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2024-11-22 (금)

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[기후의 역습(83)] 기후 변화로 바다 독성 점점 더 강해져

지구 온난화로 바다의 독성이 점점 더 강해지고 있는 것으로 나타났다. 바다는 따뜻해지고 산성화되면서 산소를 잃고 있다. 이는 기후 변화의 잘 알려진 결과물이다. 이러한 변화가 해양 환경의 오염 물질에 영향을 미쳐 바다 독성을 더욱 강화시키고 있다는 연구 결과가 나와 주목된다고 사이테크데일 리가 전했다. 새로운 연구는 바다의 미량 오염 물질과 기후 변화의 상호작용을 조사한 것이다. 그 결과는 네이처의 지구와 환경 저널(Communications Earth & Environment)에 게재됐다. 기후 변화를 이끄는 많은 오염 물질이 바다로 방출되고 있다. 연구를 주도한 지오마르 헬름홀츠 해양연구센터(GEOMAR Helmholtz Centre for Ocean Research Kiel)의 해양 화학자 레베카 지톤 박사는 "바다의 미량 원소가 기후 변화의 영향을 어떻게 받는가를 이해하고 싶었다. 지금까지 이에 대한 연구는 거의 이뤄지지 않았다. 연구진은 인간이 유발한 원인과 자연적인 원인 두가지를 모두 조사했다"고 설명했다. 납, 수은, 카드뮴과 같은 금속은 산업이나 화석연료 연소와 같은 인간 활동을 통해서만 바다에 유입되는 것이 아니다. 기후 변화로 인해 자연적인 공급원도 변화하고 있다. 해수면 상승, 강 범람 또는 고갈, 해빙과 빙하 용융 등 모든 과정이 오염 물질 흐름을 촉진시키고 있다. 이 연구는 해양 환경 보호의 과학적 측면에 대한 유엔 공동 전문가 그룹(GESAMP)의 실무 그룹 분석 결과를 요약한 것으로, 해양의 금속 오염 물질에 초점을 맞추고 있다. 이 실무 그룹은 모나코 국제원자력기구(IAEA)의 해양 환경 연구실 전 책임자이자 GEOMAR의 해양 광물 자원 교수 실비아 샌더 박사가 시작했다. 알프레드 베게너 연구소, 헬름홀츠 극지 및 해양 연구 센터(AWI)의 크리스토프 뵐커도 참여했다. 샌더 박사는 "실무 그룹은 기후 변화와 온실가스가 해양 오염 물질에 미치는 영향에 초점을 맞췄다"며 북극 해역의 수은 농도 상승을 예로 들었다. 빙하가 녹고 영구 동토층이 해빙되고 해안이 침식하는 등 자연 공급에 의한 수은 방출 때문에 일어난 현상이다. 전통적인 어업에 의존하는 지역 사회에 특히 위협이 되는데, 수은이 먹이 사슬에 축적되어 오염된 생선을 섭취하기 때문이다. 샌더 교수는 "인간 활동으로 인해 납과 같은 독성 금속의 전 세계 유입량은 산업화 이전 수준에 비해 10배, 수은은 3~7배 증가했다"라고 말하며 "은과 같은 독성 원소는 석탄 연소와 항균 제품에서 은 나노입자의 사용이 증가함에 따라 해안 해역에서 점점 더 많이 검출되고 있다"고 우려했다. 또 해양 운송과 플라스틱 사용도 중금속 확산에 기여한다. 플라스틱은 물에서 구리, 아연, 납과 같은 금속과 결합할 수 있다. 결합된 오염 물질은 또한 먹이 사슬로 유입될 수 있다. 미래에는 해양 개발이 증가함에 따라 인간의 중금속 오염이 더욱 증가할 수 있다. 해수 온도 상승, 해양 산성화, 산소 고갈과 같은 기후 변화는 다양한 방식으로 미량 원소에 영향을 미친다. 수온이 높아질수록 수은과 같은 미량 원소의 해양 생물에 의한 생체 이용과 흡수가 증가한다. 이는 높은 온도가 신진대사를 촉진하고, 산소 용해도를 감소시키며, 아가미 환기를 증가시켜 더 많은 금속이 생체에 들어가 체내에 축적되기 때문이다. 바다는 인간이 방출하는 이산화탄소의 대부분을 흡수한다. 이 때문에 더 산성화되어 pH 수준이 떨어진다. 이는 구리, 아연 또는 철과 같은 금속의 용해도와 생체 이용률을 증가시킨다. 이 효과는 특히 구리에서 두드러지는데, 구리는 고농도에서 많은 해양 생물에 강한 독성을 일으킨다. 특히 해안 지역과 해저에서 산소가 고갈되면서 미량 원소의 독성 효과가 커진다. 이는 홍합, 게 및 기타 갑각류와 같이 해저에 서식하는 생물체에 스트레스를 준다. 인간 활동은 두 가지 방식으로 해안 지역의 오염 물질의 양에 영향을 미친다. 직접적으로는 오염 물질을 곧바로 방출하는 것이고, 간접적으로는 인간이 유발한 기후 변화가 자연에 미치는 영향을 통해서다. 연구는 그러나 기후 변화가 해양의 오염 물질에 어떤 영향을 미치는지에 대한 데이터가 여전히 부족하다는 사실도 보여준다. 실무 그룹은 오염 물질에 대한 연구를 확대해야 한다고 강조한다. 또한 더 나은 모델과 규제법을 통해 바다에 영향을 미치는 오염 물질에 대한 통제를 강화해야 한다고 권고한다.
- 포커스온
2024-11-12
[신소재 신기술(129] 암흑물질 실험서 중성미자 '구름' 첫 포착

이탈리아와 중국 과학자들이 최근 진행한 암흑물질 실험에서 중성미자 구름을 처음으로 포착해 학계의 이목을 집중시키고 있다. 우주에서 가장 풍부한 입자인 중성미자는 전하가 없고 질량이 거의 없는 아원자 입자로, 물질과 거의 상호 작용하지 않는 특징을 지닌다. 또한 감지 되지 않고 모든 물체를 통과하는 기이한 특성 때문에 '유령 입자'로 불리기도 한다. 참고로 원자를 구성하는 입자 중에서 가장 가벼운 전자조차도 중성미자보다 600만배 더 무겁다. 양성자는 전자보다 약 1836배 더 무겁고, 중성자는 전자보다 약 1839배 더 무겁다. 최근 이탈리아와 중국에서 각각 독립적으로 운영되는 암흑물질 검출 실험인 제논(XENON)과 판다X(PandaX) 연구팀이 암흑물질 주변에서 중성미자 구름을 처음으로 포착했다고 발표했다고 인터레스팅엔지니어링이 전했다. 제논 실험에 참가한 페이 가이오는 "이것은 암흑 물질 실험을 통해 천체물리적 중성미자를 측정한 최초의 사례"라고 말했다. 중성미자-핵 탄성 산란 통해 검출 중성미자는 일반적으로 중성미자-핵 탄성 산란(CEvNS) 과정을 통해 검출된다. 이는 중성미자가 양성자나 전자와 상호 작용하는 것이 아니라 원자핵 전체와 상호 작용하는 과정이다. 연구를 진행하는 동안 연구진은 2년 동안의 실험 데이터를 검토했다. XENON과 PandaX 연구팀은 액체 제논 검출기를 사용하여 암흑물질 입자 또는 중성미자가 제논 원자와 상호 작용하는 방식을 연구하는 과정에서 태양 핵에서 발생하는 붕소-8의 방사성 베타 붕괴에서 나오는 CEvNS 신호를 확인했다. XENON 연구팀은 11개의 CEvNS 신호를, PandaX 연구팀은 75개의 신호를 보고했으며, 두 실험 모두 통계적 신뢰도는 2.64 시그마(PandaX)와 2.73 시그마(XENON)로 유사했다. 듀크 대학교의 물리학 교수인 케이트 숄버그는 "저를 포함한 대부분의 사람들이 이 공동연구가 중성미자 안개를 측정했다고 확신한다"고 말했다. 이번 연구 결과는 암흑물질 주변에 밀집된 중성미자 구름의 존재를 시사하며, 이는 암흑물질 탐색에 새로운 과제를 제기한다. 중성미자는 검출이 어렵기 때문에 우주에 풍부하게 존재하는 중성미자는 암흑물질 검출 시 배경 잡음을 생성하여 암흑물질 신호를 구별하기 어렵게 만들 수 있다. 전문가 "중성미자 구름 위협 과장되었을 가능성…추가 연구 필요" 그러나 멜버른 대학교의 암흑물질 입자 물리학 전문가인 엘리사베타 바르베리오는 "중성미자 구름으로 인한 '존재적 위협'은 과장되었을 가능성이 있다"며 "이러한 배경 잡음이 암흑물질 연구의 진전을 막기 전에 해야 할 일이 많다"고 밝혔다. 그는 이번 실험에는 참가하지 않았다. 이번 연구 결과는 암흑물질과 중성미자 사이의 상호 작용을 이해하는 데 중요한 단서를 제공하며, 향후 암흑물질 탐색 연구에 영향을 미칠 것으로 예상된다. 이 연구는 미국 물리학회에서 발행하는 학술지 피지컬 리뷰 레터스(Physical Review Letters)에 게재됐다.
- IT/바이오
2024-11-11
글로벌 기업, 플라스틱 규제 위한 국제 협약 체결 촉구

