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곤충이 불 속으로 날아가는 이유는?
- 가로등 등 인공조명에 곤충이 모이는 현상에 대한 새로운 연구 결과가 발표됐다. 영국 등 연구팀은 고속 카메라를 이용해 곤충의 움직임을 자세히 분석한 결과, 공충이 빛에 끌리는 것이 아니라 빛을 기준으로 방향을 잡기 때문에 불 속으로 날아가는 것처럼 보인다는 것을 밝혀냈다고 일본 NHK가 최근 보도했다. 곤충이 인공적인 빛에 모이는 현상은 널리 알려져 있지만, 왜 이러한 행동을 취하는지 자세한 과학적인 이유는 아직 밝혀지지 않았다. 이 수수께끼에 대해 영국 등 연구팀은 다양한 인공광을 이용해 '나방'과 잠자리 등 곤충이 날아다니는 방식을 고속 카메라로 분석했다. 이번 연구는 지난 1월 30일 과학저널 '네이처 커뮤니케이션즈'에 발표됐다. 연구팀은 영상을 자세히 살펴본 결과, 곤충들이 불빛을 향해 날아가는 것이 아니라 불빛에 등을 돌리기 위해 끊임없이 자세를 바꾸며 날아가는 것을 발견했다. 이 습성은 자연계에서는 태양과 같은 빛을 기준으로 위아래를 인식해 비행하는 데 도움이 되지만, 전구와 같은 인공광의 경우 빛에 등을 돌리도록 자세를 바꾸기 때문에 전구 주위를 빙빙 돌며 비행하게 된다는 것이다. 이번 실험에서는 전구 위로 올라온 잠자리가 등을 아래쪽으로 돌려 멈췄다가 전구 쪽으로 떨어지면서 빛 속으로 날아가는 모습도 포착됐는데, 이런 움직임은 곤충이 빛에 끌린 것처럼 보이는 결과를 낳았다. 연구진은 이번 연구 결과가 곤충이 불꽃과 빛 속으로 뛰어드는 이유에 대한 오래된 미스터리에 대한 새로운 설명을 제공한다고 말했다. 한편, 영국 임페리얼 칼리지 런던(ICL)은 2023년 4월 벌레가 빛을 중심으로 모이는 메커니즘을 연구했다. 이 메커니즘은 '배광반응'으로 알려져 있다. 배광반응은 곤충이나 물고기에게 흔히 나타나는 자세 조절 기능으로, 밝은 방향으로 등을 돌리려는 반사적 행동이다. 작은 벌레나 물고기는 중력과 반대 방향을 빛의 밝기로 감지해 자동으로 등을 돌리는 자세 제어 시스템을 가지고 있다. 광원에 접근하면 곤충들이 배광반응을 일으켜 광원으로 급상승 또는 추락하는데, 이러한 행동이 인간에게는 겉으로 보기에 광원을 향해 돌진하는 것처럼 보일 수 있다. 또한, 곤충에 따라 배광반응이 발생하는 빈도가 다르다는 사실도 밝혀졌다. 예를 들어, 먼지날파리(Drosophila spp)나 협죽도 매나방(Daphnis nerii) 등은 다른 종에 비해 배광반응을 잘 일으키지 않았다. 이러한 연구 결과는 종에 따라 배광반응이 일어나는 빛의 파장을 발견할 수 있다면, 빛을 모아서 해로운 벌레를 효과적으로 퇴치할 수 있을 것으로 기대된다.
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- 생활경제
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곤충이 불 속으로 날아가는 이유는?
