 그런데 부드러운 층이 파괴되면서 단단한 층이 부서지면 문제가 발생하기 시작한다. 이러한 결정질 조각이 수 세기 동안 환경에 남아 인간을 포함한 생명체에 심각한 피해를 줄 수 있는 나노 플라스틱 및 미세 플라스틱으로 분해되는 것이다. 쿠마르 교수는 "매립지처럼 겉보기에는 조용한 조건에서도 유연한 층은 쉽게 붕괴된다"며 "이때 단단한 결정성 조각들이 분리되면서 나노플라스틱이 된다"고 설명했다. 이 입자들은 자연 분해가 거의 불가능해 수백 년간 환경에 잔존할 수 있으며, 공기 중이나 수계, 식품을 통해 인체로 유입될 수 있다. "세포 안에서 DNA 교란 가능성도" 가장 작은 나노플라스틱은 세포핵까지 침투해 유전물질(DNA)에 영향을 줄 수 있다. 쿠마르 교수는 "이 입자들은 석면(asbestos)과 유사한 행동을 보이며, 암, 심혈관 질환, 뇌졸증 등과의 연관 가능성이 제기된다"고 경고했다. 그는 이어 "이제는 나노플라스틱이 단순한 환경문제를 넘어, 건강 문제이자 경제적 부담이 될 수 있다는 점을 인식해야 한다"고 덧붙였다. 나노플라스틱 적게 배출하는 소재 개발 필요 연구진은 문제 해결을 위해 플라스틱 구조 자체를 개선하는 방향을 제시했다. 특히 유연한 층을 강화하면 플라스틱이 나노 조각으로 분해되는 속도를 늦출 수 있다는 설명이다. 쿠마르 교수는 "강도나 유연성을 해치지 않으면서도 구조를 안정화하는 기술이 충분히 가능하다"며 "플라스틱 폐기보다는 재활용 비율을 높이는 것이 장기적으로는 더 경제적일 수 있다"고 말했다. '보이지 않는 위협'에 대응할 시점 통계 데이터 플랫폼 스태티스타에 따르면 전 세계 플라스틱 폐기물 발생량은 지난 40년 동안 7배 이상 증가하여 연간 3억 6000만 톤에 달했다. 또한 2040년까지 전 세계 플라스틱 오염이 두 배로 증가할 것으로 예상했다. 현재 전 세계에서 재활용되는 플라스틱은 전체의 2%에 불과하다. 그 외 대부분은 자연 속에서 미세·나노플라스틱으로 변해 인간과 생태계를 위협하고 있다. 쿠마르 교수는 "플라스틱 폐기에는 보이지 않는 건강 비용이 따른다. 지금 행동하지 않으면 그 대가는 생각보다 클 것"이라고 경고했다. 이번 연구는 우리가 일상적으로 사용하는 플라스틱 제품-물병, 식품 포장재 등-이 완전히 사라지는 것이 아니라 '작아질 뿐'이라는 사실을 과학적으로 증명했다. 플라스틱 오염 문제는 눈에 보이지 않는 크기로 조용히, 그러나 치명적으로 다가오고 있어 더욱 주의해야 한다. ◇ 참고 문헌: Nicholas F. Mendez et al, '반결정성 폴리머에서 정지 나노플라스틱 형성의 메커니즘', Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-58233-3
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- ESGC
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[ESGC] '조용히, 그러나 치명적으로'⋯일상 속 플라스틱이 인체 침투하는 나노 입자로 변하는 과정 규명
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[신소재 신기술(167)] 빛으로 유방암만 골라 제거⋯부작용 줄인 '스마트 폭탄' 美서 개발
- 미국 과학자들이 빛을 이용해 공격적인 유방암 세포만 선택적으로 파괴하는 신개념 치료법을 개발했다. 피부나 정상 장기에는 거의 영향을 주지 않아 기존 광역학 치료보다 부작용이 크게 줄어든 점이 특징이다. 미시간주립대학교(MSU)와 캘리포니아대학교 리버사이드(UC 리버사이드) 공동연구팀은 최근 암세포에 선택적으로 흡수되고, 빛에 반응해 세포를 파괴하는 '사이아닌-카보레인 염(cyanine-carborane salt)' 계열의 차세대 광역학 치료제 후보를 개발했다고 사이테크데일리가 보도했다. 사이아닌 카보레인 염은 빛에 반응하고 암세포에 선택적으로 흡수되는 새로운 화합물이다. 연구 결과는 독일 화학회 국제학술지 '앙게반테 케미 인터내셔널 에디션(Angewandte Chemie International Edition)'에 게재됐다. 이번 연구는 생화학자 소피아 런트(Sophia Lunt) 교수와 화학공학자 리처드 런트(Richard Lunt) 교수 부부 연구진이 주도했으며, UC 리버사이드의 화학자 빈센트 라발로(Vincent Lavallo) 교수와 협력해 진행됐다. 이들이 개발한 신소재는 기존 광역학 치료(PDT, photodynamic therapy)의 한계를 극복한 것이 핵심이다. PDT는 암세포 내에 축적된 광민감성 물질을 빛으로 활성화해 암세포를 파괴하는 방식이다. 그러나 기존 승인된 치료물질은 체내에 오래 남아 일상생활에 불편을 주며, 햇빛 노출 시 피부 화상을 유발하는 부작용도 있었다. 연구진은 이 같은 문제를 해결하기 위해, 근적외선에 반응하면서도 암세포에만 선택적으로 흡수되는 사이아닌-카보레인 염을 설계했다. 근적외선은 눈에는 보이지 않지만 인체 조직을 깊이 통과할 수 있어, 피부나 장기 깊숙한 암세포까지 타격이 가능하다. MSU 박사후연구원 힐리아나 메데이로스(Hyllana Medeiros)는 "전통적 광역학 치료를 받은 환자는 치료 후 수개월간 햇빛을 피해야 하는 부담이 있었지만, 새 물질은 부작용이 대폭 줄어들어 환자의 삶의 질 향상에 기여할 수 있다"고 설명했다. 광역학 치료(PDT)는 광민감제(빛에 반응하는 약물)를 주입하고, 특정 파장 빛을 쬐어 암세포만 선택적으로 파괴하는 치료 방식이다. 실제 이번 연구에서 해당 물질을 적용한 생쥐의 전이성 유방암 종양은 효과적으로 제거됐으며, 정상 세포에는 거의 영향을 주지 않았다. 이 같은 정밀 타격성 덕분에 '스마트 폭탄(smart bomb)'이라는 별칭도 붙었다. 연구 제1저자인 아미르 로샨자데(Amir Roshanzadeh) 박사과정생은 "이번 기술은 전이성 유방암뿐 아니라 향후 다양한 암종에도 확장 가능성이 있다"며 "정밀 약물전달 플랫폼으로의 발전도 기대된다"고 말했다. 리처드 런트 교수는 "이 같은 성과는 암생물학, 화학, 소재공학 등 서로 다른 분야의 과학자들이 협업할 때 가능하다"며 "학제간 융합연구가 미래 의학 혁신의 열쇠"라고 강조했다.
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[신소재 신기술(167)] 빛으로 유방암만 골라 제거⋯부작용 줄인 '스마트 폭탄' 美서 개발
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[먹을까? 말까?(97)] "검은콩·블루베리, 미세플라스틱 해독 효과"⋯짙은 색 과일·채소 주목
- 미세플라스틱이 인체에 미치는 유해성을 줄이는데 특정 식품이 도움이 될 수 있다는 연구 결과가 발표됐다. 중국 과학자들이 주도한 국제 연구팀은 최근 발표한 논문에서 블루베리나 흑미, 검은콩 등 짙은 색을 띠는 채소와 과일이 미세플라스틱에 의한 세포 손상을 완화할 수 있다고 밝혔다. 해당 내용에 대해서는 영국 일간지 데일리메일이 7일(현지시간) 온라인판에 게재했다. 연구팀은 '안토시아닌(anthocyanin)'이라는 천연 항산화 물질을 주목했다. 블루베리, 블랙베리, 검은콩, 자색고구마, 흑미, 석류, 적포도 등에 풍부한 안토시아닌은 직물의 짙은 자색, 붉은색, 남색 등을 만들어내는 수용성 색소로, 인체내 활성산소를 제거하는 항산화 작용을 한다. 이번 연구는 총 89편의 기존 논문을 종합 검토한 문헌 리뷰 형태로, 미국 학술지 'Journal of Pharmaceutical Analysis(약물분석저널)'에 게재됐다. 미세플라스틱, 호르몬 교란부터 불임까지 유발 미세플라스틱은 식품, 물, 의류, 생활용품 등에 널리 퍼져 있으며, 이미 대부분의 인체 내에 축적되어 있다는 연구 결과들이 나오고 있다. 이 물질은 체내에 들어오면 세포 속으로 침투해 DNA 손상, 호르몬 불균형, 염증 반응을 유발하고, 그 결과 대사 장애, 심혈관 질환, 심지어 생식 능력 저하로까지 이어질 수 있다. 미세플라스틱은 특히 산화 스트레스(oxidative stress)를 유발하는 주범으로 지목된다. 이는 활성산소가 과다하게 생성되어 세포를 손상시키는 현상으로, 만성 염증과 노화, 암, 심장병 등 각종 질환과 관련이 깊다. '짙은 색일수록 항산화 성분 높아' 연구팀은 실섬실 실험과ㅑ 동물 실험을 중심으로 안토시아닌이 미세플라스틱이 유발하는 세포 손상을 어떻게 완화하는 지 검토했다. 예를 들어, 한 실험에서는 검은콩과 흑미에 많은 '시아니딘 3-글루코사이드(Cyanidin-3-glucoside, C3G)'라는 성분을 쥐에게 투여한 결과, 정자 수가 증가하고 고환 조직 손상이 완화된 것으로 나타났다. 또한 석류와 붉은 사과에 풍부한 '시아니딘 3, 5디글루코사이드(Cyanidin-3,5-diglucoside)'는 실험실에서 남성호르몬 생성세포에 작용해, 미세플라스틱 유사 물질로 유발된 산화 스트레스를 줄이고 테스토스테론 분비를 회복시켰다. 여성 생식 건강에 긍정적 영향을 미쳤다는 동물 실험 및 세포 실험 결과도 함께 인용됐다. 블루베리 하루 1컵 섭취 권장 다만 이번 연구는 대부분 동물이나 세포를 대상으로 한 기초 연구로, 사람에게도 동일한 효과가 나타나는 지 확인하기 위해서는 추가 임상 연구가 필요하다는 점을 연구진은 명확히 했다. 안토시아닌의 구체적인 일일 섭취 권장량은 명시되지 않았지만, 기존 연구에서는 약 50mg 즉 블루베리 한 컵 분량이 유익한 수준으로 제시됐다. 미국 통계에 따르면, 현재 평균적인 식단에서 섭취하는 안토시아닌의 양은 이에 미치지 못하는 것으로 분석된다. 이에 전문가들은 블루베리, 크랜베리, 자색 양배추, 붉은 포도, 아사이베리 등 자색·남색·적색 식품을 식단에 꾸준히 포함시킬 것을 권장하고 있다. 미세플라스틱 노출 줄이기 위한 실천법도 병행해야 전문가들은 안토시아닌 섭취 외에도 플라스틱 포장 식품 구입 최소화, 전자레인지용 플라스틱 용기 사용 금지, 일회용 플라스틱 도구 사용 자제, 플라스틱 도마나 조리기구의 대체 사용 등을 통해 미세플라스틱 노출 자체를 줄이는 것이 중요하다고 조언한다. 연구에 참여하지 않은 미국 통합의학 전문의 앙젤로 팔코네 박사는 "과일과 채소의 색이 짙고 선명할수록 안토시아닌 함량이 높은 경향이 있다"며, "딸기류는 물론, 자색 옥수수, 흑미, 붉은 고구마도 우수한 공급원"이라고 덧붙였다.