세계 유수 기업의 최고경영자(CEO) 20여 명이 플라스틱 오염 문제 해결을 위한 구속력 있는 국제 규칙 마련을 촉구하고 나섰다. 미국 다국적 식품 및 음료 회사 펩시코, 10년 넘게 지속가능성 최우수 기업으로 꼽힌 다국적 기업 유니레버, 마스 등 글로벌 기업의 CEO들은 '글로벌 플라스틱 협약을 위한 기업 연합'이 주도하는 공개 서한에 서명하며, 다음 달 부산에서 열리는 유엔 플라스틱 협약 협상에서 의미 있는 결론이 도출되기를 기대한다는 뜻을 밝혔다고 포브스가 27일(현지시간) 보도했다. 플라스틱 오염 종식 국제협약 성안을 위한 제5차 정부간 협상위원회(INC-5)는 오는 11월 25일부터 부산 벡스코에서 개최된다. 27일 환경부에 따르면 170여개국 정부 대표단을 비롯해 무려 4000여명이 협상하거나, 영향을 미치기 위해해 부산을 찾을 예정이다. 플라스틱 오염의 가장 심각한 폐해는 자연 분해에 수백 년이 소요된다는 점이다. 또한 플라스틱을 제조하는데 쓰이거나 플라스틱에서 검출되는 화학물질은 1만6000여종에 달한다. 플라스틱은 완전히 사라지지 않고 미세 플라스틱이라는 미세한 입자로 쪼개지는데, 이는 더욱 작은 나노 플라스틱으로 변형된다. 최대 5mm 크기의 이러한 미세 플라스틱은 토양과 해양을 오염시키고, 먹이사슬을 거쳐 동물의 체내에 쌓인다. 결국, 이는 우리 식탁까지 위협하여 인체 건강에 악영향을 초래할 수 있다. 플라스틱, 특히 폴리에티렌 테레프탈레이트(PET)는 자연 분해가 어려워 환경 오염의 주범으로 꼽힌다. PET는 음료수, 생수 등을 담는 용기로 가장 널리 사용된다. PET는 전세계 플라스틱 사용량의 12%를 차지하며, 하수구에 존재하는 미세 플라스틱의 최대 50%가 여기에 포함된다. "자발적 조치 만으로는 플라스틱 문제 해결에 수십년 걸릴 것" 기업 연합은 서한을 통해 자발적인 조치에만 의존하는 협약은 실질적인 해결책 마련을 수십년 지연시킬 수 있다고 경고했다. 이들은 구속력있는 국제 규칙을 포함하는 야심찬 협약이야말로 정책 조화, 국가별 법률 강화, 기업의 효과적인 솔루션 확대를 위한 기회라고 강조했다. 서한은 또한 협상 과정에서 유해 화학물질의 제한 및 단계적 폐지를 위한 국제적인 기준과 목록 설정, 순환 제품 디자인에 대한 명호가안 기준 마련, 확장된 생산자 책임(EPR) 체게에 대한 공통된 정의 및 핵심 원칙 수립 등 구체적인 논의가 이루어져야 한다고 촉구했다. 협약의 효력을 강화하기 위한 강력한 거버넌스 체계 구축 또한 중요한 과제로 제시됐다. "국제규칙, 기업과 정부 모두에게 이익" 기업 연합의 공동 의장인 존 던컴은 "국제적인 규칙을 포함하는 협약은 지구 환경뿐만 아니라 기업과 정부 모두에게 도움이 된다"고 강조했다. 던컴은 국제 규칙이 기업의 운영을 단순화하고 규모의 경제를 실현하여 장기적으로 비용 절감 효과를 가져올 뿐만 아니라, 재사용을 통한 새로운 사업 기회 창출, 폐기물 관리 산업 성장에도 기여할 것이라고 설명했다. 던컴은 또한 기업들이 플라스틱 문제 해결에 대한 재정적 책임을 인지하고 있으며. 정부는 공정한 경쟁 환경을 조성하고 모든 기업이 EPR 체계를 이행하도록 노력해야 한다고 덧붙였다. 펩시코의 라몬 라구아르타 회장은 효과적이고 잘 설계된 EPR 체계의 중요성을 강조하며, 명확한 국제 원칙 마련을 통해 전세계적으로 EPR이 확대될 수 있다는 기대감을 표명했다. "글로벌 규칙 마련으로 공정한 경쟁 환경 조성해야" 폐기물 관리 시스템 공급 업체인 TOMRA의 토베 안데르센 CEO는 이번 협상이 플라스틱 오염에 대한 국제적 합의를 도출할 수 있는 "일생일대의 기회"라며, 글로벌 기업들이 이 문제 해결에 적극적으로 기요하고자 하며, 글로벌 규칙 마련을 통해 공정한 경쟁 환경이 조성되기를 바란다고 강조했다. 한편, 국제 플라스틱 협약은 전 세계 국가의 정책 결정자들이 모여 플라스틱 오염에서 벗어나기 위해 플라스틱의 생산부터 폐기까지 전 생애주기에 걸친 규칙을 만드는 회의다. 2022년 11월 우루과이에서 첫 회의를 시작했고, 마지막 5차 회의는 2024년 11월 부산에서 개최된다. 한국 플라스틱 생산량, 세계 4위 한국석유화학협회 석유화학편람을 보면 한국 합성수지(플라스틱) 생산량은 지난해 1451만3000톤(t)으로 중국(9794만t), 미국(3857만t), 사우디아라비아(1463만5천t)에 이어 주요 10개국 중 4번째로 많았다. 1인당 합성수지 소비량은 116.2㎏으로 10개국 중 압도적인 1위다. OECD 최근 보고서에 의하면, 2020년 4억3500만 톤에 달했던 전 세계 플라스틱 생산량은 2040년에는 7억3600만 톤으로 급증해 무려 69%나 증가할 것으로 예측된다. 약 15년 후에는 해상 운송에 사용되는 40피트 표준 컨테이너 277만 7000여 개를 동원해야 한 해 생산되는 플라스틱을 모두 실을 수 있을 것으로 예측된다. 플라스틱 재활용율 6% 불과해 플라스틱 폐기물량 또한 2040년에는 6억1700만 톤에 이르러 2020년 3억 6000만 톤에서 크게 늘어날 것으로 전망된다. 하지만, 재활용률은 6% 수준에 머무르고, 부적절하게 처리되는 플라스틱 폐기물은 2040년 1억1900만 톤으로 2020년 8100만 톤보다 오히려 증가할 것으로 예상된다. 자연으로 유출되는 플라스틱의 양도 2040년에는 3000만톤으로 2020년 2000만톤에 비해 1000만톤이나 늘어날 것으로 추정된다. 플라스틱 생산부터 폐기까지 전 과정에서 발생하는 온실가스 배출량 역시 2040년 2.8기가 톤으로 2020년 1.8기가 톤보다 1기가 톤 증가할 전망이다. 이처럼 플라스틱 생산량과 폐기물량은 증가하는 반면, 재활용률은 저조하고 환경오염 문제는 심화될 것으로 예상되어 플라스틱 문제 해결을 위한 적극적인 노력이 시급하다.
- 생활경제
2024-10-28
북해 해안에서 미세플라스틱 핫스팟 발견⋯"플라스틱 오염 심각"

영국 북해 해안에서 미세 플라스틱 오염 핫스팟이 발견되어 해양 오염의 심각성을 드러냈다. 영국 환경·어업·양식 과학센터(CEFAS) 연구팀은 2022년 북해 해역에서 특수 제작된 '뉴스턴 미세 플라스틱 카타마란(기계식 유량계와 플라스틱 포집망이 달린 부유식 뗏목)'을 이용하여 미세 플라스틱 농도를 측정했다. 그 결과, 북해 남부 해안에서 미세 플라스틱 농도가 최대 2만5000개/㎢ 이상으로 나타났으며, 평균 농도는 약 8700개/㎢ 이상으로 나타났으며, 평균 농도는 약 8700/㎢ 에 달했다. 이는 인근 스코틀랜드 해역(평균 4500개/㎢)이나 북동 대서양(평균 3200개/㎢)보다 훨씬 높은 수치이다. 최대 5mm에 달하는 미세 플라스틱의 주요 성분은 폴리에틸렌(67%), 폴리프로필렌(16%), 폴리스티렌(8%) 등으로, 일상생활에서 흔히 사용되는 비닐봉투, 플라스틱 용기, 장난감 등에서 발생하는 것으로 추정된다. 중플라스틱(5~25mm)과 거대플라스틱(25mm) 이상은 각각 2000개/㎢과 1000개/㎢의 농도로 존재했으며 주로 큰 플라스틱이 분해되어 파생된 파편과 필라멘트로 구성되어 있지만 마이크로비즈와 필름도 발견됐다. 연구팀은 이러한 미세 플라스틱 핫스팟이 해류를 통해 다른 나라에서 유입된 플라스틱 쓰레기의 영향을 받았을 것으로 분석했다. 영국에서는 2018년부터 화장품과 퍼스널 케어 제품에 마이크로비즈 사용이 금지되었지만, 북해 해안에서 발견된 플라스틱은 해류를 타고 다른 나라에서 이 지역으로 유입된 것으로 추정된다. 모든 해양 쓰레기에서 11가지 색상의 플라스틱이 확인되었으며, 대부분 흰색으로 비닐봉지에서 비롯된 것으로 나타났다. 연구팀은 북해의 미세 플라스틱 오염 농도는 스페인 북부 해안(2017년, 약 25만4000개/㎢), 포르투갈 서부 해안(2019년, 약 4만개/㎢), 카나리아 제도(2024년, 약 100만개/㎢) 등 다른 지역보다는 낮지만, 해양 생태계에 심각한 위협이 될 수 있다는 점을 강조했다. 연구팀은 플라스틱 오염 문제를 위해 영국 해양 전략, 북동 대서양 환경 전략, 유엔 환경 계획 등 다양한 국가 및 국제적 노력이 필요하다고 강조했다. 이번 연구 결과는 프론티어스 인 마린 사이언스(Frontiers in Marine Science)에 게재됐다. 플라스틱 수요는 매년 4억톤을 초과하는 등 꾸준히 증가하고 있다. 한국의 잠실에 있는 롯데타워는 무게가 약 75만톤이다. 플라스틱 4억톤은 롯데타워 약533개를 합친 것과 같은 엄청난 양이다. 참고로 롯데타워는 높이 553m로 2024년 10월 2일 기준 세계에서 여섯 번째로 높은 빌딩이다. 최근 연구에 따르면 미세 플라스틱은 호흡만으로도 우리 몸에 침투할 수 있다. 지난 9월 16일 JAMA 네트워크 오픈 저널에 발표된 연구에 따르면 미세 플라스틱이 처음으로 인간의 후각 중추에서 발견됐다. 입자의 크기는 5.5 마이크론에서 26.4 마이크론까지 다양했다. 그동안의 연구에서는 뇌 장벽이 미세 플라스틱과 같은 독성 입자가 뇌에 들어가지 못하도록 막는 것으로 여겨졌다. 해당 연구는 뇌에서 처음으로 미세 플라스틱이 발견된 것으로 연구진은 치매와 같은 신경계 질환을 일으킬 수 있다고 우려했다. 이전 연구에서는 인간의 폐, 태반, 내장, 간, 혈액, 고환, 심지어 정액에서도 미세 플라스틱이 발견됐다. 인체 곳곳에서 미세 플라스틱이 검출되고 있는 현실은 매우 우려스럽다. 마래 세대를 위해 바다, 육지, 그리고 우리가 숨쉬는 공기까지 플라스틱 오염을 줄이기 위한 전 세계적인 노력이 시급하다.
- 생활경제
2024-10-02
인간 뇌조직에서 미세 플라스틱 첫 검출⋯잠재적 위험성 제기

