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2025-04-04 (금)

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[신소재 신기술(162)] 국내 연구진, 박테리아 이용한 친환경 플라스틱 생산 기술 개발

국내 연구진이 최근 박테리아를 활용해 기존 플라스틱 생산 방식의 한계를 극복하고 친환경적인 폴리머 생산 가능성을 제시하는 연구 결과를 발표해 학계의 주목을 받고 있다. 플라스틱은 현대 사회에 필수적인 소재이지만, 생산 과정에서 화학 연료 기반 화학 물질 사용으로 인한 환경 문제와 폐기할 때 자연적으로 분해되지 않아 발생하는 환경 오염 문제가 지속적으로 제기되어 왔다. 이러한 가운데, 한국과학기술원(KAIST)의 생물분자공학자이자 공동저자인 이상엽 박사 연구팀은 포도당만을 연료로 사용해 유용한 폴리머를 생산할 수 있도록 박테리아는 유전자 조작하는 데 성공했다. 연구팀이 개발한 시스템은 박테리아가 특이한 영양 조건이 직면했을 때 사용하는 효소를 기반으로 하며, 다양한 종류의 폴리머를 생산할 수 있도록 조절이 가능하다. 해당 연구에 대해서는 과학기술 전문매체 아르스 테크니카, 네이처닷컴, PHYS.org 등 다수 매체가 17일(현지시간) 보도했다. 네이처 닷컴에 따르면, 매년 전세계적으로 약 4억 톤의 분해 불가능한 석유 기반 플라스틱 폐기물과 미세 플라스틱이 생산되어 야생동물과 인간의 건강을 위협하고 지구를 오염시키고 있다. 탄소 과잉 상태를 활용한 폴리머 합성 메커니즘 연구진은 박테리아 세포가 폴리하이드록시알카노에이트(PHA·폴리에스테르)를 생성하는 시스템에 주목했다. PHA는 박테리아 세포가 탄소원과 에너지를 충분히 공급받지만, 성장과 분열에 필요한 특정 영양소가 부족할 때 생성되는 화학 물질이다. 이러한 환경에서 박테리아 세포는 탄소 원자를 포함하는 작은 분자들을 연결하여 거대한 폴리머를 형성한다. 이후 영양 조건이 개선되면, 박테리아는 이 폴리머를 분해하여 개별 분자들을 에너지원으로 활용할 수 있다. 이 시스템의 핵심적인 특징은 폴리머를 구성하는 단량체의 종류에 크게 구애받지 않는다는 점이다. 지금까지 150가지 이상의 다양한 작은 분자들이 PHA에 통합될 수 있음이 확인됐다. 폴리머를 합성하는 효소인 PHA 합성 효소는 분자가 에스터 결합을 형성할 수 있는지 여부와 세포 내 생화학 반응의 중간체로 흔히 사용되는 코엔자임 A에 결합될 수 있는지 여부만을 중요하게 고려하는 것으로 나타났다. 일반적으로 PHA 합성 효소는 산소 원자를 통해 분자들을 연결하지만, 아미노산에서 발견되는 것과 같이 질소 원자를 통해 연결되는 유사한 화학 결합을 형성하는 것도 가능하다. 그러나 이러한 반응을 촉매하는 효소는 지금까지 알려진 바가 없었다. 이에 연구진은 기존 효소들이 통상적으로 수행하지 않는 반응을 유도할 수 있는지 실험하기로 결정했다. 연구진은 클로스트리디움(Clostridium) 속 박테리아에서 유래한 효소를 활용했는데, 이 효소는 다양한 화학 물질과 상호작용하는 것으로 알려져 있다. 실험 결과, 이 효소는 아미노산을 코엔자임 A에 비교적 효과적으로 결합시켰다. 아미노산들을 서로 연결하기 위해 연구진은 슈도모나스(Pseudomonas) 속 박테리아에서 유래한 효소에 네 가지 돌연변이를 도입하여 반응 물질의 범위를 넓혔다. 시험관 내 실험에서 이 시스템은 성공적으로 작동하여 아미노산들이 폴리머 형태로 연결되는 것을 확인했다. 세포 내 발현 및 생산량 증대 노력 다음 과제는 이 시스템이 실제 세포 내에서도 작동하는 지 확인하는 것이었다. 불행히도 사용된 두 효소 중 하나가 대장균(E. coli)에 약한 독성을 나타내 성장을 저해하는 것으로 밝혀졌다. 이에 연구팀은 해당 단백질을 내성적으로 발현하는 대장균 균주를 개발했다. 이 두 단백질을 모두 발현시킨 결과, 세포는 소량의 아미노산 폴리머를 생산했다. 배지에 특정 아미노산을 과량으로 첨가하면, 생성되는 폴리머에 해당 아미노산의 함량이 높아지는 경향을 보였다. 하지만 박테리아 무게 대비 폴리머 생산량은 다소 낮은 수준이었다. 연구팀은 "이러한 [아미노산]들은 적절한 탄소원으로부터 세포 내에서 생성될 경우 폴리머에 보다 효율적으로 통합될 수 있을 것"이라고 판단했다. 이에 특정 아미노산(라이신) 생산에 필요한 유전자 복제본을 추가적으로 도입했다. 그 결과 더 많은 폴리머가 생산됐으며, 폴리머 내 라이신 함량 비율도 높아졌다. 생성된 폴리머 대부분에는 에스터 결합을 형성할 수 있는 젖산이 상당량 포함되어 있었다. 젖산은 포도당 대사 과정의 잠재적 산물 중 하나이므로 세포 내에 자연적으로 많이 존재한다. 이에 연구팀은 젖산 생성의 주요 효소를 암호화하는 유전자를 제거해 폴리머에 통합되는 젖산의 양을 현저히 줄였다. 연구진은 다양한 조건에서 실험을 진행하여 두 가지 다른 아미노산 단량체의 혼합물로 이루어진 폴리머를 만들 수 있음을 입증했으며, 혼합물에 비아미노산 물질을 통합하는 데에도 성공했다. 대장균 균주에 몇 가지 추가적인 효소를 도입함으로써 박테리아 무게 대비 폴리머 생산량을 50% 이상으로 끌어올렸다. 또한, 중합 반응을 담당하는 효소에 돌연변이를 도입하여 특정 아미노산이 생성되는 폴리머에 선택적으로 더 많이 통합되도록 조절할 수 있음을 확인했다. 다양한 물성 조절 및 생분해 가능성 제시 연구팀이 개발한 시스템은 매우 유연하여 광범위한 학 물질을 폴리머에 통합할 수 있다는 점이 가장 큰 특성이다. 이는 생성되는 플라스틱의 다양한 물성을 조절할 수 있도록 해줄 것으로 기대된다. 또한, 효소를 통해 결합이 형성되었으므로 생성된 폴리머는 거의 확실하게 생분해될 가능성이 높다. 다만 몇가지 한계점도 존재한다. 폴리머에 통합되는 물질을 완전히 통제할 수는 없다는 것이다. 특정 아미노산 또는 기타 화학 물질의 혼합 비율을 높일 수는 있지만, 효소가 세포 내 대사 과정에서 생성되는 임의의 하학 물질을 어느 정도 수준으로 통합하는 것을 완전히 막을 수는 ㅇ첪다. 또한 생산된 폴리머를 제조 공정에 적용하기 전에 다른 세포 구성 성분으로 정제해야 하는 문제와 대규모 산업 생산에 비해 생산 속도가 느리다는 점도 해결해야 할 과제다. 비록 이 기술이 당장 전 세계 플라스틱 생산을 대체할 수 있는 수준은 아니지만, 생물 기반 제조의 잠재력을 훌륭하게 보여주는 연구 결과라는 평가를 받고 있다. 본 연구 결과는 국제 학술지 '네이처 케미컬 바이올로지(Nature Chemical Biology)' 2025년 3월 18일 자 온라인판에 게재됐다. ◇ 참고 문헌: Tong Un Chae et al, Biosynthesis of poly(ester amide)s in engineered Escherichia coli, Nature Chemical Biology (2025). DOI: 10.1038/s41589-025-01842-2
- ESGC
2025-03-18 14:25:00
[신소재 신기술(160)] 플라스틱, 4시간만에 94% 재활용⋯공기 중 습기가 비결