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- 생활경제
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[먹을까? 말까?(97)] "검은콩·블루베리, 미세플라스틱 해독 효과"⋯짙은 색 과일·채소 주목
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[먹을까? 말까?(96)] '우주 된장' 맛은 어떨까?⋯국제우주정거장서 발효 실험
- 과학자들이 국제우주정거장(ISS)에서 콩을 발효시켜 세계 최초로 우주 된장(우주 미소·space miso)을 탄생시켰다. 미소는 일본 요리에서 사용하는 된장을 말한다. 국제우주정거장에서 발효된 '우주 된장'이 처음으로 지구에 돌아와 세상에 모습을 드러냈다. 과학자들은 이번 실험이 우주 환경에서의 미생물 생존 가능성과 향후 우주 탐사 시 식량 다양성 확대에 기여할 수 있을 것으로 기대하고 있다. 2일(현지시간) CNN에 따르면 미국 매사추세츠공과대학(MIT)의 매기 코블렌츠와 덴마크 공과대학의 조슈아 에반스 박사는 2020년 3월, 조리된 콩 반죽을 담은 용기를 ISS로 보냈다. 이 반죽은 약 30일간 미세중력 환경에서 발효 과정을 거친 뒤 '우주 된장'이 완성된 후 지구로 귀환시켰다. 해당 실험은 2025년 4월 2일 학술지 아이사이언스(iScience)에 게재됐다. 된장이 담긴 용기에는 온도, 습도, 압력, 방사선 등을 실시간으로 측정하는 센서가 부착돼 발효 환경을 정밀하게 기록했다. 우주 발효와 비교하기 위해 미국 캠브리지와 덴마크 코펜하겐 두 곳에서 같은 재료를 이용한 된장을 발효시켰다. 에반스 박사는 CNN과의 인터뷰에서 "우주에서의 발효는 전례가 없던 시도였기에 결과를 예측하기 어려웠다"고 밝혔다. 그는 "우주 된장은 색이 더 어둡고, 육안상으로도 더 많이 흔들린 흔적이 있었다"며 "이는 우주로의 운반 과정에서 발생한 영향으로 보인다"고 설명했다. 연구진은 우주 환경의 미세중력, 방사선 노출 등의 요소가 미생물의 성장과 대사 작용에 영향을 미쳤을 가능성을 제기했다. 실제로 '우주 된장'은 지구에서 발효된 된장과 유사한 감칠맛을 지녔지만, 구수한 맛이 강했고 볶은 견과류 향이 느껴졌다고 한다. 코블렌츠 박사는 "우주에서도 미생물 군집이 생존하고 활동할 수 있음을 보여주는 사례"라며, "이번 실험은 우주에서의 생명 가능성과 식문화 확장을 위한 기초자료가 될 수 있다"고 강조했다. 이번 실험은 우주 식량의 다양화 가능성을 실험한 여러 시도 중 하나다. 그간 우주에서는 상추, 무, 고추 등의 신선 농작물 재배 실험이 진행되어 왔으며, 2021년에는 고추 수확을 기념해 ISS 내에서 '타코 파티'가 열리기도 했다. 한편 일본 주류업체 아사히 슈조는 자사의 인기 브랜드 '닷사이'를 우주에서 발효시키기 위한 실험을 준비 중이다. 해당 업체는 일본우주항공연구개발기구(JAXA)를 통해 ISS 내 '기보(Kibo)' 모듈에 접근할 수 있는 권한을 확보했으며, 우주 양조 장비 개발을 병행해 2025년 시험 발사에 나설 예정이다. 이번 연구는 향후 우주 탐사와 장기 체류 임무에서 건강과 문화적 다양성을 동시에 고려한 식량 개발의 단초로 평가된다. 다만, 에반스 박사는 "우주 된장의 영양학적 가치에 대한 정밀 분석은 아직 진행 중이며, 단백질 조성이나 생리활성 물질의 함량 등은 추가 검토가 필요하다"고 덧붙였다.
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[먹을까? 말까?(96)] '우주 된장' 맛은 어떨까?⋯국제우주정거장서 발효 실험
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[퓨처 Eyes(78)] 중국, '칩 혁명' 쏘아 올릴 레이저 개발⋯ASML 독주 시대 '흔들'
- 손톱보다 작은 반도체 칩, 그 안에는 세상을 움직이는 빛이 새겨져 있다. 바로 극자외선(DUV) 레이저 광선이다. 현재 이 빛을 다루는 기술은 네덜란드의 거대 기업 ASML이 굳건히 움켜쥐고 있다. 그러나 최근, ASML의 아성에 도전하는 한줄기 빛이 포착됐다. 중국과학원(CAS)의 연구자들이 기존과는 전혀 다른 방식으로, 차세대 반도체 생산의 판도를 뒤흔들 '꿈의 레이저' 개발에 성공한 것이다. 국제광공학회(SPIE)는 지난 3월 22일, CAS 연구진이 실험실 환경에서 반도체 포토리소그래피에 사용되는 193nm 파장의 빛을 방출하는 고체 심자외선(DUV) 레이저를 개발했다고 발표했다. 이는 기존의 가스 기반 엑시머 레이저 방식과는 완전히 다른 접근 방식으로 더욱 주목받고 있다. 심자외선 레이저는 매우 짧은 파장에서 고에너지 빛을 방출하며, 반도체 제조, 고해상도 분광법, 정밀 소재 개공과 양자 기술 분야에서 중요한 역할을 한다. 기존의 엑시머 또는 가스 방전 레이저와 비교하면 DUV 레이저는 응집성이 더 낮고 더 낮은 전력 소비를 제공해 더 작고 효율적인 시스템을 구축할 수 있다. 만약 이 새로운 극자외선 레이저 광원 기술이 실제 대량 생산에 적용될 수 있다면, 이는 곧 첨단 공정 기술을 활용한 차세대 반도체 칩 생산 장비 개발의 가능성을 열어젖히는 혁신적인 성과로 평가받을 수 있다. 하지만 고체 레이저의 성능을 대규모 생산에 필요한 수준으로 끌어올릴 수 있을지는 아직 미지수다. 기존 DUV 레이저 기술의 한계 현재 ASML, 캐논, 니콘 등 주요 반도체 장비 기업들은 193nm 파장의 DUV 레이저를 만들기 위해 주로 불화아르곤(ArF) 엑시머 레이저를 사용한다. 이 방식은 아르곤과 플루오린 가스를 혼합한 챔버에 고전압 전기 펄스를 가해 불안정한 ArF 분자를 만들고, 이 분자가 다시 안정화되면서 193nm 파장의 빛을 방출하는 원리를 이용한다. 이 레이저는 짧고 강한 에너지 펄스 형태로 최대 100~120W의 출력을 내며, 최신 액침 DUV 장비의 경우 초당 8000~9000번(8~9kHz)의 빠른 속도로 빛을 쏜다. 이 빛은 복잡한 광학 시스템을 거쳐 반도체 웨이퍼에 회로 패턴이 담긴 마스크를 통과하며 미세한 회로를 새기는 데 사용된다. 중국과학원의 새로운 해법 '고체 레이저' 하지만 CAS 연구팀은 이러한 기존 방식 대신 완전히 새로운 고체 방식을 택했다. 이들은 자체 제작한 이터븀(Yb)이 첨가된 YAG(Yttrium Aluminum Garnet) 결정 증폭기를 이용해 1030nm 파장의 레이저 빔을 먼저 만든다. 이 빔을 두 갈래로 나눈 뒤, 각각 다른 광학 과정을 거쳐 최종적으로 193nm 파장의 빛을 얻는 방식이다. 첫 번째 경로에서는 1030nm 빔을 비선형 광학 과정인 4차 조화파 발생(FHG)을 통해 원래 파장의 1/4인 258nm 빔으로 변환시킨다. 이 과정에서 약 1.2W의 출력이 발생한다. 두 번째 경로에서는 나머지 1030nm 빔을 광학 파라메트릭 증폭기에 넣어 1553nm 파장의 빔을 만들고, 이 빔은 약 700mW의 출력을 갖는다. 최종적으로 이 두 개의 빔, 즉 258nm와 1553nm 파장의 빔을 직렬로 연결된 리튬 삼붕산염(LBO) 결정에 통과시켜 평균 전력 70mW, 6kHz의 주파수, 그리고 880MHz보다 좁은 선폭을 가진 193nm 파장의 결맞는 빛을 얻게 된다. CAS 측은 이 테스트 시스템의 스펙트럼 순도가 현재 상용 시스템과 견줄 만한 수준이라고 밝혔다. CAS 시스템이 만들어낸 193nm 파장의 빛은 고체 레이저 방식으로 얻어진 것으로, 평균 전력은 70mW, 주파수는 6kHz, 선폭은 880MHz 미만이다. 