나노입자 – 포커스온경제 통합 검색

전체기사보기
2024-11-21 (목)

검색

[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(44)] 혈액뇌장벽 관통 나노입자 개발

혈액 뇌 장벽을 뚫는 나노입자가 개발돼 유방암과 뇌 전이 치료의 새로운 가능성을 열었다. 미국 마이애미 대학교 밀러 의과대학 실베스터 종합 암 센터의 연구원들은 혈액뇌장벽을 관통할 수 있는 나노입자를 개발했다고 과학 웹사이트 phys.org가 지난 6일(현지시간) 보도했다. 연구원들의 목표는 한 번의 치료로 원발성 유방암 종양과 뇌 전이를 죽이는 것이다. 이 연구는 실험실 연구에서 유방암과 뇌종양을 줄일 수 있음을 보여준다. 이차 종양이라고 불리는 '뇌 전이'는 유방암, 폐암, 대장암과 같은 고형 종양에서 가장 흔하게 발생하며 예후가 좋지 않은 경우가 많다. 암이 뇌에 침범하면 뇌와 신체의 나머지 부분을 분리하는 거의 뚫을 수 없는 막인 혈액 뇌 장벽으로 인해 치료가 어려울 수 있다. 이 연구를 주도한 실베스터의 생화학 및 분자생물학 부교수이자 기술 및 혁신 부책임자인 샨타 다르 박사는 연구팀이 개발한 나노 입자가 향후 원발 종양을 동시에 치료하는 추가적인 이점과 함께 전이를 치료하는 데 사용될 수 있다고 말했다. 다르 박사는 이번 논문의 시니어 저자이기도 하다. 이 연구 논문은 지난 5월 6일 미국 국립과학원 회보에 게재됐다. 연구팀은 전임상 연구에서 세포의 에너지 생산 중심인 미토콘드리아를 표적으로 하는 두 가지 전구 약물을 입자에 탑재해 유방암과 뇌종양을 축소할 수 있음을 보여주었다. 다르 박사는 "저는 항상 나노 의학이 미래라고 말한다. 물론 우리는 이미 그 미래에 와 있다"며 나노 입자를 제형에 사용하는 상용화된 코로나19 백신을 언급했다. 그러면서 "나노 의학은 암 치료제의 미래이기도 하다"라고 덧붙였다. 이 새로운 방법은 다르 연구팀이 이전에 개발한 생분해성 폴리머로 만든 나노 입자와 암의 에너지원을 겨냥하여 연구실에서 개발한 두 가지 약물을 결합해서 사용한다. 암세포는 건강한 세포와 다른 형태의 신진대사를 하는 경우가 많기 때문에 대사를 억제하면 다른 조직을 해치지 않고 종양을 죽이는 효과적인 방법이 될 수 있다. 이러한 약물 중 하나는 고전적인 화학 요법 약물인 시스플라틴의 변형 버전으로, 빠르게 성장하는 세포의 DNA를 손상시켜 암세포의 성장을 효과적으로 중단시킴으로써 암세포를 죽인다. 그러나 종양 세포는 DNA를 복구해 때때로 시스플라틴 내성을 일으킬 수 있다. 다르 박사팀은 약물의 표적을 염색체와 게놈을 구성하는 DNA인 핵 DNA에서 미토콘드리아 DNA로 바꾸도록 수정했다. 미토콘드리아는 세포의 에너지원이며 훨씬 작은 자체 게놈을 포함하고 있으며, 암 치료 목적상 중요한 것은 큰 게놈과 동일한 DNA 복구 메커니즘을 가지고 있지 않다는 점이다. 암세포는 성장과 증식을 유지하기 위해 다양한 에너지원을 전환할 수 있기 때문에 연구팀은 산화적 인산화로 알려진 에너지 생성 과정을 공격하는 변형 시스플라틴을 키나아제로 알려진 미토콘드리아 단백질을 표적으로 하고 다른 종류의 에너지 생성인 해당 작용을 억제하는 또 다른 약물인 Mito-DCA와 결합하여 개발했다. 다르 박사는 뇌에 접근할 수 있는 나노입자를 개발하는 것은 먼 길이라고 말했다. 그녀는 평생 동안 나노 입자를 연구해 왔으며, 다양한 형태의 폴리머를 연구하는 이전 프로젝트에서, 전임상 연구에서 일부 나노 입자가 뇌에 도달하는 것을 발견했다. 다르의 연구팀은 이러한 폴리머를 더욱 연마하여 혈액-뇌 장벽과 미토콘드리아의 외막을 모두 통과할 수 있는 나노 입자를 개발했다. 다르 박사는 "이 사실을 알아내기까지 많은 우여곡절이 있었으며, 이 입자가 혈액뇌장벽을 통과하는 메커니즘을 이해하기 위해 여전히 노력하고 있다"고 말했다. 그런 다음 연구팀은 전임상 연구에서 특수 약물이 탑재된 나노 입자를 테스트한 결과 유방 종양과 뇌에 종양을 형성하기 위해 주입된 유방암 세포를 모두 축소시키는 효과가 있다는 사실을 발견했다. 나노 입자-약물 조합은 또한 실험실 연구에서 무독성이며 생존 기간을 크게 연장하는 것으로 나타났다. 연구팀은 향후 환자 유래 암세포를 사용해 인간의 뇌 전이를 더 가깝게 재현하기 위해 실험실에서 이 방법을 테스트할 계획이다. 또한 특히 공격적인 뇌암인 교모세포종의 실험실 모델에서 이 약물을 테스트할 예정이다. 다르 박사의 연구실에서 근무하는 마이애미 대학교 박사 과정 학생이자 이번 연구의 공동 제1저자인 아카시 아쇼칸은 "저는 고분자 화학에 관심이 많고, 이를 의료 목적으로 사용하는 것이 정말 매력적이다"라고 말했다.
- 포커스온
2024-05-08
[신소재 신기술(33)] 원자 1개 두께의 이상한 형태의 금

스웨덴 과학자들은 단일 원자층으로 구성된 아주 얇은 박막의 금 소재를 개발했다. 이 새로운 물질은 '골덴'이라고 명명되었으며 반도체 특성을 지니고 있다. 과학 전문매체 사이언스 얼럿은 스웨덴 린쇼핑 대학교(Linköping University) 연구원들은 금을 더 이상 얇아질 수 없는 원자 1개 두께의 납작한 박막 시트 형태로 만들어내는 새로운 방법을 개발했다며 지난 16일(현지시간) 이같이 보도했다. 재료 과학의 명명 관습에 따라 연구팀은 이 새로운 2차원 물질에 '골덴(goldene)'이라는 이름을 붙였다. 골덴은 3차원 형태의 금에서는 볼 수 없는 몇 가지 흥미로운 특성을 가지고 있다. 스웨덴 린쇼핑 대학교의 재료 과학자 슌 카시와야는 "그래핀처럼 물질을 매우 얇게 만들면 놀라운 일이 일어난다"며 "금도 마찬가지다. 아시다시피 금은 보통 금속이지만, 단일 원자층 두께로 만들면 금이 반도체가 될 수 있다"라고 설명했다. 금은 서로 뭉치는 경향이 있기 때문에 2차원 구조로 동축하는 것은 매우 어렵다. 이전의 시도는 몇 원자 두께의 얇은 시트를 만들거나 다른 물질 사이에 또는 그 위에 단층을 끼워 분리할 수 없는 결과를 낳았다. 카시와야와 연구팀은 금을 만들려고 시작한 것이 아니라 우연히 공정의 첫 단계를 발견하게 됐다고 전했다. 린쇼핑 대학교의 나노 공학 분야의 연구를 이끌고 있는 재료 물리학자 라르스 튈트만(Lars Hultman)은 "우리는 완전히 다른 응용 분야를 염두에 두고 기본 재료를 만들었다"면서 "우리는 실리콘이 얇은 층으로 이루어진 티타늄 실리콘 카바이드라는 전기 전도성 세라믹으로 시작했다. 그런 다음 이 소재를 금으로 코팅해 접촉을 만드는 것이 아이디어였다. 하지만 부품을 고온에 노출시켰을 때 실리콘 층이 기본 재료 내부의 금으로 대체됐다"라고 설명했다. 튈트만 교수는 금속 나노구조의 합성 및 특성 연구에 선구자적인 역할을 했다. 특히, 금속 나노입자, 나노선, 나노막 등 다양한 금속 나노구조를 합성하고, 그들의 광학적, 전기적, 촉매적 특성을 연구해 다양한 응용 분야에 활용 가능한 새로운 재료를 개발하는 데 기여했다. 앞서 연구팀은 단층 금을 만들려는 시도에서 중요한 단계에서 한계에 도달해 연구 과정이 중단됐다. 몇 년 동안 연구팀이 만든 인터칼레이티드 티타늄 금 카바이드는 티타늄과 탄소 층 사이에 있는 초박막 금 층을 추출할 방법이 없어 그냥 그 상태로 남아있었다. 이에 연구팀은 무라카미 시약이라는 에칭 용액에 기반한 기술을 사용해 지난 연구의 한계를 돌파했다. 무라카미 시약은 금속 가공에 사용되는 화학 물질의 혼합물로, 탄소를 에칭하고 강철을 얼룩지게 하여 일부 일본 칼에서 볼 수 있는 무늬를 만들어낸다. 연구팀은 혼합물의 농도와 에칭 공정이 금을 둘러싼 티타늄과 탄소를 부식시키는 시간대를 다르게 시도했다. 무라카미 시약의 에칭 효과는 페로시아나이드 칼륨이라는 부산물을 생성한다. 이 화합물은 빛에 노출되면 시안화물을 방출하여 금을 녹이기 때문에 연구팀은 에칭 공정을 완전히 어둠 속에서 진행해야 했다. 게다가 얇은 금 시트는 말리거나 뭉치는 경향이 있었다. 이에 연구팀은 층이 접히거나 달라붙는 것을 방지하는 계면활성제를 추가해 금의 단일 원자층의 무결성을 유지했다. 연구팀은 이론적 시뮬레이션에서 예측한 대로 이 까다로운 단계를 거쳐 마침내 안정적인 금을 형성하는 데 성공했다. 이번 연구는 학술지 '네이처 신티시스(Nature Synthesis)'에 게재됐다. 일반적으로 금은 우수한 전기 전도성 물질이다. 원소가 2차원 시트 형태를 취할 때 원자는 두 개의 자유 결합을 가지며 도체와 절연체 사이의 전도 특성을 가진 반도체로 변모한다. 이는 전도도를 조절할 수 있기 때문에 유용하다. 다시 말하면, 전기 전도성이 우수하고 부식에 강한 금은 반도체 소자의 접점, 연결 부품, 패키징 등에 사용된다. 금은 나노 크기의 입자로 제조될 수 있으며, 이러한 금 나노 입자는 차세대 반도체 소자의 제작에 활용될 수 있다. 예를 들어, 금 나노 입자는 트랜지스터의 게이트 전극, 메모리 소자의 저장 매질, 광전자 소자의 광 감지 소자 등으로 사용될 수 있다. 게다가 금은 생체 적합성이 우수하고 전기 전도성이 높기 때문에 생체 의료 분야에서 사용되는 뇌-컴퓨터 인터페이스, 심장 박동기 리드, 인공 근육 등의 전극 소재로 활용될 수 있다. 그러나 금은 높은 비용과 가공의 어려움, 제한된 반도체 특성 등의 단점도 존재한다. 금은 반도체 특성이 제한적이기 때문에 고성능 트랜지스터 제작에는 적합하지 않다.
- 포커스온
2024-04-18
수돗물 끓이면 미세플라스틱 해결 가능⋯생수 1리터에 24만개 플라스틱 입자 함유