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'물의 행성' 97광년 너머 발견⋯지구형 행성 탐사 '이정표'
- 허블 우주 망원경(HST)이 60억 년 전에 형성된 외계행성을 둘러싼 물이 풍부한 대기를 감지했다. 포브스는 최근 '네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications)'를 인용해 이 외계행성 'GJ 9827d'은 태양계에서 불과 97광년 떨어져 있다며 이같이 보도했다. 미국 항공우주국(NASA·나사)에 따르면 외계행성 GJ 9827d는 지름이 지구의 약 2배이며 태양계의 해왕성 및 금성과 유사하다. 현재까지 대기에서 수증기가 감지된 가장 작은 외계행성이다. 지구형 행성은 태양계 내에서 지구와 비슷한 크기와 구조를 가진 행성을 말한다. 이러한 행성들은 지구와 우사한 특징을 가지고 있을 수 있으며, 물이나 기체로 된 대기를 포함한 환경을 가질 수 있다. 지구형 행성은 일반적으로 '금성형'과 '지구형'으로 분류된다. 이러한 행성들은 지구와 비슷한 크기와 질량을 가지며, 가스나 암석으로 이루어진 지표를 가지고 잇을 가능성이 크다. 이러한 지구형 행성 중에서 지구와 가장 비슷한 특성을 가진 것으로는 금성이 유명하다. 지구형 행성 특징 규명에 접근 물고기자리 방향의 외계행성 GJ 9827d에서 물을 발견한 것은 획기적인 사건이다. 물고기자리는 천문학에서 중요한 별자리 중 하나로 우리 은하의 방향을 나타내는 방향 지시자로도 사용된다. 물고기자리에는 명확한 주요 별이 많이 없지만, 여러 개의 밝은 별들이 모여 있는 모양이 물고기의 형상을 형성한다. 이번 연구 결과를 발표한 천문학자 팀 중 한 명인 독일 막스플랑크 천문연구소의 외계행성 대기물리학 부서를 총괄하는 로라 클라이드버그(Laura Klydeberg)는 보도자료를 통해 "진정한 지구형 행성의 특징에 한 발짝 더 다가서게 됐다"고 말했다. 이번 수증기 검출로 은하계에 존재하는 물이 풍부한 행성에 대한 이해가 비약적으로 발전할 수 있을 것으로 보인다. 행성에 물이 있는지 여부는 생명체 존재 가능성을 판단하는 데 매우 중요한 요소로 여겨지기 때문이다. 미국과 중국, 인도 등 우주 강국이 달 남극 탐사에 집중하는 것도 바로 물이 있기 때문이다. 연구팀 중 한 명인 캐나다 몬트리올대 트로티에 외계행성연구소(iREx)의 비욘 베네케는 "물이 풍부한 대기를 가진 행성이 태양계 외곽 항성계에 실제로 존재할 수 있다는 것을 대기 탐지를 통해 직접적으로 증명한 것은 이번이 처음일 것"이라고 말했다. 베케네는 "이는 암석성 행성의 대기 보유율과 다양성을 규명하는 데 있어 중요한 진전이다"라고 평가했다. 이번 연구 결과를 담은 논문은 '천체물리학 저널 레터스(The Astrophysical Journal Letters)'에 게재됐다. 고온다습한 행성 GJ 9827d는 주별(주로 별자리를 의미함)에 가깝기 때문에 금성처럼 고온다습한 행성일 가능성이 있다. 하지만 행성 대기의 주성분이 물인지, 아니면 수소를 많이 함유한 희박한 대기인지는 아직 밝혀지지 않았다. GJ 9827d에 대해 문제가 되는 것은 그 나이와 주별과의 근접성이다. 