지구촌 플라스틱 문제 해결에 청신호가 켜졌다. 미국 노스웨스턴대학교 연구팀이 공기 중 습기를 이용해 플라스틱 폐기물을 분해하는 혁신적인 신기술을 개발했다고 발표했다. 이 신기술은 기존 플라스틱 재활용 방식에 비해 안전하고 경제적이며 지속가능한 것으로 플라스틱 순환 경제 구축에 크게 기여할 것으로 전망된다. 새로운 기술은 공기 중의 미량의 습기만으로 플라스틱 폐기물을 효율적으로 재활용하는 간편한 방법이다. 연구팀은 폴리에스터 계열 플라스틱 중 가장 널리 사용되는 페트(PET)의 결합을 끊는 저렴한 촉매를 개발했다. 이 촉매를 활용해 분해된 PET는 공기중의 미량의 수분에 노출되는 것만으로 플라스틱의 기본 구성 단위인 단량체로 전환된다. 연구팀은 이 단량체를 재활용하거나 고부가가치물질로 업사이클링할 수 있을 것으로 기대하고 있다. 해당 연구에 대해서는 전문매체 쿨다운, 인터레스팅엔지니어링,웹사이트 PHYS.org 등 다수 매체가 다루었다. 연구의 공동 교신 저자인 노스웨스턴 대학 조교수인 요시 크라티쉬 연구원은 보도자료를 통해 "본 연구의 가장 획기적인 성과는 플라스틱 분해에 공기 중 습기를 활용하여 매우 깨끗하고 선택적인 공정을 달성했다는 점"이라고 말했다. 크라티쉬 연구원은 "미국은 1인당 플라스틱 오염국 1위이며, 우리는 그 플라스틱의 5%만 재활용한다"면서 "다양한 유형의 플라스틱 폐기물을 처리할 수 있는 더 나은 기술이 절실히 필요하다. 오늘날 우리가 가진 대부분의 기술은 플라스틱 병을 녹여서 품질이 낮은 제품으로 다운사이클한다"고 밝혔다. 이어 "우리 연구에서 특히 흥미로운 점은 공기 중의 수분을 이용해 플라스틱을 분해하여 매우 깨끗하고 선택적인 공정을 달성했다는 것이다. PET의 기본 구성 요소인 단량체를 회수함으로써 재활용하거나 더 가치 있는 재료로 업사이클할 수도 있다"고 강조했다. 플라스틱 지속 가능한 해결책 제시 연구팀은 플라스틱 폐기물을 분해하기 위해 몰리브덴 촉매와 활성탄을 사용했다. 이 두 물질은 모두 저렴하고 풍부하며 무독성이라는 장점을 지닌다. 실험 과정은 다음과 같다. 먼저 PET 플라스틱과 촉매, 활성탄을 혼합한 후 가열한다. 폴리에스터 플라스틱은 화학 결합으로 연결된 반복 단위의 거대 분자(폴리머)로 구성되어 있다. 가열 과정을 통해 이 화학 결합이 단시간내 끊어지는 것이다. 다음으로 연구진은 분해된 물질을 공기에 노출시켰다. 놀랍게도 분해된 물질은 극소량의 습기만으로 폴리에스터의 고부가가치 전구체인 테레프탈산(TPA)으로 변환됐다. 부산물은 상업적 가치가 있는 산업용 화학물질인 아세트알데히드뿐이었다. 이는 쉽게 제거할 수 있다. 연구의 제1 저자인 나빈 말라크 연구원은 "상대적으로 건조한 환경에서도 대기 중에는 평균 1만~1만5000㎦의 물이 존재한다"며 "대기 중 습기를 활용함으로써 대량의 용매를 제거하고 에너지 투입량을 줄이며, 공격적인 화학 물질 사용을 피할 수 있어 더욱 깨끗하고 환경 친화적인 공정이 가능하다"고 설명했다. 크라티쉬 연구원은 시스템이 완벽하게 작동했지만, 과도한 양의 물을 첨가했을 때 기능이 오히려 저하됐다고 밝혔다. 이는 폐플라스틱 분해에 적절한 균형 유지가 중요하며, 결국 자연적인 공기 중 습도가 플라스틱 폐기물 분해에 최적의 양을 제공했다는 것이다. 심각한 플라스틱 오염 문제 PET 플라스틱은 식품 포장재 및 음료 용기에 광범위하게 사용되며, 전 세계 플라스틱 소비량의 12%를 차지한다. 자연 분해가 잘 안 돼 플라스틱 오염의 주범으로 꼽힌다. 사용 후 매립되거나 미세 플라스틱 또는 나노 플라스틱으로 분해되어 토양과 하수, 수로를 오염시킨다. 플라스틱 재활용은 중요한 연구 분야이지만, 기존 방식은 고온, 고에너지 소비, 유해 용매 사용 등 극단적인 조건에 의존하며 독성 부산물을 생성하는 경우가 많다. 더욱이 백금, 팔라듐과 같은 촉매는 고가이며 독성이 있어 더욱 유해한 폐기물을 생성한다. 반응 완료 후에는 재활용 물질을 용매로부터 분리해야 하는데, 이 과정 또한 시간과 에너지가 많이 소모된다. 크라티쉬 연구원은 "용매 대신 공기 중 수증기를 사용했다. 이것은 플라스틱 재활용 문제를 해결하는 훨씬 더 우아한 방법"이라고 강조했다. 빠르고 효율적인 공정 새로운 공정은 빠르고 효율적이다. 단 4시간 만에 가능한 TPA의 94%를 회수한다. 개발된 촉매는 내구성이 뛰어날 뿐만 아니라 재활용이 가능하며, 반복 사용에도 효과를 유지한다. 또한 이 방법은 혼합 플라스틱에도 적용 가능하도록 설계되어 선택적으로 재활용 할 수 있다. 이러한 선택성은 재활용 산업에 상당한 경제적 이점을 제공하는 전처리 분류의 필요성을 없애준다. 실제 플라스틱 병, 의류, 혼합 플라스틱 폐기물 등 실제 재료에 대한 테스트에서도 이 공정은 매우 효과적이었으며, 색깔있는 플라스틱까지 순수하고 투명한 무색의 TPA로 분해됐다. 연구팀은 향후 산업적 응용을 위해 공정 규모를 확대해 대량의 플라스틱 폐기물을 효율적으로 관리할 수 있도록 노력할 계획이다. 이번 연구 결과는 왕립화학회(Royal Society of Chemistry)에서 발행하는 학술지 '그린 케미스트리(Green Chemistry)'에 최근 게재됐다.
- ESGC
2025-03-14 09:55:00
일상용품 속 안전한 '고분자', 유해물질 방출 '새로운 위협'

일상샐활 속 각종 제품에 광범위하게 사용되는 화학 물질에 대한 안전성 논란이 끊이지 않는 가운데, 그간 인체에 무해하다고 여겨졌던 고분자(폴리머·polymer) 화합물이 유해 물질을 방출하는 '트로이 목마' 역할을 할 수 있다는 충격적인 연구 결과가 발표되어 파장이 예상된다. 미국 독성물질관리법(TSCA) 및 유럽연합의 REACH 규제 등 주요 유해 물질 규제에서조차 예외로 취급될 만큼 안전성이 강조되어 온 고분자는, 분자 크기가 커 인체에 흡수되지 않아 건강상 위험이 없다는 것이 과학계의 통념이었다. 그러나 국제 학술지 '네이처 지속가능성(Nature Sustainability)'에 게재된 획기적인 동료 평가(peer-review) 연구 논문은 일부 고분자 난연제가 분해되어 인체에 유해한 화학 물질로 변질될 수 있다는 사실을 밝혀내며 기존의 학설을 정면으로 반박했다고 과학 전문매체 사이테크데일리가 4일(현지시간) 보도했다. 논문의 수석 저자인 중국 광둥성에 있는 지난(Jinan)대학교의 다 첸(Da Chen) 박사는 "이번 연구는 고분자가 유해 화학 물질의 '트로이 목마'가 될 수 있음을 시사한다"며 "본래 비활성 상태의 거대 분자로 제품에 첨가되지만, 시간이 지나면서 분해되어 유해한 부산물에 우리를 노출시킬 수 있다"고 경고했다. '무독성' 대체재로 개발된 폴리머 난연제, 유해 물질 방출⋯제브라피시 실험 통해 독성 확인 연구팀은 기존 난연제의 유해성을 대체하기 위해 '무독성'으로 개발된 두 종류의 폴리머 브롬화 난연제((polymeric brominated flame retardants, polyBFRs)를 대상으로 심층 연구를 진행했다. 실험 결과, 두 종류의 polyBFRs 모두 수십 종의 작은 분자로 분해되는 것으로 확인됐다. 특히 제브라피시를 이용한 독성 실험에서, 이들 작은 분자들이 미토콘드리아 기능 장애를 유발하고 발달 및 심혈관에 심각한 손상을 초래할 수 있는 잠재력이 있다는 사실이 입증됐다. 토양·공기·먼지 등 환경 전반에 유해 물질 검출⋯전자 폐기물 재활용 시설 인근 농도 '최고' 더욱 심각한 문제는, 연구진이 환경 오염 실태를 조사하는 과정에서 이들 고분자 분해 물질이 토양, 공기, 먼지 등 환경 전반에 광범위하게 퍼져 있음을 확인했다는 점이다. 특히 전자 폐기물 재활용 시설 인근 지역에서 가장 높은 농도로 검출됐으며, 이들 시설에서 멀어질수록 농도가 점차 감소하는 경향을 보였다. 이는 전자 제품에 사용된 polyBFRs가 유해한 분해 물질을 환경으로 방출하고, 인간과 야생 동물이 이에 노출되어 심각한 피해를 입을 수 있음을 시사하는 충격적인 결과다. 논문의 공동 저자인 캐나다 토론토대학교의 미리아 다이아몬드 교수는 "전자 제품에 polyBFRs가 광범위하게 사용될 경우, 제품 생산, 가정 내 사용, 폐기 및 재활용 등 전 과정에서 유해 물질 노출이 발생할 수 있다"고 지적하며 "화학 산업계가 생산량을 공개하지 않고 있지만, 생산량이 매우 높을 것으로 추정되는 만큼, 오염 가능성과 그로 인한 인간 및 야생 동물에 대한 심각한 피해가 매우 우려스럽다"고 강조했다. 이번 연구 결과는 기존의 안전성 평가 기준에 허점을 드러내며, 고분자 화합물에 대한 보다 엄격한 규제와 심층적인 안전성 검증의 필요성을 제기하는 중요한 계기가 될 것으로 보인다. ◇ 참조: 「고분자 난연제 분해의 환경적 영향」 작성자: Xiaotu Liu, Yinran Xiong, Xiao Gou, Lei Zhao, Shanquan Wang, Yanhong Wei, Xiaoyun Fan, Yang Yu, Arlene Blum, Lydia Jahl, Miriam L. Diamond, Yiping Du, Zhuyi Zhang, Shuxin Jiang, Xiaowei Zhang, Ting Wu 및 Da Chen, 3 March 2025, 네이처 자속가능성(Nature Sustainability). DOI: 10.1038/s41893-025-01513-z
- ESGC
2025-03-06 13:03:00
EU, PFAS(영원한 화학물질) 규제 본격화…소비자 제품 사용 금지 추진