인간 뇌조직에서 미세 플라스틱이 처음으로 검출되어 잠재적인 건강 위험에 대한 우려가 높아지고 있다. 국제 연구팀이 15명의 사망자 뇌 조직 중 8명의 후각 신경구(코에서 냄새 정보를 받아 들이는 뇌조직 덩어리)에서 미세 플라스틱을 발견했다고 사이언스얼라트와 CNN 등 다수 외신이 보도했다. 이는 뇌 혈전에서 미세 플라스틱이 발견된 이후 뇌조직 자체에서 미세 플라스틱을 보고한 첫 번째 연구다. 베르린 자유 대학의 박사후 미세 플라스틱 연구원이자 이번 연구의 주저자인 루이스 페르난도 아마토-로렌소는 CNN에 "이 구조에 존재하면 뇌의 다른 영역으로 전이될 수 있다"고 밝혔다. 아마토-로렌소는 입자의 크기와 모양이 섬유보다 작기 때문에 뇌와 척수를 여러 유해 물질로부터 보호하는 막인 혈액뇌장벽의 미세아교세포를 우회할 가능성이 더 높다고 덧붙였다. 이전 연구에서 미세 플라스틱과 나노 플라스틱은 우리 몸의 폐 조직과 모유와 태반, 고환 등 생식기에서도 발견됐다. 아울러 플라스틱 페트 병에 든 생수 등 마시는 물에서도 미세 플라스틱이 검출돼 경종을 울렸다. 연구팀은 출판된 논문에서 나일론의 현미경 사진을 게재했으며 "미세 플라스틱은 다양한 인체 조직에서 발견됐지만 인간의 뇌에서 존재한다는 사실은 기록되지 않았으며, 이는 잠재적인 신경 독성 효과와 미세 플라스틱이 뇌 조직에 도달하는 메커니즘에 대한 중요한 의문을 제기한다"고 기술했다. 이번 연구는 지난 16일 미국의학협회 저널 '자마 네트워크 오픈(JAMA Network Open)'에 발표됐다. 검출된 미세 플라스틱은 주로 입자 및 섬유 형태였으며, 폴리프로필렌이 가장 많이 발견됐다. 입자 크기는 5.5마이크로미터(㎛)에서 26.4마이크로미터 사이로, 평균적인 인간 머리카락 너비(약 8만 나노미터)의 1/4도 되지 않았다. 이보다 작은 것은 나노 플라스틱으로 10억분의 1미터 단위로 측정해야 한다. 폴리프로필렌은 포장재부터 자동차 부품, 의료 기기에 이르기까지 가장 널리 사용되는 플라스틱 중 하나이다. 이전 연구에서는 대기 오염 입자가 후각 경로를 따라 올라가는 것을 발견했지만, 이번 연구에서는 미세 플라스틱이 후각구 바로 아래 쪽의 작은 구멍을 통해 뇌까지 동일한 경로를 이용할 수 있음을 시사한다. 연구팀은 "코와 후각구에서 미세 플라스틱이 확인된 것은 취약한 해부학적 구조와 함께 후각 경로가 외인성 입자가 뇌로 들어가는 중요한 진입 지점이라는 개념을 강화한다"고 설명했다. 미세 플라스틱의 건강 영향은 아직 명확하지 않지만. 뇌 내 합성 물질 농도 증가는 긍정적인 신호가 아니다. 최근 연구에 따르면 미세 플라스틱은 신경 손상 및 신경 질환 위험 증가와 연관 있을 수도 있다. 또한 대기 오염과 인지 문제 사이의 연관성은 이미 잘 알려져 있다. 만약 미세 플라스틱이 비강으로 유입된다면 문제를 악화시킬 가능성이 있다. 연구팀은 "파킨슨병과 같은 일부 신경 퇴행성 질환은 초기 증상으로 비강 이상과 관련이 있는 것으로 보인다"고 말했다. 생분해성이 더 높은 플라스틱을 생산하려는 지속적인 노력에도 불구하고, 플라스틱 생산량은 지난 20년 동안 두 배로 늘었다. 지난 9월 4일 '네이처' 저널에 게재된 또다른 연구에 따르면 전 세계는 매년 5700만톤의 플라스틱 오염을 발생시키고 있다. 영국 리즈대학교 연구팀은 매년 발생하는 오염 물질은 약 5200만톤으로, 뉴욕시 센트럴 파크를 엠파이어스테이트 빌딩 높이만큼 플라스틱 쓰레기로 채울 수 있는 수준이라고 밝혔다. 5200만톤의 플라스틱 쓰레기를 서울의 여의도에 쌓으면 높이는 약 1만5600km에 이른다. 이는 지구 반지름(약 6371km)의 두 배가 넘는 엄청난 높이다. 참고로 지구에서 가장 높은 에베레스트 산의 해발 고도는 약 8846미터이다. 이번 연구는 플라스틱 오염의 심각성을 다시 한 번 강조하며, 미세 플라스틱의 건강 영향에 대한 추가 연구의 필요성을 제기한다.
- IT/바이오
2024-09-20
[신소재 신기술(109)] 나노실크 기반 여과 소재, 물속 화학물질과 중금속 제거 효과

화학 물질에 의한 물 오염은 전 세계적으로 빠르게 확산되고 있는 심각한 문제다. 미국 질병통제예방센터(CDC)의 최근 연구에 따르면, 검사를 받은 사람의 98%가 혈류에서 '영원한 화학 물질'이라고 알려진 화합물 계열인 과불화화합물(PFAS)이 검출됐다. 이런 화학 물질과 중금속을 여과하는 효과가 큰 소재가 MIT 연구팀에 의해 개발됐다고 MIT 공식 홈페이지가 발표했다. 게시글에 따르면 연구팀이 개발한 여과 소재는 화학이나 중금속 오염에 대한 자연 기반 솔루션을 제공할 수 있다고 한다. 상수도 필터로의 우선 활용이 예상된다는 기대다. 이 소재는 천연 실크와 셀룰로오스를 기반으로 하고 있으며, 지속성 화학 물질과 중금속을 광범위하게 제거할 수 있다. 나아가 항균 특성도 강해 필터가 오염되는 것을 방지하는 데 도움이 된다. PFAS 화학 물질은 화장품, 식품 포장, 방수 의류 소재, 소방용 거품, 조리도구용 코팅제 등 제품에 광범위하게 사용돼 오염을 일으킨다. 미국에서만 이 화학 물질로 오염된 5만 7000곳이 확인됐다. 미국 환경보호국(EPA)은 PFAS를 1조 분의 7 미만으로 제한하도록 규제하는 새로운 규정을 마련했으며, 이를 준수하기 위한 PFAS 정화에는 연간 15억 달러가 소요될 것으로 추정한다. 연구팀은 "PFAS 및 유사 화합물에 의한 오염은 실질적인 위협으로, 이번에 개발한 솔루션은 이를 효율적, 경제적으로 해결할 수 있다"라며 "연구팀이 단백질과 셀룰로오스 기반의 소재를 개발한 근본적인 이유"라고 설명했다. 이 연구는 우연히 이루어졌다. 초기 여과 소재 기술은 PFAS 제거와 전혀 관련 없는 목적을 위해 개발됐다. 당초에는 낮은 품질의 위조 종자 확산을 막기 위한 라벨링 시스템을 만드는 용도로 만들어졌다. 연구팀은 실온에서 환경친화적인 물 기반 드롭 캐스팅 방법을 통해 실크 단백질을 균일한 나노스케일 결정 또는 나노섬유로 가공하는 방법을 고안했다. 연구팀은 새로운 나노섬유 재료가 오염 물질을 걸러내는 데도 효과적일 것이라고 보았지만, 초기 시도에서는 효과를 보지 못했다. 그런데 여기에 셀룰로오스를 추가함으로써 해법을 찾아냈다. 팀은 얇은 막으로 형성될 수 있는 실크 기반 섬유에 셀룰로오스를 통합한 다음 셀룰로오스의 전하를 조정해 화학 물질과 중금속 오염 물질을 제거하는 데 매우 효과적인 재료를 생산하는 데 성공했다. 실험 결과 셀룰로오스의 전하는 강력한 항균 특성을 나타냈다. 이는 여과 필터의 주요 고장 원인 중 하나가 박테리아와 곰팡이에 의한 오염이라는 점에서 의미있는 발견이었다. 필터의 항균 특성이 오염 문제를 크게 줄일 수 있게 된 것이다. 실험실 테스트에서 이 여과 재료는 현재 사용되는 일반 재료인 활성탄 또는 과립 활성탄보다 물에서 훨씬 더 많은 오염 물질을 추출해 제거했다. 연구팀은 앞으로 원료의 내구성과 가용성을 개선하는 작업을 이어갈 계획이다. 연구에 활용된 실크 단백질은 실크 섬유 산업의 부산물로 이용할 수 있지만, 소재를 물 여과로 확장하면 공급이 부족할 수 있다. 대체 단백질 소재가 더 낮은 비용으로 같은 기능을 수행할 수도 있을 것이라는 기대다. 연구팀은 이 여과 소재가 주방 수도꼭지에 부착하는 필터로 우선 사용될 가능성이 높다고 말했다. 향후에는 거대 상수도 시설에서의 여과 용도로 확장될 것으로 예상했다. 물론 이는 오염 물질을 확실히 걸러준다는 사실이 입증된 후에 가능한 일이다. 연구팀은 이 소재의 큰 장점이 식품 성분이기 때문에 오염이 발생할 가능성은 매우 낮다고 자신했다. 한편 이 연구는 미국 해군연구소, 미국 국립과학재단, 싱가포르-MIT 연구기술연합의 지원을 받았다.
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2024-09-12
[우주의 속삭임(54)] 허블·찬드라 망원경, 충돌하는 은하 속 초거대 블랙홀 쌍 발견