형성된 지 60억 년이 지났기 때문에 주별의 강력한 복사로 인해 초기부터 존재했던 수소의 대부분을 잃어버렸을 것으로 추정된다. 베케네는 "비교적 작은 행성을 조사하다 보면 어느 순간 행성에서 수소가 사라지고 이산화탄소를 주성분으로 하는 금성에 더 가까운 대기를 갖게 되는 전환점이 있을 것"이라고 설명했다. 절반은 물, 나머지 절반은 암석 추정 또 다른 가능성은 GJ 9827d가 수증기를 포함한 수소가 풍부한 외계행성(슈퍼지구보다 크고 해왕성형 행성보다 작은 외계행성)으로 수증기가 풍부한 외곽 가스층(수소와 헬륨으로 구성된 외곽 가스층)을 여전히 보유하고 있을 가능성이 있다. 그밖에 또 다른 가능성으로는 목성의 위성인 유로파의 온도를 높인 것과 같은 천체일 수도 있다. 유로파의 얼음 껍질 아래에는 지구의 두 배에 달하는 물이 존재한다. 베게네는 "GJ 9827d는 반은 물이고 반은 암석인 행성일 수 있다"고 지적했다. 그는 "작은 암석질 본체 위쪽에는 다량의 수증기가 있을 것"이라고 덧붙였다. 만약 GJ 9827d에 물이 풍부한 대기가 남아있다면, 주성(개별적인 하나의 별)에서 멀리 떨어진 곳에서 형성된 후 주성 근처로 이동한 것이 분명하다. 연구팀은 최근 제임스 웹 우주망원경(JWST)으로 GJ 9827d를 관측해 더 많은 정보를 얻을 수 있을 것으로 기대하고 있다. 클라이드버그는 "이 관측 데이터로 무엇이 밝혀질지 눈으로 확인할 수 있기를 매우 고대하고 있다"고 말했다. 그는 "물의 행성 문제를 완전히 해결할 수 있기를 바란다"고 기대했다. 한편, 나사는 지난 1월 31일 태양보다 작고 차가운 적색 왜성을 도는 지구 질량 1.5배의 '슈퍼 지구'를 발견했다고 공식 발표했다. 나사에 따르면 'TOI-715 b'로 명명된 이 행성은 잠재적으로 생명체 거주 가능한 행성으로 추정된다. 발견 과정은 NASA 주관 트랜짓 엑소플래닛 서베이 위성(TESS)을 통해 이루어졌다. 나사는 발표문을 통해 "추가 조사가 필요한 '슈퍼지구'는 천문학적 기준으로 볼 때 우리와 상당히 가까운 137광년 떨어진 작고 붉은 별을 돌고 있다"면서 "동일한 항성계 내에 지구 크기의 두 번째 행성이 있을 수도 있다"고 설명했다. 이처럼 우주 과학의 발달로 슈퍼 지구 혹은 물이 존재하는 지구와 유사한 별의 존재가 속속 밝혀지고 있다.
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'물의 행성' 97광년 너머 발견⋯지구형 행성 탐사 '이정표'
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미지의 RNA 조각 '오벨리스크', 인간 장과 입에서 발견
- 과학자들이 인간의 장과 입 안에 존재하는 박테리아를 감염시키는 새로운 유형의 RNA 조각인 '오벨리스크'를 발견했다고 과학 학술지 네이처(Nature)가 최근 보도했다. 논문의 공동 저자이자 캘리포니아 스탠퍼드 대학교의 생화학자인 이반 젤루데프((Ivan Zheludev)와 그의 연구팀은 새로 발견된 납작한 원으로 이루어진 납작한 원 모양의 RNA에 '오벨리스크'라는 이름을 붙였다. 저자들의 분석에 따르면 이 원은 막대 모양의 구조로 접혀 있다. 