수돗물을 끓여 마시는 것이 미세 플라스틱을 제거할 수 있는 해결책이 될 수 있다는 연구 결과가 발표됐다. 지난 2월 28일(현지시간) 미국 매체 더 힐에 따르면 뉴욕주 컬럼비아 대학 연구원들이 수돗물을 끓이면 물에 존재하는 가장 일반적인 세 가지 플라스틱 화합물(폴리스티렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌)의 최소 80% 이상을 분해할 수 있음을 밝혀냈다. 이 연구 결과는 이미 동아시아 국가에서 흔히 사용하는 끓인 수돗물을 마시는 것이 플라스틱 병에 든 물을 마시는 것보다 더 안전할 수 있음을 시사한다. 컬럼비아 대학의 연구팀은 지난 달 연구에서 플라스틱 병에 든 물 1 리터당 최대 25만 개의 나노 플라스틱 조각이 포함될 수 있다고 밝혔다. 연구팀은 지난 1월 생수 내 나노입자의 화학 구조를 관찰, 계산, 분석할 수 있는 새로운 기술을 개발했다. 이 기술에 대한 연구 결과는 '미국 국립과학원 회보(Proceedings of the National Academy of Sciences)' 저널에 1월 8일 발표됐다. 당시 연구에 따르면, 표준 크기의 생수 1리터의 물에는 평균 24만 개의 플라스틱 입자가 포함되어 있으며, 이 중 90%가 나노플라스틱으로 구성되고 나머지 10%는 마이크로플라스틱으로 확인됐다. 나노입자는 그 크기가 매우 작아 현미경으로는 볼 수 없는 것으로 알려져 있다. 전문가들은 인간 머리카락의 평균 너비보다 1000배 더 작은 나노플라스틱이 소화기관이나 폐 조직을 통해 혈류로 이동, 전신과 세포에 잠재적으로 유해한 화학 물질을 퍼뜨릴 수 있다고 경고했다. 미세 플라스틱은 0.2인치(약 5mm) 미만에서 2만 5000분의 1인치(약 1마이크로미터)에 달하는 다양한 크기의 폴리머 조각을 말한다. 이보다 훨씬 작은 나노플라스틱은 10억분의 1미터(나노미터) 단위로 측정된다. 이 연구를 이끈 팀은 미국에서 판매되는 인기 있는 생수 브랜드 세 개에서 리터당 300개가 아닌 11만 개에서 37만 개 사이의 실제 플라스틱 조각이 포함되어 있다는 것을 발견했다. 그러나 연구자들은 어떤 브랜드의 생수를 분석했는지 구체적으로 밝히지 않았다. 공동 저자이자 환경 화학자인 컬럼비아 대학교 라몬트-도허티 지구 천문대의 부교수인 베이잔 얀(Beizhan Yan)은 지난 1월CNN에 "이 새로운 기술을 통해 실제로 물속에서 수백만 개의 나노 입자를 볼 수 있었으며, 이는 무기 나노 입자, 유기 입자 및 우리가 조사한 7가지 주요 플라스틱 유형 외에도 다른 플라스틱 입자일 수 있다고 말했다. 끓인 물, 플라스틱 제거 효과 컬럼비아 대학교 연구팀은 이번에는 폴리스티렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등 물에서 발견되는 세 가지 화합물에 대한 끓인 물의 영향을 조사했다. 이 화합물들은 완전히 분해되지 않기 때문에 바이러스 크기와 비슷한 나노 플라스틱으로 분해되어 인체 세포 기관과 장벽을 통과하며 위해를 끼칠 수 있다. 테스트된 화합물 중 가장 우려되는 것은 장에 염증을 일으키고 적혈구를 죽일 수 있는 폴리스티렌이다. 나머지 두 가지 화합물은 대체로 안전하다고 여겨지지만, 내분비학자들은 플라스틱의 안전성 여부를 판단하는 방법론에 심각한 문제가 있다고 주장했다. 연구에서 과학자들은 이 세 가지 플라스틱 화합물을 탄산 칼슘과 마그네슘 함량이 높은 미국 일반적인 담수 유형인 "경수"에 넣었다. 이러한 화합물은 주로 탄산 칼슘으로 구성된 지하 석회암 퇴적층의 공동에서 뽑아낸 지하수의 특징이다. 플라스틱이 포함된 물을 끓이면 이 탄산칼슘이 대부분의 미세 플라스틱 주위에 작은 덩어리를 형성하여 플라스틱을 캡슐화하고 무해하게 만든다. 연구 보고서는 "이 간단한 끓인 물 전략은 가정 수돗물에서 나노 및 미세 플라스틱(NMP)을 '제염'할 수 있으며 수돗물 섭취를 통한 인체 섭취를 무해하게 완화시킬 수 있는 잠재력이 있다"고 기술했다. 모든 플라스틱 폴리머 제거가 과제 하지만 이 연구에는 상당한 한계가 있다. 과학자들은 세 가지 가장 일반적인(폴리에틸렌과 폴리프로필렌의 경우 가장 안전한) 플라스틱 폴리머만 조사했다. 지난달 연구에서 병에 든 물에서 발견된 심각한 우려 대상인 염화비닐은 연구에 포함되지 않았다. 또한 물을 끓여도 모든 폴리머를 제거하지 못했다. 내분비학회는 지난 26일 보고서에서 플라스틱 입자는 많은 중요한 생물학적 시스템을 실행하는 화학 메신저와 매우 유사하고 이러한 시스템은 매우 민감하기 때문에 안전한 노출 수준이 없을 수 있다고 밝혔다. 게다가 내분비학회와 같은 과학자들은 플라스틱 화합물 자체를 넘어서는 위험 외의 사항에 주목하고 있다. 이러한 폴리머는 종종 내분비, 순환 및 생식 시스템에 피해를 입힐 수 있는 BPA, PFAS 및 프탈레이트와 같은 '가소제'와 혼합된다는 사실에 점점 더 초점을 맞추고 있는 것. 끓는 물로 이러한 물질이 분해되는지는 확실하지 않다. 이 연구는 플라스틱 폴리머만 조사했을 뿐 이러한 잠재적 첨가제는 조사하지 않았다. 또한 물을 끓여서 미세플라스틱을 제거하는 방법을 사용하려면 경수 또는 탄산칼슘을 첨가해야 하는데, 이는 보편적이지 않은 방법이다. 그럼에도 불구하고 지난달 생수 속 미세 플라스틱에 대한 연구 결과를 종합하면, 이본 연구는 적어도 일부 형태의 플라스틱 오염으로부터 보호하는 방법에 대한 잠재적인 해답을 제시했다. 이번 연구는 2월 28일 '환경 연구 편지(Environmental Research Letters)'에 게재됐다.
- 생활경제
2024-03-01
펩타이드 NT-B2R, 암세포 성장 억제 효과 입증…신약 개발 기대

최근 연구에서 펩타이드 화합물(NT-B2R)이 암세포의 성장을 억제하는 데 탁월한 능력을 보이며, 신약 개발에 대한 기대감을 높이고 있다. 건강한 세포에서 정상적인 기능을 수행하는 MYC 단백질이 암세포에서는 과도하게 활성화되어 암의 확산을 돕지만, 이를 효과적으로 제어할 방법을 과학자들은 연구해왔다. 과학 전문 매체 '사이언스얼럿(ScienceAlert)’은 캘리포니아대학교 리버사이드(UCR) 연구팀이 MYC 단백질과 결합하거나 상호작용하여 이를 조절할 수 있는 펩타이드 화합물 개발에 성공했다고 최근 보도했다. 이 획기적인 발견은 암세포의 비활성화 및 성장 억제 메커니즘을 이해하는 데 중요한 진전을 의미한다. 이번 연구는 '미국화학회지(Journal of the American Chemical Society)'에 게재됐다. MYC는 핵 안에서 DNA에 결합하는 단백질을 생성하는 암 유발 유전자 중 하나로, 그 통제가 암 치료 연구에서 중요한 문제 중 하나로 손꼽힌다. MYC 단백질의 도전적인 특성 중 하나는 구체적인 형태가 없어, 약물이 효과적으로 식별하고 정상적인 기능을 유지하게 하는 것이 어렵다는 점이다. UCR의 생화학자 쉐 밍(Min Xue) 교수는 MYC를 암세포에 대한 '음식'보다는 암의 급속한 성장을 촉진하는 '스테로이드'에 비유했다. 이 비유는 MYC가 인간 암 사례의 약 75%에 관여하는 주요 원인임을 강조헸다. 정상적인 상황에서 MYC의 활동은 엄격하게 조절되지만, 암세포 내에서는 이러한 조절 메커니즘이 실패하여 과잉 활동을 보인다. 이러한 문제를 해결하기 위해 UCR 연구팀은 MYC에 결합할 수 있는 펩타이드 라이브러리를 개발하기로 했다. 이 과정에서 MYC 단백질의 드물게 발견되는 구조적 요소를 연구하고, 특히 MYC를 비활성화하는 데 뛰어난 능력을 보인 펩타이드인 NT-B2R을 확인할 수 있었다. 이 발견은 MYC 관련 암 치료법 개발에 있어 중대한 진전을 의미한다. NT-B2R 펩타이드는 인간 뇌암 세포 배양 실험에서 MYC 단백질에 성공적으로 결합하여 암세포의 유전자 조절 메커니즘을 변화시키고, 신진대사 및 세포 증식을 줄이는 효과를 보인 것으로 나타났다. 이는 NT-B2R이 암 치료에 있어 유망한 후보임을 보여주는 중요한 발견이다. 이번 연구의 핵심 돌파구는 연구진이 펩타이드의 구조와 형태가 변화함에 따라 MYC와 같은 비정형 단백질과의 상호작용을 개선할 수 있음을 발견한 이전 연구에 기반한다. 연구팀의 쉐 밍 박사는 펩타이드가 다양한 형태와 위치를 취할 수 있지만, 특정 구조로 고정되면 다른 형태를 취할 수 없게 되어 결합 과정에서의 무작위성이 줄어들고 이것이 결합 효율을 높이는 데 기여한다고 설명했다. 쉐 밍 박사는 추가로, 이 펩타이드의 결합 능력을 이전 연구 대비 2배 향상시킴으로써 약물 개발 목표에 한층 더 다가섰다고 밝혔다. 이러한 진보는 암 치료 연구에서 펩타이드 기반 치료법의 가능성을 한층 더 확장하는 결과를 가져왔다. 암 치료 연구에서 나타난 초기 성과에도 불구하고, NT-B2R 펩타이드의 암세포 억제 효과를 실제 치료에 적용하기까지는 해결해야 할 과제가 많이 남아 있다. 현재 이 펩타이드는 지질 나노입자, 즉 지방 구체를 통해 전달되고 있는데, 이 방식은 임상적 약물 투여에는 적합하지 않아 대체 전달 방식에 대한 연구가 필요한 상황이다. 또한, 이러한 연구 결과를 인간에게 적용하기 위해서는 엄격한 임상 시험을 거쳐야 하며, 이 과정에서 암세포가 건강한 생물학적 과정을 이용하는 것을 억제하는 새로운 방법을 확인할 수 있을 것으로 기대된다. 쉐 밍박사는 MYC의 비정형 구조와 그로 인한 혼란, 그리고 다양한 암 유형에 대한 그것의 직접적 영향으로 인해, 이 펩타이드 기반 치료법이 암 치료 연구의 중요한 돌파구가 될 수 있다고 말했다. "MYC는 그 구조가 부족하다는 기본적인 특성 때문에 많은 암 유형에 영향을 미친다. 이로 인해 이 약물은 항암제 개발의 중요한 목표가 되었다. 이제 이 중요한 치료법이 우리의 연구로 인해 현실화되고 있다는 사실에 큰 기대를 갖고 있다"고 밝혔다.
- IT/바이오
2024-02-02
나노봇, 남성 방광암 종양 90% 제거⋯기존 치료법의 혁신