미 항공우주국(나사·NASA)의 허블 망원경과 찬드라 X선 망원경을 이용해 약 300광년 떨어진 초거대 블랙홀 쌍이 관측됐다. 나사 허블사이트는 9일(현지시간) 홈페이지를 통해 이 블랙홀들은 충돌 중인 두 은하 중심에 위치하며, 가스와 먼지 유입으로 활동성 은하핵(AGN)으로 밝게 빛나고 있다고 밝혔다. 유럽우주국(ESA) 또한 같은 날 나사/ESA 허블 망원경과 NASA의 찬드라 X선 관측소는 매우 가까운 거리에 있는 두 개의 초 거대 블랙홀의 존재를 확인했다고 전했다. 나사에 따르면 이 AGN 쌍은 가시광선과 X 선 관측을 통해 발견된 지역 우주에서 가장 가까운 쌍이다. 된 이 쌍은 이전에 발견된 수십 개의 블랙홀 쌍보다 훨씬 가까운 거리에 위치한다. 이러한 AGN 쌍은 은하 병합이 빈번했던 초기 우주에서 더 흔했을 것으로 추정된다. 약 8억광년 떨어진 이번 발견은 가까운 곳에서 이를 관찰할 수 있는 독특한 기회를 제공한다. 이 발견은 허블 망원경의 고해상도 이미지에서 은하 내 작은 영역에 밝은 산소 가스가 집중되어 있음을 나타내는 세 개의 광학 회절 스파이크가 발견되면서 우연히 이루어졌다. 논문의 수석 저자인 매사추세츠 케임브리지에 있는 하버드 및 스미소니언 천체물리학 센터의 안나 트린다데 팔카오 박사는 "우리는 이런 것을 볼 수 있을 것이라고 예상하지 못했다"며 "이 모습은 가까운 우주에서 흔히 볼 수 있는 모습이 아니며 은하 내부에서 다른 일이 일어나고 있음을 말해준다"고 밝혔다. 연구팀은 찬드라 망원경을 사용해 X 선으로 동일한 은하를 조사했고, 허블 망원경으로 관측된 밝은 광점과 일치하는 두 개의 강력한 고에너지 방출원을 발견했다. 이를 통해 두 개의 블랙홀이 가까이 위치하고 있다는 결론을 내렸다. 연구팀은 추가적으로 뉴멕시코에 있는 칼 G. 잰스키 초대형 전파 망원경의 자료를 활용해 이 블랙홀 쌍이 강력한 전파를 방출한다는 사실도 확인했다. 허블 망원경이 관측한 세 번째 밝은 광원의 기원은 아직 밝혀지지 않았으며, 추가적인 데이터 분석이 필요하다. 나사는 "두 초거대 블랙홀은 각각 원래 은하의 중심에 있었지만, 은하 병합으로 인해 가까워졌다"며 "앞으로 두 블랙홀은 계속해서 서로에게 접근하여 결국 병합될 것이며, 이 과정에서 시공간에 중력파를 발생시킬 것"이라고 추정했다. 미국 국립과학재단의 레이저 간섭계 중력파 관측소(LIGO)는 이미 수십 개의 항성 질량 블략홀 병합에서 발생하는 중력파를 감지했지만, 초거대 블랙홀 병합에서 발생하는 더 긴 파장의 중력하는 LIGO로 감지할 수 없다. 차세대 중력파 검출기인 LISA(Laser Interferometer Space Antenna)는 2030년대 중반 발사될 예정이며, 수백만 마일 떨어진 세 개의 검출기를 통해 심우주에서 발생하는 긴 파장의 중력파를 포착할 수 있을 것으로 기대된다. 허블망원경은 나사와 유럽우주국(ESA)간의 국제 협력 프로젝트로 30년 이상 운영되어 왔다. 팔카오는 "허블의 놀라운 분해능이 없었다면 우리는 이 복잡한 현상을 볼 수 없었을 것"이라고 말했다. 이 연구 결과는 9일 '천체물리학' 저널에 게재됐다.
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2024-09-10
[우주의 속삭임(49)] 블랙홀과 암흑물질, 빅뱅 이전부터 존재했다?

블랙홀과 암흑물질의 비밀은 빅뱅 이전의 우주에 ‘비밀스러운 다른 모습’이 있었을 수 있다는 새로운 '바운싱' 우주론을 암시하고 있다는 새로운 연구가 발표돼 주목된다고 라이브사이언스가 전했다. 연구에서 제시하는 '바운싱'은 빅뱅 이전에 수축했다가 팽창으로 '튀어오르는 상황'을 의미한다. 우주론과 우주미립자 저널(Journal of Cosmology and Astroparticle Physics)에 최근 게재된 연구에 따르면 우주는 빅뱅 이전에 먼저 응축되는 기간을 겪었으며, 이로 인해 암흑물질의 수수께끼 같은 본질을 설명할 수 있는 블랙홀이 생성되었을 가능성이 있다. 연구에서 제시된 이론은 "우주는 초기 형성 단계에 먼저 수축해 극도로 밀도가 높은 상태에 도달한 후, 다음 단계에서 반등해 팽창, 즉 빅뱅 단계에 진입해 오늘날의 우주가 형성됐다"는 제안이다. 빅뱅 전에 수축이 먼저 일어났고, 이로 인해 밀도가 증가해 변동하면서 빅뱅 및 현재 관찰되는 가속 팽창으로 이어졌다는 것. 연구진은 수축의 정도를 오늘날보다 약 50배 작은 크기까지 응축되었다고 추정했다. 이는 우주가 빅뱅이라는 단일 사건에서 유래해 그 후부터 빠르게 팽창했다는 전통적인 우주론에 도전하는 것이다. 연구에 따르면 '수축 후 반등'은 블랙홀과 암흑물질에 대한 이해에 심오한 결과를 가져올 수 있다. 또 연구는 우주의 수축 단계에서 밀도 변동으로 인해 작은 블랙홀이 생겨났을 수 있다고 추정하고 있다. 이러한 원시 블랙홀은 반등을 견뎌내고 현재의 팽창 단계로 지속돼 우주 물질의 약 80%를 차지하는 암흑물질을 구성할 수 있다. 암흑물질은 여전히 수수께끼로 남아 있는 영역으로 빛을 반사, 흡수 또는 방출하지 않는다. 프랑스 국립 과학연구센터(CNRS)의 패트릭 피터 박사는 "작은 원시 블랙홀은 우주의 아주 초기 단계에서 생성될 수 있으며, 블랙홀이 극도로 작지 않다면 지금도 여전히 존재할 것이다. 이는 호킹(톡톡 튐) 복사로 인한 붕괴가 블랙홀을 제거하기에 충분치 않을 것이기 때문이다. 소행성 질량과 거의 비슷한 무게를 가진 블랙홀은 암흑물질 규명에 기여하거나 심지어 완전히 해결할 수도 있다"고 설명했다. 이 튀는 우주론 이론이 사실로 입증된다면, 특히 블랙홀과 암흑물질과 관련해 우주에 대한 이해에 혁명을 일으킬 수 있다. 원시 블랙홀의 존재는 빛과의 상호 작용이 부족해 과학자들이 오랫동안 이해하지 못했던 암흑물질의 본질에 대한 설득력 있는 정보를 제공할 수 있다. 한편, 천문학계는 '레이저 간섭계 우주 안테나(LISA)와 아인슈타인 망원경' 등 다가올 중력파 검출기가 이러한 원시 블랙홀이 생성되는 동안 방출된 중력파를 식별할 수 있는 기능을 갖추기를 희망하고 있다. 이 중력파가 감지된다면 이런 블랙홀이 암흑물질을 구성한다는 가설을 뒷받침하는 중요한 증거가 될 수 있다.
- IT/바이오
2024-09-03
[우주의 속삭임(37)] 화성 탐사선, 고대 생명체 흔적 발견

나사(NASA)의 퍼시비어런스(Perseverance) 로버(이동형 탐사선)이 화성의 암석에서 고대 생명체의 흔적을 발견했을 수 있다는 주장이 나왔다고 스페이스닷컴이 전했다. 탐사팀은 흥분하고 있지만, 사실임을 확인하기 위해서는 추가 분석이 필요하기 때문에 여전히 조심스럽다는 지적이다. 탐사선은 화성이 지금보다 더 습했던 수십억 년 전 미생물 생명체에 의해 형성되었을 수 있는 화학적 특징과 구조를 보유한 화살촉 모양의 암석을 발견했다. 학자들이 ‘체야바 폭포(Cheyava Falls)’로 명명한 암석 내부에서 탐사선은 우리가 아는 생명체의 선구자 격인 유기 화합물을 검출했다. 암석의 길이를 따라 구비져 흐르는 황산칼슘 혈관은 생명체에 필수인 물을 암시하는 광물의 퇴적물이다. 탐사선은 또한 샘플에서 수십 밀리미터 크기의 반점도 발견했다. 그 반점들은 각각 검은색 고리로 둘러싸여 있고 표범 반점 모양을 닮았다. 이 고리들은 철과 인산염을 함유하고 있는데, 이는 미생물이 주도하는 화학 반응의 결과로 지구에서도 볼 수 있다. 호주 퀸즐랜드 공과대학의 천체생물학자이자 퍼시비어런스 팀의 일원인 데이비드 플래너리는 "지구에서 이런 종류의 암석은 종종 지하에 살고 있는 미생물의 화석 기록과 관련된 특징으로, 대단히 놀라운 발견이다"라고 말했다. 화성에서 이런 특징이 집약된 흔적이 발견된 것은 이번이 처음이라고 한다. 체야바 폭포는 네레트바 밸리스(Neretva Vallis)라는 이름의 고대 400m 폭의 강 계곡 가장자리에 위치해 있다. 네레트바 밸리스는 이 지역의 내벽을 따라 흐른다. 한 가지 시나리오는 유기 화합물을 함유한 진흙이 계곡에 버려져 나중에 체야바 폭포 바위로 굳어졌다가 탐사선 샘플로 채취됐을 가능성이다. 형성된 바위에 물이 두 번째 스며들면 발견된 물체의 황산칼슘 혈관과 검은 고리 반점 모양이 만들어졌을 것이다. 바위의 눈에 보이는 특징들이 화성에 고대 미생물이 화성에 살았다는 반박할 수 없는 증거는 아니다. 예를 들어, 관찰된 황산칼슘이 화산 활동 중에 사람이 살 수 없을 정도로 높은 온도에서 바위에 들어갔을 가능성이 있다. 그러한 비생물학적 화학 반응으로 인해 검은 고리 모양의 반점이 생겼을 수 있는지는 아직 알 수 없다. 캘리포니아 공과대학의 켄 팔리 박사는 "레이저와 X-레이로 채취한 바위를 투시하고 상상할 수 있는 거의 모든 각도에서 이미지를 촬영했다. 과학적으로 퍼시비어런스 탐사선은 더 이상 제공할 것이 없다"고 말했다. 과학자들은 이제 수십억 년 전 화성의 고대 강 계곡에서 실제로 무슨 일이 일어났는지 이해하기 위해 샘플을 지구로 가져와 상세히 조사한다는 계획이다. 그러나 샘플을 지구로 가져오는 비용이 110억 달러로 너무 과도해 난관에 봉착혔다. 샘플을 이동시킬 차량의 배치 및 샘플 적재, 적재된 샘플을 궤도로 발사하고 이를 다시 우주선이 회수해 지구로 보내지는 복잡한 과정이다. 나사는 산업 및 학계에서 제안한 더 간단한 대안을 평가하고, 7개 회사와 150만 달러 규모의 계약을 체결했다. 나사의 자체 연구 센터 3곳도 연구를 수행하고 있다.
- IT/바이오
2024-07-30
[우주의 속삭임(33)] 화성 탐사선, 노란색 유황 결정 발견…생명체 암시 신호?

