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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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- 포커스온
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[먹을까? 말까?(96)] '우주 된장' 맛은 어떨까?⋯국제우주정거장서 발효 실험
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[단독] "불붙고 폭발까지"⋯LG 전자레인지 '화재 위험', 스티커가 해결책? 소비자 분통
- LG전자 전기레인지의 오작동으로 인한 화재 위험성이 제기된 가운데, 제조사의 미흡한 대응에 미국 소비자들의 불만이 커지고 있다. 미국 현지 매체 컨슈머 어페어즈(Consumer Affaires)는 10일(현지시간) "LG전자 전기레인지 오작동 문제의 핵심은 전면 조작부의 민감성"이라며 "경미한 접촉에도 작동될 수 있다는 점이 문제"라고 보도했다. 미국 뉴욕주 버팔로에 거주하는 리카르도 비아스는 최근 주방 리모델링 후 개최한 파티에서 손님 중 한 명이 설치한 지 얼마 되지 않은 LG 전기레인지에 부딪히면서 오작동되는 사고를 겪었다. 레인지 위에 있던 접시가 폭발하는 아찔한 상황이 발생한 것이다. 그는 "더 큰 사고로 이어질 수도 있었다"며, 집에 어린이와 반려동물이 없어 그나마 다행이었다고 말했다. 비아스는 2022년부터 해당 레인지를 사용해 왔으며, 지난 2월 초 LG전자와 미국 소비자제품안전위원회(CPSC)가 발령한 리콜 통지를 받고 제품 교환을 기대했다. 하지만 LG 고객센터와의 통화에서 소프트웨어 잠금 기능에 대해 몰랐다는 질책만 받았다고 토로했다. 제조사와 정부가 제시한 해결책은 고작 '경고 스티커' 제공이었다. 비아스가 소유한 레인지는 미국 내에서 화재 위험 가능성으로 리콜 대상이 된 약 50만 대 중 하나다. 전면 조작부의 민감성 때문에 사람뿐만 아니라 반려동물에 의해서도 작동될 수 있다는 점이 문제로 지적됐다. CPSC는 오작동 86건, 화재 28건, 34만 달러 이상의 재산 피해를 야기한 화재 5건을 접수했다. 미국에서 리콜 통지가 나간 지 20일 후, 캐나다에서도 13만 7257대의 LG 레인지에 대한 리콜이 발표됐으며, 해결책은 미국과 동일하게 경고 스티커 제공이었다. 캐나다 온타리오주에 거주하는 조디 달레스는 리콜 대상 레인지를 소유하고 있으며, 극도의 불안감을 호소했다. 2018년 레인지 설치 6개월 후, 레인지 위에 놓여 있던 종이 타월에 불이 붙는 사고를 겪은 것이다. 그녀는 "불길만 보였다. 집이 전소될 수도 있었다"며, 현재는 외출 시 레인지 전원 상태를 반드시 확인한다고 말했다. 또한, 사고 발생 당시 LG전자에 연락했으나 답변을 받지 못했으며, 소프트웨어 잠금 기능에 대해서도 알지 못했고 최근 캐나다 리콜 통지 또한 받지 못했다고 밝혔다. 비아스와 달레스처럼, 소비자들은 경고 스티커 제공이라는 미흡한 해결책에 불만을 제기하며, LG전자의 보다 적극적인 대응을 촉구하고 있다. 일부 소비자들은 레인지 자체를 폐기할 계획까지 세우고 있다. "스티커 부착으로는 화재 예방 불가능" CPSC에 접수된 소비자 불만에는 레인지에 부딪혀 작동된 후, 레인지 위에 놓여 있던 물건이 타거나 집안에 연기가 가득 찬 사례들이 담겨 있다. 일부는 화상으로 응급 처치를 받아야 했다고 보고했다. 그러나 이러한 사고 사례 중 상당수는 정부에 보고되지 않은 것으로 알려졌다. 리콜 대상 LG 레인지 소유자들은 조작부가 매우 민감하여 경미한 접촉에도 작동된다고 주장하며, CPSC에 신고하지 않은 사례도 많다고 전했다. 미국 매사추세츠주 보스턴에 거주하는 짐 반 다이크는 주방 리모델링 중 LG전자 레인지를 설치했다. 시공업자들이 레인지 유리 표면을 보호하기 위해 담요를 덮어두었으나, 누군가 레인지에 부딪혀 작동되면서 담요가 녹아내리는 사고가 발생했다. 그는 LG전자에 연락했으나 보증 기간이 만료됐다는 답변을 들었다. 이후 LG 기술자가 상판을 무상으로 교체해 주었지만, 반 다이크는 레인지 전면 조작부에 유아용 덮개를 설치하여 추가 사고를 막았다. 리콜 통지가 나온 후에야 잠금 기능에 대해 알게 된 그는 경고 스티커 제공을 "터무니없다"고 비판하면서도, 스티커를 받으면 사용하겠지만 레인지 교체를 원한다고 밝혔다. 플로리다주 폼파노비치에 거주하는 마리아나 헬린은 2020년 주방 리모델링 당시 시공업자로부터 LG 레인지가 자동으로 작동된다는 말을 들었다. 그녀는 미관상 이유로 해당 레인지를 선택했지만, 조작부가 민감하여 레인지가 쉽게 작동되고 "매우 빠르게 가열된다"는 점을 알게 됐다. 간호사인 그녀는 치매를 앓는 노인이 실수로 레인지를 만지거나, 레인지 위 물건을 잡으려다 레인지가 작동될 경우 발생할 수 있는 안전 문제를 우려했다. 리콜 통지를 받았을 때, 그녀는 이미 레인지를 처분한 상태였으며, 새 소유자에게 리콜 및 스티커 제공에 대해 알렸다. 그녀는 "스티커 부착으로는 화재를 예방할 수 없다. 이는 근본적인 설계 결함이다"라고 꼬집었다. 미주리주 레이크 세인트루이스에 거주하는 던 스투비치(70)는 LG 레인지 설치 3주 후 식기 타월에 불이 붙는 사고를 겪었다. 당시에는 레인지에 문제가 있다고 생각하지 않았으나, 시간이 지나면서 조작부의 민감성을 인지하게 됐다. 그녀는 "무심코 지나가다가 레인지가 작동됐다"고 말했다. 7개월 후 LG전자에 연락하여 수리 기사를 불렀으나, 레인지가 작동한다는 이유로 교체는 불가능하며, 대신 조작부 잠금 기능을 안내받았다. 리콜 소식을 듣고 레인지 교체를 기대했으나, 경고 스티커 제공이라는 해결책에 실망했다. 스투비치는 "상어에게 물린 상처에 반창고를 붙이는 것과 같다"고 비판했다. 그녀의 모델 번호는 리콜 대상에 포함되지만, 일련번호는 포함되지 않았다. 그녀는 LG 고객센터와 연락하여 레인지가 리콜 대상에 포함될 것이라는 답변을 받았다. 그녀는 "아마도 큰 스티커를 받을 것 같다. 벽에 붙일 수 있는 스티커 말이다"라고 꼬집었다. 그녀는 레인지 구매에 약 1,400달러를 지불했으며, 이러한 해결책을 "모욕적"이라고 생각한다. 그녀는 "집을 태울 수 있는 물건에 그만한 돈을 지불했는데, 조작부를 잠가야 한다는 것은 말이 안 된다"고 했다. 그녀는 레인지를 항상 잠가두는 것이 불편하며, 때로는 잊어버리기도 한다고 덧붙였다. 그녀는 LG전자가 레인지를 회수하고 조작부가 후면에 있는 제품으로 교체해 주기를 바라고 있다. LG, "스티커는 소비자 인식 제고 캠페인" 그러나 LG전자는 이번 리콜이 잠금 기능의 존재를 알리기 위한 소비자 교육 및 인식 제고 캠페인이라고 주장한다. LG전자 미국법인 존 테일러 수석 부사장은 조작부가 민감하다는 점을 알고 있었기 때문에 잠금 기능을 설치했으며, 사용 설명서에 이를 설명했다고 밝혔다. 그는 "해결책은 이미 제품에 내장돼 있었다"고 말했다. 테일러 부사장은 경고 스티커를 요청하는 모든 사람에게 스티커를 제공할 것이며, 이미 레인지에 스티커가 부착돼 있더라도 제공할 것이라고 밝혔다. 그는 LG전자와 CPSC 간의 합의는 "더욱 눈에 띄는 스티커를 조작부 가까이에 배치하는 것"이라고 설명했다. 그는 "모든 소비자와 협력할 의향이 있다"고 덧붙였다. LG전자 미국법인, 집단 소송 직면 LG전자 미국법인은 리콜 대상 레인지와 관련하여 집단 소송에 직면했다. 지난 2월 중순 뉴저지주에서 제기된 소장에 따르면, 미시시피주에 거주하는 원고 엔젤 솔라리는 위스콘신주 매디슨에 있는 두 번째 주택에 LG 레인지를 구입했으며, LG전자가 결함 있는 조작부를 알고도 소비자에게 위험성을 알리지 않고 레인지를 계속 판매했다고 주장한다. 변호인단은 또한 설계가 "결함이 있고 부당하게 위험하여 유해한 물질에 노출됐다"고 주장하며, 제품을 "가치 없는 것"으로 간주한다. 변호인단은 2015년부터 2025년 1월 사이에 리콜 대상 레인지를 구입한 모든 사람을 대표하는 것을 목표로 한다. 2023년 3월에는 유사한 집단 소송이 중재로 넘어갔다. 해당 소송에서 원고는 결함 있는 조작부로 인해 집에 화재가 발생했다고 주장했다. 집단 소송에 명시된 모델 번호는 현재 리콜 대상 모델 중 하나다. LG 전자레인지 리콜 논란은 소비자의 안전과 기업의 책임 사이에서 발생한 갈등을 보여준다. 소비자의 안전을 최우선으로 고려하는 기업의 자세와 소비자의 적극적인 권리 행사가 더욱 중요해지고 있다.