나노로봇을 이용해 방광암을 90% 이상 줄일 수 있는 치료 방법이 개발됐다. 방광암은 주로 60~70대에서 발병하며, 방광 내에 악성 세포가 형성되는 질환으로 알려져 있다. 이 질환은 남성에게서 여성보다 34배 더 높은 발병 위험을 보이며, 비뇨기계 암 중 가장 흔한 형태로 알려져 있다. 또한 방광암은 대부분 5년 이내에 재발한다. 현재는 절제 수술이나 전신 혹은 국소적인 항암제 투여를 통한 치료가 진행되고 있으나, 높은 재발률로 인해 지속적인 관리가 요구되는 상태이다. 그러나 최근 나노로봇 기술의 발달로 방광암 종양을 현저히 줄일 수 있는 새로운 치료방법이 개발됐다. 영국 매체 데일리메일은 스페인 바르셀로나의 과학자들이 개발한 450나노미터 크기의 작은 로봇이 혈류를 통해 이동하면서 치료제를 전달하는 방식으로 방광암의 종양을 줄일 수 있다고 보도했다. 쥐를 대상으로 한 실험에서는 이 작은 나노로봇이 단 한 번의 시도로 종양의 크기를 줄임으로써, 여러 번의 치료 절차 없이도 종양을 제거할 수 있는 가능성을 보여줬다. 현재 방광암 치료법은 수술과 화학 요법을 포함하며, 종양의 크기를 줄이기 위해 약 4~6번의 병원 방문이 필요하다. 이 과정은 환자에게 약 6만5000달러(한화 약 8690만원) 이상의 치료 비용을 발생시킬 수 있다. 그러나 최근의 연구에 따르면, 나노로봇을 사용한 새로운 치료법은 단 한 번의 병원 방문만으로도 종양의 크기를 줄일 수 있다. 이번 혁신적인 연구는 카탈로니아 생명공학연구소(IBEC)와 스페인 생체재료연구센터(CIC biomaGUNE)의 과학자들이 생물의학연구소(IRB 바르셀로나), 바르셀로나 자치대학(UAB)과 함께 공동으로 수행했다. 나노로봇의 직경은 450나노미터이며, 배율을 2000만 배로 높여야 볼 수 있는 크기다. 개발된 나노로봇의 직경은 불과 450나노미터로, 이는 2000만 배 확대해야만 볼 수 있는 극히 작은 크기다. 이 로봇은 표면이 금 나노 입자(AuNP)로 덮여 있어, 연구원들이 로봇이 혈류를 통해 어떻게 이동하고 종양을 공격하는지 관찰할 수 있었다. 연구팀은 방광암을 앓고 있는 쥐의 혈류에 나노로봇을 주입한 후, 이 금색 기계가 작동하여 종양에 도달하고 몸 전체로 퍼지는 과정을 관찰했다. 이 나노로봇은 실리카 구체로 설계되었으며, 효소 우레아제와 방사성 요오드를 포함하는 다양한 구성 요소를 가지고 있다. 우레아제는 소변의 요소와 반응해 나노로봇의 움직임을 촉진시키며, 방사성 요오드는 암 세포를 치료하는 데 사용된다. 연구팀은 나노로봇이 종양 주변의 세포외 기질을 분해하고 pH 균형을 변화시켜 조직의 기계적 특성을 변화시킨다는 사실을 발견했다. 나노로봇이 요로 조직에 도달하면, 이는 마치 벽에 부딪히는 것처럼 행동한다. 그러나 종양의 해면 같은 구조로 인해, 나노로봇은 종양 내부로 흡수되어 방사성 요오드를 전달했다. 이 방사성 요오드는 국소 종양 및 갑상선암 치료에 일반적으로 사용되는 방사성 동위원소로, 암 세포를 효과적으로 치료하는 데 사용된다. 연구팀은 나노로봇이 종양 내부로 어떻게 진입할 수 있는지에 대해 초기에는 명확하지 않았다며 나노로봇이 종양의 성장을 감지하는 특정 항체가 부족하고, 일반적으로 건강한 조직보다 더 단단한 종양 조직의 특성 때문에 진입이 어려울 수 있다고 지적했다. 이 연구의 공동 제1저자이자 IBEC의 연구원인 메리트셀 세라 카사블랑카(Meritxell Serra Casablancas) 박사는 "그러나 우리는 나노로봇이 자체 추진 화학 반응을 통해 pH를 국부적으로 증가시킴으로써 종양의 세포외 기질을 분해할 수 있다는 사실을 관찰했다"고 말했다. 그는 "이 과정은 종양 내부로의 침투를 촉진했으며, 나노로봇이 종양 내에 우선적으로 축적되는 데 도움을 주었다"고 덧붙였다. 방광암 치료의 초기 회복률은 대체로 성공적이지만, 환자의 약 30~70%에서 종양이 재발해 추가 치료와 비용이 필요한 경우가 있다. 또한 약 10~30%의 환자에서는 종양이 더 진행될 수 있다. IRB 바르셀로나 어드밴스드 디지털 현미경 플랫폼의 리더인 줄리엔 콜롬벨리(Julien Colombelli) 박사는 "우리 팀이 개발한 혁신적인 광학 시스템은 종양 자체에 의해 반사된 빛을 제거함으로써, 전례 없는 해상도로 사전 표지 없이도 기관 전체에서 나노입자를 식별하고 위치를 정확하게 찾을 수 있도록 도와주었다"고 설명했다. 미국 국립암연구소(National Cancer Institute)의 자료에 따르면, 방광암 치료 비용은 2015년의 84억 달러(약 11조 2434억 원)에서 2020년 현재 약 94억 달러(약 12조 5819억 원)로 증가했다. 나노로봇 연구를 진행한 과학자들은 아직 나노로봇 치료가 종양의 재발을 방지할 수 있는지 확신할 수 없지만, 나노로봇의 성공 여부에 따라 장기적인 효과를 평가하기 위한 추가 연구를 이미 진행하고 있다. 이 연구의 공동 저자인 크리스티나 시모(Cristina Simó) 박사는 "이 연구 결과는 치료 효과를 증대시킬 수 있는 다른 방사성 동위원소의 사용 가능성을 탐구하는 새로운 길을 열었다"고 말했다. 한편, 한국은 약 20여 년 전인 2013년, 세계 최초로 암 치료를 위한 나노로봇을 개발했다. 이 나노로봇은 진단과 치료를 동시에 수행할 수 있는 능동형 박테리아를 활용한 것으로, 그 당시 세계 최초의 능동형 나노로봇으로 인정받았다. 이 나노로봇, 일명 '박테리오봇'은 박테리아의 특성인 인식 능력과 운동성을 활용하여 암을 타겟팅하고, 약물 전달체와 결합된 치료 성능을 가진 새로운 개념의 의료 나노로봇이다. 이러한 통합적인 접근 방식은 박테리오봇이 암 세포를 정확하게 인식하고, 적극적으로 치료제를 전달할 수 있게 함으로써, 당시 의학 분야에서 중요한 혁신으로 평가됐다.
- IT/바이오
2024-01-19
레이저 가공 HEA, 3D 프린팅으로 강도·연성 향상