유럽연합(EU)이 환경과 건강에 악영향을 미칠 수 있는 PFAS(퍼플루오로알킬 및 폴리플루오로알킬 물질)의 소비자 제품 사용 금지를 본격 추진한다. EU 환경 담당 집행위원 제시카 로스월은 20일(현지시간) 로이터와의 인터뷰에서 "소비자 제품에서 PFAS 사용을 금지하는 방안을 검토 중"이라며 "이는 인간과 환경에 중요한 문제일 뿐 아니라 산업계가 PFAS를 단계적으로 줄여나가는 데도 도움을 줄 것"이라고 밝혔다. PFAS(Per-and Polyfluoroalkyl Substances)는 퍼플루오로알킬 및 폴리플루오로알킬 화합물을 통칭하는 화학 물질군이다. 이들은 약 4700종 이상의 화합물로 구성되어 있으며, 높은 내구성과 비분해성으로 인해 '영원한 화학물질(Forever Chemicals)'로 불린다. PFAS는 열, 물, 오염물질에 강한 내성을 지니고 있어 쉽게 분해되지 않는다. 또한 물과 기름을 모두 방어하는 특성이 있어 다양한 산업과 소비자 제품에 사용된다. 높은 온도에도 견딜 수 있고 부식에 강한 특성 덕분에 PFAS는 화장품, 코팅 프라이팬, 항공기, 풍력 터빈 등 수천 가지 제품에 사용된다. 그러나 환경에서 분해되지 않아 생태계와 음용수, 인체에 축적될 가능성이 커 심각한 우려를 낳고 있다. 규제 세부안 마련⋯"산업계 필수 사용 사례는 예외 검토 중" 미국 환경보호국(EPA)에 따르면 PFAS에 장기간 노출되면 전립선암, 신장암, 고환암 위험이 증가하고, 어린이의 발달 지연, 여성의 생식력 감소, 신체 호르몬 균형이 깨질 수 있다. 특히 PFAS는 장내 미생물의 섬세한 균형을 파괴해 염증을 유발하고, 이는 대장암과 같은 질병 발생 위험을 높이는 것으로 밝혀졌다. 덴마크, 독일, 네덜란드, 노르웨이, 스웨덴은 2년 전부터 PFAS의 광범위한 금지를 지지해 왔지만, EU의 공식 제안은 이르면 내년에나 나올 전망이다. 의료용 흡입기와 전기차용 반도체 같은 필수 산업 분야에서 PFAS 사용이 예외적으로 허용될 가능성을 검토 중이기 때문이다. EU 화학물질청(ECHA)은 금지 대상의 범위를 구체화하기 위해 기업 및 업계 단체로부터 수천 건의 의견을 수렴하고 있다. 자동차, 청정 에너지, 플라스틱 산업 등 다양한 분야의 단체들은 일부 PFAS, 특히 방수 의류나 태양광 패널에 쓰이는 플루오로폴리머에 대한 예외 적용을 요청하고 있다. PFAS 관련 소송 증가⋯기업 리스크 확대 PFAS는 신장 기능에도 심각한 영향을 미치는 것으로 드러났다. 미국 남부캘리포니아 대학교(USC) 연구팀의 4년간 추적 관찰 결과, PFAS 노출은 신장 기능을 최대 50%까지 감소시키는 것으로 나타났다. 신장 기능 감소는 노폐물 여과 기능 저하로 이어져 체내 독성 물질 축적, 주요 장기 기능 손상 등을 유발할 수 있다. 또한 미국 노스이스턴 대학교 연구팀은 PFAS가 면역 체계를 약화시켜 감염에 대한 저항성을 떨어뜨린다는 사실을 밝혀냈다. 이는 면역력 저하로 인한 각종 감염성 질환, 만성 염증성 질환 발병 위험 증가로 이어질 수 있다. PFAS가 간 손상, 저체중 출산, 고환암 등 건강 문제와 관련 있다는 연구 결과가 나오면서 기업들의 소송 위험도 커지고 있다. 미국에서는 화학물질로 인한 수질 오염 소송으로 3M과 케모어스(Chemours) 등 기업들이 110억 달러(약 14조 원) 이상의 합의금을 지불했다. 유럽에서도 환경오염과 건강 피해를 축소하거나 은폐한 기업들을 대상으로 한 소송이 확산될 가능성이 크다는 분석이 나온다. 환경법 전문 로펌 클라이언트어스(ClientEarth)의 헬렌 뒤구이 변호사는 "PFAS와 관련된 기업들의 행동을 주시하고 있으며, 필요할 경우 법적 조치를 취할 것"이라고 밝혔다. EU의 PFAS 규제가 본격화되면 관련 산업계와 소비자 제품에 적잖은 변화를 가져올 것으로 보인다. PFAS 사용 금지와 규제 강화가 어떻게 진행될지 귀추가 주목된다.
- ESGC
2025-01-21 15:35:00
[먹을까? 말까?(84)] 찻잎 속의 보이지 않는 위험–티백에서 방출되는 미세 플라스틱

녹차나 캐모마일차 등을 담은 플라스틱 폴리머 기반 티백을 따뜻한 물로 우리는 과정에서 수백만 개의 미세 플라스틱이 방출되어 인간의 장으로 유입되는 것이 확인됐다. 스페인 바르셀로나 자치대학교(Universitat Autònoma de Barcelona, UAB) 유전자 및 미생물학과 변이유발연구진은 상업용 티백을 이용해 차를 우릴 때, 수십억 개의 미세 및 나노 플라스틱(MNPL)이 찻잔 속으로 유입된다는 충격적인 사실을 밝혀냈다고 어스닷컴과 메디컬 익스프레스 등 다수 외신이 전했다. 특히 이번 연구는 처음으로 이러한 미세 입자들이 인체 장세포에 흡수될 수 있으며, 혈류를 통해 전신으로 퍼질 가능성을 제시했다. 티백 속 플라스틱 오염의 원인 식품 포장은 미세 및 나노 플라스틱 오염의 주요 원인 중 하나로, 인간은 주로 호흡과 섭취를 통해 MNPL 입자에 노출된다. 이번 연구는 상업적으로 유통되는 티백이 차를 우리는 과정에서 상당량의 미세 및 나노 플라스틱을 방출한다는 점에 초점을 맞췄다. 연구진은 티백에서 다음과 같은 오염 수준을 확인했다. 연구에 사용된 티백은 나일론-6(Nylon-6), 폴리프로필렌(PP/PET), 셀룰로스(Cellulose) 폴리머로 만들어졌다. -폴리프로필렌: 1밀리리터당 약 12억 개의 나노 및 미세 플라스틱 입자가 방출되며, 평균 크기는 136.7 나노미터 -셀룰로스: 1밀리리터당 1억3500만 개의 입자가 방출되며, 평균 크기는 244 나노미터 -나일론-6: 1밀리리터당 818만 개의 입자가 방출되며, 평균 크기는 138.4 나노미터 이러한 연구 결과는 일상생활에서 흔히 사용하는 티백과 같은 제품을 통해 플라스틱 노출을 줄이는 방안 마련의 중요성을 시사한다. 첨단 분석 기법으로 티백 속 플라스틱 입자 분석 연구진은 티백에서 방출되는 플라스틱 입자를 분석하기 위해 전자현미경(SEM), 투과전자현미경(TEM), 나노입자 추적 분석(NTA) 등 첨단 분석 기법을 활용했다. 이를 통해 플라스틱 입자의 구조, 크기 및 특성을 면밀히 조사할 수 있었다. 알바 가르시아(Alba Garcia) UAB 연구원은 "이러한 오염 물질을 첨단 기술을 통해 정밀하게 분석하는 데 성공했다"며 "이는 인체 건강에 미치는 잠재적 영향을 규명하는 데 중요한 도구가 될 것"이라고 설명했다. 미세플라스틱과-인간 장세포 상호작용 첫 분석 연구진은 이번 연구에서 미세 및 나노 플라스틱이 인체 장세포와 어떻게 상호작용하는지를 처음으로 분석했다. 이를 위해 플라스틱 입자에 염료를 입혀 이동 경로를 추적하고, 실험실에서 다양한 장세포에 노출시켰다. 그 결과, 점액을 분비하는 장세포가 티백에서 방출된 플라스틱 입자를 가장 많이 흡수하는 것으로 나타났다. 점액 분비 세포는 장을 보호하는 역할을 하지만, 일부 플라스틱 입자는 세포핵(유전 물질이 저장된 세포의 중심부)까지 침투하는 것으로 확인됐다. 이는 장기적으로 미세 및 나노 플라스틱 노출이 세포 기능과 유전자 과정에 영향을 미칠 수 있음을 시사하며, 건강에 미치는 잠재적 위험에 대한 심각한 우려를 불러일으킨다. 연구진은 특히 장 점액이 플라스틱 입자의 세포 침투를 돕는 역할을 한다는 점에 주목했다. 이는 식품 및 음료 포장재를 통해 미세 플라스틱에 자주 노출되는 사람들이 누적적인 위험에 직면할 수 있음을 의미한다. 만성적인 플라스틱 노출은 건강에 광범위한 영향을 미칠 수 있으며, 이에 대한 추가 연구와 예방 조치의 필요성이 강조된다. 미세 플라스틱 최소화하는 규제 마련 촉구 연구진은 이번 연구를 통해 식품 포장에서 방출되는 미세 및 나노 플라스틱을 최소화할 수 있도록 규제 방안을 마련할 필요성이 있음을 강조했다. 알바 가르시아 연구원은 "플라스틱 식품 포장재에서 방출되는 미세 및 나노 플라스틱 오염을 평가하는 표준화된 시험 방법을 개발하고, 이를 바탕으로 효과적인 규제 정책을 수립하는 것이 중요하다"고 밝혔다. 이어 "식품 포장에 사용되는 플라스틱의 사용량이 계속 증가하는 만큼, 식품 안전을 확보하고 공중 보건을 보호하기 위해 미세 및 나노 플라스틱 오염 문제를 해결하는 것이 시급하다"고 덧붙였다. 안전한 선택을 위한 소비자의 역할 이번 연구는 일상 속에서 우리가 인지하지 못하는 플라스틱 오염원을 조명하며, 차를 마시는 단순한 행위조차 건강에 잠재적 위험을 초래할 수 있음을 경고한다. 전 세계 수많은 차 애호가들이 폴리머 기반 티백을 사용하고 있지만, 자신도 모르게 수십억 개의 플라스틱 입자에 노출될 수 있다는 점이 밝혀진 것이다. 비록 인체 건강에 미치는 장기적인 영향에 대한 연구는 초기 단계에 불과하지만, 이번 연구는 향후 연구 및 규제 정책 수립의 중요한 기반을 마련했다. 소비자들은 자신이 사용하는 제품에 대한 정보를 바탕으로 현명한 선택을 내리고, 플라스틱 오염을 줄이기 위한 정책에 관심을 기울이는 것이 필요하다. 이 연구 결과는 국제 학술지 '케모스피어(Chemosphere)'에 게재됐다.
- 생활경제
2024-12-23 16:05:00
[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.
- IT/바이오
2024-12-17 09:20:00
[신소재 신기술(121)] 중국 연구진, 맥박 측정 로봇 손가락 개발