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- 생활경제
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[단독] "불붙고 폭발까지"⋯LG 전자레인지 '화재 위험', 스티커가 해결책? 소비자 분통
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[신소재 신기술(157)] 세포 노화 역전의 열쇠, 'AP2A1' 단백질 규명
- 늙지 않고 영원한 젊음을 유지할 수 있을까? 주름 제거 또는 피부 탄력 증진을 통해 영원한 젊음을 약속하는 다양한 제품이 시중에 출시되고 있다. 그런데 세포 수준에서 시간을 되돌릴 수 있는 방법이 있다면 어떨까? 일본 과학자들이 세포 노화의 열쇠가 되는 'AP2A1' 단백질을 규명해 젊음 지속 가능성 기대감을 높이고 있다. 오사카대학교 연구팀은 학술지 '세포 신호(Celluar Signaling)'에 발표한 연구에서 세포의 '젊음'과 '노화' 상태를 전환하는 핵심 단백질을 규명했다고 밝혔다. 연구 결과 노화 세포에서 AP2A1 발현을 억제하면 세포가 회춘하고, 젊은 세포에서 AP2A1 세포가 과발현하면 노화가 촉진되는 것으로 나타났다고 과학 전문 매체 뉴로사이언스와 어스 닷컴이 최근 보도했다. 인간의 몸은 세포가 점차 덜 활동적이 되면서 자연스럽게 노화라고 알려진 상태로 전환된다. 나이가 들면서 노화 세포는 여러 장기에 축적된다. 이러한 노화 세포는 젊은 세포보다 현저히 크며, 세포의 이동 및 환경 과의 상호 작용을 돕는 구조적인 요소인 스트레스 섬유(stress fiber)가 더 커지고 두꺼워지는 조직 변화를 보인다. 노화 세포, 특히 구조적 스트레스 섬유에서 주로 발견되는 AP2A1은 세포 노화를 이해하는 열쇠가 될 수 있다. 이 단백질은 세포 접착력을 강화하고 노화 세포의 구조적 확장에 기여하는 '인테그린 β1'과 상호작용한다. 이번 연구는 스트레스 섬유가 세포 크기 및 노화에 미치는 영향에 대한 새로운 통찰력을 제공한다. AP2A1은 노화의 바이오마커이자 노화 과정의 속도를 늦추거나 역전시키는 치료법의 표적으로 활용될 수 있을 것으로 기대된다. 연구의 주저자인 피라완 찬타초티쿨은 "노화 세포가 어떻게 거대한 크기를 유지하는 지 아직 명확히 밝혀지지 않았다"며 "흥미로운 단서는 스트레스 섬유가 젊은 세포보다 노화 세포에서 훨씬 두껍다는 점이며, 이는 섬유 내 단백질이 (노화 세포의) 크기를 유지하는 데 도움을 준다는 것을 시사한다"고 설명했다. 연구진은 이러한 가능성을 탐색하기 위해 섬유아세포(피부의 구고적 및 기계적 특성을 생성하고 유지하는 세포) 및 상피세포를 포함한 노화세포의 스트레스 섬유에서 상향 조절되는 단백질인 AP2A1(어댑터 단백질 복합체 2, 알파 1 서브 유닛)을 조사했다. 이어 연구진은 노화 유사 행동에 미치는 영향을 확인하기 위해 노화 세포에서 AP2A1 발현을 제거하고, 젊은 세포에서 AP2A1을 과발현시켰다. 선임 저자인 데구치 신지는 "결과는 매우 흥미로웠다"며 "노화 세포에서 AP2A1을 억제하면 노화가 역전되고 세포 회춘이 촉진되었으며, 젊은 세포에서 AP2A1을 과발현시키면 노화가 진행됐다"고 설명했다. 또한 연구진은 AP2A1이 세포가 주변의 콜라겐 매트릭스에 부착하도록 돕는 단백질인 인테그린 β1과 밀접하게 연관되어 있으며, AP2A1과 인테그린 β1 모두 세포 내에서 스트레스 섬유를 따라 이동한다는 것을 발견했다. 더불어 인테그린 β1은 섬유아세포에서 세포-기질 접착력을 강화했으며, 이는 노화 세포의 특징인 융기되거나 세포가 두꺼워진 구조의 원인을 설명할 수 있다. 찬타초티쿨은 "이번 연구 결과는 노화 세포가 확장된 스트레스 섬유를 따라 AP2A1과 인테그린 β1 이동을 통해 세포외 기질에 대한 접착력을 향상시켜 커다란 크기를 유지한다는 것을 시사한다"고 설명했다. AP2A1 발현이 노화 세포의 노화 징후와 밀접하게 관련되어 있다는 점을 고려할 때, 이는 세포 노화의 마커로 횔용될 수 있다. 또한 연구진의 연구는 노화와 관련된 질병의 새로운 표적을 제시할 수 있을 것으로 기대된다.
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- 생활경제
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[신소재 신기술(157)] 세포 노화 역전의 열쇠, 'AP2A1' 단백질 규명
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[신소재 신기술(155)] 험지 극복 소프트 로봇 '리프봇', 일본 연구진 개발
- 곡선이나 굴곡이 심한 반원형 지형 등 험난한 지형을 극복할 수 있는 소프트 로봇(연성 로봇) 리프봇(Leafbot)이 개발됐다. 소프트 로봇 공학은 비정형 환경에서 뛰어난 적응력을 보여주는 로봇 분야로 주목받고 있다. 기존 로봇이 예측 불가능한 지형에서 잘 올라가지 못하는 등 어려움을 겪는 반면, 소프트 로봇은 뛰어난 유연성을 바탕으로 험난한 지형에서도 이동 능력을 향상시키고 있다. 일본 호쿠리쿠첨단과학기술대학원대학(JAIST)의 호 반 안(Van Anh Ho) 교수 연구팀은 다양한 굴곡면과 지형에서 리프봇의 적응력을 탐구했다. 이 연구에는 JAIST의 박사 과정 학생인 린 비엣 응우옌(Linh Viet Nguyen)과 코이 탄 응우옌(Khoi Thanh Nguyen)이 참여했으며, 연구 결과는 전문 학술지인 'IEEE 로봇공학 트랜잭션(IEEE Transactions on Robotics)'에 게재됐다. 해당 로봇 기술에 대해서는 테크익스플로어가 지난 17일(현지시간) 상세히 전했다. 호 교수는 "소프트 로봇은 복잡하고 비정형적인 환경을 탐색하는 능력으로 점점 더 인정받고 있으며, 검사 및 탐사와 같은 분야에서 활용 가치가 높다"며 "우리는 진동 기반 운동을 활용하여 최소한의 제어 메커니즘으로 복잡한 장애물을 극복할 수 있는 로봇을 설계했다"고 밝혔다. 기존의 진동 기반 로봇은 불규칙한 지형을 처리하기 위해 복잡한 제어 알고리즘이 필요한 경우가 많았다. 반면 리프봇은 부드러운 소재의 유연한 구조와 단순하면서도 효과적인 이동 전략을 사용하여 경사면을 횡단하고 장애물을 탐색한다. 연구팀은 리프봇의 구조를 설계하기 위해 곡선형 돌출부가 있는 부드러운 일체형 실리콘 고무를 사용하여 기어가는 다리 형태를 모방했다. 소프트 로봇의 몸체는 진동 모터에 부착되어 이동을 위한 진동 메커니즘이 가능하다. 리프봇의 움직임에 대한 물리적 원리를 설명하기 위해 연구팀은 구심력, 비대칭 마찰 상호 작용, 다리 변형과 같은 요소를 통합하는 분석 모델을 개발했다. 또한 유한 요소 분석 시뮬레이션을 통해 소프트 구조가 다양한 지형과 상호 작용하는 방식에 대한 이해를 더욱 발전시켰다. 호 교수는 "우리는 형태가 이동에 어떤 영향을 미치는지 분석하고자 했다"며 "실험 결과는 예측을 검증했으며, 특정 다리 패턴이 까다로운 지형에서 리프봇의 성능을 어떻게 최적화하는지 보여주었다"고 덧붙였다. 연구팀은 계산 모델링 외에도 광범위한 실증 테스트를 수행했다. 경사면, 반원형 장벽, 계단식 지형 등 다양한 지형에서 서로 다른 다리 구성을 가진 세 가지 로봇 모델의 성능을 비교 분석했다. 그 결과 로봇의 곡선형 다리 형태가 장애물을 극복하는 데 중요한 역할을 하여 최대 30도의 경사면과 반원형 장벽을 횡단할 수 있음을 확인했다. 또한 이론적 모델링과 실험적 검증의 성공적인 통합을 통해 리프봇의 디자인이 효과적이고 확장 가능하도록 했다. JAIST 박사 과정 학생이자 공동 저자인 린 비엣 응우옌은 "정확한 작동에 의존하는 기존 로봇과 달리 리프봇의 적응력은 다양한 표면에서 자체 조정을 가능하게 한다"며 "이러한 능력은 좁고 울퉁불퉁한 공간에서 이동성이 요구되는 분야에 특히 유용하다"고 말했다. 이 혁신적인 로봇 연구의 의미는 실험실 실험에 국한되지 않고 다양한 분야의 실제 응용 분야로 확장된다. 리프봇은 잔해가 많고 울퉁불퉁한 땅 등으로 탐사에 어려움이 큰 재난 지역에서 특히 유용할 수 있다. 이 로봇은 좁은 공간에서도 탐색할 수 있으므로 파이프라인 검사, 지하 탐사, 자율 이동성이 필요한 기타 산업 환경에도 사용할 수 있다. 또한 농업 분야에도 응용할 수 있다. 토양 분석 및 작물 검사 등에 리프봇을 활용해 정밀 농업을 가능하게 한다. JAIST 박사 과정 학생이자 공동 저자인 코이 탄 응우옌은 이번 연구의 중요성에 대해 "우리의 연구 결과와 인공지능(AI) 및 머신러닝의 발전을 결합하면 최소한의 인간 개입으로 작업을 수행할 수 있을 것"이라며 "센서 피드백 시스템을 통합하고 에너지 효율성을 개선함으로써 리프봇이 실시간 지형 적응 및 의사 결정이 가능한 자율 시스템으로 진화하여 소프트 로봇 공학 분야를 혁신할 것으로 예상한다"고 기대했다. ◇ 참조: Linh Viet Nguyen et al, '진동 메커니즘으로 구동되는 단일 구조 소프트 로봇의 지면 역학(Terradynamics of Monolithic Soft Robot Driven by Vibration Mechanism)', IEEE Transactions on Robotics (2025). DOI: 10.1109/TRO.2025.3532499
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[신소재 신기술(155)] 험지 극복 소프트 로봇 '리프봇', 일본 연구진 개발
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[신소재 신기술(153)] 방사선 치료의 혁신, 암 정밀 타격 기술 개발…부작용 없이 종양 제거