나사(NASA)의 큐리오시티(Curiosity) 화성 탐사선이 화성 표면에서 유황 결정체를 발견해 주목된다고 스페이스닷컴이 전했다. 유황 발견은 우연히 이루어졌다. 탐사선이 우연히 바위를 밟아 깨지면서 거기에서 지금까지 화성에서 발견되지 않았던 눈부신 노란색 유황 결정이 드러난 것이다. 이 유황 이미지는 캘리포니아 나사 제트추진연구소의 큐리오시티 프로젝트를 담당하고 있는 애쉬윈 바사바다 연구팀에게 전달되면서 대외에 알려졌다. 바사바다는 "화성에서 유황을 발견한 것은 사막에서 오아시스를 찾은 것과 같다"고 말했다. 큐리오시티는 2023년부터 황산염이 풍부한 지역을 다니며 화성을 탐사해 왔다. 이제 황산염은 더이상 화성의 신비가 아니다. 물이 증발하면서 형성된 이 염(소금)은 과거에도 발견됐지만, 황과 다른 물질이 혼합된 황 함유 광물 성분으로만 검출됐다. 이번에 발견된 것은 순수한 황 원소로, 이는 화성 탐사 최초다. 황 원소는 무취이며, 황이 형성되려면 특정한 조건이 필요하다. 이런 유황이 함유된 암석이 화성에서 드러난 것은 경이로운 일이라는 평가다. 생명체가 존재했을 가능성도 시사한다는 것이다. 황 및 황 함유 화합물은 다양한 생물학적 또는 비생물학적 과정을 통해 형성될 수 있다. 지구상에서 황의 형성은 때로 미생물이 대사할 때 황 화합물을 남기는 생물학적 활동을 의미한다. 그런 점에서 화성의 황은 화성이 과거 물과 상호작용했을 가능성이 있다는 단서를 제공한다. 물은 생명의 핵심 요소라는 점에서 특히 중요하다. 황 화합물은 또 화성의 열수 시스템 가능성, 화산 활동, 생명체가 존재할 수 있는 서식지인 고대 호수와 바다에 대한 정보도 보여준다. 이들은 심해 열수 분출구와 같은 극한 환경에서 일부 지구 미생물의 생존 메커니즘인 에너지를 생성하는 화학 반응에 관여한다. 화성에서의 유황 발견은 화성에 미생물이 생명을 지탱할 수 있었던 다양한 화학적 환경이 조성돼 있었을 가능성을 암시한다. 물론 유황만으로는 생명체의 존재를 확인할 수 없다. 그러나 황의 존재는 탄소, 수소, 질소, 산소, 인과 같은 다른 생명 유지 요소와 함께 화성에 과거 생명체가 존재했다는 가능성을 높인다. 큐리오시티 탐사선은 지금까지 7년이 넘도록 화성의 샤프 산을 오르내리며 탐사를 진행해 왔다. 화성 하늘로 무려 5km나 솟아 있는 거대한 이 산은 화성의 역사를 그대로 담고 있으며, 산의 각 층은 화성 역사의 서로 다른 시대를 나타낸다. 탐사선의 미션은 각각의 층을 연구해 화성이 언제, 어디서 미생물의 생명을 유지하는 데 필요한 조건을 갖추고 있었는지 조사하는 것이다. 특히 관심을 끄는 곳은 샤프 산의 일부를 구불구불하게 이어서 휘감는 게디즈 계곡(Gediz Vallis) 수로(채널)다. 학자들은 이 수로가 액체 상태의 물과 기타 잔해의 흐름에 의해 형성돼 탐사선이 연구하기에 좋은 장소라고 지적한다. 이번에 황이 발견되면서 연구와 탐사가 급진전될 것으로 보인다. 큐리오시티 탐사선은 유황이 발견된 지대 근처 '매머드 호수'라는 별명을 가진 암석에 41번째 구멍을 뚫는 시추 작업에 착수했다. 동시에 분말화된 황 샘플을 조사해 그 구성을 확인하고 있다. 이를 통해 화성의 지질학 역사에 대한 더 많은 정보가 축적될 것이며, 화성에서의 생명체에 대한 탐구는 계속될 것이라는 지적이다.
- IT/바이오
2024-07-23
[신소재 신기술(82)] 휴대폰 기반 라만 분광기 시스템 개발…유해물질 즉시 판별

독버섯 등 유해 물질을 즉시 판별할 수 있는 휴대폰 크기의 라만 분광기가 개발됐다. 미국 텍사스 A&M 대학교 피터 렌체피스 박사 연구팀이 휴대폰 카메라와 레이저 기술을 결합한 휴대용 라만 분광기를 개발했다고 사이테크데일리가 보도했다. 연구팀이 개발한 휴대용 분광기는 휴대폰 카메라와 라만 분광기를 결합해 육안으로 볼 수 없는 약물과 화학 물질, 생체 분자 등을 식별하고 검출할 수 있다. 특히 실험실 분광기를 사용할 수 없는 외딴 지역에서 유해 화학 물질 등을 비침습적으로 식별할 수 있다. 또한 기존 분광기에 비해 비용이 저렴하고 신속한 분석이 가능하며, 원격으로 현장 분석에 활용될 수 있다. 등산 중 독버섯 구별, 병원균도 '척척' 이 장치는 렌즈, 다이오드 레이저, 회절 격자(빛을 분산시켜 분석하는 작고 얇은 사각형 표면)를 휴대폰 카메라와 통합하여 라만 스펙트럼을 기록하는 방식으로 작동한다. 스펙트럼의 피크는 물질의 화학적 조성과 분자 구조에 대한 상세한 정보를 제공한다. 등산 중 먹어도 안전한 열매나 독버섯과 식용 버섯을 구별하거나 병원에서 며칠씩 걸리던 병권균 검출을 신속하게 처리하는 등 다양한 분야에 활용될 수 있다. 간편한 작동 방식, 빠르고 정확한 분석 휴대용 분광ㄱ장치 사용 방법은 간단하다. 휴대폰 카메라를 투과 격자를 향하도록 배치하고 레이저를 물질 샘플에 쏘면 카메라가 스펙트럼을 기록한다. 이를 휴대폰 애플리케이션/데이터베이스와 연동하면 현장에서 신속하게 물질을 식별할 수 있다. 기존 기술로는 알수 없는 물질을 식별하는 과정에서 생체 물질 샘플링과 실험실 분석이 필요해 분석에 몇 시간 또는 며칠이 걸렸다. 또한 기존 라만 분광기 가격은 수천 달러에 달하는 고가지만, 이번에 개발된 휴대용 분광기는 훨씬 저렴하게 제작할 수 있다. 렌체피스 박사는 "이 작은 장치는 주머니에 넣고 다니면서 특정 시스템이나, 재료 또는 샘플의 구성을 알려줄 수 있다"고 말했다. 이번 연구는 텍사스 A&M 대학교 공학 실험스테이션(TEES)의 자금 지원을 받았다.
- 포커스온
2024-07-23
[신소재 신기술(67)] 100% 생분해되는 보리 플라스틱 개발

덴마크 코펜하겐 대학교 연구팀이 100% 생분해되는 플라스틱을 개발하고 있다. 이 플라스틱은 보리 전분으로 만들어지며, 기존 플라스틱에 비해 훨씬 빠른 속도인 약 2개월만에 분해된다고 투머로우 월드투데이가 보도했다. 플라스틱은 가볍고 질기며 저렴한 가격과 다양한 활용성 등 많은 장점을 가지고 있지만 환경 오염 문제를 일으키는 주요 원인 중 하나다. 코펜하겐 대학교에 따르면 플라스틱 생산 과정에서 발생하는 이산화탄소 배출량은 전체 항공 교통량을 합친 것보다 많다. 또한 자연적으로 분해되지 않고 미세 플라스틱 형태로 환경에 잔류해 심각한 문제를 야기한다. 미세 플라스틱은 인체의 뇌와 폐, 태반을 비롯해 고환과 음경 등의 생식기에도 검출됐다는 새로운 연구가 속속 발표되고 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 코펜하겐 대학교 연구팀은 변형된 보리 전분으로 만들어져 2개월 안에 완전히 분해되는 새로운 플라스틱을 개발했다. 이 플라스틱은 작물에서 얻은 천연 식물성 원료를 사용해 식품 포장재 등에 활용될 수 있다. 연구팀의 안드레아스 블레노우 교수는 "플라스틱 폐기물 문제는 재활용만으로는 해결할 수 없다"며 "우리는 기존 바이오 플라스틱보다 강하고 물에 대한 내성이 뛰어난 새로운 종류의 바이오 플라스틱을 개발했다"고 밝혔다. 또한 "이 플라스틱은 100% 생분해 가능하며, 미생물에 의해 퇴비로 전환될 수 있다"고 부연했다. 새로운 바이오 플라스틱은 아밀로스와 셀룰로오스라는 식물성 원료를 주성분으로 하며 쇼핑백, 포장재 등 다양한 용도로 활용될 수 있는 잠재력을 가지고 있다. 연구팀은 아직 실험실 단계의 시제품만 개발했지만 덴마크를 비롯한 여러 지역에서 대량 생산이 가능할 것으로 전망했다. 블레노우 교수는 "바이오 플라스틱은 새로운 개념에 아니지만 오해의 소기자 있는 이름"이라고 지적했다. 현재 제한된 양의 바이오 플라스틱만이 분해 가능하며, 산업용 퇴비화 공장에서 특수한 조건에서만 분해된다는 게 그의 설명이다. 그는 "저는 그 이름이 적절하지 않다고 생각한다. 가장 흔한 유형의 바이오 플라스틱은 자연에 버려지면 쉽게 분해되지 않기 때문이다"라고 말했다. 블레노우 교수는 "플라스틱이 분해되는 과정은 수년이 걸릴 수 있으며, 일부는 미세 플라스틱으로 계속 오염을 일으킨다"며 "바이오 플라스틱을 분해하기 위해서는 특수 시설이 필요하다"고 거듭 강조했다. 소위 바이오 북합체에는 자연적으로 분해되는 여러 가지 성분이 포함되어 있다. 주요 성분은 식물계에서 흔히 볼 수 있는 아밀로스와 셀룰로오스다. 예를 들어 아밀로스는 옥수수, 감자, 보리 등에서 추출된다. 어밀로스와 셀룰로오스는 길고 강한 분자 사슬을 형성한다. 아밀로스가 풍부한 전분의 전체 생산 사슬을 이미 존재한다. 실제로 매년 수백만 톤의 순수 감자 전분과 옥수수 전분이 생산되어 식품 산업과 다른 여러 분야에서 사용된다고 불레노우 교수는 밝혔다. 그러나 플라스틱을 효율적으로 재활용하는 것은 결코 간단하지 않다. 각각의 플라스틱의 주요 차이점으로 인해 플라스틱을 분류하는 방법이 다 다르기 때문이다. 또 플라스틱을 재활용하기 위해서는 오염 물질이 용기 내부에 조금이라도 남아 있으면 안 된다. 블레노우 교수는 "플라스틱 재활용은 복잡하고 어려운 문제이며, 근본적인 해결책이 될 수 없다"며 "플라스틱처럼 작동하면서 환경을 오염시키지 않는 새로운 소재를 개발하는 것이 중요하다"고 강조했다. 현구팀은 현재 특허 출원을 처리 중이다. 승인되면 새로운 바이오 복합소재를 생산할 수 있는 기반이 마련될 수 있다.
- 포커스온
2024-07-01
[우주의 속삭임(20)] 소행성 베누 샘플서 생명체 구성요소인 인산염 발견