로봇 손은 산업계에 다양한 용도로 쓰이지만, 로봇 손의 촉각은 인간의 그것에 비하면 다소 떨어진다. 그런데 중국의 연구진이 인간의 맥박을 측정할 수 있는 로봇 손을 설계해 주목된다고 더레지스터가 전했다. 중국 과학기술대학의 연구진은 센서를 사용하여 로봇이 압력의 정확한 변화를 감지하고, 인간 손가락에 필적하는 민첩성으로 움직일 수 있는 생체 영감 소프트 핑거(BSF)를 개발했다. 이는 셀(Cell)에 게재됐다. 발표된 논문에서 연구진은 로봇이 새롭게 적용된 감각을 사용해 사람의 맥박을 측정하고, 혹을 확인하거나, 환자가 의사를 상대할 때 당황하지 않도록 다른 인체 검사를 수행할 수 있을 것이라고 밝혔다. 연구진의 일원인 감지 기술 과학자인 왕홍보는 "이처럼 손재주가 있는 로봇 손가락은 미래의 병원에서 의사처럼 '로보닥터' 역할을 수행할 수 있다고 믿는다"라고 설명했다. 그는 "기계학습과 결합하면 자동 로봇 검사 및 진단이 가능하며, 특히 의료 전문가가 턱없이 부족한 외딴 미개발 지역에서 유용할 것으로 기대한다"고 부연했다. 129mm 길이의 손가락 로봇은 부드럽고 유연한 광중합(포토폴리머) 수지 프레임워크에 내장된 공기 제어 액추에이터를 사용하며, 두 개의 전도성 섬유 코일이 내장되어 있다. 첫 번째 코일은 손가락의 움직임을 제어하고 두 번째 코일은 손가락 끝부분에 설치돼 매우 민감한 고감도 압력 센서와 연결된다. 실험에서 로봇 손가락은 실리콘 시트에 내장된 인공 덩어리를 식별할 수 있었으며, 실험 대상자의 동맥을 찾아 심박수를 정확하게 판독해 인간의 맥박을 측정했다. 논문에서는 "BSF는 인간의 손가락과 마찬가지로 작동 및 굽힘 감지 모두 50ms의 실시간 응답시간으로 손가락 끝의 힘을 감지할 수 있었으며, 굽힘 각도에 대해서는 0.02, 힘에 대해서는 0.4mN의 높은 감지 해상도를 제공한다"라고 설명했다. 또한 "제안된 BSF의 굽힘 및 힘 감지는 자체 분리되어 있으며 반복성이 높다. 가장 중요한 점은 BSF의 감지 및 작동이 모두 안정되며, 실용적인 응용 분야에서 기계적으로 내구성이 있다는 것"이라고 덧붙였다. 로봇 손가락의 장점은 특히 인간 의사, 특히 이성 의사가 검진하는 것을 불편해하는 환자가 편하게 사용할 수 있다는 것이다. 또한 의사를 전혀 만나지 않고도 집에서 예방적 검진을 위해 사용할 수 있다. 연구진은 또 키 입력에 필요한 힘을 스스로 판단해 손가락이 올바르게 타이핑하는 능력도 보여주었다. 제어를 위해 기계학습을 사용함으로써 민감성과 유용성 면에서 인간과 맞먹는 로봇 손을 만들 수도 있다. 연구진은 "정확한 감지 데이터를 널리 활용하고 BSF 기반 생물에서 영감을 손에서 기계학습 기반 감지 데이터 제어를 적용함으로써 인간과 같은 '촉감, 느낌, 시도, 학습, 조작' 및 정교한 인간-로봇 상호 작용을 실현할 수 있다"고 밝혔다.
- IT/바이오
2024-10-15 13:46:00
[신소재 신기술(118)] 충격파를 눈으로 볼 수 있는 획기적인 고분자 기술

초음속 항공기에서 나는 소닉 붐과 유사한 충격파를 눈으로 볼 수 있는 획기적인 기술이 미국에서 개발됐다. 사진=픽사베이 파동의 한 종류인 충격파를 눈으로 볼 수 있는 획기적인 기술이 개발됐다. 미국 국립표준기술연구소(NIST), 서던 미시시피 대학교, 애리조나 주립대학교, 렌슬러 폴리테크닉 연구소, 그리고 미국 육군 공병대의 연구진들이 고속 충격 시 발생하는 충격파를 시각화할 수 있는 혁신적인 고분자(폴리머·Polymer) 소재를 개발했다고 NIST가 7일(현지시간) 발표했다. 이 획기적인 기술은 뇌 손상 연구, 첨단 제조, 우주 탐사 등 다양한 분야에서 소재가 에너지를 흡수하고 극한 환경에 반응하는 방식에 대한 이해를 혁신적으로 증진시킬 것으로 기대된다. 학술지 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)에 게재된 이 연구는 기계적 힘을 받으면 빛을 내는 분자 메카노포어(mechanophore)를 포함하는 고분자가 고속 발사체 충돌에 대한 반응을 시각적으로 기록하는 방법을 보여준다. 특히 이 메카노포어는 이전에는 접근이 불가능했던 소재 내부의 변형을 포착하는 데 성공했다. 연구진은 분자 수준의 반응과 첨단 이미징 기술을 결합해 초음속 항공기의 소닉붐과 유사하게 재료 내에서 음속보다 빠르게 이동하는 음향파인 마하 콘(Mach cone)의 형성을 시각화할 수 있었다. NIST 재료 과학 및 공학 부서의 연구원인 폴레트 센텔라스(Polette Centellas)는 "이 고분자는 충격중에 에너지가 재료를 통해 어떻게 이동하는지 '볼 수 있게' 해준다"며 "이는 우주선 차폐에서부터 첨단 보호 장비에 이르기까지 극한 조건을 더 잘 견딜 수 있는 재료를 설계할 수 있는 새로운 가능성을 열어준다"고 말했다. 이 연구는 고분자에서 이전에 충분히 탐구되지 않았던 에너지 소산 메커니즘인 충격파 감쇠를 밝혀냈다. 전통적으로 재료의 에너지 흡수는 주로 재료가 구부러지거나 파손되는 소성 변형을 통해 발생한다고 여겨졌다. 그러나 이 연구는 고속 충격에서 충격파가 에너지 소산에 중요한 역할을 한다는 것을 보여준다. 이번 발견은 고속 충격 관리가 중요한 국방에서 의료에 이르기까지 다양한 산업 분야에서 내수성이 더욱 뛰어나고 강한 소재를 개발하는 데 혁신을 가져올 것으로 기대된다.
- IT/바이오
2024-10-08 16:05:00
[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.
- IT/바이오
2024-10-07 17:15:00
[신소재 신기술(114)] 상어 장 모방한 3D 프린팅 파이프, 역류 없는 액체 흐름 구현