최근 레이저와 3D 프린팅 기술을 활용해 강도가 높고 유연성을 갖춘 새로운 형태의 합금을 개발하는 데 성공했다. 합금이란, 기본 금속에 다른 금속을 섞어 고온에서 녹인 후 식혀 만들어진, 원래 금속과는 다른 성질을 가진 새로운 금속 물질을 말한다. 이러한 합금을 제작하는 주된 목적은 기계적 성질을 개선하고, 부족한 특성을 보완하여 금속의 기능을 증진시키기 위함이다. 과학기술 전문 매체 사이테크데일리(SciTechDaily)는 레이저 기반 적층 제조 방식을 이용하여 더 강력하고 파손 가능성이 낮은 고엔트로피 합금(HEA)을 만드는 방법을 소개했다. '고엔트로피 합금(HEA:High entropy alloys)'은 기존의 합금 제조 방식과 비교했을 때 뛰어난 강도와 내구성을 제공하며, 합금의 적용 범위를 확장시킬 수 있는 잠재력을 가지고 있다. HEA는 심각한 마모, 극한의 온도, 방사선 및 높은 압력과 관련된 응용 분야에서 사용가능하다. 3D 프린팅, 또는 적층 가공(AM)으로 알려진 기술을 사용해 만들 수 있는 합금은 일반적으로 연성이 부족하다는 단점을 가지고 있다. 이는 3D 프린팅을 통해 제작된 고엔트로피 합금이 형태를 유지하는 데 어려움을 겪고, 하중을 받을 때 충분히 변형되거나 늘어나지 않아 쉽게 파손될 수 있다는 것을 의미한다. 그러나 최근 과학자들은 레이저 기반의 적층 가공 방식을 사용하여, 이러한 연성 문제를 개선한 더욱 강하고 연성이 뛰어난 고엔트로피 합금을 개발하는 데 성공했다. 이들은 이러한 성능 향상의 기본 메커니즘을 더 깊이 이해하기 위해 중성자와 X선 산란, 그리고 전자 현미경과 같은 고급 분석 기술을 활용했다. 이러한 연구 결과는 3D 프린팅 합금의 사용 범위를 확장하고, 그것이 적용될 수 있는 산업 분야를 다양화하는 데 기여할 수 있을 것으로 기대된다. 특히, 연성과 강도가 모두 향상된 새로운 형태의 합금은 더욱 까다로운 응용 분야에서도 활용될 수 있을 것으로 전망된다. 잠재적인 산업 응용과 에너지 효율성 산업계는 미래에 제조 과정에서 더욱 강력하고 형태를 쉽게 잡을 수 있는 고엔트로피 합금을 사용 가능할 것으로 기대하고 있다. 이러한 HEA를 산업 응용 분야에 사용하기 위해서는 가벼우면서도 복잡한 형태의 HEA 부품에 대한 높은 내구성, 신뢰성, 그리고 파손 저항성이 요구된다. 새로운 합금은 더 안전하고 연료 효율적인 차량의 제조, 더 강한 제품의 생산, 그리고 더 오래 지속되는 기계의 개발을 가능하게 하여, 소비자와 산업계 모두에 혜택을 가져올 것으로 기대된다. 또한, 레이저를 사용하여 분말 합금을 고체 금속 형태로 융합하는 레이저 기반의 적층 가공 방식은 에너지 효율성이 매우 높다는 점에서, 새로운 유형의 HEA 생산에 있어 매력적인 방법으로 여겨진다. 이는 에너지 소비를 줄이면서도 고품질의 합금 부품을 생산할 수 있는 방법으로, 지속 가능한 제조 및 공정 효율성 측면에서 중요한 역할을 할 것으로 예상된다. 나노 라멜라 구조와 기계적 특성 레이저 기반 적층 가공 공정은 나노미터 두께의 나노 라멜라(얇은 판층) 구조를 생산할 수 있다. 이 공정은 높은 강도를 제공하면서도, 나노 라멜라의 뚜렷한 가장자리가 일정 수준의 미끄러짐(연성)을 허용하여 유연성을 보장한다. 이러한 나노 라멜라는 평균 약 150나노미터 두께의 면심 입방체(FCC) 결정 구조와 평균 약 65나노미터 두께의 체심 입방체(BCC) 결정 구조의 교차 층으로 구성된다. 개발된 새로운 고엔트로피 합금은 약 1.3기가파스칼(인장강도 단위)의 높은 항복 강도를 나타내며, 이는 가장 강한 티타늄 합금의 강도를 능가하는 수준이다. 또한, 이 HEA는 약 14%의 연신율을 제공하는데, 이는 동일한 항복 강도를 가진 다른 AM 금속 합금보다 높은 수치다. 연신율은 재료가 파손되지 않고 얼마나 많은 굽힘을 견딜 수 있는지를 나타내는 지표로, 재료의 유연성과 내구성을 측정하는 중요한 요소다. HEA 첨단 연구기술 및 시설 한편, 미국 테네시주에 위치한 오크리지 국립연구소(ORNL: Oak Ridge National Laboratory)의 연구원들은 에너지부(DOE) 산하 과학 사용자 시설인 파쇄 중성자원(Spallation Neutron Source)을 통해 변형 상태에서 HEA 샘플의 내부 기계적 부하 분배를 조사할 수 있었다. 이 시설의 중성자 데이터는 합금 내부의 상세한 구조적 정보를 제공함으로써 HEA의 기계적 특성에 대한 깊은 이해를 가능하게 했다. 또한, 연구팀은 ORNL 내의 다른 DOE 과학 사용자 시설인 나노입자 재료 과학(Nanophase Materials Sciences) 센터에 위치한 원자 프로브 장비를 활용하여, 교대로 층을 이루는 나노 라멜라 구조 및 미세 구조의 상세한 3D 이미지를 캡처했다. 이와 별개로, 미국 일리노이주에 위치한 시카고 아르곤 국립연구소(Argonne National Laboratory)의 첨단방사광가속기(Advanced Photon Source)는 어닐링 과정을 거친 다양한 HEA 샘플의 단계를 연구하는 데 사용되었다. 이 시설에서의 X선 회절 분석은 합금의 열처리 과정이 그 성질에 어떻게 영향을 미치는지를 평가하는 데 중요한 역할을 했다. 미국 내 첨단 연구기술 및 시설의 활용은 HEA의 개발과 응용에 있어 중요한 도약점을 제공하며, 합금의 구조적 및 기계적 특성에 대한 포괄적인 이해를 가능하게 한다. 이러한 첨단 연구는 HEA의 미래 적용 가능성을 확장하고, 재료 과학 분야에서의 혁신적 발전을 촉진할 것으로 기대된다. 연구소들의 고도화된 기술과 시설은 재료의 기본 구조부터 그 성능에 이르기까지 광범위한 분석을 허용함으로써, 합금의 특성을 극대화하고 다양한 산업 분야에 적용할 수 있는 새로운 기회를 열어준다.
- 산업
2024-01-16
생수 속 나노플라스틱, 리터당 수천 개…체내 침범 우려

연구원들이 생수 속에서 이전 추정치보다 10~100배 더 많은 플라스틱 조각이 포함되어 있다는 사실을 발견했다고 CNN이 8일(현지시간) 보도했다. 미국 컬럼비아 대학의 연구원들은 생수에 있는 나노입자의 화학 구조를 보고, 계산하고, 분석할 수 있는 새로운 기술을 제시했다. 새로운 연구에 따르면, 표준 크기 생수 2개에 해당하는 1리터의 물에는 7가지 유형의 플라스틱에서 평균 24만 개의 플라스틱 입자가 포함되어 있으며, 이 중 90%는 나노플라스틱이고 나머지는 마이크로플라스틱인 것으로 확인됐다. 이 연구 결과는 미국 국립과학원 회보(Proceedings of the National Academy of Sciences) 저널에 이날 발표됐다. 나노 입자는 너무 작아서 현미경으로 볼 수 없다. 전문가들은 인간 머리카락 평균 너비의 1000분의 1인 나노플라스틱은 너무 작기 때문에 소화관이나 폐 조직을 통해 혈류로 이동하여 잠재적으로 유해한 합성 화학 물질을 몸 전체와 세포에 퍼트릴 수 있다고 지적했다. 미세 플라스틱은 0.2인치(5mm) 미만에서 2만5000분의 1인치(1마이크로미터)에 이르는 폴리머 조각이다. 그보다 더 작은 것은 10억분의 1미터 단위로 측정해야 하는 나노 플라스틱이다. 이 연구를 주도한 연구팀은 미국에서 판매되는 인기 생수 브랜드 3곳의 실제 플라스틱 조각 수가 리터당 300개가 아니라 11만 개에서 37만 개 사이라는 사실을 발견했다. 단, 저자들은 어떤 브랜드의 생수를 연구했는지는 언급하지 않았다. 공동 저자이자 환경 화학자인 컬럼비아 대학교 라몬트-도허티 지구 천문대의 부교수인 베이잔 얀(Beizhan Yan)은 "이 새로운 기술은 실제로 물속에서 수백만 개의 나노 입자를 볼 수 있었으며, 이는 무기 나노 입자, 유기 입자 및 우리가 연구한 7가지 주요 플라스틱 유형이 아닌 다른 플라스틱 입자일 수 있다"고 말했다. 이 연구는 나노 플라스틱이 인간 건강에 미치는 잠재적 위험을 탐구하는 새로운 방향을 제시했다. '건강한 아기, 밝은 미래'라는 비영리단체의 연합체에서 일하는 연구 책임자 제인 헐리한은 이 연구에 직접 참여하지는 않았지만, 나노 플라스틱의 인간 건강에 대한 잠재적 위험을 더 깊이 이해하기 위한 추가적인 연구가 필요하다고 강조했다. 이 단체는 아기들이 신경독성 화학물질에 노출되는 것을 줄이기 위해 노력하는 과학자들과 기부자들로 구성되어 있다. 헐리한은 "이 연구는 미세 플라스틱 입자에 대한 광범위한 인체 노출이 거의 연구되지 않은 위험을 초래할 수 있음을 시사한다"고 말했다. 그녀는 "특히 영유아가 이러한 위험에 가장 크게 노출될 수 있는데, 그 이유는 영유아의 발달이 더디기 때문"이라고 덧붙였다. 펜실베이니아주립대 베렌드 캠퍼스의 지속가능성 책임자인 셰리 '샘' 메이슨(Sherri 'Sam' Mason)은 이 연구에 참여하지 않았지만, "이 연구는 인상적이며, 투입된 노력이 매우 심오하다. 나는 이를 획기적이라고 부르고 싶다"라고 평가했다. 이 새로운 발견은 수돗물 유해 물질 노출을 줄이기 위해 유리나 스테인리스 스틸 용기에 담긴 수돗물을 마시라는 오랜 전문가의 조언을 강조한다고 메이슨은 말했다. 이러한 조언은 플라스틱으로 포장된 다른 음식과 음료에도 적용된다고 그녀는 덧붙였다. 메이슨은 9개국 11개 브랜드에서 판매되는 생수 샘플의 93%에서 마이크로플라스틱과 나노 플라스틱의 존재를 처음으로 발견한 2018년 연구의 공동 저자였다. 과거 연구에서 메이슨은 오염된 물 1리터에 인간의 머리카락보다 넓은 평균 10개의 플라스틱 입자와 300개의 작은 입자가 포함되어 있음을 발견했다. 그러나 5년 전인 2018년 기술로는 그 작은 입자를 분석하거나 더 많은 것이 있는지 알아낼 방법이 없었다. 메이슨은 "우리가 나노플라스틱의 존재를 몰랐던 것은 아니다. (당시) 우리는 그것들을 분석할 수 없었다"라고 설명했다. 나노 플라스틱, 인간 건강 위협 전문가들은 나노 플라스틱이 인류 건강에 가장 큰 위협을 주는 플라스틱 오염 유형 중 하나로 지목하고 있다. 이는 나노 플라스틱의 미세 입자가 주요 기관의 세포와 조직을 침입해 세포 활동을 방해하고, 비스페놀, 프탈레이트, 난연제, 과불소화 물질(PFAS), 중금속 등의 내분비 교란 화학물질을 축적할 수 있기 때문이다. 러트거스 대학교 어니스트 마리오 약학대학의 독성학 박사이자 약리학 부교수인 피오피 스태플튼(Phoebe Stapleton) 박사는 쥐를 대상으로 한 연구에서 임신한 쥐가 플라스틱 입자를 섭취하거나 흡입한 후 24시간 만에 그들의 태아의 뇌, 심장, 간, 신장 및 폐에서 플라스틱 화학물질을 발견했다고 보고했다. 스태플튼 박사는 "이 시점에서 인간 태반에서 마이크로플라스틱과 나노 플라스틱이 발견됐다"고 말했다. 그는 "인간의 폐 조직과 인간의 대변, 인간의 혈액에서 (미세 플라스틱이) 발견됐다"고 덧붙였다. 생수에서 나노입자를 식별하는 새로운 연구 방법은 라만 분광법의 개선된 형태에 기반을 두고 있다. 이 기술은 분자가 빛에 반응하여 진동하는 방식을 측정함으로써 세포의 화학적 구성을 분석한다. 이 기술의 공동 발명자이자 컬럼비아 대학교 화학과 교수인 웨이 민(Wei Min) 교수는 “이 변형된 라만 분광법, 자극 라만 산란 현미경(SRS)은 두 번째 레이저를 추가해 이전에는 감지하기 어려웠던 나노입자를 여러 자릿수로 증폭된 신호를 통해 탐지할 수 있다"고 말했다. 민 교수는 2008년 SRS를 공동 개발했다. 민 교수는 "이 연구는 자극 라만 산란 현미경을 나노플라스틱 세계에 적용한 최초의 연구"라고 말했다. SRS는 이미지를 획기적으로 향상시킴으로써 기존 기술에서 몇 시간이 걸리던 나노 입자의 이미지를 마이크로초 단위로 명확하게 식별하고 캡처할 수 있으며, 촬영 대상 조직에 손상을 주지 않고도 이미지를 캡처할 수 있다. 해당 연구에서 개발된 알고리즘은 출판 당시 폴리아미드, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리염화비닐, 폴리스티렌, 그리고 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 포함한 일곱 가지 주요 플라스틱 유형을 식별할 수 있었다. 컬럼비아 대학교 화학 박사과정 학생이자 이 연구의 수석 저자인 나이신 치안(Naixin Qian)은 "다른 연구들을 통해 우리는 생수에 존재하는 대부분의 미세 플라스틱이 주로 PET(폴리에틸렌 테레프탈레이트) 병에서 누출된 것으로 추정했다"고 말했다. 다양한 유형의 플라스틱 존재 연구팀의 발견에 따르면, 플라스틱 물병 안에는 예상과 달리 다양한 유형의 플라스틱이 존재하며, 각 플라스틱 유형마다 입자 크기가 다르다. 연구팀은 "PET 플라스틱 입자는 크기가 컸지만, 다른 플라스틱 입자는 200나노미터에 불과해 훨씬 더 작았다"고 밝혔다. 연구에 따르면, PET 입자는 병 뚜껑을 반복적으로 여닫거나, 병이 파손되거나, 자동차 안에서 높은 온도에 노출될 때 부서질 수 있는 것으로 밝혀졌다. 컬럼비아 대학교 연구팀은 앞으로 생수에 떠다니는 나노 플라스틱의 출처를 더 깊이 연구할 계획이다. 이들은 나노 플라스틱이 제조 과정 중 오염된 원수에서 유래했을 가능성을 조사하고 있다. 한편, '건강한 아기, 밝은 미래' 재단의 헐리안은 과학이 이와 같은 문제를 탐구하는 동안 사람들이 플라스틱 노출을 줄이기 위해 취할 수 있는 조치들에 대해서도 밝혔다. 그녀는 "플라스틱 용기에 담긴 음식과 음료 섭취를 피하고, 천연 직물로 만든 옷을 입으며, 천연 소재의 소비자 제품을 구매하는 것이 좋다. 일상에서 플라스틱 사용을 줄이고 대안을 찾는 것이 중요하다"고 말했다.
- 생활경제
2024-01-10
암세포, 근적외선 분자에 99% 파괴