- 건강한 조직은 살리면서 방사선으로 종양을 정확하게 표적으로 삼는 혁신적인 암 치료법이 개발됐다. 미국 캘리포니아대학교 샌프란시스코 캠퍼스(UCSF) 연구진이 건강한 조직 손상 없이 종양만을 정확히 표적 하는 혁신적인 암 치료법을 개발해 주목받고 있다고 사이테크데일리가 전했다. 이 치료법은 KRAS 표적 약물을 이용해 암세포를 표지한 뒤, 방사성 항체를 부착하여 종양을 제거하는 방식이다. 쥐 실험에서 기존 방사선 치료의 일반적인 부작용 없이 종양을 효과적으로 제거하는 성과를 거두었다. KRAS 표적 약물 치료, 암 치료의 새로운 가능성 제시 'KRAS 표적 약물 치료'는 암세포 성장의 주요 원인 중 하나인 KRAS 단백질의 변이를 직접 겨냥하여 암을 치료하는 방법이다. KRAS는 세포 성장과 분화를 조절하는 단백질로, 돌연변이가 발생하면 암세포가 비정상적으로 빠르게 증식할 수 있다. 특히 폐암, 췌장암, 대장암 등 다양한 암에서 KRAS 돌연변이가 발견된다. KRAS는 RAS 단백질 패밀리에 속하며, 정상적인 상태에서는 세포 성장 신호를 조절하는 역할을 한다. 그러나 돌연변이가 생기면 KRAS는 계속 활성화된 상태를 유지하며, 세포가 통제 없이 증식하게 된다. 과거에는 KRAS 단백질의 표면이 비교적 매끄러워 약물이 결합하기 어렵다는 이유로 '약물 개발이 불가능한(target undruggable)' 단백질로 여겨졌다. 그러나 2013년 이후, KRAS G12C 변이를 겨냥하는 약물들이 개발되면서 본격적인 치료 가능성이 열렸다. 정밀 방사선 치료-암 치료의 획기적 진전 방사선은 종양을 파괴하는 강력한 수단이지만, 기존 방사선 치료는 암세포와 정상 세포를 구분하지 못해 심각한 부작용을 유발해왔다. 이에 UCSF 연구진은 방사선 치료의 정확성을 극대화할 수 있는 새로운 방법을 개발했다. 연구진이 제안한 접근법은 암세포를 표지하는 특수 약물과 방사성 항체를 결합해 암세포를 직접 표적화하는 방식이다. 쥐를 대상으로 한 실험에서 이 치료법은 무기력증이나 체중 감소와 같은 방사선 치료의 대표적인 부작용 없이 방광 및 폐 종양을 효과적으로 제거하는 결과를 보였다. 찰리 크레이크 UCSF 제약화학과 교수이자 연구 공동 교신저자는 캔서 리서치(Cancer Research) 저널을 통해 "이 방법은 일석이조의 효과를 제공한다"며 "종양이 내성을 갖기 전에 효과적으로 제거할 가능성이 있다"고 설명했다. 암 치료제, '분자 깃발'로 변신하다 이번 연구의 토대는 10년 전 UCSF의 케반 쇼캇 박사가 암을 유발하는 주요 단백질인 KRAS를 표적화하는 방법을 발견하면서 마련됐다. KRAS 단백질이 돌연변이를 일으키면 세포가 통제되지 않은 상태로 증식하게 되며, 이는 전체 암의 약 3분의 1에서 발견된다. 쇼캇 박사의 연구를 바탕으로 암 KRAS에 결합하는 약물이 개발되었지만, 이 약물은 종양 크기를 수개월간 줄이는 데 그쳤으며, 이후 종양이 다시 성장하는 한계를 보였다. 그러나 크레이크 박사는 KRAS 표적 약물이 암세포를 면역 체계에 더 잘 노출시킬 가능성에 주목했다. 그는 "KRAS 약물이 암세포에 대한 영구적인 깃발 역할을 할 수 있을 것이라고 초기에 가정했다"고 밝혔다. 정밀 치료를 위한 방사선 활용 2022년, 크레이크 박사와 쇼캇 박사를 포함한 UCSF 연구팀은 이 가설을 실험적으로 입증하는 데 성공했다. 연구진은 KRAS에 결합한 약물을 이용해 면역 세포를 끌어들이는 항체를 설계했지만, 이 접근법은 면역 체계가 자체적으로 암을 제거할 수 있는 충분한 능력을 필요로 했기 때문에 실질적인 치료 효과를 내지 못했다. 이에 연구진은 방사선학 전문가인 마이크 에반스 UCSF 교수와 협력하여 보다 직접적인 암세포 제거 방안을 모색했다. 원자 수준의 방사선, 암세포를 정밀 타격 연구진은 기존과 마찬가지로 KRAS 표적 약물을 활용해 암세포를 식별했지만, 이번에는 항체에 방사성 물질을 탑재하는 전략을 도입했다. 이 접근법은 쥐의 폐암을 치료하는 데 높은 효과를 보였으며, 최소한의 부작용만을 동반했다. 에반스 박사는 "방사선은 암세포 제거에 매우 효과적이며, 이 방법을 통해 방사선을 종양에만 선택적으로 전달할 수 있음을 확인했다"고 강조했다. 크레이크 박사 또한 "이 접근법의 강점은 매우 안전한 방사선량을 계산할 수 있다는 점"이라며 "기존 외부 방사선 치료와 달리 필요한 만큼의 방사선만을 종양에 전달할 수 있다"고 설명했다. 맞춤형 치료로 더 많은 환자에게 적용 가능성 이 치료법을 보다 많은 환자에게 적용하려면, 연구진은 개별 환자의 KRAS 발현 방식에 최적화된 항체를 추가 개발해야 한다. 이에 UCSF 연구진은 이 기술이 실질적으로 효과를 발휘할 수 있다는 자체 증거를 바탕으로 연구를 지속하고 있다. UCSF 세포 및 분자약리학 조교수인 클리멘트 베르바 박사는 저온 전자현미경을 이용해 '방사선 샌드위치' 구조를 원자 수준에서 시각화함으로써 보다 정밀한 항체 개발에 필요한 기초 데이터를 제공했다. 베르바 박사는 "KRAS 펩타이드에 결합된 약물은 눈에 띄게 두드러지며, 항체가 이를 강하게 붙잡는다"면서 "이 기술은 맞춤형 방사선 치료의 중요한 전환점이 될 것이며, 향후 암 치료의 새로운 패러다임을 열어갈 것"이라고 평가했다.
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- 생활경제
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[신소재 신기술(153)] 방사선 치료의 혁신, 암 정밀 타격 기술 개발…부작용 없이 종양 제거
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[신소재 신기술(150)] 세포 독성 없는 항균·항염 나노 꽃, '꿈의 상처 치료제'로
- 카네이션을 닮은 나노 구조체가 상처 치유를 돕는 밴드 형태로 개발되어 주목받고 있다. 미국화학회(ACS)의 응용 생체 재료 저널(ACS Applied Bio Materials)에 발표된 연구 결과에 따르면, 이탈리아 제노아 대학 연구팀이 개발한 나노 꽃(nanoflower) 코팅 드레싱은 실험실 시험에서 항생, 항염증 효과와 생체 적합성 특성을 나타냈다. 해당 연구에 대해서는 전문 사이트 Phys, 팝 사이언스 등 다수 외신이 보도했다. 연구팀은 넓은 표면적을 가진 카네이션을 닮은 나노 꽃에 주목했다. 넓은 표면적은 수많은 상처 치유 약물 분자를 담을 수 있는 공간을 제공하기 때문이다. 연구팀은 구리 인산염과 탄닌산, 두 가지 폴리페놀 기반 재료를 활용하여 새로운 나노 구조를 설계했다. 이 시약들은 뛰어난 항염 및 항생 효과로 잘 알려져 있다. 혼합된 시약을 식염수에 넣으면 구리 인산염-탄닌산 화합물이 자체 조립되면서 꽃 모양의 구조로 자란다. 연구진은 이렇게 만들어진 나노 꽃을 전기 방사 나노 섬유 직물 조각에 조심스럽게 부착했다. 연구팀은 "페놀 구조가 풍부한 천연 화합물인 폴리페놀은 항산화, 항염, 항균 및 항암 특성으로 널리 주목받고 있으며, 생물 의학 분야에서 매우 유용하게 쓰인다"고 설명했다. 이어 "경제적이고 환경 친화적인 전략을 사용한 폴리페놀 기반 재료의 합성은 더욱 중요해지고 있다"고 강조했다. 탄닌산과 인산구리(II)로 만들어진 이 나노 꽃 밴드는 감염 및 염증 치료에 유망한 후보 물질로 평가받는다. 나노 꽃은 스스로 조립되는 미세 구조체로, 넓은 표면적을 가지고 있어 약물 분자를 부착할 공간이 충분하므로 약물 전달에 특히 적합하다. 이번 연구에서 파테메 아흐마드푸르, 피에르 프란체스코 페라리 연구진은 인산구리(II)와 탄닌산의 항생 및 항염증 특성에 주목하여 이 두 물질을 나노 꽃 재료로 선택했다. 생리 식염수 용액에서 나노 꽃을 성장시킨 후, 생체 모방 구조체를 전기 방사된 나노 섬유 직물 스트립에 부착했다. 실험 결과, 나노 꽃 코팅 밴드는 배양된 다양한 세균(대장균, 녹농균, 황색포도상구균 포함)과 항생제 내성 생물막을 비활성화하고, 활성 산소종을 제거했으며, 실험실에서 배양한 인체 세포에 손상을 주지 않는 것으로 나타났다. 아흐마드푸르와 페라리는 "나노 꽃 코팅 밴드는 감염 퇴치와 상처 치유 촉진을 위한 자연적이고 비용 효율적이며 고효율적인 해결책을 제시함으로써 획기적인 발전을 이루었으며, 치료 기준을 재정의할 가능성이 있다"고 평가했다. 연구팀은 대장균(E. coli), 녹농균(Pseudomonas aeruginosa), 황색포도상구균(Staphylococcus aureus)을 포함한 유해 세균 배양액에 나노 꽃 붕대 샘플을 넣었다. 2025년 1월 31일 발표된 내용에 따르면, 나노 꽃으로 덮인 원단은 세균을 '불활성화'했을 뿐만 아니라 항생제 내성 바이오필름까지 억제했으며, 실험실에서 배양한 인간 세포를 보호하는 효과를 보였다. 연구팀은 "새로운 나노 꽃 기반 접근법은 비용 효율적일 뿐만 아니라 매우 효율적이어서 상처 치유를 가속화하고 감염과 싸우는 더 나은 수단을 제공한다"고 밝혔다. 나노 꽃의 잠재적 이점은 의학에만 국한되지 않는다. 2024년 10월 '어드밴스트 머티리얼(Advanced Materials)'에 발표된 또 다른 연구에서는 나노 꽃이 실시간 이미징, 폐수 정화, 심지어 마이크로 로봇 공학에도 사용될 수 있다고 제시했다. 이번 연구 결과는 상처 치료 분야에 새로운 패러다임을 제시할 가능성이 엿보인다. 기존 항생제 내성 문제와 상처 치유 지연 문제를 동시에 해결할 수 있는 혁신적인 접근 방식이기 때문이다. 특히 자연 소재인 폴리페놀을 활용하여 생체 적합성을 높인 점은 향후 임상 적용에 긍정적인 영향을 미칠 것으로 예상된다.