표준 생명체로 간주하기에는 너무 작은 이 유전 물질 조각은 세포가 읽을 수 있는 정보를 전달하는 가장 작은 요소 중 하나이며, 이들이 암호화하는 염기서열은 과학계에서 처음 밝혀진 것이라고 네이처는 전했다. 젤루데프와 그의 연구팀은 바이로이드(viroids, 바이러스와 비슷한 작은 RNA)의 특징적인 원형 구조를 이용해 인간 대변의 RNA 데이터베이스에서 유사한 요소를 검색했다. 그 결과, 연구팀은 오벨리스크를 발견했다. 이 연구는 지난 1월 21일 '바이오아카이브(bioRxiv)' 프리프린트 서버에 게시됐으며, 아직 동료 심사를 거치지 않았다. 바이오아카이브는 생물학 분야의 프리프린트 서버로 과학자들이 아직 동료 검토를 거치지 않은 연구 결과를 공유하고 논의할 수 있는 플랫폼이다. 채플힐 노스캐롤라이나 대학의 세포 및 발달 생물학자 마크 페이퍼는 이 연구에 참여하지는 않았지만 "이 연구를 통해 과학적 발견이 가져다주는 기쁨에 대한 감각을 다시금 되살렸다고 말했다. 그는 "세상은 새로운 것들로 가득하다. 그리고 일단 찾기 시작하면 찾을 수 있다"고 했다. 납작한 원은 이전에도 바이러스와 비슷하지만 훨씬 작은 RNA로 만들어진 구조물인 '바이로이드'의 형태로 관찰된 적이 있다. 바이로이드는 1970년대에 처음 발견되었는데, 그 중 일부는 식물에 질병을 일으키는 것으로 밝혀졌다. 곧이어 과학자들은 인간에게 감염을 일으킬 수 있는 유사한 요소를 발견했다. 지난 5년 동안 다양한 동물과 곰팡이에서 바이러스와 유사한 요소가 발견됐다는 연구 결과가 속속 보고되었으며, 작년 논문에서는 이러한 요소가 박테리아에도 존재할 수 있다는 첫 번째 힌트를 제공했다. 오벨리스크는 많은 바이로이드와 동일한 모양을 갖고 있지만 유전자 서열은 매우 다르다. 즉, 서로 별개이지만 관련된 그룹을 구성하고 있음을 의미한다. 후속 검색 결과 모든 대륙의 사람들로부터 채취한 대변 샘플에서 수많은 오벨리스크가 발견됐다. 연구팀은 대부분 북미 지역 출신인 472명의 개인으로부터 수집한 장내 미생물군 샘플 중 약 10%에서 오벨리스크에 대한 증거를 발견했다. 오벨리스크가 인간의 건강에 어떤 영향을 미치는지는 아직 알려져 있지 않다. 연구팀은 오벨리스크 계열을 발견한 일반적인 구강 박테리아 스트렙토코커스 상귀니스(Streptococcus sanguinis)에서 그 해답을 찾을 수 있을 것으로 기대하고 있다. 마르케즈-몰린스와 부코비치는 S. 상귀니스는 성장하기 쉽기 때문에 과학자들이 이 박테리아를 사용하여 오벨리스크의 복제 방식, 박테리아에 미치는 영향, 단백질의 기능에 대한 의문을 해결할 수 있을 것이라고 가정하고 있다. 이러한 실험을 통해 생명의 기원에 대한 진실을 밝혀낼 수도 있다고 네이처는 전했다. 부코비치는 일부 과학자들은 바이로이드와 그 친척들이 작고 단순하며 자기복제 능력이 있기 때문에 지구상의 모든 생명체의 선구자라고 추측하고 있다고 말했다. 과학자들은 오벨리스크를 처음 발견했지만, 오벨리스크는 처음부터 우리를 형성했을지도 모른다는 분석도 있다. 향후 연구에서는 오벨리스크의 기능과 인간 건강에 미치는 영향에 대한 보다 자세한 조사가 필요하다. 젤루데프 연구원은 "오벨리스크는 생명체의 기본적인 구성 요소에 대한 새로운 통찰력을 제공한다. 이는 생명의 기원과 진화에 대한 우리의 이해를 크게 바꿀 수 있는 흥미로운 발견이다"라고 말했다.