과학자들은 근적외선을 사용해 아미노시아닌 분자를 활성화시키면, 이 분자가 진동하여 암세포의 막을 파괴하는 방법을 개발했다. 이 기술은 라이스 대학교, 텍사스 A&M 대학교, 텍사스 대학교의 연구팀에 의해 개발되었으며, 과학 전문 매체 '사이언스얼럿(ScienceAlert)'을 통해 보도됐다. 이 연구는 학술지 '네이처 케미스트리(Nature Chemistry)'에 게재됐다. 아미노시아닌 분자는 이미 바이오이미징 분야에서 합성 염료로 사용되고 있다. 암 탐지를 위해 저용량으로 사용하는 이 물질은 물속에서 안정적으로 유지되고 세포 외부에 부착하는 데 효과적이다. 라이스 대학교의 화학자 제임스 투어(James Tour)는 이 기술을 "분자 착암기"라고 부르며, "완전히 새로운 세대의 분자 기계로 이전의 페링가형 모터보다 기계적 움직임이 100만 배 이상 빠르고, 가시광선이 아닌 근적외선으로 활성화할 수 있다"고 강조했다. 연구팀은 근적외선이 신체 깊은 부분까지 도달할 수 있어, 뼈나 장기의 암을 수술 없이 치료할 수 있는 가능성을 열어준다고 설명했다. 이러한 발견은 암 치료 분야에 중요한 발전을 의미한다. 실험실에서 배양된 암세포에 대한 실험 결과, '분자 착암기'라는 새로운 방법이 세포를 파괴하는 데 99%의 높은 효율을 보였다. 또한 흑색종 종양이 있는 쥐에게 테스트한 결과, 실험에 참여한 쥐의 절반에서는 암이 사라졌다. 아미노시아닌 분자의 구조와 화학적 특성은 근적외선과 같은 적절한 자극이 있을 때 유지된다는 것을 의미한다. 이 분자가 움직일 때, 내부의 전자들은 플라스몬을 형성하고, 이는 전체 분자에 걸쳐 이동을 유도하는 집합적으로 진동하는 실체를 만든다. 라이스 대학의 화학자 키케론 아얄라 오로즈코(Ciceron Ayala-Orozco)는 "중요한 점은 우리가 이 분자들이 어떻게 작동할 수 있는지에 대한 새로운 이해를 얻었다는 것"이라고 강조했다. 그는 또한 "이 방법으로 분자 전체를 흥분시켜 특정 목표를 달성하는 데 사용되는 기계적 작용을 생성하기 위해 분자 플라즈몬을 사용한 것은 이번이 처음이다. 이 경우에는 암세포의 막을 파괴하는 것이 목표였다"고 덧붙였다. 플라스몬은 분자의 한쪽에 있는 팔을 통해 진동의 움직임으로 인해 분자를 암세포의 막에 연결하는 데 도움을 준다. 이 연구는 아직 초기 단계에 있지만, 이와 같은 초기 발견들은 매우 희망적인 결과를 보여주고 있다. 이 기술은 암세포가 어떤 종류의 방어 메커니즘을 진화시키기 어렵게 만드는 간단하고 생체역학적인 접근법이다. 연구팀은 이와 유사하게 작동할 수 있는 다른 종류의 분자들을 탐색하는 것이 다음 목표다. 아얄라 오로즈코는 "이 연구는 분자 차원에서 기계적 힘을 활용하여 암을 치료하는 새로운 방법에 대한 것"이라고 말했다. 이러한 접근은 암 치료 분야에서 새로운 잠재력을 열어줄 수 있는 중요한 발전이다. 한편, 플라스몬(plasmon)은 금속에서 발견되는 자유 전자의 집합적인 진동을 나타내는 물리학적 개념이다. 금속의 전자들은 특정 조건에서 집단적으로 진동할 수 있으며, 이러한 진동은 전기장과 상호작용하여 플라스몬을 생성한다. 플라스모닉스(plasmonics)라는 분야에서는 이러한 플라스몬의 고유한 성질을 이용하여 다양한 응용을 연구하고 있다. 플라스몬은 나노기술, 광학, 센서 기술 등에서 중요한 역할을 한다. 예를 들어, 플라스몬을 이용한 나노입자는 의료 영상, 암 치료, 화학 센서 등에서 사용된다. 특히, 플라스몬의 능력으로 빛의 파장보다 작은 구조에서도 빛을 조작하고 집중시킬 수 있기 때문에, 고해상도의 광학적 기술 개발에 중요한 기초가 된다.
- IT/바이오
2024-01-04
뮌헨공대, 태양광 수소 생산 세계 최고…경제성 확보 과제

독일 뮌헨대학교 연구팀이 태양광 수소 생산 분야에서 세계 기록을 경신했다. 이들은 햇빛을 활용하여 포름산으로부터 수소를 생산하는 플라즈몬 나노구조를 개발하여 녹색 수소 개발에 획기적인 발전을 이루어냈다. 산업 전문매체 '오일프라이스(Oil Price)'는 뮌헨대학교 연구팀의 이 발견이 획기적이라면서도 고가의 원자재를 사용하는 한계로 인해 경제적인 측면에서 더 효과적인 대안을 모색해야 한다고 지적했다. 뮌헨대학교 연구팀은 녹색 수소 생산 분야에서 세계적인 기록을 경신했으며, 이러한 성과를 이루어낸 고성능 나노구조를 개발했다. 뮌헨대학교 실험물리학 및 에너지 변환 교수인 에밀리아노 코르테스(Emiliano Cortés)는 나노우주로의 도약을 이루어냈다. 코르테스 교수는 "태양광의 고에너지 입자가 원자 구조와 상호 작용하는 지점에서 연구가 시작되었다"라며 "태양에너지를 더 효율적으로 활용하기 위한 소재 솔루션을 연구 중"이라고 설명했다. 이러한 발견은 새로운 태양전지와 광촉매의 가능성을 열어두고 있다. 그러나 코르테스 교수는 "햇빛이 희석돼 지구에 도달하기 때문에 면적당 에너지가 상대적으로 낮다"는 문제에 직면하고 있다고 말했다. 헤란 박사는 "먼저, 우리는 플라즈몬 금속(우리 경우에는 금)에서 10~200나노미터 범위의 입자를 생성했다"라며 "이 크기에서 가시광선은 금 전자와 매우 강하게 상호작용하여 공명 진동을 유발한다"라고 설명했다. 이러한 현상을 통해 나노입자는 더 많은 햇빛을 포착하고, 매우 높은 에너지의 전자로 변환할 수 있다는 것을 밝혔다. 헤란 박사는 "이러한 과정에서 매우 국지적이고 강한 전기장이 핫스팟에서 발생한다"고 말했다. 이러한 핫스팟은 금 입자 사이에서 형성되며, 따라서 두 사람은 백금 나노입자를 이러한 핫스팟 사이 공간에 직접 배치하는 아이디어를 얻었다. 오늘날 수소는 주로 화석 연료, 주로 천연가스에서 생산된다. 그러나 두 사람은 "플라즈몬 금속과 촉매 금속의 결합을 통해 이산화탄소를 유용한 물질로 변환하는 등 다양한 산업 응용 분야를 위한 강력한 광촉매를 개발 중이다"라고 밝혔다. 이들은 이미 이러한 물질 개발에 대한 특허를 취득했다. 또한, 이전에 매사추세츠 공과대학(MIT)의 엔지니어들이 태양열을 활용하여 온실가스 배출 없이 수소를 효율적으로 생산하는 '태양열화학수소' 시스템을 개발했다. MIT, 태양열 최대 40% 활용 기존의 태양열 열화학 수소 생산 시스템은 효율성이 낮았지만, MIT의 설계는 태양열을 최대 40%까지 효율적으로 활용할 수 있다. 이 시스템은 태양열을 활용하여 물을 분해하고, 이 과정에서 생성된 수소를 청정 연료로 사용할 수 있게 한다. 이렇게 생산된 수소는 장거리 트럭, 선박, 항공기의 연료로 사용될 수 있으며, 온실가스가 전혀 배출되지 않는다. MIT의 새로운 시스템은 집중형 태양열 발전소(CSP) 방식을 사용하며, 다수의 거울을 활용하여 태양광을 집중시켜 열을 발생시킨다. 이렇게 집중된 열은 수소 생산에 활용된다. 한국의 DGIST(대구경북과학기술원)와 단국대학교 연구팀은 친환경적인 양자점을 활용하여 세계 최고 수준의 태양광 수소 생산 기술을 개발했다. 이 기술은 양자점의 물성을 조절하여 광전기화학 소자에 적용, 태양광을 효과적으로 수소 생산에 활용하는 방법을 제공한다. 게다가 한국의 DGIST(대구경북과학기술원)와 단국대학교 연구팀은 친환경적인 양자점을 활용하여 세계 최고 수준의 태양광 수소 생산 기술을 개발했다. 이 기술은 양자점의 물성을 조절하여 광전기화학 소자에 적용함으로써, 태양광을 효과적으로 수소 생산에 활용할 수 있는 방법을 제시한다.
- 산업
2023-12-18
[퓨처 Eyes(15)] 20m 미만 소형 입자 가속기, 의료·반도체 혁신 예고