미국 과학자들이 상어의 소화기관에서 영감을 얻어 한 방향으로만 흐르는 파이프를 3D 프린팅 기술로 제작했다. 워싱턴대학교(UW) 연구팀은 상어의 나선형 장 구조를 모방해 3D 프린팅 기술로 '한 방향 흐름 파이프'를 개발했다고 과학 전문매체 뉴아틀라스가 전했다. 이 파이프는 액체가 역류하지 않고 한 방향으로만 흐르도록 설계되어, 상어의 소화기관처럼 효율적인 물질 이동을 가능하게 한다. 인간의 장은 속이 빈 튜브에 불과하지만 상어의 장은 아래쪽 부분에 나선형 판막이라는 것이 있다. 이 나선형 판막은 비교적 짧고 굵은 장의 일부로, 내부에 일종의 코르크 마개와 같은 나선형 구조가 있다. 이 구조는 음식물의 이동 속도를 늦추고 표면적을 넓혀 영양분 흡수 효율을 높이는 역할을 한다. 또한 나선형 장의 구조는 음식물의 역류를 방지하는 데도 도움이 된다. 연구팀은 다양한 형태의 나선형 구조를 가진 파이프를 제작하고 실험을 통해 최적의 구조를 찾아냈다. 그 결과 개발된 파이프는 기존의 무빙 파트가 없는 한 방향 흐름 장치인 태슬라 밸브보다 뛰어난 성능을 보였다. 테슬라 밸브(Tesla Valve)는 니콜라 테슬라가 1920년에 발명한 특수한 형태의 유체 흐름 제어 장치다. 움직이는 부품 없이 유체의 흐름을 제어하는 것이 특징이다. 여러 개의 물방울 모양 루프가 파이프 내부에 배열되어 유체가 순 방향으로 흘르 때는 루프를 따라 부드럽게 통ㅎ과하지만, 약방향으로 흐르려고 하면 루프에 의해 와류가 발생하고 흐름이 저항을 받아 통과가 어려워진다. 특히 부드러운 소재로 제작된 이 파이프는 테슬라 밸브보다 최소 7배 이상 효율적인 흐름을 보였다. 그러나 연구팀은 파이프가 상어의 장 조직보다 100배나 더 단단해 앞으로 개선의 여지가 있다고 밝혔다. 이번 연구는 부드럽고 강하며 프린팅 가능한 폴리머 개발에 대한 화학자들의 동기를 더욱 강화할 것으로 기대된다. 이러한 폴리머는 공학, 의학 등 다양한 분야에서 유체 흐름 제어에 활용될 수 있을 것으로 전망된다. 이번 연구 결과는 미국 국립학회보(PNAS)에 게재됐다.
- IT/바이오
2024-09-27 16:48:00
[신소재 신기술(102)] 국내 연구진, 플라스틱 생산 미생물 개발⋯석유 기반 플라스틱 대체 가능성 열어

국내 연구진이 석유 기반 플라스틱 산업의 대안으로 생분해성 플라스틱을 생산하는 미생물 개발에 성공했다. 한국과학기술원(KAIST) 연구팀은 플라스틱의 강성과 열 안정성을 높이는 고리형 구조의 폴리머를 생산하는 박테리아를 개발했다. 해당 기술에 대해서는 인터레스팅엔지니어링과 물리학org, 사이테크 데일리 등 다수 외신이 조명했다. 외신에서는 "한국 연구진이 개발한 새로운 '살아있는 플라스틱'은 버려지면 스스로 파괴된다"고 호평했다. 연구를 주도한 KAIST 화학 및 생물분자 연구 책임자인 이상엽 교수는 "(플라스틱) 바이오 제조는 기후 변화와 세계적인 플라스틱 위기를 완화하는 데 중요한 역할을 할 것"이라며 "미래를 위한 더 나은 환경을 보장하기 위해 국제적인 협력을 통해 바이오 기반 제조를 촉진해야 한다"고 강조했다. 일반적으로 고리형 분자는 미생물에 독성을 나타내기 때문에 연구진은 독특한 대사 경로를 설계했다. 이를 통해 대장균은 폴리머를 합성할 뿐만 아니라 폴리머와 그 전구체의 축적을 견딜 수 있게 되었다. 결과적으로 생성된 폴리머는 생분해성이며 약물 전달 시스템과 같은 생물 의학 분야에 유용하게 활용될 수 있는 물리적 특성을 가지고 있다. 최초의 미생물을 이용한 방향족 및 지방족 폴리머 생산 포장과 산업 분야에서 사용되는 대부분의 플라스틱(PET, 폴리스티렌 등)은 고리 모양의 '방향족' 구조를 포함하고 있다. 이전 연구에서는 미생물을 이용하여 방향족 및 지방족(비고리형) 단량체가 혼합된 폴리머를 생산하는 데 성공했지만, 이번 연구는 미생물이 방향족 측쇄(곁가지)를 가진 단량체로만 구성된 폴리머를 생산한 최초의 사례다. 이를 위해 연구팀은 다양한 미생물의 효소를 통합하여 새로운 대사 경로를 만들었고, 이를 통해 박테리아가 페닐락테이트라는 방향족 단량체를 생산할 수 있도록 했다. 그런 다음 컴퓨터 시뮬레이션을 활용하여 이러한 페닐락테이트 단량체를 완전한 방향족 폴리머로 효율적으로 조립할 수 있는 폴리머라제 효소를 설계했다. 이상엽 교수는 보도 자료에서 "이 효소는 자연에 존재하는 어떤 효소보다 폴리머를 더 효율적으로 합성할 수 있다"고 설명했다. 산업용 생산을 위한 규모 확대 연구팀은 박테리아의 대사 경로와 폴리머라제 효소를 개선한 후, 6.6리터(1.7갤런) 발효조에서 미생물을 배양하여 실험 규모를 확대했다. 최적화된 균주는 리터당 12.3g의 폴리머(폴리-D-페닐락테이트)를 성공적으로 생산했다. 그러나 상용화를 위해서는 이 수율을 리터당 최소 100g까지 높이는 것을 목표로 하고 있다. 이 교수는 "그 특성에 근거해 우리는 이 폴리머가 특히 약물 전달에 적합할 것이라고 생각한다"며 "주로 분자량이 낮기 때문에 PET만큼 강하지는 않다"고 말했다. 향후 연구진은 다양한 화학적 및 물리적 특성을 가진 추가적인 방향족 단량체 및 폴리머를 개발할 계획이다. 특히 산업용으로 필요한 더 높은 분자량을 가진 폴리머 개발에 주력할 예정이다. 또한 대규모 생산을 가능하게 하기 위해 공정 최적화 작업도 계속 진행할 계획이다. 이상엽 교수는 "수율을 높이기 위해 더 많은 노력을 기울이면 이 방법을 더 큰 규모로 상용화할 수 있을 것"이라며 "생산 공정의 효율성뿐만 아니라 회수 공정도 개선해 생산된 폴리머를 경제적으로 정제할 수 있도록 노력하고 있다"고 밝혔다. 이 연구는 지난 8월 21일 생명공학 분야의 최신 동향과 미래 전망에 대한 리뷰 논문을 주로 다루는 학술지 '트렌드 인 바이오테크놀로지(Trends in Biotechnology)'에 게재됐다.
- IT/바이오
2024-08-31 08:32:00
[신소재 신기술(98)] 지속가능한 플라스틱? 친환경 대체 소재 개발