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미지의 RNA 조각 '오벨리스크', 인간 장과 입에서 발견
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새로운 커피 유전자 지도 제작, 커피 산업 미래 바꿀까
- 이탈리아의 연구원들이 세계에서 가장 인기 있는 음료인 아라비카 커피의 유전자 지도를 완성했다고 영국 BBC가 최근 보도했다. 이 연구팀은 최신 DNA 염기서열 분석 기술을 활용하여 아라비카 커피 식물의 유전적 구성을 상세히 조사했다. 이 과정을 통해 과학자들은 커피 생산에 영향을 미치는 중요한 유전자, 예를 들어 커피의 독특한 달콤하고 부드러운 맛을 결정하는 유전자를 파악할 수 있었다. 이는 커피 재배자가 특정 맛과 향을 가진 새로운 종류의 커피를 개발하는 데 도움이 될 뿐만 아니라 더 가혹한 재배 조건을 견딜 수 있는 커피를 개발하는 데 기여할 수 있다. 최근 기온 상승과 예측할 수 없는 강우량으로 인해 커피나무가 재배되는 환경이 바뀌어 수확량이 감소하고 해충과 질병의 공격이 증가하고 있다. 새로운 유전자 지도는 이러한 위협에 대응하는 데 도움이 될 수 있다. 연구를 주도한 이탈리아 우디네 대학의 미셸 모르간테 박사는 "이 유전자 지도는 커피 재배자에게 변화하는 기후 조건에 더 잘 대처할 수 있는 더 나은 식물을 제공할 수 있는 방법을 알려줄 수 있다"라고 말했다. 그는 또 "이번 연구는 커피의 맛과 향을 향상시키고, 기후 변화에 더 잘 적응할 수 있는 커피 품종을 개발하는 데 도움이 될 수 있다"고 덧붙였다. 영국 런던에 있는 왕립 식물원(큐)의 아론 데이비스 박사는 "이번 발견은 커피의 유전적 다양성을 이해하는 데 있어 중요한 발전이며, 경제적으로 중요하고 널리 사랑받는 이 작물 종의 미래 발전 방향을 제시하는 데 기여할 수 있다"고 말했다. 왕립식물원(큐)는 세계에서 가장 유명한 식물원 중 하나로, 약 8만 종의 식물을 소장하고 있다. 또한, 세계 최대 규모의 식물학 도서관과 자료실을 보유하고 있다. 런던에 본사를 둔 커피 로스팅 업체인 유니온 핸드 로스티드 커피의 공동 설립자인 제레미 토츠는 "우수한 과학 연구와 열정적인 농부들의 결합으로 우리가 사랑하는 커피가 우리가 알고 있는 형태로 훨씬 더 오래 지속될 것이라는 확신을 갖게 되었다"고 말했다. 이 연구는 과학 저널 '네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications)'에 게재됐다. 아라비카 커피 세계에는 100종 이상의 커피나무가 자생하고 있으나, 식용으로 널리 사용되는 것은 주로 두 종류다. 그 중 하나인 아라비카(Coffea arabica) 커피는 전 세계 커피 생산량의 60% 이상을 차지하며, 가장 인기 있는 커피 종류다. 아라비카 커피는 원래 에티오피아에서 처음 발견되었으며, 16세기경 아랍 상인들을 통해 유럽으로 소개되어 전 세계적으로 널리 퍼졌다. 이 커피는 아메리카 대륙, 아시아, 아프리카 등 전 세계 다양한 지역에서 재배되며, 약 700만 명의 커피 농부들이 아라비카 커피를 생산하고 있다. 아라비카 커피는 재배 지역에 따라 다양한 맛과 향을 갖는다. 고산지대에서 재배된 아라비카 커피는 과일과 꽃의 향이 풍부한 반면, 저지대에서 재배된 아라비카 커피는 초콜릿과 견과류의 향이 강하다. 아라비카 커피는 커피 음료뿐 아니라 케이크, 아이스크림, 초콜릿 등 다양한 식품에도 활용된다. 아라비카 커피는 주로 산악 지역에서 재배된다. 