미국 텍사스대학교(UT) 오스틴 캠퍼스 연구원들이 전자 에너지가 높고 공간도 적게 차지하는 소형 입자 가속기를 개발했다. '입자 가속기'는 우주를 구성하는 기본 입자들의 속성과 상호작용을 연구하는 데 필수적인 장치다. 현대 물리학의 중심에 서 있는 이 기술은 반도체 응용 분야, 의료 영상 및 치료, 재료, 에너지 및 의학 연구에 큰 잠재력을 가지고 있다는 평가다. 특히 기존 가속기는 수 킬로미터에 달하는 넓은 공간을 차지해 가격이 비싸고 소수의 국립연구소와 대학에서만 사용할 수 있었다. 미국 과학 기술 매체 사이테크데일리에 따르면, UT 연구팀이 개발한 소형 입자 가속기는 길이 20m 미만으로, 기존 가속기보다 훨씬 콤팩트하다. 또한, 100억 전자볼트(10 GeV)의 에너지를 가진 전자빔을 생성할 수 있어, 기존 가속기와 동일한 수준의 성능을 갖는다. 현재 미국 내에서 이와 같은 높은 전자 에너지 수준에 도달할 수 있는 가속기는 단 두 대에 불과하며, 둘 다 길이가 약 3km에 달한다. 이 연구의 공동 저자인 비요른 마누엘 헤겔리히(Bjorn "Manuel" Hegelich) UT 물리학 부교수는 "우리는 이제 이러한 에너지 수준에 매우 가까운 거리, 약 10cm 내에서 전자 빔에 도달할 수 있다"고 말했다. 이번 연구는 입자 가속기 기술의 발전에 중요한 진전을 의미하며, 향후 다양한 과학적, 의료적 응용에 사용될 수 있다. 헤겔리히 교수는 저널 '극한에서의 물질과 방사선(Matter and Radiation at Extremes)'에서 "우리의 가속기는 우주 장치의 방사선 내성 테스트, 새로운 반도체 칩의 3D 내부 구조 이미지화, 심지어 혁신적인 암 치료법과 고급 의료 영상 기술 개발에 활용될 수 있다"고 말했다. 또한, 이 가속기는 X선 자유 전자 레이저 구동에도 사용될 수 있다. 이 레이저는 원자나 분자 수준에서 일어나는 프로세스를 슬로우 모션으로 촬영하는 데 이용 가능하다. 가속기 기술의 혁신 '소형 입자 가속기' 입자 가속기는 원자와 같은 작은 입자들을 매우 높은 속도로 가속시켜, 이들을 서로 충돌시키거나 특정 표적에 충돌시킴으로써 그 속성을 탐구한다. 이러한 과정을 통해 과학자들은 입자들과 이를 구성하는 힘에 대해 깊이 있게 연구할 수 있다. 입자 가속기는 주로 하전 입자의 속도를 증가시키는 데 사용된다. 양성자, 원자핵, 전자와 같은 양전하나 음전하를 지닌 입자들이 이에 해당한다. 이 입자들은 때때로 빛의 속도에 근접한 속도로 가속된다. 입자가 표적 물질이나 다른 입자와 충돌할 때, 다양한 현상이 발생한다. 충돌로 인해 에너지가 방출되고, 핵 반응이 일어나며, 입자가 산란되고 새로운 입자가 생성된다. 예를 들어, 중성자와 같은 다른 입자들이 이러한 충돌에서 생겨날 수 있다. 이 과정을 통해 과학자들은 원자, 원자핵, 핵자를 결합하는 힘과 '하이그스 보손(Higgs boson)'과 같은 특별한 입자들의 성질을 연구할 수 있다. 하이그스 보손, 우주 기본 입자의 질량 부여하는 '신의 입자' '하이그스 보손'은 기본 입자 물리학의 중요한 개념 중 하나로, 입자들이 질량을 갖게 되는 메커니즘을 설명하는 데 핵심적인 역할을 한다. 이 입자는 1964년 물리학자 피터 하이그스와 다른 몇몇 이론 물리학자들에 의해 처음으로 제안됐다. 2012년 유럽입자물리연구소(CERN)의 대형 강입자 충돌기(LHC)에서 처음 발견됐다. 하이그스 보손은 매우 무거운 입자로, 질량은 약 125GeV이다. 이는 약 125억 전자볼트와 같다. 하이그스 보손은 또한 매우 불안정한 입자로, 평균 수명은 약 1.56x10¯²²초로 추정된다. 이는 하이그스 보손이 생성된 직후 거의 즉시 다른 입자들로 붕괴한다는 것을 의미한다. 하이그스 보손의 발견은 물리학 연구에 새로운 동력을 불어넣었다. 이로 인해 피터 하이그스와 프랑수아 앵글레르는 2013년 노벨 물리학상을 수상했다. 이 발견은 우주의 근본적인 성질에 대한 이해를 크게 향상시켰으며, 여전히 많은 연구가 진행 중이다. 입자 가속기 활용 분야 입자 가속기는 우주의 기원과 구조, 물질의 기본 구성 요소, 자연법칙 등을 연구하는 데 사용된다. 입자 가속기를 이용하여 새로운 입자를 발견하거나, 기존 입자의 성질을 연구할 수 있다. 또한 입자 가속기는 생물학, 의학, 재료과학, 나노기술 등 다양한 분야의 응용과학 연구에 활용된다. 입자 가속기를 이용하여 새로운 약물이나 치료법을 개발하거나, 새로운 재료나 소재를 개발할 수 있다. 예를 들어, 암 치료를 위한 정밀 방사선 요법이나 새로운 재료의 연구에 활용될 수 있다. 종양을 제거하거나 염증을 치료하는 방사선 치료를 수행할 수 있다. 입자 가속기를 사용하여 의료용 동위원소를 생산할 수도 있다. 의료용 동위원소는 암 진단, 치료, 방사선 치료 등 다양한 의학 분야에서 사용된다. 입자 가속기는 반도체 제조, 금속 재료 연구, 환경 오염 측정 등 산업 분야에도 다양한 용도로 활용되고 있다. 입자 가속기를 이용하여 반도체의 미세 회로를 제조할 수 있다. 또 식품이나 의약품을 살균하거나, 디스플레이 등을 제조할 수 있다. 아울러 새로운 물리학 이론을 탐구할 수 있다. 표준 모델 이외의 이론, 예를 들어 초대칭성, 여분의 차원, 양자 중력 이론 등을 실험적으로 탐구하는 것이 다음 세대 가속기의 중요한 목표 중 하나가 될 것이다. 또한 대규모 입자 가속기 프로젝트는 국제적 협력을 필요로 한다. 이러한 협력은 물리학뿐만 아니라 정치적, 경제적, 교육적 측면에서도 광범위한 영향을 미칠 것으로 보인다. 웨이크필드 레이저 가속기 웨이크필드 레이저 가속기는 1979년에 처음으로 개념이 제시된 이후 괄목할 만한 발전을 거듭해왔다. 이 기술은 강력한 레이저를 헬륨 가스에 충돌시켜 플라즈마 상태로 가열하고, 이 과정에서 고에너지 전자 빔이 가스의 전자를 밀어내며 파동을 생성한다. 지난 수십 년간 여러 연구 그룹이 이 기술을 발전시켜 더욱 강력한 버전을 개발했다. 헤겔리히 교수와 그의 연구팀은 나노기술을 이용해 주요 발전을 이루었다. 부가적인 레이저가 가스 셀 내의 금속판과 충돌하면, 금속 나노입자들이 흘러나와 파동에서 전자로 에너지 전달을 증가시키는 역할을 한다. 이 과정은 보트가 호수를 가로질러 나아가며 남기는 항적과 유사하며, 전자는 서퍼가 파도를 타는 것처럼 이 플라즈마 파동을 타고 이동한다. 이러한 혁신적인 접근 방식은 웨이크필드 레이저 가속기 기술의 효율성과 성능을 높이는 데 크게 기여하고 있다. 앞으로도 이 분야의 연구와 개발에 중요한 역할을 할 것으로 예상된다. 헤겔리히 교수는 웨이크필드 가속기의 원리를 비유를 통해 설명했다. 그는 "웨이크 서핑을 하려면 큰 파도에 들어가기 어렵기 때문에 서퍼들은 제트 스키에 끌려들어간다"고 비유했다. 이어서 "우리 가속기에서는 제트 스키와 유사한 역할을 하는 것이 적절한 시간과 위치에서 전자를 방출하는 나노입자이다. 이를 통해 파도 위에 더 많은 전자를 끌어들여 가속하는 것이 우리의 '비밀 소스'"라고 부연했다. 이 실험을 위해 연구팀은 세계에서 가장 강력한 펄스 레이저 중 하나인 '텍사스 페타와트 레이저(Texas Petawatt Laser)'를 사용했다. 이 레이저는 UT에 설치되어 있으며, 매시간 한 번씩 초강력 빛 펄스를 발사한다. 단일 페타와트 레이저 펄스의 전력은 미국 전력의 약 1000배에 달하지만, 지속 시간은 150펨토초에 불과하다. 이는 번개 방전의 10억분의 1도 안 되는 짧은 시간이다. 웨이크필드 레이저 가속기는 강력한 레이저를 헬륨 가스에 충돌시켜 플라즈마 상태로 가열하고, 이 과정에서 고에너지 전자 빔이 가스의 전자를 밀어내며 파동을 생성한다. 전자는 이 플라즈마 파동을 타고 이동하면서 에너지를 얻게 된다. 헤겔리히 교수와 그의 연구팀은 나노기술을 이용해 주요 발전을 이루었다. 부가적인 레이저가 가스 셀 내의 금속판과 충돌하면, 금속 나노입자들이 흘러나와 파동에서 전자로 에너지 전달을 증가시키는 역할을 한다. 소형 입자 가속기 연구의 의미와 전망 UT 연구팀의 이번 연구는 소형 입자 가속기 기술의 발전에 중요한 진전을 이루었다는 점에서 의미가 있다. 소형 입자 가속기는 기존 가속기의 단점인 비용과 공간 제약을 극복할 수 있어 다양한 분야에서 활용될 가능성이 높다. 연구팀은 향후 현재 개발중인 소형 입자 가속기를 테이블 위에 올려 놓고 초당 수천 번 반복적으로 발사할 수 있는 레이저로 시스템을 구동하여 기존 가속기보다 훨씬 더 콤팩트하고 훨씬 더 넓은 환경에서 사용할 수 있는 가속기를 만드는 것을 목표로 하고 있다. 한편 현재 세계 각국은 입자 가속기의 성능을 향상시키기 위한 연구에 박차를 가하고 있다. 유럽입자물리연구소(CERN)는 현재 운영 중인 대형 강입자 충돌기(LHC)의 성능을 개선하기 위한 작업을 진행하고 있다. 또한, 미국, 중국, 일본 등에서도 새로운 입자 가속기의 건설을 추진하고 있다. 이러한 노력을 통해 입자 가속기는 우주와 물질의 기본 법칙을 이해하고 새로운 기술을 개발하는 데 더욱 중요한 역할을 할 것으로 기대된다.
- 포커스온
2023-12-14
식중독 예방 위해 설계된 전자 코 'E-노즈' 개발