영국에서 친환경 플라스틱 소재가 개발돼 플라스틱 오염 문제 해결에 한 걸음 더 가까이 다가서고 있다. 워릭 대학교 연구진은 플라스틱과 유사하지만 환경 파괴를 일으키지 않아 보다 지속 가능한 소재인 유기 공융체를 테스트했다고 테크 타임스가 20일(현지시간) 보도했다. 이 신소재는 플라스틱을 대체하고 전 세계의 플라스틱 의존도를 낮출 잠재력을 가지고 있다고 연구팀은 밝혔다. 수년 동안 플라스틱 폐기물은 기하급수적으로 증가했다. 특히 오랜 시간 분해되지 않고 매립지에 축적되거나 바다로 흘러들어가 환경 문제를 야기해왔다. 플라스틱 해양 투기는 미세 플라스틱(5mm미만인 플라스틱)으로 쪼개져 심해 오염으로 이어져 해양 식량 사슬을 오염시키고, 조개류나 해산물 등을 통해 인체에 재침투되는 결과를 낳고 있다. 특히 인체에 침투한 미세 플라스틱은 심장마비나 뇌졸중 발병 위험을 높이고, 사망률을 높이는 요인이 되고 있다. 전 세계적으로 플라스틱 제품 사용 감축을 위한 노력이 이어져왔지만 가볍고 내구성이 뛰어난 강점을 지닌 플라스틱은 여전히 다양한 산업에서 중요한 소재로 사용되고 있다. 유럽 플라스틱 산업 협회인 플라스틱스유럽(Plastics Europe)에 따르면, 2020년 세계 플라스틱 생산량은 2018년보다 800만 톤 증가한 3억 6700만 톤에 달했다. 프랑스 파리 에펠탑의 무게는 약 1만톤에 달한다. 2020년 전 세계 플라스틱 생산량은 에펠탑이 3만6700개가 만들어진 것과 맞먹는 양이다. 전 세계 플라스틱 생산량은 2040년까지 두 배, 2060년까지 세 배로 증가할 것으로 예상되며, 그 증가분의 대부분은 일회용 플라스틱에서 발생한다. 워릭 대학교 연구팀은 혼합하면 새로운 "유기 및 점성 액체"를 형성하는 특정 유기 분자를 발견했으며, 이를 '(지속가능한 플라스틱) 유망 후보'라고 불렀다. 또한 시차 주사 열량계(DSC) 및 UV-Vis 분광법과 같은 첨단 기술을 사용해 새로운 소수성 물질을 정확하게 측정했다. 연구팀은 결정 성분을 혼합해 '유기 공융체'라고 불리는 새로운 물질을 개발했다. 팀은 이 물질리 폴리머를 대체할 잠재력을 가진 '소수성 공융 분자 액체'를 개발하는 데 성공했다고 여긴다. 매우 짧은 수명 한계 그러나 이 소재는 수명이 매우 짧다는 한계를 가지고 있다. 연구팀은 테스트 결과 최대 14개월 동안만 지속될 수 있음을 확인했다. 그럼에도 불구하고 연구팀은 제조 과정에서 안정성과 가공성을 보장할 수 있었다. 플라스틱은 한때 다양한 산업, 특히 제품과 소비재에 널리 사용되면서 혁신적인 소재로 여겨졌다. 그러나 유기 물질과 달리 분해가 되지 않아 폐기와 재활용 등에서 심각한 환경 오염 문제를 일으키고 있다. 일회용 플라스틱 및 기타 형태의 플라스틱 사용을 줄이기 위한 노력이 있지만 문제는 여전히 남아 있다. 재활용 외에도 과학을 이용해 플라스틱을 제거하는 방법을 개발하는 연구가 진행중이다. 한 연구에서는 플라스틱을 분해할 수 있는 유전자 조작 박테리아를 개발해 해양에 적용할 계획을 가지고 있다. 일회용 플라스틱을 줄이기 위해서는 다회용품을 사용하고, 텀블러나 개인 컵을 들고 다니거나 플라스틱 빨대 사용을 줄이는 등 일상 속의 작은 노력이 필요할 때다.
- 포커스온
2024-08-22 11:19:00
[신소재 신기술(89)] 화장품 미세플라스틱 대체 신소재 개발

영국에서 화장품 미세플라스틱을 대체할 수 있는 신소재가 개발됐다. 미세플라스틱은 크기가 5mm 이하인 작은 플라스틱 조각으로, 1차 미세플라스틱과 2차 미세플라스틱의 두 가지 경로로 생성된다. 1차 미세플라스틱은 처음부터 작은 크기로 만들어진 플라스틱이다. 예를 들어 세안제와 치약 등에 들어 있는 미세플라스틱 알갱이, 화장품에 사용되는 마이크로비즈, 플라스틱 제품 제조 과정에서 발생하는 작은 플라스틱 조각 등이 있다. 2차 미세플라스틱은 큰 플라스틱 제품이 자외선이나 파도 등에 의해 작게 쪼개지면서 생긴 것을 말한다. 예를 들면 비닐봉투, 플라스틱 페트병, 합성섬유 의류 등이 2차 미세플라스틱이 생기는 원인이 될 수 있다. 미세플라스틱은 너무 작아서 하수 처리 시설에서 걸러지지 않고 강이나 바다 등으로 흘러들어가 환경 오염을 일으킨다. 또한 먹이 사슬을 통해 물고기, 조개 등 해양 생물의 몸 속에 축적되어 결국 우리 식탁까지 위협할 수 있다. 신소재 IP 플랫폼 '아기풀(AggiePol)' 개발 이러한 환경 오염 문제를 해결하기 위해 생분해성 폴리머 전문 기업인 테이샤 테크놀로지스(Teysha Technologies)는 유럽 화장품 산업에서 사용되는 미세 플라스틱을 대체할 수 있는 신소재 IP 플랫폼 '아기풀(AggiePol)'을 개발했다고 프로페셔널 뷰티가 전했다. 테이샤는 글로벌 기업들과 협력해 아기풀을 석유 기반 폴리카보네이트 플라스틱 대체제로 활용해 화장품 산업의 미세플라스틱 폐기물을 크게 줄일 계획이다. 영국 소비자들은 65% 이상이 지속 가능한 대안을 찾기 위해 화장품 구매 시 '클린 성분'을 중요하게 여기는 것으로 나타났다. 영국은 2018년에 화장품 미세 플라스틱 사용을 금지했지만, 여전히 증점제(액체의 점성을 높여서 걸쭉하게 만드는 물질), 필름 형성제, 안정제 등 다른 성분을 통해 미세플라스틱이 배출되고 있다. 유럽화학물질청(ECHA)에 따르면 매년 화장품에서 발생하는 미세플라스틱 약 8700톤 중 절반 가량이 환경으로 유출되고 있다. 인류가 화석 연료로 만든 플라스틱을 사용하기 시작한 것은 1세기가 조금 넘었다. 2차 세계 대전 이후 수천 개의 새로운 플라스틱 제품의 생산과 개발이 가속화되면서 오늘날 플라스틱이 없는 삶은 상상할 수도 없게 됐다. 오늘날 일회용 플라스틱은 매년 생산되는 플라스틱의 40%를 차지하고 있다. 세계 각국은 급속히 늘어난 일회용 플라스틱 제품을 처리하기 위해 골머리를 앓고 있다. 테이샤가 개발한 아기풀은 생분해성 바이오 플라스틱 신소재다. 농업 부산물이나 식품 폐기물 등 천연 원료에서 추출되며, 미세플라스틱을 대체할 수 있는 친환경적인 소재로 주목받고 있다. OECD 생분해성 인증 획득 아기풀은 자연 분해돼 무해한 당 성분으로 변하며, OECD 310 테스트를 통과해 생분해성 인증을 획득했다. 테이샤 테크놀로지스는 다양한 제품 라인, 생산 기술 및 고객 요구 사항에 맞춰 아기풀 화학물 및 제형 테스트를 진행했다. 아기풀 성분은 테이샤의 천연 제품 폴리카보네이트 플랫폼을 통해 추출된다. 이 플랫폼은 다양한 용도에 맞게 특성을 조절할 수 있는 폴리머를 생산할 수 있다. 재생 가능한 자원으로 만들어진 이 폴리머는 강도와 유연성을 모두ㅠ 갖추고 있으며, 가수분해를 통해 환경에 유익한 부산물로 분해된다. 구체적으로 말하자면, 폴리하이드록실 천연 재료는 단량체 구성 요소로 활용되고, 일반적인 엔지니어링 재료에서 발견되는 탄산염은 연결체로 사용된다. 폴리카보네이트의 구성에는 당류와 퀴닌산이라는 두 가지 폴리하이드록실 천연 단량체가 사용되었으며, 이를 변형하여 다양한 다양한 선형 및 초분지 폴리머와 공중합체를 생산할 수 있다. 다양한 내구성을 갖춘 '맞춤형' 플랫폼 테이샤의 플랫폼은 다양한 천연 단량체와 티올 공단량체를 조합하여 최종 제품의 강도, 열 안정성, 분해 속도를 조절할 수 있는 '맞춤형' 시스템이다. 또한 다양한 용매와 첨가제를 사용해 최종 폴리머 네트워크의 특성을 변경할 수 있다. 이를 통해 다양한 최종 제품을 만들 수 있으며, 각 제품은 사용 기간 동안 환경에 안정적으로 유지되도록 설계된다. 또한 특정 자연 조건에 장기간 노출될 때 무해한 물질로 분해되도록 설계할 수 있다. 테이샤 테크놀로지스의 최고기술책임자(CTO)인 카렌 울리 박사는 "아기풀과 같은 생분해성 소재를 화장품에 적용하는 것은 지속 가능한 제품에 대한 소비자들의 요구를 충족시킬 뿐만 아니라 업계의 새로운 기준을 제시하는 것"이라며 "소비자와 환경 모두를 위해 더 안전한 미용 제품을 만드는 데 앞장서게 되어 기쁘다"고 말했다.
- 생활경제
2024-08-02 11:08:00
[신소재 신기술(80)] 예일대, 팔 다리 절단 등 자유롭게 변형 가능한 로봇 개발