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- IT/바이오
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[신소재 신기술(150)] 세포 독성 없는 항균·항염 나노 꽃, '꿈의 상처 치료제'로
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[신소재 신기술(145)] 쥐도 VR 체험 시대? 뇌 연구 혁신 이끌 VR 헤드셋 개발
- 뇌 연구의 새로운 지평을 열 생쥐 전용 가상현실(VR) 헤드셋이 개발됐다. 메타(구 페이스북)의 메타 퀘스트(Meta Quest)나 애플 비전 프로(Apple Vision Pro)와 같은 가상현실(VR) 헤드셋은 인간 전용으로 이용되고 있다. 그런데 이번에 쥐에게 씌우는 VR 헤드셋이 개발돼 주목된다고 PHYS가 전했다. 코넬 대학교 연구진이 뇌 연구에 사용하기 위해 실험실 생쥐용 VR 헤드셋을 개발했다. 그 결과는 네이처 메서드(Nature Methods) 저널에 최근 게재됐다. 이 VR 고글을 사용하면 학자들이 실제 쥐에게 몰입형 경험을 제공하는 동시에 설치류의 뇌 활동에 대한 형광 이미지를 포착할 수 있다고 한다. 연구진은 작은 쥐보다 훨씬 큰 크기의 고글은 스마트워치 디스플레이와 작은 렌즈 등 저렴한 기성 부품을 사용해 제작됐다고 말했다. 코넬 대학교의 매튜 아이작슨 박사는 코넬 대학교 공식 보도 자료에서 "다른 용도로 제작된 기기의 부품을 가져와 새로운 생물학적 용도의 헤드샛을 만들게 됐다“고 밝혔다. 아이작슨은 "쥐를 위한 VR 헤드셋에 완벽하게 맞는 크기의 디스플레이는 검토 결과 스마트워치용으로 이미 만들어진 것으로 충분히 사용할 수 있었다"며 "모든 부품을 새로 만들거나 설계할 필요가 없이 기성품으로 활용했다. 필요한 모든 부품을 저렴하고 쉽게 조달할 수 있었다"고 설명했다. 쥐는 뇌 활동 연구에 가장 많이 사용되는 생체다. 약 10년 전, 학자들은 가상현실 환경을 만드는 수단으로 쥐를 위한 엉성한 프로젝터 스크린을 사용하기 시작했지만, 이들 장치는 너무 많은 빛과 소음을 발생시켜 적절한 실험을 진행할 수 없었다. 코넬 대학교의 생물의학 공학 교수 크리스 샤퍼는 "생쥐용 VR 헤드셋을 사용해 쥐의 행동을 더 몰입적으로 만들면, 더욱 자연스러원 뇌 기능을 연구할 수 있을 것”이라고 기대했다. 마우스고글이라는 이름의 새로운 VR 헤드셋은 쥐가 머리를 고정한 채 공 모양의 러닝머신 위에 서 있도록 한다. 헤드셋은 머리에 부착되어 막대로 고정되고 쥐는 러닝머신 위에서 빙빙 돌게 된다. 연구진은 이 헤드셋이 제대로 작동하는지 확인하기 위해 쥐에게 접근하는 것처럼 보이도록 확장되는 어두운 얼룩의 이미지를 투영했다. 아이작슨은 "큰 화면이 있는 일반적인 VR 디스플레이에서 쥐를 대상으로 같은 테스트를 시도했을 때는 쥐가 전혀 반응하지 않았다. 그런데 개발된 VR 헤드셋을 이용한 시험에서는 거의 모든 쥐가 깜짝 놀라는 반응을 보였다. 쥐들은 그 이미지를 다가오는 포식자에게 공격당하는 것으로 인식하는 것 같았다“고 했다. 연구진은 또 VR 이미지가 제대로 작동하는지 확인하기 위해 쥐의 두 개의 주요 뇌 영역을 검사했다. 1차 시각 피질의 결과는 헤드셋이 쥐가 볼 수 있는 선명하고 대비가 높은 이미지를 형성한다는 것을 확인했으며, 두 번재 해마의 판독 결과는 쥐가 제공된 가상 환경을 성공적으로 매핑하고 있다는 것을 확인했다. 연구진은 이 VR 고글이 포유류(쥐든 인간이든)가 주변 환경을 돌아다닐 때 발생하는 뇌 활동을 연구하는 데 사용될 수 있으며, 연구자들에게 알츠하이머병과 같은 질환에 대한 새로운 통찰력을 제공할 수 있다고 말했다. 연구진은 쥐와 같은 대형 실험용 설치류가 착용할 수 있는 경량의 모바일 버전을 포함해 헤드셋을 추가로 개발한다는 계획이다. 또한 VR 경험에 미각이나 후각과 같은 더 많은 감각을 통합할 수 있는지도 확인한다는 방침이다.
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[신소재 신기술(145)] 쥐도 VR 체험 시대? 뇌 연구 혁신 이끌 VR 헤드셋 개발
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[신소재 신기술(143)] 카이스트, 하반신 마비 환자 보행 돕는 '아이언맨' 로봇 개발
- 카이스트(한국과학기술원) 연구진이 하반신 마비 환자의 보행을 돕는 '아이언맨' 로봇을 개발했다고 미국 온라인 미디어 KSL닷컴이 전했다. 개발된 로봇은 환자에게 걸어가서 신체에 스스로를 고정시켜 환자를 걷게 하고 장애물을 피하며 계단까지 오를 수 있는 가벼운 웨어러블 시스템이다. 카이스트 외골격 연구실 팀은 로봇 개발과 관련, "신체 마비 장애인의 일상생활에 완벽하게 통합될 수 있는 로봇을 만드는 것이 목표였다"고 밝혔다. 하반신 마비 환자이자 연구실 팀원이었던 김승환 씨는 시속 2마일(3.2km)의 속도로 걷고, 계단을 오르며, 옆으로 걸어 벤치에 앉을 수 있도록 돕는 로봇의 프로토타입을 직접 시연했다. 로봇이 걷는 속도는 정상인이 걷는 것과 비슷한 속도다. 김 씨는 "개발된 아이언맨 로봇은 내가 휠체어에 앉아 어디에 있든 내게 다가와서 나를 일어설 수 있도록 돕는다. 이것이 이 로봇의 가장 뚜렷한 특징 중 하나"라고 말했다. 워크온 수트 F1(WalkON Suit F1)이라는 이름이 붙여진 이 전동 외골격 로봇은 알루미늄과 티타늄으로 만들어졌다. 무게는 110파운드(약 49.89kg)이며, 걷는 동안 인간의 관절 움직임을 시뮬레이션하는 12개의 전자 모터로 구동된다. 연구팀원 박정수 씨는 개발된 로봇은 영화 '아이언맨'에서 아이디어를 얻었다고 말했다. "아이언맨을 본 후 실제로 유사한 로봇으로 신체가 부자유한 장애인을 도울 수 있다면 좋겠다고 생각했다"고 했다. 사용자가 걷는 동안 균형을 유지할 수 있도록 로봇의 발바닥과 상체에는 센서가 장착되어 있다. 이 센서들은 초당 1000개의 신호를 모니터링하고 사용자의 의도된 움직임까지 예상해 대응한다. 로봇 전면에 탑재된 렌즈는 사람의 눈 역할을 하면서, 주변 환경을 분석하고 계단의 높이를 식별하며 장애물을 감지함으로써 하반신 마비 장애인의 감각 능력 부족을 보완한다. 한편 이 로봇은 국제사이보그올림픽 '사이배슬론 2024' 외골격 부문에서 금메달을 수상했다. 이 대회에서는 다양한 신체 장애가 있는 개발자들이 8개 부문에 참가해 장애인을 보조하는 로봇을 시연했다. 김승환 씨는 "주변 사람들에게 저도 걸을 수 있었다고 말하고 싶었다. 이들과 다양한 경험을 공유하고자 했다"라고 덧붙였다.