미국 항공우주국(나사·NASA)의 소행성 연구 우주 탐사선 오시리스-렉스(OSIRIS-REx)가 소행성 베누(Bennu)로부터 채취한 4.3온스(121.6g)의 샘플을 분석한 결과 생명체의 구성 요소인 인산염이 발견됐다. 나사는 공식 홈페이지에서 "오시리스-렉스 샘플 분석팀은 소행성 베누가 우리 태양계를 형성하는 성분들을 함유하고 있음을 발견했다"고 밝혔다. 베누의 먼지에는 생명체에 필수적인 구성 요소인 탄소와 질소, 유기 화합물이 풍부한 것으로 나타났다는 것. 지구로 가져온 베누 샘플에는 또한 마그네슘-나트륨 인산염이 포함돼 연구팀을 놀라게 했다. 이는 베누 우주선이 수집한 원격탐사 데이터에서는 나타나지 않았었다. 점토 광물, 특히 사문석(뱀 문양의 돌)이 대부분인 이 샘플은 지구 지각 아래층 맨틀 물질이 물과 만나는 지구의 대양 중간 능선에서 발견되는 암석과 유사한 유형이다. 지구로부터 떨어져 나갔을 가능성을 시사하는 대목이다. 이는 점토 형성에 그치지 않고 탄산염, 산화철, 황화철 등 다양한 광물을 만들었다. 그 중에서도 가장 놀라운 발견은 수용성 인산염의 존재였다. 인산염은 오늘날 지구상에 알려진 모든 생명체의 생화학 구성 요소다. 지난 2020년 JAXA(일본우주항공연구개발기구)의 하야부사2 임무에서 채취한 소행성 류구(Ryugu) 샘플에서도 유사한 인산염이 발견됐었다. 그러나 베누 샘플에서 검출된 마그네슘-나트륨 인산염은 어떤 운석 샘플에서도 유례가 없을 정도로 순도가 탁월하다. 연구진은 이것이 베누의 역사에 대한 귀중한 단서를 제공한다고 지적했다. 연구진의 단테 로레타 애리조나 대학 박사는 "베누 샘플에서 나타난 각종 원소, 특히 인산염의 존재와 상태는 과거 소행성에 물이 존재했음을 암시한다"며 “베누는 과거 한때 습한 행성이었을 수 있지만, 이는 추가 조사가 필요하다"고 말했다. 나사의 제이슨 드워킨 박사도 오시리스-렉스가 과거에는 습했으며 질소와 탄소가 풍부했을 것으로 추정되는 원시 소행성 베누 샘플을 가져왔다"고 밝혔다. 베누는 물이 존재한 역사가 있었을 가능성에도 불구하고, 화학적으로 원소 비율이 태양과 매우 유사한 원시 소행성으로 남아 있다. 로레타는 "가져온 샘플의 구성에서 45억 년 이상 전 우리 태양계 초기 모습을 엿볼 수 있다. 이 샘플은 생성된 이래 녹거나 재응고되지 않은 원래의 상태를 유지하면서 고대의 기원을 보여준다"고 의미를 부여했다. 연구진은 샘플을 통해 소행성 베누에 탄소와 질소가 풍부하다는 사실을 확인했다. 이 원소들은 베누의 물질이 탄생한 환경과 함께, 단순한 원소가 복잡한 분자로 변환하는 화학적 과정을 이해하는 데 매우 중요하다. 지구상의 생명체의 기원을 밝히는 기초를 마련할 가능성도 있다. 태양계 형성의 복잡한 과정과 지구에 생명체가 출현한 프리바이오틱 화학을 밝히는 열쇠를 쥐고 있다는 것이다. 향후 수 개월 안에 미국과 전 세계의 연구소가 휴스턴에 있는 나사의 존슨 우주센터로부터 베누 샘플의 일부를 제공받게 된다. 베누 샘플 분석이 활발해지고, 더 많은 연구 결과가 발표될 것이라는 기대다. 2016년 9월 발사된 오시리스-렉스 우주선은 지구 근처 소행성 베누로 이동해 베누 표면에서 암석과 먼지 샘플을 수집했고 2023년 9월 이 샘플을 지구로 가져왔다. 나사의 고다드 우주 비행센터가 오시리스-렉스 임무를 관리했다. 이 임무는 국제적인 협력 아래 이루어졌으며 CSA(캐나다 우주국), JAXA 등이 함께했다.
- IT/바이오
2024-06-28
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
후각 능력 탁월한 꿀벌, 폐암 조기 진단 가능성 제시

꿀벌이 폐암 조기 진단에 도움이 될 수 있다는 사실이 미시간 주립대학교(MSU) 연구진의 연구 결과 밝혀졌다. MSU는 연구 보고서 요약 글을 홈페이지에 게재했다. 이 소식은 폭스뉴스, 로이터 등 외신들도 주요 뉴스로 전했다. 홈페이지 게시글에 따르면 입에서 나오는 냄새를 꿀벌의 감각과 연결해 폐암을 조기 진단함으로써 인간의 생명을 구하는 새로운 방법이 될 수 있다는 것이다. MSU 연구진은 꿀벌이 인간이 호흡할 때 폐암과 관련된 화학 물질을 감지할 수 있다는 사실을 발견했다. 꿀벌이 82%의 높은 성공률로 인간 폐암 바이오마커를 탐지할 수 있었다는 것이다. 이 연구 결과는 '바이오센서&바이오일렉트로닉스' 저널에 발표됐다. 연구진은 "이번 연구 결과는 꿀벌의 후각 시스템이 인간의 폐암을 감지하는 생물학적 센서로 사용될 수 있음을 알려 주었다"고 밝혔다. 연구팀원인 MSU의 디베이트 사하 교수는 "곤충은 개와 마찬가지로 놀라운 후각을 가지고 있음이 확인됐다"고 말했다. 연구진은 꿀벌이 건강한 사람의 호흡과 폐암 환자의 호흡에서 화학 물질을 구별할 수 있는지의 여부를 확인하기 위해 폐암 환자의 호흡에서 검출되는 6가지 화합물과 건강한 사람의 호흡 화합물을 구별하는 발법론을 고안했다. 이를 통해 연구진은 약 20마리의 벌을 대상으로 건강한 인간 호흡 혼합물과 폐암 환자의 혼합 화합물 감응을 테스트했다. 연구진은 각각의 꿀벌의 활동을 측정하기 위해 뇌에 작은 전극을 부착했다. 그 후 암 환자와 정상인의 호흡을 꿀벌의 더듬이에 전달해 꿀벌 뇌의 신경 신호를 기록했다. 그 결과 꿀벌의 신경 반응에 변화가 발생했음을 확인했다. 연구팀은 꿀벌이 폐암을 나타내는 화합물이 비록 소량이라도 이를 탐지할 수 있다는 사실을 발견했다. 사하 교수는 "꿀벌은 매우 작은 농도의 화합물도 감지할 수 있었다. 호흡 혼합물의 화학적 농도의 미세한 변화를 10억 분의 1까지 구분할 수 있었다. 이는 매우 강력한 실험 결과였다"라고 강조했다. 꿀벌은 특히 합성 폐암 환자의 호흡과 건강한 사람의 호흡의 차이를 명확히 구분해 냈다. 연구진은 게시글에서 이 연구가 인간의 호흡을 테스트해 폐암의 여부를 알아낼 수 있는 '꿀벌 뇌 기반 센서'의 개발로 이어지기를 희망한다고 썼다. 꿀벌은 특히 암세포를 발견할 뿐만 아니라 다양한 유형의 폐암 세포주를 구별하는 능력도 갖고 있었다. 연구진은 "꿀벌 뇌 센서가 특정 암을 신속하게 진단하고 정확한 치료를 받을 수 있을 것이며, 궁극적으로 미래 암 치료 부문에 큰 영향을 미칠 것“이라고 강조했다. 폐암은 전 세계적으로 암 중에서도 높은 비중을 차지하며, 사망의 주 원인이기도 하다. 폐암연구재단(Lung Cancer Research Foundation)에 따르면 2024년 미국에서는 약 23만 5580명이 폐암 진단을 받을 것으로 예상된다. 흡연은 폐암 발생의 주요 위험 요인이며 폐암 사망의 80%를 차지한다. 고위험 폐암을 조기에 발견하면 사망 확률을 최대 20%까지 줄일 수 있다.
- IT/바이오
2024-06-19
미세 플라스틱, 밝은 색상 제품이 더 빨리 분해된다

빨간색과 파란색 등 밝은 색상의 플라스틱 제품이 더 빨리 분해되는 것으로 나타났다. 대부분의 플라스틱 제품은 자연 환경에서 분해되지 않고, 아주 작은 플라스틱 조각인 미세플라스틱으로 분해돼 토양과 바다를 오염시키는 주범으로 작용하고 있다. 플라스틱 품목의 색상이 마세플라스틱으로 분해되는 속도에 영향을 미칠 수 있다는 연구 결과가 입증되었다고 영국 일간지 더 가디언이 최근 보도했다. 영국과 남아프리카 과학자들은 다양한 색상의 플라스틱을 영국 레스터 지역의 지붕 쥐에 3년 동안 방치해 둔 뒤 남아프리카 해변에서 발견된 플라스틱 품목과 비교 분석했다. 실험 결과 빨간색, 파란색, 녹색 플라스틱은 다른 색상보다 더 빨리 분해되는 것으로 알려졌다. 논문의 수석 연구원인 사라 키(Sarah Key) 박사는 가디언에 "영국 레스터의 옥상에 방치된 샘플과 아프리카 대륙 남단의 바람이 많이 부는 해변에서 수집한 샘플이 비슷한 결과를 보여주는 것은 놀랍다"라고 말했다. 최근 연구에 따르면 미세플라스틱은 외딴 산꼭대기와 대기 상층부, 심해, 심지어 남극 대륙 등 지구 구석구석에서 발견되고 있다. 대기 중의 미세플라스틱은 호흡을 통해 인체 내부로 들어오고 있으며, 인간의 뇌와 태반, 고환과 정액에서도 미세플라스틱이 검출돼 충격을 안겼다. 최근 '전체 환경과학' 저널에 따르면 중국에서 진행된 실험 결과 건강한 남성 36명의 모든 정액 샘플에서 미세 플라스틱이 발견됐다는 충격적인 결과가 보고됐다. 연구팀은 사람들이 플라스틱 물병에 든 물을 마시거나 공기 입자를 흡입하거나, 플라스틱 용기에 담긴 가열된 음식을 먹는 등 다양한 방법을 통해 미세플라스틱이 몸 안으로 들어갈 수 있다고 지적했다. 그들은 또한 사람들이 이제 미세플라스틱 섭취를 피하는 것은 사실상 불가능하다고 말했다. 연구팀은 폴리염화비닐 플라스틱 조각이 포함된 정액 샘플에서 정자의 운동성이 낮다는 사실을 발견했다. 이는 출산율 감소를 설명하는 데 도움이 될 수 있음을 시사한다. 특히 재활용되지 않고 바다로 흘러들어가는 플라스틱과, 비닐 포장재 등을 통해 식품 시스템에서 플라스틱과 미세 플라스틱 오염이 더욱 심각해지고 있다. UN 환경프로그램(UNEP)의 보고서는 미세플라스틱이 환경에 미치는 영향과 해양, 토양, 담수, 수돗물 등 어디에나 존재하고 있다고 강조했다. UNEP에 따르면 이러한 미세 플라스틱은 동물과 인간에게 염증을 유발하고 신경계를 뱅해하는 등 건강에 해를 끼치고 있다. MIT 테크놀로지 리뷰에 다르면 매년 생산되는 플라스틱의 5~6%만이 재활용되고 있는 실정이다. 이번 연구 결과 빨간색과 파란색, 녹색 플라스틱 제품이 더 빨리 분해된다는 점은 해당 색상의 플라스틱 사용을 줄이는 데 도움이 될 수 있다. 실제로 페기물 방지 자선 단체인 Wrap은 플라스틱을 더 쉽게 재활용할 수 있도록 제조업체에 색소 사용을 피해달라고 이미 조언하고 있다고 가디언은 전했다. 일반적으로 플라스틱의 재활용율이 낮다는 점을 고려하면 플라스틱 포장재로 된 제품 구매나 사용을 피하는 방법도 있다. 여기서는 청소용품을 가정용으로 대체하거나 재사용 가능한 품목의 우선 순위를 정하는 것도 포함된다.
- 생활경제
2024-06-16
[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
[먹을까? 말까?(23)] 다크 초콜릿, 필수 미네랄 함유…중금속 오염 경로는?