예일(Yale) 대학이 도마뱀이 스스로 꼬리를 자르는 것과 같이 자가 절단 기능을 갖춘 로봇이 개발했다고 발표하고 그 결과를 홈페이지에 공개했다. 예일대 연구팀이 개발한 로봇은 스스로 팔을 분리하거나 자유자재로 융합한다. 영화 '트랜스포머' 정도까지는 아니지만, 자신의 형태를 스스로 바꾸는 로봇은 오랫동안 로봇 공학계의 혁신적인 단계로 여겨져 왔다. 예일대 패브래토리(Faboratory) 로봇공학팀이 소프트 로봇 분야에서 이 같은 변신 로봇을 개발한 것은 사실상 이번이 처음이다. 연구팀은 "새롭지만 가능성이 희박했던 자가 절단 및 팔다리 재부착 기능을 적용해 성공했다"고 밝혔다. 도마뱀 등 일부 동물은 포식자를 피하고 살아있는 다리를 유지하기 위해 꼬리를 자르는 것의 이점을 입증했지만, 소프트 로봇이 사지 절단 가능이라는 새 챕터를 연 것은 이번이 처음이다. 도마뱀은 공학계에서도 연구 대상이었다. 포식자를 피하고 생명을 유지하기 위해 꼬리를 자르는 장점을 활용하자는 구상이었다. 붕괴된 건물 등 위험 환경에서 움직이는 로봇이 최우선 적용 대상이었다. 이번에 개발된 로봇도 그 일환이다. 연구팀은 새로 개발된 소프트 4족 로봇의 기능을 동영상으로 통해 시연했다. 동영상을 보면 로봇은 전류로 가열되는 가역적 관절 시스템을 선보이며, 자신의 팔다리를 스스로 절단해 함정으로부터 탈출하는 데 성공했다. 잘려진 팔다리는 나중에 다시 부착해 정상적으로 가동할 수 있었다. 로봇에 적용된 핵심 기술 중 하나는 점착성 고분자를 지지하는 새로운 소재인 2연속 열가소성 폼(BTF)이다. 이 조합을 사용하면 로봇의 구조적 무결성을 잃지 않으면서 관절을 녹이고 분리하며, 다시 연결해 현장에 투입할 수 있다. 사지 자가 절단 외에도 개발된 로봇은 서로 합쳐서 장애물을 극복할 수 있다. 연구진이 공개한 또 다른 동영상에서는 테이블 사이의 틈새를 건너지 못하는 단일 로봇이 다른 로봇과 합체해 더 큰 로봇으로 변신, 장애를 해결한다. BTF와 끈적이는 폴리머의 새로운 조합은 유연하면서도 강력한 연결 기능을 제공한다. 연결된 로봇은 내구성이 뛰어난 것으로 판명됐으며, 여러 번의 분리 및 재부착에도 문제가 발생하지 않아 소프트 로봇공학에 새로운 가능성을 열어주었다고 한다. 연구팀은 이런 로봇 기술이 자율 절단 및 상호 융합을 통해 형태 변화가 다양하게 가능한 로봇 개발로 이어질 수 있다고 밝혔다. 로봇공학의 혁명적인 변화를 예고하는 것이라고. 형태를 바꾸는 로봇은 로봇 공학의 혁명적인 단계로 여겨져 왔다. 그 꿈은 점점 현실화되고 있다. 로봇 기술의 도약은 로봇이 예측할 수 없고 익숙하지 않은 환경에서 원활하게 작동할 수 있는 세계로 더 가까이 다가가도록 만들어주고 있다. 언젠가 트랜스포머의 옵티머스 프라임이 실제로 등장할 지도 모른다.
- IT/바이오
2024-07-19 09:02:00
[신소재 신기술(72)] 새로운 에어로젤, 100% 태양 반사율과 뛰어난 복사냉각 효과 달성

중국 과학자들이 젤라틴과 DNA로 이루어진 새로운 생분해성 에어로젤을 개발해 태양 반사율 100%를 달성했다. 에어로젤은 90% 이상 공기로 이루어진 매우 가벼운 고체 물질이다. 세상에서 가장 가벼운 고체 중 하나인 에어로젤은 공기보다 약간 무거운 정도이며, 뛰어난 단열성을 지녀 극한의 온도에서도 열 전달을 효과적으로 막을 수 있다. 최근 중국 쓰촨대학 연구팀은 젤라틴과 DNA로 구성된 에어로젤을 개발해 태양 반사율 104%와 뛰어난 복사 냉각 효과를 달성했다고 인터레스팅 엔지니어링이 보도했다. 미국 과학진흥협회(AAAS)의 공식 성명에 따르면, 이 에어로젤은 생분해성이며 탁월한 복사 냉각 효과를 제공한다. 연구팀은 새러운 에어로젤은 가시광선 영역에서 104%의 반사율을 달성했으며, 이는 광 발광 효과에 의한 것이라고 밝혔다. 에어로젤의 발광은 젤라틴과 DNA가 촘촘하게 연결된 네트워크에서 비롯되며, 이는 발색단들을 함께 모아 시스템의 비복사 전이를 억제하는 데 기여한다. 이 냉각 소재는 특수한 층상 디자인과 빛에 노출될 때 독특하게 빛나는 방식으로 인해 많은 태양광을 반사할 수 있다. 또한 생분해성일 뿐만 아니라 수리와 재활용이 가능해 기존 냉각 소재에 대한 친황경적인 대안을 제시한다. 바이오매스 원료의 냉각 소재 특히, 이 소재는 바이오매스 원료를 사용하여 '워터 용접'이라는 공정으로 제작됐다. 높은 태양 복사 조건에서 주변 온도를 섭씨 16도까지 낮출 수 있으며, 수리와 생분해가 가능하다. 이 연구의 제1저자인 지안웬 마(Jian-Wen Ma)는 젤라틴과 DNA는 구조적으로 균일한 에어로젤을 얻기 위해 동결 건조 공정을 통해 졸-겔 방식으로 설계됐다고 말했다. 마 연구원은 "에어로젤의 다층 구조는 햇빛의 다중 산란/반사를 허용하여 태양 반사율을 효과적으로 향상시킨다"고 말했다. 이 새로운 접근 방식은 에너지 소비가 많고 온실가스 배출량이 많은 기존 냉각 시스템의 문제를 극복하는 것을 목표로 한다. 바이오폴리머 기반 소재를 사용하여 장기적인 안정성과 최소한의 환경 영향을 제공한다. 냉각 소재는 맑음, 흐림 등 다양한 기상 조건에서 테스트에 성공했다. 또한 이 바이오매스 에어로젤은 자연 환경에서 미생물에 의해 생분해될 수 있으며, 고온 용해-재겔화-동결 건조 과정을 통해 재활용할 수 있다. 과학자들은 현재 에어로젤의 잠재적인 실용적인 응용 분야를 모색하고 있으며, 다양한 산업 분야에서의 활용 가능성을 긍정적으로 전망하고 있다. 이 연구는 지난 7월 4일 저널 '사이언스(Science)'에 게재됐다.
- 포커스온
2024-07-08 15:58:00
가정용 청소제품, 미세 플라스틱 방출 심각⋯환경과 인체 건강에 악영향

일상 생활에서 흔히 사용되는 가정용 청소제품에서 미세 플라스틱이 심각한 수준으로 방출되는 것이 확인됐다. 얼룩 등을 지울 때 주로 사용하는 멜라민 스펀지가 매월 수조개의 미세 플라스틱을 배출해 환경에 위험을 초래할 수 있다는 연구 결과가 발표됐다고 사이테크 데일리가 지난 23일(현지시간) 보도했다. 멜라민 스펀지는 뛰어난 세척력으로 종종 '매직 스펀지'로 불린다. 주방과 욕실 등 다양한 곳에서 사용되지만 마모 과정에서 발생하는 미세 플라스틱 섬유는 환경과 인체 건강에 악영향을 미칠 수 있다. 미세 플라스틱은 크기가 5mm 미만인 작은 플라스틱 조각으로, 자연 분해되지 않고 환경에 오랫동안 잔류하며 상태계를 교란시킨다. 특히, 미세 플라스틱 섬유는 강이나 바다로 흘러들어가 해양 생물이 섭취할 수 있으며, 먹이 사슬을 통해 결국 인간에게까지 영향을 미칠 수 있다는 점에서 심각성이 크다. 미세 플라스틱은 체내에 축적되어 염증, 호르몬 교한, 면역 체계 악화 등 다양한 문제를 일으킬 수 있다는 연구 결과도 보고 되고 있다. 멜라민 스펀지는 특유의 연마성 덕분에 별도의 세제 없이도 흰색 신발의 얼룩이나 벽에 묻은 크레파스 등을 손쉽게 제거하는 기능으로 소비자 수요가 높다. 하지만 이 마법의 스펀지는 마모되면 미세 플라스틱 섬유를 배출한다는 치명적인 단점이 있다. ACS의 '환경 과학 및 기술'에 발표된 연구에 따르면 멜라민 스펀지는 매달 전 세계적으로 1조 개 이상의 미세 플라스틱 섬유를 방출하는 것으로 추정된다. 멜라민 폼은 폴리(멜라민 포름알데히드) 폴리머로 만들어진 놀라울 정도로 연마성이 좋은 소재다. 연구 저자인 유 수, 바오산 싱, 롱 지와 동료들은 멜라민 스폰지의 밀도와 스폰지가 문지르는 표면의 거칠기가 거품이 얼마나 빨리 분해되는지, 그리고 스폰지가 얼마나 많은 미세 플라스틱 섬유를 배출하는지 계산하는 데 어떤 영향을 미치는지 알아보고자 했다. 연구 저자는 중국 국립자연과학재단과 광둥성 중점 지역 연구 개발 프로그램의 지원을 받았다. 연구팀은 세 가지 유명 브랜드의 스펀지를 여러 개 구입한 후 질감이 있는 금속 표면에 반복적으로 문질러서 스펀지가 마모되도록 했다. 그 결과 밀도가 높은 폼으로 만든 스펀지가 밀도가 낮은 스펀지보다 더 천천히 마모되고 미세 플라스틱 섬유가 더 적게 생성된다는 사실을 발견했다. 다음으로 연구팀은 스펀지 한 개가 마모된 스펀지 1g당 약 650만 개의 섬유를 방출한다고 판단하고, 판매되는 모든 스펀지가 평균적으로 10%씩 마모된다고 가정했다. 한 달에 얼마나 많은 섬유가 방출될 수 있는지 대략적으로 파악하기 위해 2023년 8월 아마존의 월별 매출을 살펴봤다. 이 수치가 일정하게 유지된다고 가정했을 때, 연구팀은 멜라민 스펀지에서 매달 1조 5500억 개의 섬유가 방출될 수 있다고 계산했다. 그러나 이 수치는 온라인 소매업체 한 곳만을 고려한 것이므로 실제 방출되는 미세 플라스틱 섬유의 양은 훨씬 더 많을 수 있다. 연구팀은 미세 플라스틱 섬유의 방출을 최소화하기 위해 제조업체가 마모에 더 강하고 밀도가 높은 스펀지를 만들 것을 권장했다. 또한 소비자에게는 플라스틱을 사용하지 않는 천연 세제를 선택하고, 가정이나 폐수 처리장에서 미세 플라스틱 섬유를 포집할 수 있는 여과 시스템을 설치하도록 제안했다.
- 생활경제
2024-06-25 10:50:00
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 17:05:00
미세플라스틱, 모든 정액 샘플에서도 발견