일반적으로 마약 탐지, 주인 인식, 매몰된 사람 구조와 같은 활동에서 뛰어난 후각을 발휘하는 동물로 개를 떠올리곤 한다. 이 때문에 냄새를 잘 맡는 사람을 종종 '개코'라고 부른다. 하지만 이제는 '개코'가 아닌 'AI 코(AI Nose)'라는 용어를 사용해야 할 시대가 올 것으로 보인다. 인공지능(AI)의 발전으로 인해, 사람의 코를 대체할 수 있는 이 'AI 코'는 다양한 냄새를 구분하도록 훈련되고 있기 때문이다. 미국 BBC에 따르면, 사람의 코에는 약 400개의 후각 수용체가 있어 약 1조 종류의 냄새를 감지할 수 있다고 한다. 그러나 이러한 수준의 감각을 과학적 장비로 복제하는 것은 어려운 과제다. 그럼에도 불구하고, 최근 AI의 발전 덕분에 최신 전자 코(특정 냄새를 감지하고 보고할 수 있는 첨단 센서)의 처리 속도와 정확도가 급속도로 향상되고 있다. 그들의 지지자들은 식품 안전을 변화시킬 수 있다고 말한다. 센시파이(Sensifi)라고 불리는 'E-노즈(e-nose)'의 공동 개발자이자 이스라엘 네게브 벤 구리온 대학교의 화학 교수인 라즈 젤리넥(Raz Jelinek) 교수는 "잠재적으로 치명적인 식인성 박테리아의 일반적인 유형인 살모넬라와 대장균은 고유한 전자적 특성을 가지고 있다"고 설명했다. E 노즈에는 탄소 나노입자로 코팅된 전극이 포함되어 있어, 박테리아가 내뿜는 냄새나 휘발성 유기화합물(VOC)을 감지한다. 서로 다른 종류의 박테리아는 서로 다른 VOC 지문을 생성하며 이는 다시 Sensifi 기계에서 서로 다른 전기 신호를 생성한다. 그런 다음 AI 소프트웨어 시스템에 의해 기록되어 계속 증가하는 데이터베이스와 비교하여 이를 확인하고 사용자에게 알린다. 올해 초 출시된 Sensifi는 식품 산업의 감염과의 전쟁을 변화시킬 수 있기를 희망하고 있다. 모디 펠레드(Modi Peled) CEO는 "대부분의 경우 식품 생산업체가 현재 테스트를 위해 샘플을 실험실로 보낸 다음 결과가 나올 때까지 며칠을 기다려야 한다"며 "하지만 E-노즈는 식품 회사가 직접 현장에서 사용할 수 있으며 1시간 이내에 결과를 제공한다"고 말했다. 펠레드는 "식품 산업의 테스트 방법은 40~50년 동안 동일하게 유지됐다"라며 "지금까지 AI는 실제로 이 시장의 테스트 부문에 진출하지 못했다"고 지적했다. 식중독은 전 세계적으로 여전히 심각한 문제로 남아 있다. 미국에서는 매년 4800만 명, 즉 6명 중 1명이 식중독으로 인해 병에 걸리며, 이 중 12만8000명이 입원했고, 3000명이 사망했다. 영국에서는 매년 240만 건의 식중독 사례가 발생하고, 약 180명이 사망하는 것으로 추산되고 있다. 펠레드는 "사람들은 고기, 가금류, 생선이 주범이라고 말하지만, 지난 5~10년 동안 미국 식품 산업의 가장 큰 암살자는 바로 로메인 상추다”라며 “식품 시장이 산업화될수록 병원균에 더 취약해질 것"이라고 주장했다. 독일 회사인 NTT 데이터 비즈니스 솔루션(NTT Data Business Solutions)는 현재 개발 중인 E 노즈를 구동하는 AI를 훈련하는데 커피를 통해 도움이 되는 새로운 방법을 가지고 있다. 한 테스트에서 기술자들은 AI 센서 옆에 인스턴트 커피 가루를 놓는 데 3일을 보냈다. 그런 다음 AI는 좋은 커피, 나쁜 커피(식초를 곁들인 커피), 커피가 전혀 없는 세 가지 옵션 중 하나를 식별해야 했다. 회사의 혁신 관리자인 안드리안 코츠르(Adrian Kostrz)는 "냄새는 단순한 가스가 아니라 독특한 가스 조합이다"라며 "그리고 냄새가 나는 방식에 변화나 아주 작은 차이가 있는 경우가 많다"고 말했다. NTT의 센서는 3D 프린팅된 인간 코의 플라스틱 모델에 장착된다. 신선하고 상태가 좋을 때 어떤 냄새가 나는지 알 수 있도록 커피와 기타 식품으로 AI를 훈련하고 있으며, 이를 "냄새의 기준값"이라고 회사는 말한다. 아이디어는 NTT의 E-노즈가 전염병의 냄새를 맡는 것뿐만 아니라 식품의 신선도 여부에도 사용될 수 있다는 것이다. 이는 슈퍼마켓이나 카페에서 유통기한이 없는 물건이 있을 때 무엇을 먼저 팔아야 할지 알 수 있도록 도와줄 것으로 기대된다. 코츠르는 "악취의 기준값을 아는 것은 식품 산업이 그에 따라 생산, 저장, 수확 및 공정을 조정하는 데 도움이 될 것이다"라고 말했다. 그러나 일부 AI 전문가들은 최신 E-노즈가 잘 작동하지만, 식품업체들이 비용 문제로 인해 발을 빼게 될 가능성이 높아 큰 수요를 발생할 가능성은 낮다고 말한다. 미국에 본사를 둔 이 회사의 설립자이자 수석 디자이너인 빈센트 피터스(Vincent Peters)는 "피킹부터 보관, 배송까지 전 세계 소형 감지기 네트워크를 구축하는 것에 대해 이야기하고 있다면 이것이 비즈니스 모델에 어떤 영향을 미칠지 고려해야 한다"고 말했다. 한편, 샌프란시스코에 본사를 둔 도미노 데이터 랩(Domino Data Lab)의 동료 AI 전문가인 크젤 칼쏜(Kjell Carlsson)은 "E-이 노스가 작업 중인 각 시설에 대해 복잡한 미세 조정이 필요할 것이다"라며 "이것은 새로운 기술을 수용하는 것으로 알려지지 않은 업계에서 매우 어려운 작업이다"라고 꼬집었다. 이러한 지적에도 불구하고, 뉴질랜드의 센티안 바이오(Scentian Bio)라는 회사는 곤충의 더듬이를 모방해 바이오센서이를 개발했다. 이를 통해 곤충 단백질을 복제하고 이를 냄새 센서에 포함시킨 것이다. 이는 개 코보다 수천 배 더 민감하다는 설명이다.
- IT/바이오
2023-12-03
자작나무 잎에서 나노입자 추출…지속가능한 반도체 소재 개발

스웨덴 과학자들이 자연 재료로 만든 나노입자를 이용하여 유기 반도체 물질을 개발하는데 성공했다. 과학 기술 전문 매체 테크놀러지 네트웍스는 지난 11월 29일(현지시간) 압력으로 조리된 잎으로 만든 나노입자는 유기 반도체에 사용되는 희귀 원소를 대체할 수 있다며 자작나무 잎에서 나노입자를 추출했다고 보도했다. 이 연구는 덴마크와 중국의 연구자들과의 협업을 통해 진행됐다. 연구진은 고압 가열 방식을 통해 식물 생체질을 나노 크기의 탄소 입자, 즉 탄소 양자점으로 전환하는 데 성공했다. 이 연구 결과는 영국 왕립화학회(Royal Society of Chemistry)의 '그린 케미스트리(Green Chemistry)' 저널에 게재됐다. 이번 연구 결과는 유기 전자 제품 분야에서 획기적인 발전으로 기대된다. 이 매체에 따르면 스웨덴 우메아(Umeå) 대학의 물리학자들이 중국과 덴마크의 연구원들과 협력하여 식물 생물질을 나노 크기의 탄소 입자, 이른바 '탄소 양자점'으로 분해하는 새로운 압력 조리 방법을 개발했다. 이 탄소 양자점은 유기 전자 제품에 사용되는 유기 반도체 물질의 일부 희귀 원소를 대체할 수 있을 만큼 좋은 광학 특성을 가지고 있다. 연구원들은 또한 자작 나무잎에서 유래한 탄소 양자점을 사용하여 생물 기반 반도체 물질을 생산하는 데 성공했다고 보고했다. 유기 반도체의 지속가능성 유기 반도체는 전자 장치에 있어 가장 중요한 기능성 재료 중 하나로, 특히 유기 발광 다이오드(OLED)에서 주목받고 있다. 광전자 분야에서 이러한 반도체는 초박형 밝은 텔레비전과 휴대 전화 화면에 사용되는 유기 발광 다이오드(OLED)를 전원 공급하는 데 가장 유명하다. 그러나 유기 반도체 기술에 대한 수요가 증가함에 따라 큰 문제가 발생한다. 대부분의 유기 반도체는 대부분 지속 가능하지 않은 원료인 석유 화학 물질과 플래티넘, 인듐, 인과 같은 희귀 원소를 사용하여 제조된다. 이러한 소위 '핵심 원료'는 환경에 특히 좋지 않다는 점에서 문제가 있다. 반도체 산업의 지속가능성을 높이기 위해 연구원들은 이러한 핵심 원료를 대체할 수 있는 대체 원료를 조사하기 시작했다. 우메아 대학 물리학과 연구원 지아 왕(Jia Wang) 박사는 "우리 연구의 핵심은 인근 재생 가능 자원을 활용하여 유기 반도체 물질을 생산하는 것이다"라고 말했다. 새로운 연구에서 왕 박사와 그녀의 동료들은 생물 기반 탄소 양자점을 유일한 원료로 사용하는 반도체의 성공적인 생성을 보고했다. 자작나무 잎에서 양자 물질까지 이 새로운 반도체의 합성은 매우 간단하다. 우메아 대학 캠퍼스에서 자라는 자작나무에서 잎을 딴 후, 연구원들은 에탄올 용액을 사용하여 용매열 반응 과정을 통해 잎을 효과적으로 압력 조리했다. 이 용액을 건조하고 추출하면 크기가 약 2나노미터인 탄소 나노 물질로 구성된 양자점인 '탄소 양자점'이 생성된다. 신선한 에탄올 용액에 용해되면 탄소 양자점은 좁은 밴드의 깊은 붉은 빛을 방출한다. 연구원들은 탄소 양자점을 사용하여 새로운 발광 전기 화학 장치를 제조할 수 있었으며, 최대 100 坎델라/제곱미터(cd/m2)의 밝기를 생성할 수 있다. 이것은 일반 컴퓨터 화면에서 발산되는 광량과 동일하다. 왕 박사는 "우리의 방법은 자작 나무잎에 국한되지 않는다는 점에 유의하는 것이 중요하다"라고 덧붙였다. 그는 "우리는 동일한 압력 조리 방법으로 다른 식물 잎을 테스트했으며 모두 유사한 빨간색 방출 탄소 양자점을 생성했다. 이러한 다양성은 이 변환 과정이 다른 위치에서 사용될 수 있음을 시사한다"고 말했다. 상업용 양자점과는 달리, 새롭게 개발된 바이오 기반 탄소점은 석유화학 화합물, 중금속, 또는 중요한 원재료를 포함하지 않는다. 왕 박사는 이러한 바이오매스 기반 탄소점이 고갈되는 석유 화합물 대신 유기 반도체의 원료로 사용될 수 있음을 시사한다고 말했다. 연구팀은 이 바이오 기반 탄소점이 발광 소자를 넘어 다양한 분야에서 응용될 수 있다고 기대했다. 왕 박사는 "이 카본닷은 바이오 이미징, 센싱, 위조 방지 등 여러 응용 분야에서 유망한 소재다. 우리는 이러한 지속 가능하고 발광성 있는 탄소점의 새롭고 흥미로운 용도를 탐구하기 위해 협력을 기대하고 있다'라고 말했다.
- IT/바이오
2023-12-01
나노플라스틱, 파킨슨병의 새로운 원인으로 부상