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[신소재 신기술(143)] 카이스트, 하반신 마비 환자 보행 돕는 '아이언맨' 로봇 개발
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[신소재 신기술(141)] 칼텍, 인체 내 특정 부위에 치료 약물 전달하는 구형 마이크로 로봇 개발
- 미국 캘리포니아 공과대학교(칼텍·Caltech) 과학자들이 생체적합형 미세 하이브리드 마이크로 로봇을 개발해, 치료용 약물을 원하는 신체 부위에 주입하는 데 성공했다. 미래에는 치료용 약물을 체내 필요한 곳에 정확히 전달하는 것이 소형 로봇의 과제가 될 것이다. 금속 휴머노이드 로봇이나 생체를 모방한 로봇이 아니라 눈에 보이지 않을 정도로 작은 거품과 같은 구체가 될 것이다. 체내 실핏줄을 따라 이동해야 할 것이기 때문이다. 이러한 로봇의 개발은 까다롭다. 위산과 같은 체액으로부터 생존해야 하고 외부에서 제어가 가능해야 한다. 그래야 정확하게 목표 부위로 향할 수 있다. 또 목표에 도달했을 때만 치료제를 방출해야 하며, 그 후에는 인체에 해를 끼치지 않고 신체 내에서 흡수되어야 한다. 이런 모든 요건을 충족하는 마이크로 로봇이 칼텍(Caltech) 연구팀에 의해 개발되었다고 칼텍이 공식 홈페이지를 통해 밝혔다. 연구팀은 로봇을 사용해 쥐의 방광에 발생한 종양의 크기를 줄이는 치료제를 성공적으로 전달했다. 관련 논문은 사이언스 로보틱스(Science Robotics) 저널에 게재됐다. 연구팀이 개발한 로봇은 '생체흡수성 음향 마이크로 로봇(BAM)'이라고 명명됐다. 연구팀의 레이 가오 박사는 "약물을 신체에 주입하면 신체 모든 곳으로 확산된다. 우리가 개발한 마이크로 로봇은 종양 등 치료 대상 부위로 직접 안내해 통제되고 효율적인 방식으로 약물을 방출할 수 있다"고 말했다. 마이크로 또는 나노 로봇 개념은 새로운 것은 아니다. 전문가들은 지난 20년 동안 마이크로 로봇을 개발해 왔다. 그러나 혈액, 소변 또는 타액과 같은 복합적인 생체 유체에서 로봇을 정밀하게 움직이는 것은 매우 어렵기 때문에 생물 대상 적용은 제한적이었다. 특히 생체적합성 및 생체흡수성으로 신체에 독성 물질을 남기지 않아야 하는데, 이 역시 난제였다. 칼텍에서 개발한 마이크로 로봇은 폴리에틸렌 글리콜 디아크릴레이트라는 하이드로겔로 만들어진 미세한 구체다. 하이드로겔은 액체 또는 수지 형태로 시작해 내부에 있는 폴리머 네트워크가 굳어지면 고체가 되는 재료이다. 이러한 특성으로 하이드로겔은 다량의 액체를 유지할 수 있고, 많은 하이드로겔이 생체적합성을 갖는다. 또한 적층 제조 방법을 통해 구체의 외부에 치료용 약물을 탑재, 신체 내 목표 부위로 운반할 수 있다. 하이드로겔 레시피를 만들기 위해 연구팀의 일원이었던 줄리아 그리어는 '2광자 중합(TPP) 리소그래피'라는 기술을 활용, 3D 프린팅을 연상시키는 방식으로 복잡한 형태의 구조를 층층이 쌓아 올려 완성했다. 이 기술은 적외선 레이저 펄스를 사용해 특정 패턴에 따라 매우 정밀한 방식으로 감광성 폴리머를 가교시키는 기술이다. 그리어 팀은 직경 30마이크론의 미세 구조를 인쇄하는 데 성공했다. 이는 사람의 머리카락 직경과 비슷하다. 최종적으로 마이크로 로봇은 구체의 바깥쪽 내부에 자성 나노 입자와 치료 약물을 넣었다. 자성 나노 입자는 외부에서의 통제를 위한 것으로, 외부 자기장을 사용해 로봇을 원하는 위치로 안내할 수 있게 한다. 로봇이 목표 부위에 도달하면 그 자리에 머무르고 약물을 주입하게 된다. 연구팀은 마이크로 로봇의 외부를 친수성으로 설계해 구형 로봇이 신체를 통과할 때 뭉치지 않도록 했다. 그러나 마이크로 로봇의 내부는 기포를 가두어야 하기 때문에 친수성이어서는 안 된다. 그렇지 않으면 기포는 쉽게 붕괴되거나 용해된다. 가두어진 기포는 로봇을 이동시키고 실시간 이미징으로 추적하기 위해 중요하다. 외부는 친수성이고 내부는 소수성, 즉 물에 대한 저항성을 모두 갖춘 하이브리드 마이크로 로봇을 만들기 위해 연구팀은 2단계 화학적 변형을 고안했다. 먼저, 하이드로겔에 긴 사슬 탄소 분자를 부착해 전체 구조를 소수성으로 만들었다. 그런 다음 산소 플라즈마 에칭 기술을 사용해 외부의 긴 사슬 탄소 구조 일부를 제거함으로써 외부는 친수성으로, 내부는 소수성으로 남겼다. 이것이 이번 연구 프로젝트의 핵심 혁신이었다. 가오는 "내부는 소수성이고 외부는 친수성인 비대칭 표면 변형을 통해 소변이나 혈청과 같은 생체 유체에 장시간 기포를 가둘 수 있게 됐다“고 설명했다. 구형 마이크로 로봇 안에 있는 기포는 초음파 영상 대조제 역할을 한다. 기포를 통해 생체 내에서 움직이는 로봇을 실시간으로 모니터링할 수 있다. 연구팀은 마이크로 로봇이 목표 지점으로 이동하는 것을 추적하는 방법도 개발했다. 연구의 마지막 단계는 방광 부위에 종양이 있는 쥐에 대한 테스트였다. 연구팀은 21일 동안 마이크로 로봇을 통해 네 차례 치료제를 전달했다. 그 결과 로봇이 전달하지 않은 치료제보다 종양을 줄이는 데 더 효과적이라는 사실이 규명됐다. 연구팀은 이번 개발 결과는 환자에 대한 약물 전달 및 정밀 수술을 위한 매우 유망한 플랫폼이 될 것이라고 자평하고 사람에 대한 임상 실험을 거쳐 상용화가 필요하다고 주장했다.
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[신소재 신기술(141)] 칼텍, 인체 내 특정 부위에 치료 약물 전달하는 구형 마이크로 로봇 개발
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11월 5대은행 가계대출 1.3조 증가⋯두달 연속 1조원대 기록
- 한국 금융당국의 주요은행의 대출 억제 조치가 11월에도 이어지면서 가계대출 증가 폭이 두 달 연속 1조원 대에 머물렀다. 2일 금융권에 따르면 5대 은행(KB국민·신한·하나·우리·NH농협)의 11월말 가계대출 잔액은 733조 3387억원으로, 10월말(732조 812억원)보다 1조 2575억원 증가했다. 가계대출 증가폭은 지난 8월 9조6259억원까지 늘었다가 9월 2단계 스트레스 총부채원리금 상환비율(DSR) 규제가 시작되고 은행권의 금리 인상과 취급 제한 등 가계대출 총량 관리도 더해지면서 5조 629억원으로 축소됐다. 이후 수도권 등 주택 거래 급등세까지 꺽이자 10월(+1조 1141억원)과 11월까지 2개월 연속 1조원대를 기록했다. 가계대출 종류 별로는 주택담보대출(전세자금대출 포함) 잔액은 576조 9937억원으로 10월 말(575조 6687억원)보다 1조3250억원 증가했다. 주담대 증가폭 또한 8월(+8조 9115억원), 9월(+5조 9148억원)과 비교하면 크게 감소했다. 그러나 신용대출의 경우 10월 말 103조 8451억원에서 11월말 104조 893억원으로 한달 사이에 2442억원 늘어나 4개월 연속 증가세를 유지했다. 5대은행의 정기예금은 지난달 6조 2068억원(942조 133억원→948조 2201억원) 증가했다. 반면, 대기성 자금인 요구불예금 잔액은 같은 기간 613조 3937억원에서 608조 2330억원으로 5조 1607억원 줄었다.
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- 경제
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11월 5대은행 가계대출 1.3조 증가⋯두달 연속 1조원대 기록
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[신소재 신기술(130)] AI 기술 접목한 로봇, 비디오만 보고 외과 수술 성공
- 인공지능(AI) 기술을 접목한 로봇 시스템이 비디오 영상을 통해 외과 수술 방법을 훈련하고, 수술을 성공적으로 수행했다. 인간 의사가 수술을 집도하려면 수년간의 집중적인 연구와 꾸준한 노력이 필요하지만, 로봇은 오늘날의 AI 기술을 통해 이를 더 쉽게 습득할 수 있을 것으로 보인다. 미국 존스홉킨스 대학(JHU)과 스탠포드 대학의 연구진이 개발한 로봇 수술 시스템은 수술 과정을 담은 비디오를 통해 훈련하는 것만으로 인간 의사만큼 능숙하게 여러 수술 작업을 수행하도록 훈련된 것이다. 연구 결과는 JHU 공식 홈페이지에 소개됐다. 게시글에 따르면 연구진은 이 연구에서 다빈치 수술 시스템을 활용했다. 이는 일반적으로 해부, 흡입, 혈관 절단 및 봉합과 같은 작업을 위한 기구를 조작하는 팔이 달린 로봇을 외과 의사가 원격으로 조작하는 시스템이다. 이 시스템은 외과의에게 훨씬 더 큰 제어력과 정밀도를 확보하고, 수술대 위의 환자를 자세히 들여다볼 수 있는 기능을 제공한다. 최신 버전의 로봇 수술 시스템 가격은 200만 달러(약 28억원) 이상으로 추정되며, 액세서리, 멸균 장비 또는 훈련 등은 별도다. 연구진은 모방 학습이라고 알려진 머신러닝을 사용하여 다빈치 수술 시스템이 수술 과정과 관련된 세 가지 작업, 즉 바늘 조작, 신체 조직 리프팅, 봉합을 스스로 수행하도록 훈련했다. 이 외과 로봇 시스템은 인간 의사가 할 수 있는 것처럼 수술을 잘 수행했을 뿐만 아니라 스스로 실수를 바로잡는 법도 배웠다. 연구원인 악셀 크리거 JHU 교수는 "예컨대 바늘을 떨어뜨리면 자동으로 집어 올려 수술을 계속한다. 사람이 가르쳐서 한 게 아니다"라고 설명했다. 연구진은 챗GPT와 같은 생성형 AI 챗봇이 구축된 머신러닝 아키텍처와 모방 학습을 결합해 AI 모델을 훈련했다. 일반 챗봇은 텍스트로 작업하도록 설계된 반면, 이 모델은 숫자나 방정식과 같은 수학적 요소로 동작을 설명하는 데 사용되는 언어인 운동학을 통해 수술 시스템의 팔 동작을 지시한다. 모델은 수술 과정 중에 다빈치 로봇의 팔에 부착된 손목 카메라로 녹화된 수백 개의 비디오를 사용해 훈련됐다. 연구진은 이 모델이 수술 로봇의 동작을 지시하는 데 필요한 모든 단계를 수동으로 코딩하는 기존 방법보다 훨씬 더 빠르고 쉽게 모든 유형의 수술 절차를 수행하도록 로봇을 훈련시킬 수 있다고 주장했다. 이는 자동화된 수술을 더 빨리 현실화하는 데 도움이 될 것으로 기대된다. 크리거 교수는 "새로운 모델의 장점은 다양한 절차의 모방 학습만 수집하면 며칠 안에 로봇이 이를 학습하도록 훈련시킬 수 있다는 것"이라며 "이를 통해 의료 실수를 줄이고 더 정확한 수술을 수행하는 동시에 자율성이라는 목표를 가속할 수 있다"고 밝혔다. 이 연구는 최근 몇 년 동안 로봇 지원 수술 분야에서 가장 큰 혁신 중 하나로 꼽힌다. 복잡한 수술에 사용할 수 있는 자동화된 장치가 몇 가지 있는데, 예를 들어 심혈관 수술을 위한 코린더스(Corindus)의 코패스(CorPath) 시스템이 그렇다. 그 기능은 일반적으로 해당 수술의 특정 단계에만 제한된다. 크리거 연구팀은 과거 수술 작업을 자동화하는 다른 접근 방식도 연구했다. 연구진은 2022년, 스마트 조직 자율 로봇(STAR)을 개발했다. 구조적 광(光·빛) 기반 3차원 내시경과 머신러닝 기반 추적 알고리즘의 안내를 받는 로봇은 인간 의사의 개입 없이 돼지 장의 양쪽 끝을 봉합했다. JHU 연구진은 현재 모방 학습 방법으로 로봇이 전체 수술을 수행할 수 있도록 훈련시키는 작업을 진행하고 있다. 로봇이 외과의를 완전히 대체하는 데는 몇 년이 걸릴 수 있지만, 이와 같은 혁신을 통해 환자들은 복잡한 치료를 더 안전하고 쉽게 받을 수 있을 것으로 기대된다.