이는 ASML의 ArF 엑시머 기반 생산 시스템이 제공하는 100~120W 출력, 9kHz 주파수와 비교하면 아직 성능 면에서 크게 뒤처지는 수준이다. 과학기술 전문매체 톰스 하드웨어는 "ASML의 제품보다 훨씬 낮은 성능"이라고 지적했다. 그럼에도 불구하고 이번 CAS의 성과는 매우 중요한 의미를 갖는다. 기존의 가스 기반 방식이 아닌 고체 방식으로 193nm 파장의 레이저를 만들었다는 점 자체가 혁신적인 시도이기 때문이다. 특히 CAS 연구팀은 여기서 한발 더 나아가 1553nm 빔에 나선형 위상판을 적용하여 궤도 각운동량을 갖는 소용돌이 빔을 생성하는 데 성공했다. 사이테크 데일리는 이를 두고 "최초로 고체 레이저에서 193nm 소용돌이 빔이 생성된 것"이라고 강조하며, "이러한 빔은 하이브리드 ArF 엑시머 레이저의 시딩에 유망하며 웨이퍼 처리, 결함 검사, 양자 통신 및 광학 미세 조작에 중요한 응용 분야를 가질 수 있다"라고 보도했다. 소용돌이 빔은 빛이 진행하면서 회전하는 독특한 형태를 띠는데, 이는 물질을 아주 정밀하게 제어하거나 정보를 담아 전달하는 등 다양한 분야에서 활용될 수 있는 첨단 기술이다. 특히 양자 기술 분야에서는 소용돌이 빔이 양자 통신이나 양자 컴퓨팅의 효율성을 크게 높일 수 있을 것으로 기대된다. 미래 반도체 기술의 판도 바꿀까 비록 현재 CAS 시스템의 출력은 상업용 반도체 생산에 필요한 수준에 크게 못 미치지만, 이번 연구는 고체 레이저 기반의 새로운 DUV 광원 개발 가능성을 열었다는 점에서 큰 의미를 갖는다. 높은 처리량과 안정적인 공정이 필수적인 반도체 제조 분야에서 CAS의 기술이 상용화되기까지는 앞으로 여러 세대의 추가적인 개발이 필요할 것으로 예상된다. 사이테크 데일리는 "이 혁신적인 레이저 시스템은 반도체 리소그래피의 효율성과 정밀도를 향상시킬 뿐만 아니라 첨단 제조 기술을 위한 새로운 길을 열어준다. 193nm 소용돌이 빔을 생성하는 능력은 해당 분야에서 더 큰 발전을 이끌어 전자 장치 생산 방식을 혁신할 가능성이 있다"라고 전망했다. 이번 연구를 이끈 쉬안훙원 박사를 비롯한 중국과학원 연구팀의 작은 빛줄기가 미래 반도체 산업의 거대한 지각 변동을 일으킬 수 있을지, ASML이 굳건히 지켜온 빛의 성채에 균열을 낼 수 있을지 귀추가 주목된다. ◇ 참고 문헌: 『광학 파라메트릭 증폭기를 이용한 소형 협대역 선폭 고체 193nm 펄스 레이저 광원 및 그 소용돌이 빔 생성』 저자: 장지타오, 헝샤오보, 왕준우, 천성, 왕샤오지에, 퉁천, 리정, 쉬안훙원, 2025년 3월 9일, 어드밴스드 포토닉스 넥서스. DOI: 10.1117/1.APN.4.2.026011
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[퓨처 Eyes(78)] 중국, '칩 혁명' 쏘아 올릴 레이저 개발⋯ASML 독주 시대 '흔들'
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[신소재 신기술(165)] '불가능한 재료의 융합'⋯양자컴퓨팅 문 여는 인공 구조체 탄생
- 국제 공동연구진이 기존 과학 이론으로는 공존하기 어려웠던 두 가지 물질을 원자 단위에서 결합해, 새로운 양자 인공 구조체를 구현하는 데 성공했다. 이 연구는 향후 양자컴퓨팅과 차세대 센서 기술에 중요한 기반이 될 수 있다는 평가를 받고 있다. 미국 러트거스대학교 뉴브런즈윅 캠퍼스 물리천문학과 자크 차칼리안(Prof. Jak Chakhalian) 교수 연구팀이 주도한 이번 연구 결과는 세계적 과학 저널 나노 레터스(Nano Letters)에 표지 논문으로 게재됐다고 웹사이트 PHYS.org가 1일(현지시간) 보도했다.. 연구진은 약 4년에 걸친 실험을 통해 원자 단위에서 '디스프로슘 타이타네이트(dysprosium titanate)'와 '피로클로르 이리데이트(pyrochlore iridate)'라는 두 인공 물질을 결합한 초미세 '양자 샌드위치 구조'를 개발했다. 이 두 물질은 각각 특이한 전자기 및 양자역학적 성질로 인해 기존에는 서로 결합이 불가능한 것으로 여겨졌다. 한쪽 층을 이루는 디스프로슘 타이타네이트는 일명 '스핀 아이스(spin ice)'라고 불리는 물질로, 내부 스핀 배열이 물의 얼음 구조를 닮았다. 이 구조는 자연계에서는 존재하지 않는 것으로 알려진 '자기 홀극(magnetic monopole, 자기 단극)'을 유사 입자로 출현시킬 수 있다. 자기 홀극은 1931년 노벨물리학상 수상자인 폴 디랙이 예언했으나 자유 상태에서는 존재가 확인되지 않았다. 다른 쪽 층은 피로클로르 이리데이트라는 자성 준금속으로, 생다론적 입자인 '바일 페르미온(Weyl fermion)'을 포함하고 있다. 바일 페르미온은 1929년 헤르만 바일이 처음 제안했으며, 2015년에야 결정 구조 내에서 실험적으로 확인된 바 있다. 빛처럼 빠르게 움직이며 좌·우 회전을 구분할 수 있는 이 입자는 외부 잡음이나 불순물에 강한 전자적 안정성을 갖는다. 이처럼 각기 다른 특성을 지닌 두 물질을 원자 수준에서 안정적으로 접합한 것은 기존의 재료과학이 풀지 못한 난제를 해결한 것으로 평가된다. 차칼리안 교수는 "이번 연구는 인공 양자 물질 설계의 새로운 지평을 열었으며, 이전에는 상상할 수 없었던 방식으로 양자 기술의 본질을 탐구할 수 있게 됐다"고 밝혔다. 실험을 위한 결정적 전환점은 연구팀이 자체 제작한 '양자현상 탐색 플랫폼(Q-DiP, Quantum phenomena Discovery Platform)'이라는 장비였다. 이 장치는 적외선 레이저 가열기와 정밀 레이저 빔 조합을 통해 초정밀 원자층 증착이 가능하며, 절대온도에 가까운 극저온에서도 물질의 양자 상태를 탐색할 수 있도록 설계됐다. 현재 이 장비는 미국 내 유일한 장비로, 실험 장비 자체로도 과학적 성과로 평가받는다. 이 연구에는 박사과정의 마이클 테릴리(Michael Terilli), 우총치(Tsung-Chi Wu), 학부생 시절부터 참여한 도로시 도티(Dorothy Doughty), 재료과학자 미하일 카리예프(Mikhail Kareev) 등이 핵심 기여자로 참여했다. 이번에 개발된 양자 구조체는 향후 양자컴퓨팅의 핵심 구성 요소로 활용될 가능성이 크다. 특히 특정 양자 상태를 안정적으로 유지하는 데 필요한 전자 및 자기적 특성이 우수하다는 점에서, 차세대 양자센서와 스핀트로닉스(spintronics) 장치 개발에 직접적인 응용이 가능하다. 양자컴퓨팅은 정보를 처리하는 데 있어 기존 컴퓨터의 이진 논리를 뛰어넘는 '중첩' 상태를 활용한다. 이는 한 번에 여러 연산을 동시에 수행할 수 있게 해 신약 개발, 금융 알고리즘, 인공지능(AI) 처리 등 다양한 분야에서 혁신적인 성과를 기대하게 한다. 차칼리안 교수는 "이번 연구는 단순한 물질 합성의 진보를 넘어, 양자 기술을 위한 물질 설계의 새로운 시대를 여는 첫걸음"이라며 "향후 양자 센서 기술을 포함한 응용과학 분야에 중대한 영향을 미칠 것"이라고 강조했다.