중국에서 미세플라스틱이 모든 인간의 정액에서 발견됐으며, 정자 운동에도 영향을 미친다는 연구 결과가 나왔다고 메디컬 익스프레스와 인터레스팅엔지니어링 등 다수 외신이 보도했다. 중국의 여러 기관과 연계된 공중보건 연구팀은 테스트한 모든 샘플의 정액에서 미세플라스틱을 발견했다고 밝혔다. 이번 연구 결과는 '전체 환경과학((Science of the Total Environment)' 저널에 발표됐다. 연구팀은 직업상 플라스틱에 노출되지 않은 개인을 대상으로 △ 미세플라스틱 폴리머(Polimer, 고분자량 화합물)의 존재와 △ 어떤 유형의 플라스틱이 얼마나 많이 들었는지, △ 정액에 영향을 미치는 매개변수와의 관계를 조사하는 것을 목표로 했다. 연구팀은 중국 동부 산동성의 성도인 지난(Jinan, 濟南)에 살고 있는, 플라스틱 산업에 종사하지 않는 건강한 성인 남성 36명으로부터 정액 샘플을 수집했다. 이전 연구에 따르면 미세플라스틱은 산꼭대기, 외딴 섬, 대기 상층부, 깊은 해양과 남극 등 거의 모든 곳에 존재하는 것으로 나타났다. 또한 심장과 뇌, 태반, 개와 인간의 고환 등 인체의 모든 기관에서도 미세플라스틱이 발견됐다. 이번 연구에서 각 샘플은 화학 용액과 혼합한 뒤 현미경 분석을 위해 필터링(여과)했다. 미세플라스틱 폴리머를 식별하고 정량화하고 뷴류하기 위해 라만 현미경을 사용했다. 연구에 따르면 정자 운동성은 컴퓨터 보조 성분을 통해 평가됐으며, 형태는 Diff-Quik 염색을 통해 평가됐다. 최근 연구에서 과학자들은 사람들이 평균적으로 매주 신용 카드 1장에 해당하는 양의 플라스틱을 소비한다는 사실을 발견했다. 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 이제 사람들이 미세플라스틱 섭취를 피하는 것은 실질적으로 불가능하다고 말했다. 8가지 유형의 폴리머 확인 연구팀은 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. 연구에 따르면 정자 형태학적 이상이 발견됐지만 특정 플라스틱 유형과 유의미한 관련은 없는 것으로 나타났다. 연구팀은 또한 섭취된 미세플라스틱이 전 세계 출산율 감소의 원인이 될 수 있는지 테스트했다. 연구팀은 폴리염화비닐 플라스틱 조각에 포함된 정액 샘플에서 정자의 운동성이 낮다는 사실을 발견했다. 이는 출산율 감소를 설명하는데 도움이 될수 있음을 시사한다. 폴리스티렌에 노출된 정액은 폴리염화비닐 노출 그룹에 비해 더 높은 정자 진행성 운동을 보였다. 건강에 미치는 영향은 아직 알려지지 않았지만 전 세계 많은 과학자들은 미세플라스틱 섭취가 많은 염증성 질환의 원인이 될 수 있다고 추정하고 있다. 연구팀은 다양한 미세플라스틱 폴리머에 대한 노출이 정자의 진행성 운동에 미치는 영향이 다양하다고 설명했다. 이는 광범위하게 존재하고 잠재적인 생식 독성을 지난 미세플라스틱이 남성 생식 능력에 어떤 영향을 미치는 지 추가 조사의 필요성을 강조했다.
- 생활경제
2024-06-11 12:25:00
[신소재 신기술(49)] 비건 가죽, 박테리아로 만든다?

유전자 변형 박테리아를 이용해 동물 가죽이 없이도 비건 가죽 소재를 배양하는 새로운 기술이 개발됐다. 영국 임페리얼 칼리지 런던 과학자들은 유전자 조작 박테리아를 이용해 비건 가죽을 배양해 신발 시제품을 제작했다고 더쿨다운이 지난 21일(현지시간) 보도했다. 미생물을 이용해 친환경적인 원단을 만드는 것은 새로운 것이 아니지만 연구팀은 패션 업계에서 가장 환경에 해로운 공정중 하나인 합성 화학 염료가 필요없는 자가 염색 가죽을 생산할 수 있도록 한 것은 이번이 처음이라고 인터레스팅엔지니어링은 전했다. 가죽은 지속가능한 패션 산업 내에서 많은 논쟁의 진원지였다. 가죽을 생산하려면 동물 가죽을 적절하게 가공하고, 염색하기 위해서 유해한 화학 물질을 사용해야 한다. 그로 인해 동물 학대나 환경 오염 등의 논란이 꾸준히 제기됐다. 가장 일반적인 비건 가죽 대체품은 원단이나 코팅에 석유 기반 폴리머(플라스틱)이 포함된다. 이는 동물 사육이나 화학적 처리의 필요성은 없지만 생분해가 되지 않아 플라스틱 페기물 문제에 대한 우려를 불러일으키기도 했다. 임페리얼 칼리지 연구원들은 미생물에서 기능성 직물을 얻는 소재 디자이너인 젠 케인(Jen Keane)과 협력해 박테리아 셀룰로스 시트를 활용해 가죽 시제품을 만들었다. 박테리아로 자가 염색 가죽 제작 임페리얼 칼리지에 따르면 연구팀은 내구성과 유연성이 뛰어나 섬유에 완벽하게 작용하는 미생물 셀룰로오스 시트를 생산하는 박테리아의 일종으로 자가 염색 가죽을 만들었다. 그런 다움 연구팀은 유전자를 변형해 가죽을 성장사키는 미생물이 검은 색소를 생산하도록 지시해 염색 과정을 대체했다. 연구팀은 박테리아를 '신발 모양 용기'에서 2주 동안 배양해 신발의 갑피 부분을 성장 시켰다. 셀룰로오스가 신발과 비슷해지면 연구팀은 86도에서 부드럽게 흔들어 박테리아의 검은색을 활성화해서 가죽 안쪽부터 염색했다. 연구팀은 또 신발 이외에도 정사각형 모양의 셀롤로오스 시트 2장을 함께 꿰매 검은색 지갑을 제작했다. 임페리얼은 연구팀이 "이 박테리아가 다른 미생물의 유전자를 사용해 다양한 패턴, 색상 및 캐시미어와 면과 같은 기타 직물을 생산하도록 조작할 수 있었다"고 밝혔다. 이번 연구의 공동 저자인 케네스 워커 박사는 "우리의 기술은 시제품에서 볼 수 있듯이 실제 제품을 만들 수 있을 만큼 큰 규모로 작동한다"고 말했다. 워커 박사는 "이 연구는 또한 과학자와 디자이너가 함께 작업할 때 발생할 수 있는 시너지 효과를 보여준다"고 덧붙였다. 지속가능한 패션 산업 기대 패션 산업의 친환경 미래를 위한 연구팀의 시도는 여기서 멈추지 않았다. 현재 연구팀은 가죽을 성장시키는 박테리아가 어떤 색소를 만들수 있는 지를 연구하고 있다. 연구팀과 협력자들은 영국의 생명 공학 및 생물과학 연구위원회로부터 250만달러의 자금을 지원받아 합성 생물학을 사용해 패션 산업의 폐기물 절감 연구를 계획하고 있다. 그동안 몇몇 스타트업이 버섯을 활용한 비건 가죽이나 파인애플 잎, 선인장을 사용해 플라스틱이 없는 식물성(비건) 가죽을 만들었지만 대량 생산으로 이어진 사례는 거의 없다. 이번 연구의 제1저자인 톰 엘리스 교수는 "지속가능한 자가 염색 가죽 대체품을 생산할 수 있는 새롭고 빠른 방법을 개발한 것은 중요한 성과"라고 평가했다. 엘리스 교수는 "박테리아의 셀룰로오스는 본질적으로 비건이다. 박테리아 셀룰로오스의 성장에는 가죽을 생산하기 위해 소를 사육하는 데 필요한 탄소 배출량, 물, 토지 사용량 중의 극히 일부분만 필요하다. 박테리아 셀룰로오스는 플라스틱 기반의 가죽 대체제와 달리 석유화학 물질 없이도 가죽을 생산할 수 있으며, 안전하고 무독성으로 생분해된다"고 말했다.
- 포커스온
2024-05-23 17:08:00
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 16:35:00