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- IT/바이오
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[신소재 신기술(130)] AI 기술 접목한 로봇, 비디오만 보고 외과 수술 성공
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트럼프 당선으로 미국 주택담보대출 금리 급등
- 미국 대선에서 도널드 트럼프 공화당 후보가 승리하면서 미국 10년물 국채 수익률이 상승했다. 기준 금리를 추종하는 모기지 금리도 상승세를 보이고 있다. 모기지뉴스데일리에 따르면 30년 고정 모기지의 평균 금리는 트럼프가 승리를 확정지은 수요일 9bp(베이시스 포인트: 금리를 나타내는 기본단위로 100분의 1%를 의미) 급등한 7.13%에 달했다. 이는 지난 7월 1일 이후 가장 높은 수치지만, 일각에서 예상했던 급등세에는 미치지 못한 것이다. 모기지뉴스데일리의 매튜 그레이엄 COO(최고운영책임자)는 "선거에 앞서 채권 트레이더(거래자)들은 트럼프가 승리하고 특히 레드 스윕(트럼프 승리+상하원 공화당 승리)이 실현될 경우 금리가 더 오를 것으로 예상했다. 후자는 아직 확실하지 않지만 실제로 벌어지면 트럼프가 사실상 대통령 당선인으로 확정되면서 급등한 금리를 또다시 끌어 올리기에 충분하다"라고 말했다. 주택 관련주들도 차례로 반응해 대형 공공 건설업체와 건축 자재 회사 주가가 모두 급락했다. 레나와 D.R. 호튼, 풀티그룹은 모두 수요일 정오 거래에서 4% 이상 하락했다. 소매업체 홈 디포와 로우스 역시 각각 3% 이상 떨어졌다. 존 번스 부동산 컨설팅의 CEO 존 번스는 "건설업체 주식은 모기지 금리와 및 그 예상 금리에 매우 민감하다. 현재 기대 인플레이션이 더 높아져 장기 금리에 영향을 미친다"고 말했다. 트럼프 당선인은 자세한 주택 공급 계획을 제시하지는 않았지만, 규제 완화 및 더 많은 주택 건설을 위해 연방 토지 개방에 대해 언급했다. 전미주택건설업협회(National Association of Home Builders) 회장 칼 해리스는 성명을 통해 트럼프의 대통령 당선을 축하하며 "NAHB는 새로운 트럼프 행정부와 양당 의회 지도자들과 협력해 전국의 주택 공급을 늘리는 주택 친화적 입법 및 규제 의제를 제정하기를 기대한다"라고 말했다. 대형 건설업체는 고객을 위해 모기지 금리를 낮추었지만, 그로 인해 마진은 줄어들었다. 주택담보대출 금리는 9월 11일 6.11%로 최근 최저치를 기록했지만, 연방준비제도이사회(FRB)의 최근 금리 인하에도 불구하고 꾸준히 상승하고 있다. 주택담보대출 금리는 연준을 따르지는 않지만, 경제에 대한 중앙은행의 판단에는 반응한다. 9월과 10월에 예상보다 강력한 경제 보고서가 나오면서 채권 수익률이 상승했고, 이에 따라 주택담보대출 금리도 올랐다. 소비자의 관점에서 보자면, 30년 고정 주택담보대출에 20%의 선불금(다운페이먼트)을 내고 40만 달러짜리 주택을 구입한 주택 구매자의 경우 9월 초 월 상환금이 1941달러였지만 현재 그 상환금은 2157달러로 216달러나 치솟았다. 기존 주택 매매는 올 가을 비정상적으로 급증했다. 전미부동산중개인협회에 따르면, 대기중인 매매는 지난 9월 전월에 비해 7% 증가했다. 당시는 금리가 크게 오르기 전이었다. 매매 증가는 주로 공급 증가 때문이다. 부동산 중개 사이트 리얼터닷컴에 따르면 지난 10월 판매된 주택이 전년 동월에 비해 29.2% 더 많았으며, 이는 2019년 12월 이후 가장 높은 수준이다.
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- 경제
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트럼프 당선으로 미국 주택담보대출 금리 급등
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MIT 기술과 만난 로봇개 '스팟', 진짜 강아지처럼 '가져오기 놀이' 성공
- 로봇개는 인공지능(AI) 및 컴퓨터 비전과의 조합으로 특정 물체에 집중할 수 있게 되면서 '가져오기 놀이'까지 가능한 수준으로 진화하고 있다. 최근 국제전기전자공학자협회(IEEE)의 로보틱스 및 자동화 저널(Robotics and Automation Letters)에 발표된 새로운 연구에 따르면, MIT 연구진은 로봇에 카메라를 부착해 전방 사물을 빠르게 파악하고, 3D로 매핑하며, 음성 명령을 통해 주어진 작업과 가장 관련성이 높은 대상을 식별할 수 있는 클리오(Clio)라는 방법을 개발했다고 라이브사이언스가 전했다. 클리오는 '정보 병목현상' 이론을 활용하는데, 이는 인간의 두뇌가 정보를 처리하는 방식을 모방한 것이다. 기계학습(머신러닝) 알고리즘 모음인 신경망(뉴럴 네트워크)은 목표 대상을 골라 저장하도록 정보를 압축한다. 이 시스템을 갖춘 로봇은 '구급상자 가져오기'와 같은 명령을 처리할 수 있다. 기계학습에 의해 구급상자를 스스로 식별하는 것이다. 연구진은 전방의 책 더미에서 특정한 책을 가져오는 과제를 예로 들었다. 시야에 보이는 쌓여 있는 책 가운데 특정한 녹색 책을 가져오는 것이 임무일 경우, 클리오는 병목현상을 활용해 전방에 대한 모든 시각 정보를 넣고 녹색 책을 나타내는 영역을 특정한다. 관련이 없는 다른 영역은 간단히 제거할 수 있는 그룹으로 세분화된다. 그러면 임무를 지원하는 데 필요한 적절한 객체가 남고, 주어진 명령을 수행한다. 클리오가 실제로 작동하는 것을 시연하기 위해 연구진은 클리오를 장착해 실행하는 보스턴 다이내믹스(Boston Dynamics)의 4족 로봇개 스팟(Spot)을 사용해 사무실 건물을 탐색하고 일련의 임무를 수행했다. 클리오는 실시간으로 작업하면서 임무와 관련된 대상 객체만 보여주는 가상 지도를 만들어 냈고, 이를 통해 로봇개 스팟은 목표를 완수했다. 연구진은 모든 종류의 객체를 식별하도록 훈련된 인공지능 도구, 시스템 및 서비스를 뒷받침하는 가상 신경망인 대규모언어모델(LLM)과 컴퓨터 비전을 결합, 클리오를 통해 이러한 수준의 세분화를 달성했다. 클리오의 획기적인 기능은 할당된 특정 작업과 관련, 실시간으로 보는 것을 세분화할 수 있는 능력이다. 기술의 핵심은 눈으로 보이는 장면을 여러 개의 작은 영역으로 분할할 수 있는 매핑 도구를 클리오에 통합한 것이다. 세분화된 영역에 대해 신경망은 내려진 명령과 유사한 영역을 선택한다. 즉 명령과 유사한 객체를 형성하는 것이다. 연구진은 앞으로 클리오를 더 높은 수준의 작업을 처리할 수 있도록 개선한다는 계획이다. 실종자 수색이나 재해 현장에서의 인명 구조의 경우 '생존자 찾기'나 '전원 다시 켜기'와 같이 더 높은 수준의 작업을 수행해야 한다. 연구진은 인간과 가깝게 복잡한 작업을 수행하는 방법을 찾을 방침이다. 일단 클리오는 사용자가 실제로 물건을 던지고 이를 가져오는 놀이를 할 수 있는 로봇개를 탄생시킬 수 있다. 클리오를 적용함으로써 로봇개가 공원에서 사람과 놀 수 있는 동료가 되는 셈이다.
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MIT 기술과 만난 로봇개 '스팟', 진짜 강아지처럼 '가져오기 놀이' 성공
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나노 기술로 건물 안전 진단⋯한국기계연구원, 색상 변화 감지하는 센서 개발
- 한국기계연구원(이하 기계연)이 나노 기술을 이용하여 건축물의 노후화를 육안으로도 진단할 수 있는 혁신적인 센서를 개발했다. 4일 기계연에 따르면 나노융합연구본부 윤재성 책임연구원 연구팀은 건축물에 부착하는 나노 필름 형태의 센서를 통해 색상 변화를 감지하고, 이를 통해 건축물의 변형 정도를 정밀하게 측정하는 기술을 선보였다. 이 센서는 자연에서 관찰되는 '구조색'의 원리를 응용했다. 구조색은 색소가 아닌 물체의 미세 구조에 의해 빛이 반사되면서 나타나는 색상으로, 공작새 깃털이나 나비 날개에서 볼 수 있는 아름다운 색깔이 대표적인 예이다. 연구팀은 이러한 구조색의 원리를 이용하여 나노 패턴을 설계, 센서에 가해지는 기계적 변형량에 따라 색상이 변화하도록 했다. 육안으로 확인하는 건축물 안전 특히, 이번에 개발된 나노 패턴은 기존 기술의 한계였던 관찰 각도에 따른 색상 변화 문제를 해결하여, 어느 각도에서든 일정한 색상을 유지하도록 설계했다. 또한, 색상 변화 이미지를 인공지능 기술과 접목하여 위험 여부를 판단하는 모니터링 솔루션도 구축했다. 이 센서는 색소나 염료, 별도의 전원 없이 작동 가능하며, 패치 형태로 건축물에 부착하여 육안으로도 안전성을 쉽게 확인할 수 있다는 장점이 있다. 연구팀은 이 기술과 관련하여 10건 이상의 국내 특허와 1건의 국제 특허를 출원했으며, 관련 기업과 기술이전을 추진 중이다. 윤재성 책임연구원은 "이번에 개발된 나노 필름 센서는 건축물의 변형 여부와 안전성을 간편하게 진단할 수 있는 획기적인 기술"이라며, "건축물 안전 관리 분야에 널리 활용될 수 있을 것으로 기대한다"고 밝혔다. 이번 연구 결과는 재료과학 분야의 권위 있는 국제 학술지 'ACS 어플라이드 나노 머티리얼즈' 9월 13일 자 표지논문으로 게재되어 그 우수성을 인정받았다. 한편, 나노 기술은 10억분의 1미터, 즉 나노미터 크기의 물질을 다루는 기술이다. 쉽게 말하면 머리카락 굵기의 10만분의 1정도에 해당하는 아주 작은 크기다. 이렇게 작은 크기에서는 물질의 성질이 완전히 달라지는 데, 나노 기술은 바로 이러한 특성을 이용해 새로운 물질이나 소재를 만들어 내는 가술이다. 이러한 나노 기술은 약물 전달이나 전자 기기, 섬유 제작,자어ㅣ선 차단제 등에 활용된다. 나노 기술로 제작된 섬유는 오염 물질이 묻지 않고 주름도 잘 생기지 않는 특징이 있다.