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[신소재 신기술(165)] '불가능한 재료의 융합'⋯양자컴퓨팅 문 여는 인공 구조체 탄생
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[먹을까? 말까? (95)] 사무실 커피 머신 커피, 심혈관 건강에 악영향 줄 수 있어
- 스웨덴 과학자들의 연구 결과, 사무실 커피 머신에서 추출한 커피가 심혈관 건강에 부정적인 영향을 미칠 가능성이 있는 것으로 나타났다. 스웨덴 웁살라대학(Uppsala University)과 찰머스공과대학(Chalmers University of Technology) 연구팀이 진행한 연구에 따르면, 사무실 커피 머신으로 추출한 커피에서 LDL 콜레스테롤(저밀도 지단백 콜레스테롤)을 높이는 성분인 '카페스톨(cafestol)'과 '카웨올(kahweol)'이 상대적으로 높은 농도로 검출됐다. 해당 연구에 대해서는 과학 전문매체 사이테크 데일리와 미국 일간지 폭스뉴스가 심층 보도했다. 커피 머신과 추출 방법에 따라 카페스톨과 카웨올과 같은 유해한 디테르펜의 양이 크게 달라질 수 있으며, 커피를 자주 마시는 사람은 자신도 모르게 LDL 콜레스테롤 수치가 높아질 수 있다. 끓인 커피에는 콜레스테롤을 높이는 디테르펜인 카페스톨과 카웨올이 많이 들어 있다는 것은 이미 잘 알려진 사실이다. 반면 종이 필터를 사용하는 드립 필터 커피 메이커는 이들 물질을 매우 효과적으로 제거한다. 연구진은 스웨덴 내 다양한 직장에 설치된 14종의 사무실용 커피 머신에서 추출한 커피와 종이 필터 또는 프렌치 프레스 방식으로 추출한 일반 커피의 성분을 비교 분석했다. 사용된 커피는 5가지 일반 브랜드의 분쇄 커피였다. 그 결과, 일반적인 종이 필터를 사용하는 가정용 드립 방식에 비해 대부분의 사무실 커피 머신이 필터링 성능이 떨어져 LDL 콜레스테롤을 높이는 유해 성분이 다량 검출된 것으로 확인됐다. 머신 종류에 따라 성분 농도 차이 커 이번 연구에서 가장 일반적인 커피 머신 유형인 브루잉 머신은 디테르펜 농도가 가장 높은 커피를 생산했다. 연구진은 페큘레이터 커피, 에스프레소, 프렌치 프레스 커피, 끓인 커피, 패브릭 필터를 통해 부은 끓인 커피를 비교 분석했다. 끓인 커피에는 한 잔당 가장 높은 수준의 디테르펜이 함유되어 있었다. 일부 에스프레소 샘플에도 높은 수치가 포함되어 있었지만, 그 수치는 큰 편차를 보였다. 연구 책임자인 데이비드 이그만(David Iggman) 박사는 "커피 추출 과정에서 필터링이 콜레스테롤 수치를 높이는 물질의 함량을 결정하는 핵심 요소"라며 "모든 커피 머신이 이러한 성분을 제대로 걸러내지는 못했다"고 밝혔다. 특히 머신 종류에 따라 성분 농도 차이가 크게 나타났으며, 같은 머신에서도 시기에 따라 농도 변화가 있었다고 덧붙였다. 연구팀은 커피 머신의 필터 청소 방식도 성분 농도에 영향을 줄 수 있다고 지적했다. 금속 필터를 반복적으로 청소하면 필터의 구멍이 마모되어 유해 성분 제거 능력이 떨어질 수 있다는 설명이다. 필터링 잘 된 '드립 커피'가 최선의 선택 이그먼 박사는 "대부분의 커피 샘플에는 커피를 마신 사람들의 LDL 콜레스테롤 수치와 향후 심혈관 질환 위험에 영향을 미칠 수 있는 수치가 포함되어 있었다. 매일 많은 양의 커피를 섭취하는 사람들에게는 가급적 필터링이 잘된 드립 방식의 커피를 마시는 것이 바람직하다"며 "이번 연구로 인해 커피 섭취 습관과 심혈관 건강과의 연관성에 대한 관심이 높아지기를 기대한다"고 강조했다. 이번 연구는 국제 학술지 '영양, 대사 및 심혈관 질환(Nutrition, Metabolism & Cardiovascular Diseases)'에 게재됐다. ◇ 참고 문헌: 『사무실 커피 머신과 기존 부루잉 방법의 카페스톨(Cafestol) 및 카웨올(kahweol) 농도 비교Cafestol and kahweol concentrations in workplace machine coffee compared with conventional brewing methods』 Erik Orrje, Rikard Fristedt, Fredrik Rosqvist, Rikard Landberg and David Iggman, 2025년 2월 20일, 학술지 "영양, 대사 및 심혈관 질환(Nutrition, Metabolism and Cardiovascular Diseases)". DOI: 10.1016/j.numecd.2025.103933
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- 생활경제
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[먹을까? 말까? (95)] 사무실 커피 머신 커피, 심혈관 건강에 악영향 줄 수 있어
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[신소재 신기술(163)] 美 연구진, '인공 태양'으로 그린수소 생산량 2배 높였다
- 미국 연구진이 인공 태양을 활용한 신소재를 개발해 친환경 수소 생산 효율을 두 배 이상 높이는 데 성공했다. 미국 노스캐롤라이나 농공대학(North Carolina Agricultutal and Technical State University) 비슈누 바스타코티((Bishnu Bastakoti) 박사팀은 최근 태양에너지를 활용한 친환경 수소(그린수소)의 생산량을 기존 상용 소재 대비 약 2배 가까이 늘리는 신소재 개발 성과를 발표했다. 해당 연구에 대해서는 과학 전문 매체 인터레스팅 엔지니어링이 지난 26일(현지시간) 보도했다. 미국 에너지정보청(EIA)에 따르면, 2023년 미국의 1차 에너지 생산량 중 석유, 천연가스, 석탄 등 화석연료의 비중은 약 84%에 달했다. 이처럼 높은 화석연료 의존도는 온실가스 배출을 가속화하며 기후변화를 심화시키고 있어, 지속 가능한 대체 에너지원의 개발이 시급한 과제로 떠오른 상태다. 기존의 갈색 수소, 회색 수소, 청색 수소 생산 방식은 모두 온실 가스를 배출하는 반면, 그린 수소는 태양광을 에너지 원으로 사용해 더옥 깨끗한 에너지 생산 방식으로 주목 받고 있다. 바스타코티 박사 연구팀은 태양광 시뮬레이터를 활용해 수소 생산 과정에서 발생하는 빛의 강도 변동성 문제를 극복했다. 팀은 빛에 노출된 물 분자의 에너지 전달과 분리 과정을 정밀하게 측정해 수소 생성량의 일관성과 신뢰성을 확보했다. 연구의 핵심은 철 타이타네이트(iron titanate)를 기반으로 한 신소재로, 연구팀은 이 물질을 벌집 모양(honeycomb)의 구조로 설계하여 효율성을 극대화했다. 특히 다공성 벌집 구조는 넓은 표면적 덕분에 전하와 물질 전달을 최적화할 수 있어 촉매 반응을 크게 개선하는 데 기여했다. 연구팀이 개발한 이 소재는 2~50나노미터(㎚) 크기의 기공을 가진 메조포러스(mesoporus) 범위에 속하며, 기존의 상용 촉매 소재 대비 수소 생상량이 약 2배 가까이 증가한 것으로 나타났다. 바스타코티 박사는 "효율적이고 재상 가능한 에너지원으로 미래 에너지 수요를 충족할 수 있음을 널리 알리는 것이 중요하다"며 "석탄에서 천연가스로 전환했듯이 화석연료에서 그린수소로의 전환이 필요하다"고 강조했다. 연구팀의 이번 성과는 재료과학 및 광촉매 분야의 국제 학술지 '스몰(Small)'에 게재됐다. 또한 최근 네팔에서 열린 '과학자와의 만남(Meet the Scientist)' 컨퍼런스에서도 경제성 측면의 논의와 함께 큰 관심을 받았다.
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- ESGC
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[신소재 신기술(163)] 美 연구진, '인공 태양'으로 그린수소 생산량 2배 높였다
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[먹을까? 말까?(94)] 심장·뇌·장까지 돕는다⋯'슈퍼 푸드' 딸기의 과학적 건강 효과
- 딸기는 항산화성분과 식이섬유, 각종 비타민과 미네랄이 풍부한 대표적인 건강 과일로 꼽힌다. 미국 농무부(USDA) 기준, 딸기 한 컵(슬라이스 기준 약 150g)은 열량은 85kcal에 불과하지만 비타민 C 97.5mg, 식이섬유 3g, 칼륨 254mg, 엽산 40㎍ 등을 함유하고 있다고 식품 전문 매체 이팅웰은 전했다. 특히 딸기는 항산화 성분이 뛰어나 다양한 질병 예방 효과가 과학적으로 입증되고 있다. 염증 완화부터 심장·뇌 건강까지 딸기의 붉은 색을 내는 안토시아닌(anthocyanin)은 강력한 항산화·항염증 식물 화합물이다. 딸기 1kg에는 약 73mg의 안토시아닌이 포함되어 있으며 이를 컵 단위로 환산하면 약 13mg에 해당한다. 꾸준한 딸기 섭취는 체내 항산화 수준을 높이고, 염증성 지표를 낮추는 것으로 나타났다. 영양학자 샤니키아 화이트(M.S., RDN, LDN)는 "딸기의 항산화 성분은 심장 건강 개선, 인지 기능 향상, 장 건강 증진과 관련이 있다"고 설명했다. 딸기는 심혈관 건강에도 긍정적인 영향을 준다. 리사 영(Ph.D., RDN) 교수는 "딸기에 풍부한 항산화 물질과 항염 성분이 혈압을 낮추고, 콜레스테롤 수치를 개선하며, 심장 질환 위험을 줄이는 데 도움이 된다"고 말했다. 실제 연구에 따르면 하루 2.5회분의 딸기를 섭취할 경우, 나쁜 콜레스테롤(LDL)의 수치와 입자 크기 모두 개선되는 효과가 관찰됐다. 뇌 기능 보호·인지 저하 완화 딸기의 항산화 성분은 신경세포를 보호하고 신경 간의 소통을 원활하게 하여 뇌 건강을 지키는 데 기여한다. 냉동건조 딸기 24g(신선 딸기 2컵 상당)을 90일간 섭취한 실험에서 피험자의 언어 기억, 공간 학습, 기억력이 개선된 것으로 나타났다. 내과전문의 심란 말호트라(Simran Malhotra)는 "딸기를 많이 섭취하는 사람은 알츠하이머 치매 발병 비율이 34% 낮고, 전반적인 뇌 기능도 향상된다는 연구 결과가 있다"고 전했다. 장내 미생물 환경 개선·인슐린 저항성 완화 딸기에 풍부한 식이섬유와 폴리페놀은 장내 유익균의 성장을 촉진하는 프리바이오틱 효과를 갖는다. 영양사 사라 글린스키(RD)는 "딸기 섭취는 장내 미생물 다양성을 증가시키고, 장 건강에 긍정적인 영향을 미친다"고 설명했다. 실제로 딸기 파우더를 4주간 섭취한 실험에서 장내 미생물의 구성 변화가 확인됐다. 또한 딸기는 혈당을 일시적으로 올릴 수 있는 탄수화물을 포함하고 있지만, 풍부한 식이섬유와 폴리페놀 덕분에 인슐린 저항성을 개선하는 효과도 보고되고 있다. 일정 기간 딸기를 식단에 포함하면 공복 혈당 및 식후 인슐린 수치가 낮아지고, 인슐린 민감도가 개선되는 경향이 관찰됐다. 딸기 섭취시 주의 사항 딸기는 대부분의 사람에게 안전하지만, 특정 질환이나 민감 체질을 자긴 사람들은 섭취량에 주의가 필요하다. 과민성 장 증후군(IBS)을 가진 사람의 경우, 과량 섭취시 딸기에 포함된 과당(프럭토오스)으로 인해 복부 불편감이나 소화 장애를 겪을 수 있다. 글린스키는 "하루 5개 정도의 중간 크기 딸기는 IBS 환자도 무리 없이 섭취할 수 있다"고 조언했다. 또한 딸기는 천연 방어 성분으로 살리실산(salicylate)을 포함하고 있는데, 이는 일부 민감한 사람에게 두통, 발진 등을 유발할 수 있으며, 심한 경우 아나필락시스 반응이 나타날 수도 있다. 살리실산 성분이 특정 약물과 상호작용할 가능성도 있으므로, 관련 약물을 복용 중인 사람은 전문가와 상담이 필요하다. 식이섬유 함량이 높은 딸기를 과도하게 섭취할 경우 복부 팽만이나 설사를 유발할 수 있으므로, 평소 저섬유 식단을 유지한 사람은 천천히 섭취량을 늘리는 것이 바람직하다. 딸기는 단순한 과일을 넘어, 과학적으로 검증된 '천연 건강 보조제'다. 꾸준한 섭취는 심장과 뇌, 장 건강을 지키는 데 유익하며 특히 식이섬유와 비타민C가 부족한 현대인에게 유용한 식품으로 평가 받는다.