미국에서 다크 초콜릿이 중금속 오염 우려를 씻어내고 건강에 유익하다는 판정을 받았다. 앞서 2023년 컨슈머리포트가 특정 다크 초콜릿 브랜드에 위험한 양의 납과 카드뮴이 함유되어 있을 수 있다고 밝혀 다크 초콜릿의 건강상 우려를 제기했다. 미국 루이지애나주 툴레인대학교의 새로운 연구에 따르면 다크 초콜릿을 매일 섭취하는 것이 성인에게 안전하며, 영양학적으로도 유익한 수준의 필수 미네랄을 함유하고 있다는 사실이 확인됐다고 사이테크데일리가 10일(현지시간) 보도했다. 툴레인대학교 연구팀은 최근 다크 초콜릿 섭취의 안전성을 평가하기 위해 미국 시장에서 판매되는 다양한 글로벌 브랜드의 다크 및 밀크 초콜릿 155종을 대상으로 연구를 실시했다. 연구 결과는 학술지 '푸드 리서치 인터내셔널(Food Research International)'에 게재됐다. 연구팀은 납, 카드뮴 등 유해 금속 16종과 구리, 철, 아연 등 필수 미네랄의 함유량을 분석했다. 또한 하루 1온스(약 28g)의 다크 초콜릿 섭취가 건강에 미치는 영향을 조사했다. 이는 일주일에 전체 초콜릿을 2개 이상 소비하는 것과 맞먹는 양이다. 연구 결과 카카오 함유량이 50% 이상인 다크 초콜릿 바의 카드뮴 국제 기준치(킬로그램당 800마이크로그램)를 초과한 제품은 단 1개 브랜드에 불과했다. 또한 미국 3세 어린이의 평균 체중인 33파운드(약 15kg) 이하의 어린이에게 위험을 초래할 수 있는 카드뮴 수치를 보인 다크 초콜릿 바는 4개에 불과했다. 툴레인대학교 공중보건의 및 열대의학대학원 환경보건과학 조교수인 테우드로스 고데보(Tewodros Godebo)는 "성인의 경우 다크 초콜릿으로 인한 위험은 없으며, 샘플로 채취한 155 종의 초콜릿 바 중 4종에서 어린이에게 약간의 위험이 있었지만 일반적으로 3세 아동이 일주일에 2개 이상의 초콜릿 바를 섭취하는 것은 드문 일"이라고 말했다. 납 검사에서 2종의 초콜릿 바에서 캘리포니아 주의 잠정 기준치를 초과하는 수치가 검출됐지만, 성인이나 어린이에게 건강상 유의미한 위험을 초래하지 않는 것으로 판단됐다. 필수 메네랄 함유량 이번 연구는 기존 연구 대비 더 많은 샘플은 사용했으며, 검사 항목을 16가지 중금속으로 확대했다. 또한 필수 미네랄의 영양 섭취 가이드를 고려해 유해 즁금속 노출 위험 평가를 실시했다. 연구 결과 다크 초콜릿은 구리, 철, 망간, 마그네슘, 아연 등 필수 영양소를 풍부하게 함유하고 있으며, 일부 제품은 성인과 어린이의 일일 필수 섭취량의 50% 이상을 충족시킬 수 있다는 사실이 밝혀졌다. 연구팀은 "다크 초콜릿은 필수 미네랄이 풍부할 뿐만 아니라, 이러한 미네랄 섭취가 장에서 유해 중금속 흡수를 감소시킬 수 있다"고 설명했다. 중금속 오염 경로 연구 결과 초콜릿의 납은 대부분 수확후 가공 과정에서, 카드뮴은 토양에서 카카오 식물을 거쳐 카카오 콩으로 이동하는 과정에서 오염되는 것으로 나타났다. 또한 연구팀은 카카오가 생산되는 지리적 분포에 따라 카드뮴과 납 함유량이 차이가 있음을 확인했다. 남미산 다크 초콜릿에서 이러한 중금속 함유량이 더 높았으며, 미국 다크 초콜릿의 주요 공급원인 서남아프리카산 초콜릿에서는 상대적으로 중금속 농도가 낮은 것으로 나타났다. 연구팀은 "남미산 초콜릿의 경우에도 하루 1온스 섭취시 건겅상 문제가 없는 것으로 나타났다"고 밝혔다. 참고로 우리나라 식품의약품안전처의 식품공전에 따르면 초콜릿은 코코아가공품류에 식품 또는 식품 첨가물 등을 더해 가공한 것으로 코코아고형분 함량 30% 이상(코코아버터 18% 이상, 무지방 코코아고형분 12% 이상인 것)을 말한다. 밀크 초콜릿은 코코아가공품류에 식품 또는 식품첨가물 등을 더해 가공한 것으로 코코아고형분을 20% 이상(무지방 코코아 고형분 2.5% 이상) 함유하고 유고형분이 12% 이상(유지방 2.5% 이상)인 것을 말한다. 참고 자료: '초콜릿의 필수 요소 수준 상승과 함께 중금속의 발생: 건강 위험 평가' Tewodros Rango Godebo, Hannah Stoner, Pornpimol Kodsup, Benjamin Bases, Sophia Marzoni, Jenna Weil, Matt Frey, Preston Daley, Alexa Earnhart, Gabe Ellias, Talia Friedman, Satwik Rajan, Ned Murphy 및 Sydney Miller, 2024년 4월 20일, Food Research International. DOI: 10.1016/j.foodres.2024.114360
- 생활경제
2024-06-11
[먹을까? 말까?(16)] 탄산수에서 '영원한 유해 화학물질' 검출

미국에서 탄산수(스파클링 워터)에서 '영원한 유해 화학물질(PFAS)'이 검출된 것이 최근 재조명되면서 국민들에게 충격을 주고 있다. PFAS는 과불화합물(페르-플루오로알킬 및 퍼플루오로알킬 물질)의 총칭으로, 매우 강력한 탄소(C)-불소(F)결합이 포함돼 있어 자연에서는 시간이 흘러도 분해되지 않는다. 환경에서 분해되지 않고 오랫동안 지속돼 '영원한 화학물질' 또는 '영구 화학물질'로 불린다. 미국 언론에서는 탄산수에서 영원한 화학물질이 검출된 것이 약 3년 만에 재조명돼 파문이 일고 있다고 아파트먼트 테라피가 더 키친을 인용해 지난 20일(현지시간) 보도했다. 이 연구는 2020년 실시된 것으로, 당시 컨슈머 리포트(Consumer Reports)는 47개의 생수 병(탄산수 12개 포함)을 대상으로 페르-플루오로알킬 물질(PFAS) 함량을 조사했다. 미국 소비자들은 탄산수 대한 연구 결과가 최근 집중적으로 재조명되면서 혼란스러워하고 있다고 이 매체는 전했다. 연구에 따르면 폴란드 스프링과 토포 치코 등 일부 탄산수에서는 PFAS가 1ppt(parts per trillion·1조분율)~10ppt 수준이 검출됐다. 영원한 화학물질(PFAS)이란? 실제로 PFAS는 우리가 만지거나 섭취하는 거의 모든 것에 존재한다. 미국 환경보호청(EPA)에 따르면 PFAS는 물, 토양, 대기, 식품 등에서 검출될 수 있다. PFAS를 미량 함유하는 물질에는 식수, 식품 포장재, 소방용품(화재진압용 거품), 석휴화학 산업, 가정용 세제, 방수 제품과 더러움을 덜 타게하는 방오가공된 복장, 화장품 등 위생용품(샴푸, 치실 포함), 코팅 조리기구, PFAS에 오염된 물이나 가축에 노출된 생선, 유제품 등이 있다. 심지어 숨쉬는 공기에도 PFAS가 포함될 수 있다. 물, 기름, 열에 강한 특성을 지니고 있는 PFAS는 쓰레기 매립지, 하수처리 시설 등을 통해 자연환경으로 유출된다. 그로 인해 탄산수뿐만 아니라 지하수(식수 포함)에서도 PFAS가 검출될 수 있다. PFAS에 대한 우려는 이러한 화학 물질이 장기적인 건강에 미칠 수 있는 영향과 관련이 있다. 일부 연구에서는 PFAS와 암 위험 증가, 소아 발달 장애, 생식 문제, 면역 체계 및 호르몬, 콜레스테롤 수치 변화 등의 연관성을 제시하고 있다. 이러한 이유로 미국 바이든-해리스 정부는 최근 건강 권고 식수 기준치를 4ppt 이하로 규제하는 정책을 발표했다. 최근 PFAS가 특정 암과 질병 위험을 높이는 것으로 밝혀진 뒤 미국 환경보호청(EPA)은 식수에서 PFAS를 규제하기 위한 권고 기준을 발표했다. EPA는 2022년 6월 특정 PFAS에 대한 권고 기준치를 설정했으며 그중 과불화옥탄산(PFOA)과 과불화부탄산(PFOS)의 권고 기준을 극히 낮은 수준으로 제시했다. 이 기준은 건강 보호를 위한 권고 수준이며 법적 규제 수준은 아니다. EPA가 제시한 PFOA(Perflurooctanoic acid) 권고 기준은 0.004ppt, PFOS(Perfluorooctane sulfonate) 권고 기준은 0.02ppt이다. EPA는 PFAS에 대한 국가 음용수 기준(NPDWR)을 설정하는 절차를 진행중이다. 이는 법적 규제 기준으로 모든 공공 수돗물 시스템이 준수해야 한다. 아울러 PFAS의 확산을 모니터링하고 건강에 미치는 영향을 연구하는 프로그램을 운영하고 있다. PFAS에 대한 우려 PFAS와 만성 질환 위험 증가, 면역 체계 및 호르몬 장애와의 연관성을 제시하는 연구가 있지만, 연구는 아직 진행 중이다. 특히 탄산수와 같은 저농도 노출 시 건강에 미치는 영향에 대한 명확한 결론을 내리기에는 자료가 부족하다. 이번 컨슈머 리포트 연구는 환경 작업 그룹(EWG)의 기준을 따르고 있다. EWG는 1ppt 이상의 PFAS 섭취를 위험하다고 판단한다. 반면 미국 농무부(USDA) 기준은 70ppt이며, 70ppt 이하에서는 "건강상 악영향이 발생하지 않을 것"으로 예상했다. 유럽연합(EU)은 PFAS 자용 전면 제한을 추진 중이다. EU는 2024년 이후부터 위해성 평가위(RAC) 및 사회경제성 분석위(SEAC)에서 최종 평가의견을 결정하고, 2025년 유럽연합집행위원회에서 안건을 채택할 계획이다. 이후 이르면 2026년부터 사용 제한 조치를 적용할 예정이다. 탄산수 종류와 섭취시 주의사항 탄산수는 이산화탄소가 용해된 물을 말한다. 자연적으로 광천수에서 발생하거나 인공적으로 물에 이산화탄소를 주입해 만들 수도 있다. 탄산수의 특징으로는 시원하고 상쾌한 맛을 들 수 있다. 이산화탄소가 입안을 자극해 시원하고 상쾌한 느낌을 준다. 또한 위장 점막을 자극해 소화액 분비를 촉진하고 소화를 돕는다. 그밖에 혈관을 확장시켜 혈액 순환을 개선하며, 식욕을 억제하는 효과가 있다. 탄산수의 종류에는 인공적으로 이산화탄소를 주입한 물로 플레인 탄산수, 인공 감미료를 사용해 설탕 함유량을 낮춘 다이어트 탄산수, 퀴닌이라는 쓴맛 성분을 함유한 탄산수로 토닉 워터가 있다. 미네랄이 풍부한 광천수 탄산수는 '셀처 워터(Seltzer water)'라고 부른다. 일부 탄산수는 나트륨 함량이 높을 수 있으므로 고혈압 환자는 나트륨 함량이 낮은 제품을 선택하는 것이 좋다. 또한 일부 탄산수에는 카페인이 함유되어 있으므로 카페인에 민감한 사람은 카페인이 함유되지 않은 제품을 선택하는 것이 좋다.
- 생활경제
2024-05-22
미세 플라스틱, 인간과 개 고환 조직에서도 발견⋯생식 기능 저하 우려

