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2024-11-22 (금)

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[신소재 신기술(106)] 스탠퍼드대, 식용 색소로 투명 쥐 만드는 기술 개발 성공

미국 과학자들이 식용 색소를 이용해 생쥐 피부를 투명하게 만드는 실험에 성공했다. 스탠퍼드대 재료과학 및 공학 궈쑹 홍(Guosong Hong) 교수 팀은 9월 5일 과학 저널 '사이언스(Science)'에서 '타르트라진(Tartrazine)' 또는 '황색 5호(FD&C Yellow #5)'로 알려진 노란색 식용 색소를 통해 생쥐의 복부 피부와 두개골 등 생물학적 조직을 일시적으로 투명하게 만드는 데 성공했다고 밝혔다. 투명망토는 공상 과학과 판타지 영화의 소재로 곧잘 등장하지만, 식용 염료를 활용해 쥐의 피부를 투명하게 만들어 낸 것은 이번이 처음이다. 여기서 '투명'이라는 개념은 좀 다르다. 일반적으로 투명망토는 인체의 내부까지 투명해져서 육안으로 사람이 안 보이는 것을 의미한다. 하지만 연구팀이 개발한 식용 염료를 바르면 피부만 투명해지고 그안의 혈관과 근육, 뼈 등 내부 구조가 고스란히 드러나 관찰하기에 적합해진다. 연구팀은 특정 탄산음료와 과자에 독특한 주황색을 부여하는 식용 색소인 황색 5호를 사용해 쥐의 피부를 완전히 투명하게 하는 것을 입증했다. 이는 가역적이고 잠재적으로 무독성인 연구 방법으로, 의학과 과학 영상 분야에 혁신을 가져올 수 있다. 해당 연구 내용에 대해서는 영국 일간지 가디언과 과학 전문매체 퍼퓰러사이언스 등 다수 외신이 전했다. 지금까지 연구팀은 이 새로운 발견을 통해 쥐의 복부 내 장기를 관찰하고, 설치류 두개골 주변의 맥동하는 혈류를 살펴보고, 현미경을 통해 근육 조직을 매우 선명하게 볼 수 있었다. 추가적인 연구를 통해 이 방법은 새로운 과학적 발견을 촉진하고, 현미경 기술을 발전시키며, 의료 진단 전략과 치료법을 개선하는데 기여할 수 있을 것으로 기대된다. 원리는 간단, 색소 바르면 피부 투명해져 쥐의 피부를 투명하게 하는 방법은 간단하다. 황색 5호 용액을 쥐의 피부에 몇 분 동안 마사지하거나 미세 바늘을 사용하면 투명('가시광선의 적색 영역에서 완전한 광학적 투명성')한 피부가 된다. 색소를 씻어내면 피부는 자연스럽고 불투명한 상태로 되돌아간다. 스탠포드 대학교의 공동수석연구 저자이자 생물공학자인 궈쑹 홍 박사는 "피부와 같은 생물학적 조직은 빛이 통과할 때 산란되기 때문에 일반적으로 투명하지 않다"며 "동물의 살은 주로 물과 지방 등 다양한 물질로 이루어진 매트릭스이며, 이 두 종류의 화합물은 서로 다른 각도로 빛을 굴절시킨다고 설명했다. 빛은 한 물질에서 다른 물질로 이동할 때 속도가 변하며 휘어지는 굴절과 흩어지는 산란 현상을 일으킨다. 우리가 물체의 속을 볼 수 없는 것은 바로 산란현상 때문이다. 연구팀은 다양한 색소가 조직 내 빛의 이동 방식을 어떻게 변화시키는 지 모델링하여 일시적으로 피부를 투명하게 하는 이 방법을 개발했다. 팀은 황색 5호와 다른 몇 가지 색소를 투명성 향상 후보로 선정한 후, 실리카 입자와 혼합된 액체, 살아있는 닭의 가슴살, 살아 있는 생쥐와 기타 쥐의 조직 샘플 등을 테스트해 색소가 얼마나 빠르고 깊게 퍼지는 지 측정했다. 또한 이 색소를 다른 광학 현미경 기술과 결합해 황색 5호가 기존 기술을 향상시키는데 사용될 수 있음을 보여줬다. 마지막으로 연구팀은 설치류 실험 대상에서 단기 및 장기적인 영향을 조사하고 쥐가 소변과 대변을 통해 이들 색소를 얼마나 빨리 배출하는 지 추적해 초기 독성 분석을 수행했다. 연구팀은 황색 5호가 24시간 내에 몸을 통과하고 염증이나 자극을 거의 일으키지 않으며 "최소한의 전신 독성"을 나타낸다고 밝혔다. 인체 적용 시기 상조 그러나 이 방법은 아직 완전하지 않다. 예를 들어 살아 있는 생쥐 몸통 전체를 투명하게 만들거나 인간 복부의 내부를 즉시 볼 수 있게 해주지는 못한다. 황색 5호는 조직에 제한적으로 침투할 수 있기 때문에, 표적 전달력과 최적 농도에 대한 정확한 이해 없이는 인간의 살과 같은 덜 투과적인 피부를 통해 내부의 이미지를 얻는 데 유용하지 않을 수 있다. 또한 색소가 광자 산란을 줄이지만 완전히 제거하지는 못한다. 사용되는 조직이 두꺼울수록 이미지는 더 어둡고 선명도가 떨어진다. 게다가 초기 독성 평가는 긍정적이지만, 황색 5호 색소가 장기적으로도 무해하다고 확신할 수 없다. 이는 추가 연구를 통해 풀어야할 과제다. 이에 홍 교수는 추가적인 안정성 연구가 필요하다고 강조하며 "인체 피부에 이를 시도하는 것은 권장하지 않는다. 특히 국소적으로 적용될 때 색소 분자의 인체 독성은 완전히 평가되지 않았다"고 강조했다. 향후 추가 연구를 통해 황색 5호가 인체에 국소적으로 안전하게 사용될 수 있다면 피부암 조기 발견, 혈관을 찾기 어려운 사람들의 혈액 채취 용이성, 레이저 문신 제거 속도 향상, 광열 암 치료 효과 증대 등 다양한 분야에서 활용될 것으로 전망된다.
- IT/바이오
2024-09-06
러시아, 2미터 거리 탐지 불가능한 '투명 망토' 개발⋯군사 작전 활용