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- 생활경제
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[먹을까? 말까?(94)] 심장·뇌·장까지 돕는다⋯'슈퍼 푸드' 딸기의 과학적 건강 효과
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[퓨처 Eyes(77)] 지구 자전=무한 동력?⋯멈추지 않는 에너지의 비밀
- 지구가 팽이처럼 끊임없이 회전하는 힘, 그 속에 숨겨진 무한한 에너지를 인류가 사용할 수 있을까? 최근 미국의 과학자들이 지구 자기장과 특별한 물질의 '마법' 같은 만남을 통해 극미량이지만 전기를 생성하는 데 성공하며 오랫동안 잊혀졌던 아이디어를 다시금 뜨거운 논쟁의 중심으로 불러왔다. 과연 지구 자전 에너지는 미래를 밝힐 새로운 희망이 될 수 있을까? 미국 프린스턴 대학교의 크리스토퍼 치바를 비롯해 CIT의 제트추진연구소, 스펙트럴 센서 솔루션스(Spectral Sensor Solutions)의 물리학자 3명이 지구 자전 에너지로부터 전기를 생산할 수 있다는 혁신적인 아이디어를 제시하며 과학계의 이목을 집중시키고 있다고 사이언티픽 아메리칸, PHYS.org, 인터레스팅 엔지니어링 등 과학 전문 매체들이 최근 잇따라 보도했다. 이들은 지구 자기장과 특별한 장치의 상호작용을 통해 극미량이지만 실제로 전기가 생성되는 것을 실험적으로 확인하며 오랜 논쟁에 새로운 불씨를 지폈다. 과학 전문 학술지 '피지컬 리뷰 리서치'에 발표된 이 연구 결과는 지구라는 거대한 발전기의 잠재력을 엿볼 수 있게 해준다. 사실 지구의 회전 에너지를 활용하려는 시도는 과거에도 있었지만, 대부분 이론적인 가능성에 머물렀다. 기존의 과학적 이해로는 지구 자기장 내에서 움직이는 도체가 전기를 발생시키더라도 곧바로 전자의 재배열로 인해 전압이 상쇄되어 실제 에너지로 이어질 수 없다는 것이 일반적인 견해였다. 하지만 이번 연구팀은 이러한 기존 이론의 틀을 깨고 새로운 접근 방식을 제시했다. 상쇄되지 않는 미세한 전류, 실험으로 확인 연구팀은 전압 상쇄 현상을 막고 대신 미세한 전압을 포착하기 위해 특별한 장치를 고안했다. 핵심은 망간-아연 페라이트라는 특수한 물질로 만든 원통이었다. 이 물질은 약한 도체이면서 동시에 자기장을 특정한 방식으로 제어하는 역할을 한다. 팀은 이 원통(실린더)을 지구 자전 방향과 지구 자기장에 특정 각도(57도) 기울여 북쪽-남쪽 방향으로 배치했다. 이는 지구의 자전 운동과 지구 자기장에 수직이 되는 각도이다. 다음으로 전압을 측정하기 위해 연구팀은 실린더의 양쪽 끝에 전극을 배치한 다음 광전 효과를 방지하기 위해 불을 껐다. 놀랍게도 연구팀은 실린더 양 끝에서 18마이크로볼트라는 아주 작은 전압이 발생하는 것을 확인했다. 이는 단일 뉴런이 발화할 때 방출되는 전압의 극히 일부에 불과하지만, 다른 외부 요인으로는 설명하기 어려운 지구의 자전에서 나오는 에너지임을 강력하게 시사했다. 연구팀은 실린더 끝 사이의 온도 차이로 인해 발생할 수 있는 전압을 고려했다면서 각도를 변경하거나 제어 실린더를 사용했을때는 그러한 전압이 측정되지 않았다고 설명했다. 이러한 결과에 대해 연구를 이끈 크리스토퍼 치바는 "아이디어 자체는 직관에 어긋나지만, 실험은 매우 신중하게 진행됐다"며 "매우 설득력 있고 놀라운 결과"라고 평가했다. 하지만 모든 과학자가 그의 의견에 동의하는 것은 아니다. 암스테르담 자유대학교의 은퇴한 물리학자 링커 와인하르덴은 이 연구에 대해 여전히 회의적인 입장을 표하며, 자신의 실험에서는 동일한 효과를 발견하지 못했다고 밝혔다. 그는 "치바 등의 이론이 옳을 수 없다고 여전히 확신한다"고 단언하며, 추가적인 검증의 필요성을 강조했다. 지구 자기장과 특수 물질의 절묘한 조화 그렇다면 지구의 자전 에너지가 어떻게 미세한 전류로 바뀔 수 있었을까? 연구팀은 발전소의 원리와 유사하다고 설명했다. 발전소에서는 자기장 속에서 도체가 움직이면 전자가 이동해 전류가 발생한다. 지구도 마찬가지로 자전하면서 지구 자기장의 일부를 통과하는 도체가 있다면 전기가 발생할 수 있다. 하지만 지구 자기장은 비교적 균일하기 때문에 통상적인 도체에서는 전자가 스스로 배열되어 전기적인 힘이 상쇄된다. 그러나 연구팀이 사용한 망간-아연 페라이트 원통은 이러한 균일한 지구 자기장을 특정한 형태로 왜곡시키는 역할을 한다. 복잡한 계산을 통해 연구팀은 이 특수한 물질과 원통형 구조가 지구 자기장을 예상치 못한 형태로 만들어내고, 이로 인해 발생하는 자기적인 힘이 내부의 전기적인 힘으로 상쇄되지 않아 전류가 흐르게 된다는 것을 밝혀냈다. 이는 마치 좁은 길목을 통과하는 물줄기가 압력을 받아 더 강하게 흐르는 것과 비슷한 원리라고 할 수 있다. 넘어야 할 과제와 미래 에너지 혁명의 가능성 이번 연구는 지구 자전이라는 거대한 에너지원을 활용할 수 있는 새로운 가능성을 열었다는 점에서 매우 고무적이다. 하지만 아직 실용적인 에너지원으로 발전하기 위해서는 해결해야 할 과제가 많다. 우선 다른 연구팀의 독립적인 검증이 필수적이다. 링커 와인하르덴의 지적처럼, 다양한 환경과 조건에서 동일한 실험을 반복하여 일관된 결과를 얻어야만 이 현상이 실제로 지구 자전에 의한 것임을 확신할 수 있다. 만약 추가 검증을 통해 이 연구 결과가 확증된다면, 다음 단계는 장치의 규모를 확대하여 실제로 유용한 수준의 에너지를 생산하는 것이다. 크리스토퍼 치바 역시 "우리 방정식은 규모 확대가 어떻게 가능한지 보여주지만, 실제로 그것이 가능하다는 것을 입증하는 것은 완전히 다른 문제"라며 신중한 입장을 보였다. 현재까지 생성된 전압은 매우 미미한 수준이기 때문에, 실생활에 활용하기 위해서는 엄청난 규모의 장치 개발과 효율 증대 노력이 필요할 것이다. 더욱이 이 기술은 지구의 운동 에너지를 사용하는 것이기 때문에, 장기적으로 지구 자전 속도에 아주 미미한 영향을 줄 수 있다는 점도 고려해야 한다. 연구팀의 계산에 따르면, 만약 전 세계의 모든 전력을 이 방식으로 생산한다면 1세기 동안 지구의 자전 속도는 7밀리초 느려질 것으로 예상된다. 이는 달의 인력과 같은 자연 현상에 의한 변화와 비슷한 수준이지만, 지구 자전에 미치는 장기적인 영향에 대한 심층적인 연구가 필요할 것이다. 이번 연구는 아직 초기 단계이지만, 인류가 오랫동안 꿈꿔왔던 무한한 에너지원, 지구 자전 에너지 활용의 작은 씨앗을 뿌렸다는 점에서 큰 의미를 갖는다. 마치 팽이가 멈추지 않고 돌아가듯, 지구의 자전은 영원히 계속될 것이다. 이 영원한 움직임 속에 숨겨진 에너지를 우리가 현실로 만들 수 있을지는 아직 미지수다. 하지만 이번 연구는 불가능해 보였던 꿈에 한 걸음 더 다가섰음을 보여준다. 앞으로 과학자들의 끊임없는 탐구와 혁신적인 기술 개발을 통해, 지구 자전 에너지가 정말로 우리의 미래를 밝혀줗 새로운 희망이 될 수 있을지 흥미진진한 여정을 함께 지켜보자
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- 포커스온
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[퓨처 Eyes(77)] 지구 자전=무한 동력?⋯멈추지 않는 에너지의 비밀
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[먹을까? 말까?(93)] LA 오존 오염의 숨겨진 주범은 '요리'⋯휘발성물질 배출, 자동차와 맞먹어