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- 산업
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나노 기술로 건물 안전 진단⋯한국기계연구원, 색상 변화 감지하는 센서 개발
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건설 혁명! '임팩트 프린팅', 탄소 절감과 효율성을 동시에
- 3D 프린팅보다 탄소 집약도가 낮고 지속가능한 건설 방법인 '임팩트 프린팅'이 스위스에서 개발됐다. 건설 회사 아이콘(ICON)은 최근 텍사스주 조지타운에 세계 최대 규모의 3D 프린팅 주택을 완공할 예정이라고 발표했다. 물론 이것이 첫 3D 프린팅 주택 프로젝트는 아니다. 미국과 유럽에서는 이미 수백 개의 3D 프린팅 주택이 건설 중이며, 더 많은 주택 프로젝트가 예정돼 있다. 건설 산업에서 3D 프린팅의 성장을 촉진하는 요인은 여러 가지가 있다. 무엇보다 건설 시간을 단축한다. 몇 달이 걸릴 수 있는 주택 건축을 3D 프린터로 며칠 또는 몇 주 안에 건설할 수 있다. 또 기존 방식에 비해 3D 프린팅은 건설 중에 폐기물로 발생하는 재료의 양도 줄인다. 이러한 장점으로 인해 인건비와 자재비가 절감돼 3D 프린팅이 건설 회사의 매력적인 선택지가 되었다. 그런데 스위스 취리히 연방공과대학(ETH) 연구팀은 3D 프린팅보다 훨씬 더 나은 로봇 건설 방법을 개발했다고 밝혔다. ARS테크니카 홈페이지 게시글에 따르면 연구진은 이를 '임팩트 프린팅'이라고 부르는데, 일반 건축 자재 대신 모래, 미사, 점토, 자갈과 같은 자연 재료를 사용해 주택을 만든다. 연구진에 따르면 임팩트 프린팅은 3D 프린팅보다 탄소 집약도가 낮고 훨씬 더 지속 가능하며 저렴하다. 이는 자연 기반 재료가 풍부하고 재활용이 가능하며 저렴한 비용으로 구할 수 있고 건설 현장에서 발굴할 수도 있기 때문이다. 연구진의 일원인 로렌 베이시 박사는 "건설 현장에서 발굴한 일반적인 재료를 이용해 3D 프린팅을 포함한 기존의 건축 방법보다 훨씬 적은 탄소 배출로 저렴하고 효율적으로 사용 가능한 건축 제품으로 활용할 수 있는 로봇 도구와 방법을 개발했다"고 말했다. ◇ 임팩트 프린팅의 작동 원리 발굴된 자재는 건설에 직접 사용할 수 없다. 따라서 임팩트 프린팅 공정을 시작하기 전에 미세하고 거친 입자가 균형을 이루고 사용 편의성과 구조적 강도를 모두 보장하는 자연 재료 혼합물을 준비한다. 점토와 같은 미세한 재료는 바인더(결합제) 역할을 해 입자가 서로 달라붙도록 하고, 모래나 자갈과 같은 거친 재료는 혼합물을 더 안정적이고 강하게 만든다. 이렇게 해서 최적화된 혼합물은 특수하게 설계된 로봇 시스템이 쉽게 운반한다. 다음 단계에서는 디지털 청사진을 준비한다. 3D 프린터와 마찬가지로 로봇 임팩트 프린팅 시스템도 구조물 생산을 위한 디지털 모델이 필요하다. 디지털 청사진이 준비돼 시스템에 업로드되면 로봇 도구가 건설 현장에서 사용할 수 있도록 모바일 플랫폼에 장착된다. 그런 다음 자연 재료의 혼합물을 로봇 도구에 부착된 대형 용기에 넣는다. 용기가 채워지면 시스템이 작동을 시작하고 디지털 모델이 지정한 대로 구조물을 만드는 데 필요한 작업(재료 압출, 절단, 분무)을 수행한다. 이 작업은 구조물이 완성될 때까지 계속된다. 임팩트 프린팅의 건설 과정은 일반적인 건물의 3D 프린팅과는 매우 다르다. 재료 자체는 구조물을 지탱하기에 너무 약하다. 시멘트와 같은 첨가제는 최종 구조가 견딜 수 있는 응력을 두 배로 늘리기 위해 필요하다. 그러나 임팩트 프린팅에 사용되는 로봇 도구는 고속(초당 10m)으로 건축 자재를 증착한다. 그 결과 발생하는 고속 충격은 시멘트같은 결합 재료가 추가되기 전 자연 재료 층 간의 강력한 결합을 촉진한다. 베이시는 "개발된 방법에 따라 만들어진 소재는 이미 더 높은 강도를 가진다. 따라서 첨가제에 덜 의존한다"고 말했다. 연구진은 이 방식을 사용해 2m 높이의 벽을 성공적으로 만들었다. 시멘트와 같은 첨가제에 의존하지 않고도 비슷한 무게의 다른 구조를 지탱할 만큼 충분히 강한 것이 입증됐다. 그러나 더 높은 건물을 지을 경우에는 문제가 다르다. 그래서 현재로서는 최대 2층 정도 높이가 한계라고 한다. ◇ 지구 환경을 살리는 임팩트 프린팅 3D 프린팅은 기업의 인건비를 낮추고 저렴한 주택 건설을 가능하게 한다. 그러나 반드시 지속 가능하거나 환경 친화적인 것은 아니다. 시멘트를 첨가제로 사용하기 때문이다. 시멘트는 전 세계 탄소 배출량의 약 8%를 차지한다. 게다가 시멘트와 모르타르 등을 사용하기 때문에 3D 프린팅 구조물은 일반적으로 재활용할 수 없다. 임팩트 프린팅 방법으로 건설된 구조물의 경우는 시멘트와 같은 첨가제가 필요하지 않고 탄소 집약도가 낮은 자연 재료를 사용하기 때문에 친환경적이다. 연구진은 시멘트보다 덜 해롭고 재활용하기 쉬운 미네랄 안정제를 1~2% 사용한다. 연구진은 향후 첨가제나 안정제를 전혀 사용하지 않는 방법을 연구할 계획이다. 연구진은 이 기술을 조속히 상용화한다는 계획이다. 조립식 자재 제조 방식은 기술적으로 준비가 거의 되었기 때문에 충분히 가능하다는 입장이다. 내년에는 스타트업으로 출범한다는 로드맵도 마련했다. 3년 안에는 제품을 시장에 출시할 것으로 기대하고 있다.
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건설 혁명! '임팩트 프린팅', 탄소 절감과 효율성을 동시에
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[신소재 신기술(119)] 홍합에서 영감 얻은 접착 박테리아, 플라스틱 폐기물 분해 속도 높여
- 과학자들이 홍합의 자연적인 접착 특성을 활용해 플라스틱 폐기물 분해 속도를 높이고 있다는 희소식이 전해졌다. 미국 라이스 대학교 연구팀은 홍합의 접착력에서 영감을 얻어 플라스틱 표면에 강하게 달라붙는 미생물을 개발했다고 밝혔다. 이 미생물은 플라스틱 분해 효소와 결합하여 플라스틱 폐기물을 효율적으로 분해할 수 있는 가능성을 제시한다. 플라스틱 오염의 가장 큰 문제점은 자연적으로 분해되는 데 수 백년 이상 걸린다는 점이다. 또한 플라스틱은 완전히 분해되지 않고 미세 플라스틱이라는 작은 조각으로 분해된다. 이러한 미세 플라스틱은 토양과 바다를 오염시키고, 먹이 사슬을 통해 동물의 몸속에 축적된다. 결국 이러한 미세 플라스틱은 인간의 식탁까지 올라와 건강에 악영향을 미칠 수 있다. 연구팀은 유전자 코드 확장 기술을 이용해 박테리아 유전자 코드에 홍합의 접착 단백질에 존재하는 도파(DOPA· 3, 4-디하이드록시페닐알라닌)라는 아미노산을 도입했다. 이를 통해 박테리아는 플라스틱의 주요 성분인 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 표면에 강하게 부착하고, PET를 분해하는 효소와 함께 작용해 플라스틱 분해 효율을 높였다. 미국은 매년 최대 4천만톤의 플라스틱 폐기물을 배출한다고 인터레스팅엔지니어링이 전했다. PET는 플라스틱의 한 종류로 이 폐기물의 약 64%를 차지한다. PET는 분해되기까지 수 세기가 걸릴 수 있다. 이번 연구를 이끈 화학, 생명과학 및 생명공학 한 샤오(Han Xiao) 부교수는 "이 기술은 플라스틱 오염 문제 해결에 큰 도움이 될 것"이라며 "유전자 코드 확장 기술이 재료 및 세포 공학 분야에서 혁신적인 도구가 될 수 있음을 보여준다"고 설명했다. 생물 부착 방지 기술 활용성 가능성 제시 연구팀은 이 기술이 플라스틱 오염 문제 해결뿐만 아니라 선박, 해양 구조물, 물 처리 시설 등에서 발생하는 생물 부착 문제 해결에도 활용될 수 있다고 밝혔다. 도파를 이용해 변형된 단백질은 다양한 표면에 보호막을 형성해 미생물의 부착을 막는 효과를 나타냈다. 연구팀은 이 기술이 의료 기기, 조직 공학, 약물 전달 등 다양한 생물 의학 분야에도 응용될 것으로 기대하고 있다. 이번 연구 결과는 재료 과학 분야 학술지 '스몰 메서드(Small Methods)'에 게재됐다.