러시아가 군대를 위해 투명 망토라는 혁신적인 위장술을 개발했다. 이 투명 망토는 영화 '해리포터와 죽음의 성물'에서 등장한 것과 유사하게 몸을 가려주는 기능을 갖추고 있다. 매국 매체 뉴욕포스트는 전략 군사 정보 분석가이자 푸틴 플레이북의 저자인 레베카 코플러(Rebekah Koffler)가 러시아의 이 혁신적인 망토 '네비딤카'에 대한 인터뷰를 최근 소개했다. 코플러는 "네비딤카는 러시아 및 이전 소련의 '마스키로프카' 교리(문자 그대로 '변장'을 뜻하나, 개념적 어원은 '가장 무도회')의 일부이며, 이는 러시아 군대의 기본 원칙 중 하나로서 당신이 하는 모든 일에 대해 적을 속이는 것이다"라고 설명했다. 그는 이어 "적에게 병력의 존재, 위치, 규모, 공격 시기, 그리고 장소에 대한 오도하고, 군사 하드웨어 유형을 식별하지 못하도록 하는 것이 목표"라며 "그들은 전장에서 일어나고 있는 사건에 대한 적의 인식을 통제하고 조작하는 데 중점을 둔다"고 덧붙였다. 러시아인들은 '마스키로프카' 활동을 실행하는데 엄청난 양의 자원을 투입한다. 예를 들어, 군인들을 따뜻하게 유지하기 위해 적절한 군복을 디자인하지 않을 수도 있지만 투명망토 '네비딤카에는 돈을 쓸 것'이라는게 코플러의 주장이다. 러시아 매체 타스(TASS)는 지난 1월 19일 이 투명 망토를 제작한 러시아 기업 하이더엑스(HiderX)와의 인터뷰를 공개했다. 이 인터뷰에서 하이더엑스는 망토 네비딤카는 350그램(약 3/4 파운드)의 무게로 접어서 사람의 주머니에 넣을 수 있고 열 신호를 숨겨서 작동한다는 점 등 새로운 군사 기술의 여러 측면을 설명했다. 회사 측에 따르면, 투명 망토는 물체의 주변 온도를 차단해 열을 추적하는 적군으로부터 러시아 군인을 효과적으로 위장한다. 하이더엑스는 타스에 새로운 망토에 대해 "우리는 완전히 새로운 제품, 즉 실루엣을 희석시키는 위장복을 디자인했다"라며 "특정 혼합물로 직물을 코팅하는 것은 완전히 러시아 기술이다"라고 말했다. 또한 "우리의 노하우이며 자세한 내용은 공개하지 않겠다"며 "이 슈트는 물체의 주변 온도를 감지한다. 적대적인 열 추적자로부터 러시아 군인을 효과적으로 위장할 수 있다"라고 주장했다. 당시 하이더엑스는 "시험이 진행 중이며 1월 말까지 완료해야 한다"고 말했다. 하이더엑스에 따르면 현재 기술로는 러시아 군대가 열을 차단할 순 있지만 비효율적인 것으로 입증됐다며 그들의 기술은 "직물이 숨을 쉬면서 자연스럽게 발생하는 열 교환을 통해 작동한다"고 말했다. 코플러는 "이 소재 자체는 세 가지 층으로 구성되어 있는데, 첫째는 사용자 몸에서 나오는 적외선(IR)을 반사하는 내부 층, 둘째는 IR 복사를 흡수하는 중간 층, 그리고 외부 환경에서 나오는 IR 복사를 반사하는 외부 층이다"라면서 "클로크-네비딤카는 방사능 화학 생물학 방어를 뜻하는 RKhBZ 아카데미에서 개발됐다"고 설명했다. 한편, 2019년에는 캐나다의 군수 기업이 군인을 위해 '퀀텀 스텔스'라는 특별한 소재로 제작된 투명 망토를 개발했다. 이 망토는 뒤에 가려진 대상 주위의 빛을 조작하여 대상을 사라지게 하고 배경만 보이도록 하는 뛰어난 위장 효과를 자랑한다. 한국의 연구진도 2021년에 이미 투명 망토 제작과 관련된 메타 물질 구현에 성공했다. 이 메타 물질은 벽돌처럼 찍어서 잘라내어 빛의 경로를 조절할 수 있게 만들었다. 이를 통해 모든 방향에서 들어오는 빛을 일반적인 굴절 방향과는 다른 방향으로 휘도록 조절하며, 파장대도 정밀하게 조절할 수 있는 특징을 갖추고 있다.
- 산업
2024-02-06