- 청정 엔진 보급과 전기차 확산으로 자동차 배기가스 배출이 감소하는 가운데, 최근 미국 로스앤젤레스(LA) 도심의 오존 오염을 악화시키는 의외의 원인이 발견됐다. 바로 음식 조리 과정에서 나오는 휘발성 유기화합물(VOCs)이다. 미국 해양대기청(NOAA)은 최근 연구에서 LA 지역 오존 형성의 약 26%가 음식 조리 과정에서 방출된 VOCs에 의한 것으로 분석됐다고 밝혔다. 이는 자동차 배출가스가 초래하는 오존 형성량(29%)과 거의 맞먹는 수준이다. 이 연구는 국제학술지 『대기화학과 물리학(Atmospheric Chemistry & Physics)』 최신호에 게재됐다. 연구진은 기존의 대기오염 모델에서 빠졌던 요리 배출물질을 추가해 LA 도심의 실제 대기 상태와 화학반응 과정을 정밀하게 분석했다. 연구를 주도한 NOAA 화학과학연구소 첼시 스톡웰 박사는 "도심 지역 VOCs의 상당 부분이 조리 과정에서 배출된다는 점은 기존에도 알려져 있었지만, 그동안 공식적인 오염물질 목록이나 대기 질 모델에는 제대로 반영되지 않았다"며 "이 물질들은 화학적 반응성이 매우 높기 때문에, 이를 간과하면 오존 생성에 대한 도시 차원의 대응 전략 수립에 빈틈이 생길 수 있다"고 지적했다. VOCs는 지표면 오존을 생성하는 두 가지 핵심 요소 중 하나다. VOCs가 차량 배기가스의 질소산화물(NOx)과 햇빛 아래에서 광화학 반응을 일으키면 유해한 오존이 형성된다. 높은 농도의 지표 오존은 사람과 동물, 식물에 심각한 피해를 준다. 미국 환경보호국(EPA)의 규제와 각종 환경 정책으로 지난 수십 년간 차량 배기가스를 억제하면서 오존 농도는 미국 전역에서 크게 개선됐다. 하지만 최근 몇 년간은 대기질 개선 속도가 정체되거나 오히려 일부 지역에서는 다시 오존 농도가 증가하는 현상이 나타나고 있다. 이러한 변화는 학계가 도시의 오염물질 구성을 새롭게 점검하는 계기가 됐다. NOAA 연구진은 특히 2021년 LA와 라스베이거스를 대상으로 수행한 대규모 대기오염 조사 프로젝트(SUNVEx)의 결과를 바탕으로 이번 연구를 진행했다. 당시 공기 샘플 분석 결과 라스베이거스 도심에서 포착된 인간 활동 기원의 VOCs 가운데 약 21%가 식용유와 지방에서 나오는 것으로 확인됐다. 음식점 밀집 지역일수록 음식 조리 배출물질 농도가 현저히 높았다. 연구진이 이번 분석에서 음식 조리 배출물을 정교하게 모델링한 결과, LA 도심에서 인간 활동에 의해 발생하는 오존 생성량 가운데 45%는 페인트, 접착제, 개인위생용품 등 휘발성 화학제품(VCPs)에 의한 것으로 나타났다. 뒤이어 자동차 배출가스가 29%, 음식 조리 과정이 26%로 나타났다. 비록 전체 오존 오염에서 음식 조리 배출물의 비중은 상대적으로 낮지만, 연구진은 이 분야가 앞으로의 대기질 개선을 위한 중요한 연구 영역이라고 강조했다. 스톡웰 박사는 "현대 도심에서 변화하는 VOCs 배출 구조를 정확히 파악하고 오존 오염 저감 방안을 마련하기 위해서는 음식 조리 배출물을 더 체계적으로 조사해야 한다"며 "다른 도시에서도 이 같은 배출이 오존 오염에 영향을 미치는지 추가 연구가 필요하다"고 밝혔다.
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[먹을까? 말까?(93)] LA 오존 오염의 숨겨진 주범은 '요리'⋯휘발성물질 배출, 자동차와 맞먹어
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[기후의 역습(125)] 자연 탄소 흡수 능력 감소 추세, 기후 변화 가속화 경고
- 자연적인 이산화탄소(CO₂) 격리 과정이 약화되고 있으며, 이로 인해 기후 변화가 더욱 가속화될 것이라는 연구 결과가 발표되어 주목을 받고 있다. 스코틀랜드 스트라스클라이드 대학교 연구팀은 식물이 광합성을 통해 대기 중 CO₂를 흡수하고 저장하는 탄소 격리 과정이 1960년대에는 연간 0.8%씩 증가했으나, 2008년을 정점으로 하락세로 전환되어 현재는 연간 0.25%씩 감소하고 있다고 밝혔다. 과거 1960년대의 탄소 격리 성장률이 지속되었다면 자연 탄소 격리는 1960년부터 2010년까지 50% 증가했을 것이지만, 현재의 감소 추세가 이어진다면 250년 안에 절반으로 줄어들 것이라는 분석이다. 해당 연구에 대해서는 글래스고우 스트라스칼라이드 대학교가 17일(현지시간) 홈페이지를 통해 밝혔다. CO₂ 인위적 배출 상쇄 능력 약화 자연 탄소 격리는 최근 연간 약 1.2%씩 증가하고 있는 인간 활동으로 인한 탄소 배출량을 일부 상쇄하는 역할을 한다. 이러한 상쇄 효과를 유지하기 위해서는 인간의 탄소 배출량을 연간 0.3%씩 감축해야 한다. 이는 약 1억 톤의 CO₂ 감축에 맞먹는 양이다. 본 연구 결과는 영국 왕립 기상학회(Royal Meteorological Society) 학술지 '웨더(Weather)'에 게재됐다. 연구의 공동 저자인 스트라스클라이드 대학교 지속가능발전센터 방문 교수 제임스 커런(James Curran) 박사는 "지구 육지의 대부분은 북반구에 위치하며, 북반구의 여름철에는 풍부한 식생이 대기 중의 막대한 양의 CO₂를 흡수한다"고 설명했다. 커런 박사는 이어 "북반구의 겨울철에는 일부 CO₂가 죽은 식물의 자연 분해를 통해 대기 중으로 다시 방출되지만, 일부는 뿌리, 토양 및 휴면 상태의 목질 물질에 갇혀 남아있다. 인간 활동으로 인한 추가적인 배출 때문에 CO₂ 농도의 전체적인 곡선은 여전히 매년 상승하고 있다"고 덧붙였다. 그는 또한 "탄소 격리를 포함한 생물 다양성과 관련 생태계 서비스를 재건하기 위한 모든 노력이 시급하다. 삼림 벌채를 중단하고, 생태계 복원을 장려하며, 산불을 예방해야 한다. 회복력이 뛰어나고 향상된 생태계 서비스를 제공하는 대규모 서식지의 경우, 단편화를 우선적으로 해결해야 하며, 화석 연료를 단계적으로 폐지하고, 목재 및 섬유 제품을 더 넓은 순환 경제의 일환으로 가능한 한 오랫동안 재사용해야 한다"고 강조했다. "탄소 격리 감소는 이미 진행중" 커런 교수는 탄소 격리가 여전히 증가하고 있으며 미래의 어느 시점에서 감소하기 시작할 것이라는 광범위한 믿음이 존재하지만, 데이터는 이미 감소가 진행 중임을 보여준다고 지적했다. 그는 "대기 중 CO₂ 증가는 식물의 비료와 같은 역할을 하며, 특히 캐나다와 러시아의 광활하고 추운 북위 지역에서 지구 온난화로 식물이 더 빠르고 쉽게 잘 자랄 수 있는 것은 알려진 사실이다"라고 말했다. 커런 교수는 "위성 관측 결과 지구의 식생이 확산되면서 '더 푸르게' 변하고 있는 것으로 보고되지만, 과도한 열, 가뭄, 홍수, 바람 피해, 산불, 사막화, 그리고 잠재적으로 더 넓게 퍼지는 식물 해충 및 질병으로 인한 식생 성장 손상 등 다른 모든 영향으로 인해 그 단순한 가정이 반박된다"고 설명했다. 이 연구에 사용된 데이터는 하와이 마우나 로아 화산 북쪽 측면에 위치한 마우나 로아 천문대(MLO)에서 제공했다. 해발 3397m에 위치한 마우나 로아 천문대는 1950년대부터 대기 변화와 관련된 데이터를 지속적으로 모니터링하고 수집해온 최고의 대기 연구 시설이다. 2022년 마우나로아 화산이 폭발하면서 용암이 진입로를 가로질러 시설로 가는 전선을 끊어버려 마우나로아 천문대에서의 측정이 중단됐다. 현재 천문대는 차량으로 접근이 불가능하고 지역 전력회사의 전력 공급이 중단된 상태다. 천문대 직원들은 4개의 천문대 건물에 제한적인 태양광 발전을 설치해 글로벌 모니터링 연구실과 스크립스의 중요한 CO₂ 기록 및 기타 대기 측정값을 포함한 약 33%의 측정값을 현장에서 복구했다. ◇ 참고 문헌: James C. Curran et al, Natural sequestration of carbon dioxide is in decline: climate change will accelerate, Weather (2025). DOI: 10.1002/wea.7668
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[기후의 역습(125)] 자연 탄소 흡수 능력 감소 추세, 기후 변화 가속화 경고
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[신소재 신기술(162)] 국내 연구진, 박테리아 이용한 친환경 플라스틱 생산 기술 개발