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[신소재 신기술(119)] 홍합에서 영감 얻은 접착 박테리아, 플라스틱 폐기물 분해 속도 높여
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[신소재 신기술(117)] 오징어에서 영감 받은 온도 조절 의류
- 기후 변화의 영향으로 계절의 경계가 모호해지면서, 옷차림에 대한 고민이 깊어지고 있다. 특히 간절기에는 일교차가 커서 옷을 선택하기가 쉽지 않다. 10월 초순의 서울만 하더라도 낮에는 섭씨 20도를 웃도는 온화한 날씨지만, 아침저녁으로는 10도 안팎의 쌀쌀함이 감돌아 옷 입기가 난감하다. 즉, 겉옷을 입고 있자니 덥고, 벗자니 춥다. 게다가 개인마다 추위나 더위를 느끼는 정도가 다르기 때문에, 모두를 만족시키는 의류 소재를 찾기란 더욱 어렵다. 일부 스포츠 의류나 기능성 이너웨어 브랜드에서 온도 조절 소재를 사용했다고 홍보하지만, 진정한 의미에서 개인의 열적 필요에 따라 능동적으로 온도를 조절하는 옷은 아직까지 존재하지 않았다. 그러나 최근 자연에서 영감을 얻은 혁신적인 기술이 개발돼 이러한 한계를 극복할 가능성을 제시했다. 미국 연구진이 오징어 피부에 착안해, 착용자의 체온에 따라 온도를 조절하는 혁신적인 의류 신소재를 개발한 것. 이는 단순한 온도 조절 기능을 넘어, 착용자 개개인의 열적 쾌적성을 극대화하는 '스마트 의류' 시대의 도래를 예고한다. 캘리포니아 대학교 어바인 캠퍼스(UCI) 연구팀은 오징어 피부의 색상 변화 메커니즘을 모방하여 통기성, 세탁성, 유연성을 갖춘 온도 조절 신소재를 개발했다고 밝혔다. 해당 내용에 대해서는 어스닷컴과 인터레스팅엔지니어링 등 다수 외신이 보도했다. 오징어 피부는 여러 층으로 구성되어 있으며, 각 층이 빛을 조작하여 색상과 패턴을 바꾼다. 연구팀은 이러한 원리를 이용하여 적외선 스펙트럼에서 작동하는 복합소재를 만들었다. 사람의 몸에서 열이 방출될 때 적외선 복사 형태로 방출되는 데, 이 신소재는 이러한 적외선 방출을 조절해 온도 조절 기능을 한다. 연구 저자인 알론 고로데츠키는 "오징어 피부는 빛을 조작하고 동물의 전체적인 색상과 무늬를 변화시키기 위해 함께 작동하는 여러 층으로 구성된 복잡한 구조"라고 설명했다. 그는 "일부 층에는 발색단이라는 기관이 있는데, 이 기관은(근육의 작용에 따라) 확장된 상태와 수축된 상태를 전환하여 피부가 가시광선을 투과하고 반사하는 방식을 변화시킨다"고 부연했다. 이 복합 소재는 폴리머로 코팅된 구리 섬(copper islands)으로 구성되어 있다. 이 소재는 열카메라가 작동하는 방식처럼 적외선 스펙트럼을 기반으로 작동한다. 소재를 늘리면 구리 섬들이 분리되면서 적외선 투과 및 반사율이 변화한다. 이를 통해 의류의 온도를 미세하게 조절할 수 있다. 이전 연구에서 연구팀은 복합 소재의 적외선 특성을 모델링했으며, 이번 연구에서는 세탁성, 통기성, 직물 통합성을 향상시켰다. 얇은 필름을 추가하여 세탁 내구성을 높였고, 구멍을 뚫어 면직물과 비슷한 통기성을 확보했다. 또한 메쉬 소재에 부착해 직물에 쉽게 통합될 수 있도록 했다. 연구팀은 "이 소재는 스키 재킷, 양말, 장갑, 모자 등 추운 날씨 의류에 적합할 것"이라며 "세탁 가능한 유기 전자 장치, 신축성 있는 전자 섬유, 에너지 수확 마찰 전기 소재 등 다양한 웨어러블 기술에도 활용될 수 있을 것"이라고 기대했다. 이번 연구 결과는 APL 바이오엔지니어링 저널에 게재됐다.
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[신소재 신기술(117)] 오징어에서 영감 받은 온도 조절 의류
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[신소재 신기술(111)] 휴스턴 공대 개발 웨어러블 센서, 눈 움직임으로 뇌손상 진단
- 휴스턴 대학교(HU) 공학팀이 눈의 움직임을 검사해 뇌 질환이나 뇌 손상을 진단하는 웨어러블 센서를 개발했다고 메디컬익스프레스가 전했다. 많은 뇌 질환은 종종 다른 증상이 발현되기 전에 눈 이상으로 나타난다. 눈은 시인들의 표현과 같이 단순히 '영혼을 들여다보는 창'만은 아니다. 인간의 생활을 위해 가장 필요하고 소중한 눈은 또한 뇌의 연장선이며, 뇌 관련 질환의 조기 경고 신호와 그 원인에 대한 정보를 제공할 수 있다. 눈을 검사하면 뇌에 가해지는 신체적, 정신적 충격의 진행과 증상을 추적하는 데 도움이 될 수도 있다. 연구진은 현재의 시선 추적 시스템에는 결함이 있으며, 충분한 양의 데이터를 제공하지 못한다고 지적했다. 게다가 얼굴과 목에 여러 개의 전극이 부착돼 부피가 크고 비싸며 출력이 약하다. 기계공학과 류재현 교수의 UH 연구실에서 박사 후(포스트 닥터) 연구원인 김남인 박사의 도움을 받아 개발한 이 새로운 센서는 비침습적이고 편안하게 착용할 수 있으며 안전하다. 따라서 휴대용 디스플레이 및 컴퓨팅 장치와 결합하면 안구 움직임을 쉽게 지속적으로 측정하고 관찰할 수 있다. 개발된 센서는 특히 매끈하고 유연하며, 구부러지거나 움직일 때 전기를 생성하는 매우 얇은 수정과 같은 필름으로 만들어졌다. 이는 '압전 효과'라는 현상이며, 특정 물질이 적용된 기계적 응력에 반응하여 전하를 생성할 수 있다. 관자놀이 부위에 있는 상단, 중간 및 하단 센서 또는 변환기의 출력 전압은 식별 가능한 전압 패턴을 생성한다. 류 교수는 연구 결과가 실린 국제 학술지 '어드밴스드 헬스케어 머티리얼스(Advanced Healthcare Materials)'에서 "활력 징후 및 생체 의학 매개변수를 관찰하기 위한 피부 부착형 웨어러블 센서는 개인 건강관리 및 휴대용 진단 시스템에서 매우 중요한 구성 요소"라고 보고했다. 이어 "그 중에서도 박막 압전 센서는 저렴한 비용으로 쉽게 제작할 수 있고, 다양한 크기, 경량, 뛰어난 기계적 유연성과 안정성, 빠른 반응 속도, 높은 감도, 높은 신호 대 잡음비, 우수한 장기 안정성과 내구성이라는 고유한 장점을 제공한다"라고 강조했다. 류 교수는 "새로운 센서는 착용하기 쉽고 뇌-눈 관계 연구에 사용해 뇌의 기능적 무결성을 평가할 수 있다"라고 부연했다. 눈 깜박임 패턴에 대한 안과적 평가는 뇌졸중, 다발성 경화증, 파킨슨병 및 알츠하이머병과 같은 질환의 조기 진단에 사용되었다. 또한 안구와 윗 눈꺼풀 조절은 뇌 기능에 영향을 받기 때문에 눈의 움직임은 다양한 뇌 질환과 밀접하게 연관되어 있다. 이전 연구에서는 주의력 결핍 과잉 행동 장애가 있는 어린이의 비정상적인 눈 깜박임 속도와 깜박임 조절을 측정했으며, 자발적인 깜박임은 뇌의 도파민 시스템의 무결성을 측정하는 척도였다. 눈 및 눈의 근육과 관련된 뇌의 운동 뉴런도 자폐증과 관련이 있다. 류 교수는 "우리가 새로 개발한 '유연한 압전 눈 움직임 센서 어레이(F-PEMSA: flexible piezoelectric eye movement sensor array)'가 ADHD(주의력결핍 과다행동장애), 자폐증, 알츠하이머병, 파킨슨병과 같은 뇌 질환 상태뿐만 아니라 뇌진탕 후 증후군 및 외상 후 스트레스 장애와 같은 외상성 뇌 손상의 후유증에 관한 많은 임상 연구에 사용될 수 있다고 생각한다. 잠재적으로 조기에 정확한 진단과 개인화된 치료법의 개발 방향을 제시할 수 있다고 믿는다"고 말했다.
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- IT/바이오
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[신소재 신기술(111)] 휴스턴 공대 개발 웨어러블 센서, 눈 움직임으로 뇌손상 진단
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[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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[신소재 신기술(109)] 나노실크 기반 여과 소재, 물속 화학물질과 중금속 제거 효과
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[우주의 속삭임(52)] NASA, 목성 생명체 탐사 위해 유로파 클리퍼 임무 우주선 10월 발사
- 목성의 생명체 탐사를 위한 나사(NASA)의 유로파 클리퍼(Europa Clipper) 임무 우주선이 오는 10월 발사된다고 스페이스닷컴이 전했다. 이를 위해 현재 목성 위성 주변의 혹독한 방사선 환경을 견딜 수 있는지를 확인하는 테스트가 진행되고 있다. 유로파 클리퍼 우주선은 목성의 얼음 위성인 유로파(Europa)를 연구하는 것을 목표로 한다. 유로파는 지구의 모든 바다를 합친 것보다 두 배나 많은 물을 가진 지하 바다를 품고 있는 것으로 알려져 있다. 카메라, 지상 투과 레이더, 분광기 등 9개의 장비를 탑재한 이 우주선은 유로파를 여러 번 근접 비행하고, 유로파의 얼음 지각 아래 환경을 조사하며 생명체의 흔적을 찾을 계획이다. 우주선은 플로리다에 있는 나사 케네디 우주 센터의 39A 발사장에서 스페이스X(SpaceX) 팰컨 헤비(Falcon Heavy) 로켓에 실려 발사될 예정이다. 나사는 오는 10월 10일이 발사 목표일이라고 발표했다. 나사 관계자는 "유로파 클리퍼의 주요 탐사 목표는 유로파 위성의 표면 아래에 생명체가 살 수 있는 곳이 있는지 확인하는 것"이라고 밝혔다. 관계자는 또 "이 임무의 세 가지 주요 목표는 얼음 표면과 그 아래의 바다의 특성, 유로파 위성의 구성 및 지질을 이해하는 것이다. 유로파에 대한 우주선의 자세한 탐사는 과학자들이 지구 너머에 있는 거주 가능한 세계의 천체생물학적 가능성을 더욱 깊이 이해하는 데 도움이 될 것"이라고 부연했다. 이전에는 목성의 강력한 자기장으로 인해 생성된 높은 방사선 환경에서 우주선이 견딜 수 있는가에 대한 우려가 제기됐다. 이때 탐사선의 전기 흐름을 제어하는 장치인 트랜지스터가 예상보다 낮은 방사선량에서도 고장을 일으킨 바 있다. 10월 발사가 예정된 우주선에 대한 방사선 환경 테스트도 이 때문에 시행되고 있는 것. 나사 관계자는 최근의 테스트에서 우주선의 트랜지스터가 기본 임무를 지원할 수 있음이 확인되었다고 밝혔다. 이번에 발사되는 우주선은 2030년 목성에 도착할 예정이며, 2031~2034년 사이에 유로파를 약 50회 비행할 것으로 예상된다. 한편 나사는 오는 9일 실시될 핵심 검토를 통해 유로파 클리퍼 우주선이 최종 발사 준비에 들어갈 수 있는지의 여부를 판단할 방침이다.
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[우주의 속삭임(52)] NASA, 목성 생명체 탐사 위해 유로파 클리퍼 임무 우주선 10월 발사
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