나노플라스틱이 인간의 뇌에서 특정 단백질과 결합해 파킨슨병을 일으킨다는 연구 결과가 나왔다. 미국 과학 전문매체 인터레스팅 엔지니어링이 지난 18일(현지시간) 듀크 대학교 의과대학의 연구 결과를 인용해 이같이 보도했다. 나노플라스틱은 일반적으로 크기가 100나노미터(0.1마이크로미터) 미만인 아주 작은 플라스틱 입자를 말한다. 나노플라스틱은 크기가 작기 때문에 세포나 분자 수준에서 유기체에 침투할 수 있다. 최근 몇 년 동안 나노플라스틱이 환경과 인간 건강에 미치는 영향에 대한 연구와 관심이 증가했다. 이번 연구에서는 나노플라스틱이 바로 인간의 뇌에 침투해 파킨슨병을 일으킬 수 있다는 것을 확인했다. 인간의 뇌에서 나노플라스틱 발견 듀크대학교 의과대학이 진행한 새로운 연구에서는 나노플라스틱과 신체 기관에 자연적으로 존재하는 특정 단백질 사이의 상호 작용으로 인해 발생하는 파킨슨병 및 특정 형태의 치매와 관련된 변화를 관찰했다. 연구를 주도한 듀크대학교 의과대학 약리학 및 암 생물학과 교수인 앤드류 웨스트 박사는 "파킨슨병은 세계에서 가장 빠르게 성장하는 신경 질환으로 불려 왔다"라고 말했다. 웨스트 박사는 "수많은 데이터가 환경적 요인이 파킨슨병에 중요한 역할을 할 수 있음을 시사하지만, 그러한 요인은 대부분 밝혀지지 않았다"고 설명했다. 연구진은 다음의 세 가지 방법을 통해 알파-시누클레인 단백질과 폴리스티렌 나노입자 사이에 중요한 연관성이 있다는 것을 발견했다. 첫째, 시험관 실험을 통해 알파-시누클레인 단백질을 관찰했다. 둘째, 배양된 신경세포를 사용하여 이 단백질의 반응을 연구했다. 셋째, 파킨슨병을 가진 마우스(쥐) 모델을 사용하여 알파-시누클레인 단백질의 특성을 분석했다. 그 결과 연구진은 알파-시누클레인 단백질이 폴리스티렌 나노 입자를 포함한 플라스틱으로 만들어진 일회용 컵이나 수저와 같은 제품에 응집되는 경향이 있음을 발견했다. 이 단백질은 주로 파킨슨병과 다른 신경 퇴행성 질환과 연관되어 있다. 연구진의 이러한 발견은 파킨슨병의 발병 메커니즘에 대한 새로운 이해를 제공하며, 향후 치료 전략 개발에 중요한 정보를 제공할 수 있다. 이번 연구에서 얻은 가장 놀라운 결과 중 하나가 세포 내 폐기물을 분해하고 재활용하는 중요한 기능을 하는 리소좀과 관련된 것이었다고 연구진은 지적했다. 리소좀은 세포의 '쓰레기 처리' 또는 '재활용 센터'로 불리는데, 연구진은 이 리소좀에서 발견되는 단백질과 플라스틱 사이에 강력한 연결 고리가 존재한다는 사실을 발견했다. 이는 세포의 폐기물 처리 및 재활용 과정에 영향을 미칠 수 있으며, 플라스틱과 같은 외부 물질이 세포 내 기능에 어떤 영향을 미치는지에 대한 새로운 통찰을 제공한다. 나노플라스틱, 암 그 이상의 영향? 연구진은 이러한 연구 과정에서 여전히 해결해야 할 많은 의문점들을 가지고 있다고 말했다. 그러나 이번 연구는 암을 넘어서 나노플라스틱이 건강에 미치는 영향을 조사할 필요성을 시사한다. 웨스트 박사는 "미세 플라스틱 및 나노 플라스틱 오염 물질이 암과 자가 면역 질환에 미치는 잠재적 영향이 현재 연구되고 있음에도 불구하고, 이들의 연구 모델에서 관찰된 상호 작용의 놀라운 특성은 특히 파킨슨병과 치매의 위험 및 진행과 관련해 나노 플라스틱 오염 물질의 영향을 평가할 필요성을 보여준다"고 강조했다. 한편, 웨스트 박사는 나노 입자가 치매나 기타 신경 퇴행성 질환에 미치는 영향에 대한 결정적인 증거를 제시하는 데 필요한 기술은 현재 존재하지 않는다고 설명했다. 그러나 과학자들은 나노 입자가 인체에 심각한 손상을 일으킬 수 있는 잠재력을 밝혀내는 연구를 계속 진행하고 있다. 이러한 연구는 나노플라스틱의 잠재적인 위험에 대한 인식을 높이고, 이에 대한 대응 전략을 개발하는 데 필수적인 기여를 할 것으로 기대된다.
- IT/바이오
2023-11-22
미국 GM·듀폰 등 4개사, 한국에 1조5천억원 투자

윤석열 대통령이 아시아태평양경제협력체(APEC) 정상회의 참석차 방미한 가운데 GM, 듀폰, IMC, 에코랩 등 4개 미국 기업이 모두 11억6000만 달러(약 1조5000억 원)을 우리나라에 투자하겠다고 신고했다. 산업통상자원부는 19일(현지시간) 이들 기업으로부터 11억6000만 달러의 투자를 유치했다고 밝혔다. 정부는 4개 기업의 투자가 연간 4조5000억 원 이상의 수출 확대 및 수입 대체 효과를 유발할 것으로 예상했다. 다만 이들 4개 기업의 구체적인 개별 투자액은 공개되지 않았다. GM의 추가 투자는 규제 개혁과 제도 개선 등 투자 환경 개선을 위한 정부의 노력이 글로벌 기업의 한국 투자를 끌어내는 성과로 이어지고 있음을 확인하는 계기가 됐다고 산업부는 자평했다. 실판 아민 GM 수석 부회장은 지난 15일 APEC 최고경영자(CEO) 정상회의를 계기로 윤 대통령과 만나 "한국 정부의 과감한 규제 개혁과 글로벌 스탠다드에 맞는 제도 개선으로 한국에서 기업 활동하는 데 자신감이 생겼다"며 "지난 20년간 파트너십에 이어 앞으로도 한국 생산을 계속 늘려 나가겠다"고 언급했다. 듀폰은 향후 경기도 용인에 조성될 세계 최대 규모의 반도체 클러스터 조성 계획과 연계해 반도체 소재·부품 생산 공장 및 연구개발(R&D)센터 증설에 2천억원 이상의 투자를 해 100명 이상을 신규 고용하기로 했다. 이는 작년 9월 윤 대통령의 방미를 계기로 한국 정부에 신고한 투자의 2배 규모에 달한다. 세계적 투자 기업인 버크셔 해서웨이의 자회사인 IMC는 반도체 제조 공정 또는 고강도 공구 제조에 사용되는 산화 텅스텐 생산 시설에 투자한다. 에코랩은 반도체 제조용 연마제인 CMP(화학적 기계연만) 슬러리 생산에 필수적인 고순도 나노입자(콜로이드 실리카) 생산 시설에 투자할 예정이다. 이 회사가 해외에 고순도 나노 입자 공장을 건설하는 것은 한국이 처음이다. 방문규 산업부 장관은 "이번 투자가 첨단산업 한미 동맹 강화와 우리 반도체 산업 공급망 안정화에 크게 기여할 수 있을 것"이라며 "투자 후속 지원과 함께 킬러 규제 혁파 등 투자 환경 개선 노력을 지속하겠다"고 말했다.
- 경제
2023-11-20
나노기술 적용된 획기적 여드름 치료제 개발

사춘기 청소년들의 가장 큰 고민인 여드름. 연고를 발라보고, 약도 복용해보고, 깨끗이 세안도 해 보지만 크게 나아지지 않아 애를 먹인다. 사춘기 청소년의 85%에서 발견되고, 후유증으로 흉터가 남기도 하는 여드름은 한국 청소년들만의 문제가 아니다. 전 세계적으로 약 8억명, 미국에서만 4500만 명이 여드름과 전쟁을 벌이고 있다. 과학기술 매거진 '뉴 아틀라스(NEW ATLAS)'는 「나노스케일(Nanoscale)」저널에 게재된 남호주 대학(University of South Australia) 연구팀이 개발한 나노 기술을 사용한 여드름 치료제에 대해 소개했다. 여드름의 원인은 여드름 미생물(Cutibacterium acnes)이라고 불리는 피부 박테리아의 과도한 증식으로 발생한다. 일종의 만성 염증질환으로 면포, 구진, 고름물집, 결절, 거짓낭 등의 병변이 나타난다. 연구팀은 여드름을 유발하는 박테리아를 제거하기 위해 미세바늘과 초음파를 결합한 나노 기술을 통해 피부 병원균에 치명타를 줄 수 있었다. 사람의 머리카락 굵기보다 5만 배 더 작은 부드러운 나노입자를 사용해 일반적으로 나라신(Narasin)으로 알려진 항균 화합물(항생제)를 여드름의 주요 발병 지점인 탈피지샘단위(Pilosebaceous unit)에 전달했다. 모낭과 모간, 피지선은 여드름 미생물(Cutibacterium acnes)이 번식하는 곳이다. 또한 현재의 경구 및 국소 약물은 다양한 성분이 혼합되어 장기간 사용하면 세균 내성이 발생할 수 있어 치료하기가 매우 어려운 것으로 알려졌다. 이번에 개발된 치료법은 새로운 항생제를 표적에 직접 전달함으로써 다른 방법보다 목적지에 도달하는 데 100배 더 효과적인 것으로 입증됐다. 파티마 아비드(Fatima Abid) 연구원은 "여드름에 처방되는 경구용 약물은 다양하지만 부작용이 많고, 물에 잘 녹지 않아 대부분의 환자와 의사는 국소 치료를 선호한다"고 말했다. 아비드의 연구팀은 돼지 귀 피부를 모델로 사용해 나노 스케일 전달 수단을 NAR[농업 분야에서 기생충 질병 콕시디아증(coccidiosis) 예방을 포함한 다양한 용도의 폴리에테르 항생제]로 알려진 나라신을 적용했다. 나라신(NAR)은 지난 1986년 처음으로 닭에 대한 사용이 승인됐다. 이전에도 항원충제, 항진균제와 항바이러스제 효능이 있는 것으로 나타났다. 여드름 치료제로 나라신이 연구된 것은 이번이 처음이며, 표적에 집중된 전달 방법과 함께 여드름 미생물이 약물 내성을 발생시킬 위험을 줄인다. 남호주 대학 약학 연구자이자 교수인 산자이 가르그(Sanjay Garg)는 "미셀 제형은 나라신을 여드름 목표 지점에 전달하는 데 효과적이었으며, 화합물 용액은 피부층을 통과하지 못했다"고 말했다. 현재까지는 여드름을 치료하기 위해 피지분비의 조절, 털집과다각질화의 교정, 여드름 미생물 집락수 감소, 염증반응 억제 등의 방법을 사용해 왔다. 이번 연구는 나노기술을 사람을 위한 치료법으로 발전시킬 수 있는 문을 열었다는 평가를 받고 있다.
- IT/바이오
2023-09-23