- 국내 연구진이 최근 박테리아를 활용해 기존 플라스틱 생산 방식의 한계를 극복하고 친환경적인 폴리머 생산 가능성을 제시하는 연구 결과를 발표해 학계의 주목을 받고 있다. 플라스틱은 현대 사회에 필수적인 소재이지만, 생산 과정에서 화학 연료 기반 화학 물질 사용으로 인한 환경 문제와 폐기할 때 자연적으로 분해되지 않아 발생하는 환경 오염 문제가 지속적으로 제기되어 왔다. 이러한 가운데, 한국과학기술원(KAIST)의 생물분자공학자이자 공동저자인 이상엽 박사 연구팀은 포도당만을 연료로 사용해 유용한 폴리머를 생산할 수 있도록 박테리아는 유전자 조작하는 데 성공했다. 연구팀이 개발한 시스템은 박테리아가 특이한 영양 조건이 직면했을 때 사용하는 효소를 기반으로 하며, 다양한 종류의 폴리머를 생산할 수 있도록 조절이 가능하다. 해당 연구에 대해서는 과학기술 전문매체 아르스 테크니카, 네이처닷컴, PHYS.org 등 다수 매체가 17일(현지시간) 보도했다. 네이처 닷컴에 따르면, 매년 전세계적으로 약 4억 톤의 분해 불가능한 석유 기반 플라스틱 폐기물과 미세 플라스틱이 생산되어 야생동물과 인간의 건강을 위협하고 지구를 오염시키고 있다. 탄소 과잉 상태를 활용한 폴리머 합성 메커니즘 연구진은 박테리아 세포가 폴리하이드록시알카노에이트(PHA·폴리에스테르)를 생성하는 시스템에 주목했다. PHA는 박테리아 세포가 탄소원과 에너지를 충분히 공급받지만, 성장과 분열에 필요한 특정 영양소가 부족할 때 생성되는 화학 물질이다. 이러한 환경에서 박테리아 세포는 탄소 원자를 포함하는 작은 분자들을 연결하여 거대한 폴리머를 형성한다. 이후 영양 조건이 개선되면, 박테리아는 이 폴리머를 분해하여 개별 분자들을 에너지원으로 활용할 수 있다. 이 시스템의 핵심적인 특징은 폴리머를 구성하는 단량체의 종류에 크게 구애받지 않는다는 점이다. 지금까지 150가지 이상의 다양한 작은 분자들이 PHA에 통합될 수 있음이 확인됐다. 폴리머를 합성하는 효소인 PHA 합성 효소는 분자가 에스터 결합을 형성할 수 있는지 여부와 세포 내 생화학 반응의 중간체로 흔히 사용되는 코엔자임 A에 결합될 수 있는지 여부만을 중요하게 고려하는 것으로 나타났다. 일반적으로 PHA 합성 효소는 산소 원자를 통해 분자들을 연결하지만, 아미노산에서 발견되는 것과 같이 질소 원자를 통해 연결되는 유사한 화학 결합을 형성하는 것도 가능하다. 그러나 이러한 반응을 촉매하는 효소는 지금까지 알려진 바가 없었다. 이에 연구진은 기존 효소들이 통상적으로 수행하지 않는 반응을 유도할 수 있는지 실험하기로 결정했다. 연구진은 클로스트리디움(Clostridium) 속 박테리아에서 유래한 효소를 활용했는데, 이 효소는 다양한 화학 물질과 상호작용하는 것으로 알려져 있다. 실험 결과, 이 효소는 아미노산을 코엔자임 A에 비교적 효과적으로 결합시켰다. 아미노산들을 서로 연결하기 위해 연구진은 슈도모나스(Pseudomonas) 속 박테리아에서 유래한 효소에 네 가지 돌연변이를 도입하여 반응 물질의 범위를 넓혔다. 시험관 내 실험에서 이 시스템은 성공적으로 작동하여 아미노산들이 폴리머 형태로 연결되는 것을 확인했다. 세포 내 발현 및 생산량 증대 노력 다음 과제는 이 시스템이 실제 세포 내에서도 작동하는 지 확인하는 것이었다. 불행히도 사용된 두 효소 중 하나가 대장균(E. coli)에 약한 독성을 나타내 성장을 저해하는 것으로 밝혀졌다. 이에 연구팀은 해당 단백질을 내성적으로 발현하는 대장균 균주를 개발했다. 이 두 단백질을 모두 발현시킨 결과, 세포는 소량의 아미노산 폴리머를 생산했다. 배지에 특정 아미노산을 과량으로 첨가하면, 생성되는 폴리머에 해당 아미노산의 함량이 높아지는 경향을 보였다. 하지만 박테리아 무게 대비 폴리머 생산량은 다소 낮은 수준이었다. 연구팀은 "이러한 [아미노산]들은 적절한 탄소원으로부터 세포 내에서 생성될 경우 폴리머에 보다 효율적으로 통합될 수 있을 것"이라고 판단했다. 이에 특정 아미노산(라이신) 생산에 필요한 유전자 복제본을 추가적으로 도입했다. 그 결과 더 많은 폴리머가 생산됐으며, 폴리머 내 라이신 함량 비율도 높아졌다. 생성된 폴리머 대부분에는 에스터 결합을 형성할 수 있는 젖산이 상당량 포함되어 있었다. 젖산은 포도당 대사 과정의 잠재적 산물 중 하나이므로 세포 내에 자연적으로 많이 존재한다. 이에 연구팀은 젖산 생성의 주요 효소를 암호화하는 유전자를 제거해 폴리머에 통합되는 젖산의 양을 현저히 줄였다. 연구진은 다양한 조건에서 실험을 진행하여 두 가지 다른 아미노산 단량체의 혼합물로 이루어진 폴리머를 만들 수 있음을 입증했으며, 혼합물에 비아미노산 물질을 통합하는 데에도 성공했다. 대장균 균주에 몇 가지 추가적인 효소를 도입함으로써 박테리아 무게 대비 폴리머 생산량을 50% 이상으로 끌어올렸다. 또한, 중합 반응을 담당하는 효소에 돌연변이를 도입하여 특정 아미노산이 생성되는 폴리머에 선택적으로 더 많이 통합되도록 조절할 수 있음을 확인했다. 다양한 물성 조절 및 생분해 가능성 제시 연구팀이 개발한 시스템은 매우 유연하여 광범위한 학 물질을 폴리머에 통합할 수 있다는 점이 가장 큰 특성이다. 이는 생성되는 플라스틱의 다양한 물성을 조절할 수 있도록 해줄 것으로 기대된다. 또한, 효소를 통해 결합이 형성되었으므로 생성된 폴리머는 거의 확실하게 생분해될 가능성이 높다. 다만 몇가지 한계점도 존재한다. 폴리머에 통합되는 물질을 완전히 통제할 수는 없다는 것이다. 특정 아미노산 또는 기타 화학 물질의 혼합 비율을 높일 수는 있지만, 효소가 세포 내 대사 과정에서 생성되는 임의의 하학 물질을 어느 정도 수준으로 통합하는 것을 완전히 막을 수는 ㅇ첪다. 또한 생산된 폴리머를 제조 공정에 적용하기 전에 다른 세포 구성 성분으로 정제해야 하는 문제와 대규모 산업 생산에 비해 생산 속도가 느리다는 점도 해결해야 할 과제다. 비록 이 기술이 당장 전 세계 플라스틱 생산을 대체할 수 있는 수준은 아니지만, 생물 기반 제조의 잠재력을 훌륭하게 보여주는 연구 결과라는 평가를 받고 있다. 본 연구 결과는 국제 학술지 '네이처 케미컬 바이올로지(Nature Chemical Biology)' 2025년 3월 18일 자 온라인판에 게재됐다. ◇ 참고 문헌: Tong Un Chae et al, Biosynthesis of poly(ester amide)s in engineered Escherichia coli, Nature Chemical Biology (2025). DOI: 10.1038/s41589-025-01842-2
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[신소재 신기술(162)] 국내 연구진, 박테리아 이용한 친환경 플라스틱 생산 기술 개발
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[주간 월가 레이더] 뉴욕 증시, '운명의 삼각 파도'⋯FOMC·AI 빅뱅·실적 쇼크 쓰나미 경고