미세 플라스틱이 인간 태반과 생쥐의 뇌뿐만 아니라 인간과 개의 생식기에서도 발견됐다. 미국 뉴멕시코주 앨버커키에 있는 뉴멕시코대학(UNM) 연구팀은 인간과 개의 고환 조직에서 미세 플라스틱을 다량 검출했다고 밝혀 미세 플라스틱이 인간의 생식 건강에 미칠 수 있는 영향에 대한 우려가 커지고 있다. 앞서 수행된 연구에서 미세 플라스틱은 인간의 태반과 장기, 생쥐의 뇌에서도 검출됐다. 지난 4월 10일 '환경 건강 관점(Environmental Health Perspectives)'에 발표된 연구 중 하나는 건강한 쥐에게 폴리스티렌 마이크로스피어(polystyrene microspheres)를 4~8주 동안 먹이는 실험이었다. 이후 과학자들은 폴리스티렌 마이크로스피어를 섭취한 쥐의 경우 뇌, 간, 신장 등의 조직에서 미세 플라스틱 조각이 검출된 것을 확인했다. 또한 미세 플라스틱을 먹은 쥐에게서 담석증 형성이 가속화됐다는 연구 결과도 나왔다. 세계보건기구(WHO)에 따르면, 미세 플라스틱은 일반적으로 크기가 5mm 이하인 불용성 고체 고분자 입자를 말한다. 그보다 더 작은 1㎛(마이크로미터) 이하의 입자는 일반적으로 미세 플라스틱이 아닌 나노 플라스틱으로 불린다. UNM 간호대학 교수인 샤오중 '존' 유(Xiaozhong 'John' Yu) 박사가 이끄는 연구팀은 '독성 과학(Toxicological Sciences)' 저널에 발표한 새로운 논문에서 사람 23명과 개 47마리의 고환에서 12종의 미세 플라스틱을 발견했다고 보고했다. 유 박사는 "우리 연구에서는 모든 인간과 개의 고환에 미세플라스틱이 존재한다는 사실이 밝혀졌다"고 말했다. 연구팀은 새로운 분석 방법을 사용해 조직 검체에서 미세 플라스틱의 양을 정량화할 수 있었으며, 특정 플라스틱 종류와 개의 정자 수 감소 간의 상관관계를 밝혀냈다. 인체 생식계에 미치는 다양한 환경 요인을 연구하는 유 박사는 최근 들어 중금속, 농약, 내분비계 교란 물질 등이 전 세계적으로 사람들의 정자 수 및 질적 저하에 관련이 있다고 말했다. 유 박사는 인간 태반에서 미세 플라스틱 존재를 입증한 매튜 캠펜 박사(뉴멕시코 대학교 약대 교수)와의 대화를 통해 미세 플라스틱의 인체 검출에 다른 원인이 있을지도 모른다는 의문을 갖게 됐다고 한다. 이를 계기로 유 박사는 캠펜 박사의 연구실에서 태반 연구에 사용했던 것과 동일한 실험 방법을 사용해 연구를 설계했다. 연구팀은 뉴멕시코 검시관 사무소로부터 익명 처리된 인체 조직(7년 보관 후 폐기)을 입수했으며, 개 조직은 앨버커키시 동물 보호소와 중성화 수술을 시행하는 사설 동물 병원에서 제공했다. 연구팀은 시료를 화학적으로 처리해 지방과 단백질을 분해하고 각 시료를 초원심 분리기로 회전시켜 플라스틱 덩어리를 얻었다. 그런 다음 금속 컵에 담긴 플라스틱 펠릿을 섭씨 600도까지 가열했다. 연구팀은 질량 분석기를 사용해 특정 온도에서 다양한 종류의 플라스틱이 연소할 때 배출되는 가스를 분석했다. 개의 경우 고환 조직에서 미세 플라스틱의 평균 농도는 1g당 122.63μg(마이크로그램, 1g의 백만분의 1)였다. 인체 조직에서는 329.44μg/g으로 개보다 거의 3배 높았다. 이는 캠펜 박사가 태반 조직에서 발견한 미세 플라스틱 평균 농도보다도 훨씬 높았다. 유 박사는 "처음에는 미세 플라스틱이 생식 기관에 침투할 수 있을지 의문이 들었다"라면서도 "개에 대한 결과를 처음 받았을 때 저도 놀랐다. 인간에 대한 결과를 받았을 때는 더욱 놀랐다"고 말했다. 폴리에틸렌(PE) 최다 검출 연구팀에 따르면 인간과 개의 조직에서 가장 흔하게 발견되는 폴리머는 폴리에틸렌(PE)이었다. 이는 플라스틱 가방과 병 제조에 사용된다. 개에게는 산업, 도시 및 가정용 배관과 여러 다른 용도로 사용되는 PVC가 그 뒤를 이어 검출됐다. 유 박사는 연구팀은 화학적으로 보존된 인간 시료에서는 정자 수를 세어볼 수 없었지만, 개의 경우 시료의 정자 수를 셀 수 있었으며, 조직 내 PVC 농도가 높을수록 정자 수가 적다는 상관관계를 발견했다고 말했다. 하지만 PE 조직 농도와는 관련성이 없었다. 그는 "플라스틱 종류에 따라 잠재적인 기능과 상관관계가 있을 수 있다"며 "PVC는 정자 생성을 방해하는 많은 화학물질을 방출할 수 있으며, 내분비계 교란을 일으키는 화학물질을 포함하고 있다"고 말했다. 이 연구는 몇 가지 이유로 인간과 개의 조직을 비교했는데, 그 중 하나는 개가 사람과 함께 살고 환경을 공유하기 때문이다. 또한 개와 사람은 생물학적 특징도 일부 공유하고 있다. 유 박사는 "쥐나 다른 동물에 비해 개는 인간에 더 가깝다"고 말했다. 이어 "생리적으로 그들의 정자 생성은 인간에 더 가깝고 농도도 인간과 더 유사하다"면서 개의 정자 수도 감소하는 것으로 보인다고 전했다. 그는 "개와 인간이 정자 수 감소에 기여하는 공통적인 환경 요인을 공유하고 있는 것 같다"고 부연했다. 미세플라스틱은 플라스틱이 햇빛의 자외선에 노출되어 매립지에서 분해될 때 발생한다. 바람에 날리거나 인근 수로로 운반될 수 있으며, 일부 조각은 나노미터(10억 분의 1미터) 단위로 측정될 정도로 매우 작다. 매년 강과 바다호 흟러드는 플라스틱 폐기물은 800만톤에 달하는 것으로 알려졌다. 전 세계적으로 플라스틱 사용이 계속 증가함에 따라 플라스틱은 이제 환경에 어디에나 존재한다. 심지어 남극 대륙의 크릴 새우에도 미세 플라스틱이 발견됐다. 유 박사는 OMI 부검 시료에 포함된 남성의 평균 연령이 35세로, 플라스틱 유통량이 적었던 수십 년 전부터 플라스틱에 노출되기 시작했다는 점에 주목했다. 그는 "그 어느 때보다 많은 플라스틱이 환경에 존재하는 지금이 젊은 세대에게 더 큰 악 영향을 미칠까 우려스럽다"고 말했다. 그는 이번 연구 결과가 미세 플라스틱이 고환의 정자 생산에 어떤 영향을 미칠 수 있는지 이해하기 위한 추가 연구의 길을 제시한다고 말했다. 유 박사는 "아직 밝혀지지 않은 것이 많다. 우리는 잠재적인 장기적인 영향이 무엇인지 살펴볼 필요가 있다"면서 "미세 플라스틱이 정자 감소에 기여하는 요인 중 하나인 걸까요?"라고 반문했다. 유 박사는 "우리는 사람들을 겁주고 싶지 않다"며 이번 연구 결과에 대해 사람들이 당황하지 않기를 바란다고 밝혔다. 그는 "우리는 과학적으로 데이터를 제공하고 사람들에게 미세 플라스틱이 많다는 사실을 알리고 싶다. 우리는 플라스틱 노출을 피하고, 생활 방식을 바꾸고, 행동을 바꾸기 위해 스스로 선택할 수 있다"며 플라스틱의 폐해를 줄이자고 강조했다.
- 생활경제
2024-05-21