- 뉴욕 주식 시장이 불안정한 흐름을 보이는 가운데, 이번 주는 연방준비제도(연준·Fed)의 통화정책 방향과 인공지능(AI) 대장주 엔비디아의 개발자 컨퍼런스(GTC), 그리고 주요 기업들의 실적 발표라는 '삼중 변수'에 따라 향방이 결정될 것으로 보인다. 오는 18일부터 19일까지 열리는 연방공개시장위원회(FOMC) 회의에서는 기준금리 동결이 유력하다. 하지만 시장의 관심은 제롬 파월 연준 의장의 입에서 나올 통화정책 방향에 대한 힌트에 쏠릴 전망이다. 최근 물가 상승세 둔화에도 불구하고 파월 의장이 금리 인하에 신중한 입장을 보여왔기 때문이다. 그러나 시장에서는 연준이 연내 세 차례 금리 인하에 나설 것이라는 기대감이 점차 커지고 있어, 이번 FOMC 회의 결과에 따라 시장 방향성이 크게 달라질 수 있다. AI 테마를 이끄는 엔비디아는 17일부터 1주일간 GTC 컨퍼런스를 개최한다. 특히 18일 젠슨 황 CEO의 기조연설에서는 차세대 AI 반도체 '루빈'에 대한 구체적인 내용이 공개될 것으로 예상돼 투자자들의 기대감이 고조되고 있다. 웰스파고에 따르면 지난 5년간 GTC 주간 엔비디아 주가는 반도체 ETF 대비 평균 6.5%포인트 높은 수익률을 기록한 바 있어, 이번 컨퍼런스 역시 시장에 긍정적인 영향을 미칠지 주목된다. 이와 함께 마이크론 테크놀로지(20일), 나이키(20일), 페덱스(20일) 등 주요 기업들의 실적 발표도 예정돼 있다. 특히 경기 동향을 가늠할 수 있는 페덱스의 실적에 투자자들의 관심이 쏠릴 것으로 보인다. CNBC의 짐 크레이머는 "다음 주 시장은 백악관과 연준에 묶여 있을 것"이라며, 실적 외에도 거시 경제 상황과 정책 변화가 시장에 큰 영향을 미칠 수 있다고 경고했다. 그는 또한 페덱스에 대해 "보고서는 투자자들에게 주식을 할인된 가격에 매수할 기회를 제공할 수 있다"고 언급하며 긍정적인 전망을 내놓기도 했다. 한편, 이번 주에는 미국의 소매 판매, 산업 생산 등 주요 경제 지표 발표도 예정되어 있어, 이들 지표가 시장 변동성을 더욱 키울 수 있다는 분석이 나온다. 불안정한 시장 상황 속에서 FOMC, GTC, 주요 기업 실적 발표라는 '삼중 변수'가 뉴욕증시의 향방을 어떻게 결정할지 투자자들의 이목이 집중되고 있다. [미니 해설] FOMC·GTC·어닝 시즌 '트리플 임팩트'⋯뉴욕 증시, 불확실성 넘어 '대세 상승' 시동 걸까 최근 뉴욕 증시는 뚜렷한 방향성을 잡지 못하고 숨 고르기에 들어간 모습이다. 지난주 후반 기술적인 반등이 나타나기도 했지만, 여전히 시장은 불확실성 속에 놓여 있으며, 이번 주는 그 어느 때보다 중요한 변곡점이 될 가능성이 크다. 연준의 통화정책 결정, 인공지능(AI) 산업의 미래를 엿볼 수 있는 엔비디아의 개발자 컨퍼런스(GTC), 그리고 3월 분기 어닝 시즌의 시작을 알리는 주요 기업들의 실적 발표까지, 굵직한 이벤트들이 한꺼번에 예정되어 있기 때문이다. 연준, 매파냐 비둘기파냐⋯금리 인하 시점 놓고 시장 '촉각' 가장 큰 관심사는 단연 18일부터 이틀간 열리는 연방공개시장위원회(FOMC) 회의다. 시장은 이번 회의에서 기준금리가 동결될 것으로 거의 확실시한다. 시카고상업거래소(CME) 그룹의 페드워치에 따르면 연준이 기준금리를 현재 수준인 4.25~4.5%로 유지할 가능성은 무려 98%에 달한다. 하지만 투자자들의 시선은 금리 동결이라는 예상된 결과보다는 제롬 파월 연준 의장의 입에서 나올 통화정책 방향에 대한 힌트에 쏠릴 전망이다. 최근 발표된 미국의 2월 소비자물가지수(CPI)와 생산자물가지수(PPI)가 둔화된 모습을 보이면서, 시장에서는 연준이 당초 예상보다 빠르게 금리 인하에 나설 수 있다는 기대감이 확산되고 있다. 한 달 전만 해도 연내 세 차례 금리 인하 가능성은 15% 수준이었지만, 현재는 30%를 넘어섰다. 심지어 0.25%포인트씩 네 차례 금리 인하를 단행할 것이라는 전망까지 나온다. 이는 연준이 금리 인하를 서두를 필요가 없다고 못 박았던 파월 의장의 발언과는 다소 상반되는 분위기다. 파월 의장은 지난 7일 통화정책 컨퍼런스에서 "미 경제는 지난해 9월 연준이 금리 인하를 시작했을 때보다 나아졌다"며 금리 인하 속도 조절 가능성을 시사했지만, 시장은 이미 인플레이션 압력 완화에 무게를 두고 연준의 조기 피벗(정책 전환)을 기대하는 모습이다. 하지만 변수는 여전히 남아있다. 도널드 트럼프 대통령의 강력한 관세 정책이 다시 인플레이션을 자극할 수 있다는 우려가 제기되고 있는 것이다. 트럼프 대통령은 다음 달 2일 ‘상호관세’ 도입 의지를 강조하며 보호무역주의 색채를 더욱 짙게 드러내고 있어, 물가 상승 압력이 재점화될 경우 연준의 금리 인하 시기는 더욱 불투명해질 수 있다. AI 혁명 주도할 ‘게임 체인저’ 등장하나⋯엔비디아 GTC '핵심' 분석 또 다른 핵심 변수는 엔비디아의 GTC 컨퍼런스다. 그래픽반도체(GPU) 기술 컨퍼런스인 GTC는 AI 산업의 성장과 함께 그 중요성이 더욱 커지고 있다. 특히 이번 주에는 차세대 AI 반도체 '루빈'에 대한 세부 내용이 공개될 것으로 예상돼 전 세계 투자자들의 이목이 집중되고 있다. '루빈'이라는 이름은 암흑물질을 발견한 천문학자 베라 루빈에서 따왔다고 알려져 더욱 흥미를 끈다. 웰스파고의 분석에 따르면, 지난 5년간 GTC 주간에 엔비디아 주가는 아이셰어즈 반도체 ETF(SOXX)보다 평균 6.5%포인트 높은 수익률을 기록했다. 이는 GTC 컨퍼런스가 엔비디아 주가에 얼마나 큰 영향을 미치는지를 보여주는 단적인 예다. 투자자들은 이번 컨퍼런스를 통해 엔비디아의 기술 경쟁력과 미래 성장 가능성을 다시 한번 확인하고, 나아가 AI 산업 전반의 투자 심리를 자극할 수 있을지 주목하고 있다. 실적 보고서, 기업 펀더멘털 '진짜 얼굴' 공개⋯옥석 가리기 '승부처' 이번 주에는 주요 기업들의 3월 분기 실적 발표도 줄줄이 예정돼 있다. AI용 메모리 반도체 선두 기업인 마이크론 테크놀로지를 비롯해 글로벌 스포츠 브랜드 나이키, 그리고 세계적인 물류 기업 페덱스의 실적은 투자자들에게 중요한 힌트를 제공할 것으로 보인다. 특히 페덱스의 실적은 글로벌 경기 동향을 가늠할 수 있는 바로미터로 여겨지기 때문에 시장의 관심이 뜨겁다. CNBC의 짐 크레이머는 이번 주 시장 상황에 대해 "이들 기업으로부터 어떤 소식을 듣든 다음 주 시장은 백악관과 연준에 묶여 있을 것"이라고 언급하며, 기업 실적뿐만 아니라 거시 경제 환경과 정책 변화가 시장에 미치는 복합적인 영향을 강조했다. 다만 그는 페덱스에 대해서는 "보고서는 투자자들에게 주식을 할인된 가격에 매수할 기회를 제공할 수 있으며, 회사 경영진에 깊은 인상을 받았다"고 언급하며 긍정적인 전망을 내비치기도 했다. 하지만 전반적으로 3월 분기 어닝 시즌에 대한 전망은 그리 밝지만은 않다. 한 전문가는 "3월 분기 실적 발표 시즌에 기대 이하의 실적 지침이 나올 수 있다는 징후가 보인다"고 경고하며, 투자에 신중을 기할 것을 조언했다. 이 외에도 이번 주에는 미국의 소매 판매, 산업 생산, 제조업 생산, 수입물가지수 등 다양한 경제 지표들이 발표될 예정이다. 최근 미시간대학교의 3월 소비자태도지수가 급락하고, 5년 뒤 예상 인플레이션이 30년 만에 최고 수준으로 치솟는 등 소비 심리가 불안한 모습을 보이고 있어, 실제 소비 지출이 어떻게 변화했을지 확인하는 것이 중요하다. 만약 경제 지표들이 부진하게 발표될 경우, 시장의 불안감은 더욱 커질 수 있다. 크리스 베르사체는 "주식은 목요일에 누적 10% 수정을 거친 후 금요일에 멋지게 상승했지만, 모든 주요 시장 평균은 여전히 주간 하락세를 보였다"고 지적하며, 단기적인 반등에 안심하기보다는 여전히 시장에 과제가 남아 있음을 상기시켰다. 그는 또한 "시장이 반등을 기대했고 금요일에 본 반등이 다음 주 초에 계속될 수 있지만, 단기적으로 주식을 지속적으로 극적으로 높이려면 몇 가지 긍정적인 데이터 포인트 이상이 필요할 것이라고 생각한다"고 강조하며, 섣부른 낙관론을 경계하는 모습을 보였다. 특히 다가올 관세, 연준의 정책 논평, 6월 분기 실적 전망에 대한 불확실성 등은 시장의 단기적인 상승을 제한하는 요인으로 작용할 수 있다고 덧붙였다. 이번 주는 뉴욕 증시에 있어 매우 중요한 한 주가 될 것이다. FOMC의 통화정책 방향, 엔비디아 GTC 컨퍼런스의 결과, 주요 기업들의 실적 발표, 그리고 각종 경제 지표들의 향방에 따라 시장의 분위기가 급변할 수 있기 때문이다. 투자자들은 이러한 다양한 변수들을 꼼꼼히 확인하고 신중하게 투자 전략을 세워야 할 것이다. 특히 전문가들은 단기적인 시장 변동성에 일희일비하기보다는 장기적인 관점에서 투자에 접근하고, 기업의 펀더멘털과 성장 가능성을 면밀히 분석하는 것이 중요하다고 조언한다. 불확실성이 큰 시장 상황 속에서 투자자들의 현명한 판단이 요구되는 시점이다.
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