고도가 높은 환경에서의 기온 조절과 풍부한 일조량은 아라비카 커피의 맛과 향을 결정짓는 중요한 요소다. 그러나, 아라비카 커피는 기후 변화에 상대적으로 취약하며, 기온 상승과 불규칙한 강우량으로 인해 수확량 감소 및 해충과 질병 발생이 증가하는 경향이 있다. 로브스타 커피 로부스타 커피(Coffea canephora)는 아라비카 커피에 이어 두 번째로 많이 재배되는 커피 품종으로, 아라비카 커피에 비해 쓴맛이 강하고 카페인 함량이 더 높다. 전 세계 커피 생산량의 약 40%를 차지하며, 가격이 더 저렴하고 재배가 상대적으로 재배하기 쉽다. 로부스타 커피는 기후 변화에 대한 적응력이 더 높고, 해충 및 질병에 대한 저항성도 강한 특성을 가지고 있다. 로부스타 커피는 인스턴트 커피, 블렌드 커피, 커피 베이스에 주로 사용된다. 또한, 카페인 함량이 높기 때문에 에너지 음료나 기타 식품 첨가물로도 활용된다. 마지막으로 라이베리카 커피(Coffea liberica)는 전 세계적으로 재배되고 있으나, 커피 음료 제조에는 비교적 드물게 사용된다. 새롭게 완성된 유전자 지도는 로부스타, 라이베리카를 포함한 다양한 커피 품종의 특성을 더 깊이 이해하고, 개선된 커피 품종 개발에 기여할 수 있을 것으로 보인다.
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새로운 커피 유전자 지도 제작, 커피 산업 미래 바꿀까
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그린란드 빙상, 40년 새 얼음 1조 톤 사라져
- 지구 온난화의 심각한 영향으로 기후가 극단적으로 변하면서 그린란드의 빙하가 급격히 녹고 있다는 우려가 커지고 있다. 최근 인도의 인디아 투데이 보도에 따르면, 미국 항공우주국(나사·NASA) 제트 추진 연구소는 권위 있는 과학 저널 '네이처(Nature)'에 발표한 논문을 통해 그린란드 빙하가 지난 40년간 약 1조 1400억 톤의 얼음을 상실했다고 밝혔다. 이는 이전 추정치보다 약 21%나 더 많은 수치이다. 연구팀은 1985년부터 2022년까지의 위성 자료를 분석해 그린란드에 있는 207개 빙하 중 179개가 현저하게 후퇴한 사실을 확인했다. 이러한 현상은 주로 해수면 아래 위치한 피요르드 주변 빙하에서 나타났다. 피요르드는 빙하가 녹아 형성된 좁고 긴 만으로, 그린란드에서는 빙하 시대에 생성된 피요르드가 빙하의 후퇴로 인해 영향을 받고 있다. 빙하가 물러가면서 피요르드 입구를 막고 있던 얼음이 사라지게 되고, 이로 인해 피요르드 내부의 얼음이 바다로 더욱 빠르게 흘러나가는 현상이 발생하고 있다. 이번 연구에서 밝혀진 1조 1400억 톤의 추가 얼음 손실은 이전 국제 빙하 질량 균형 상호 비교 프로젝트(IMBIE)에서 언급되지 않았던 부분이다. 이 얼음은 이미 바닷물에 잠겨 있거나 떠 있는 상태에서 분리되어 떨어져 나간 것으로, 직접적으로 해수면 상승에 기여하지는 않지만, 담수가 대량으로 바다로 유입되는 현상을 의미한다. 이러한 현상은 대서양 자오선 전복 순환(AMOC)에 영향을 줄 가능성이 있다. AMOC는 전 세계 해양 순환의 핵심 부분으로서, 전 지구적인 기후 패턴과 생태계에 중대한 영향을 끼칠 수 있다. 연구팀은 또한 2000년 이후에 뚜렷한 빙하 후퇴가 시작되어, 21세기에 들어서면서 빙하의 후퇴 속도가 지속적으로 증가하고 있다는 점을 강조했다. 특히 자카리아 이스트롬(Zachariae Isstrom) 빙하가 지난 연구 기간 동안 가장 심각한 손실을 겪었으며, 야콥스하운 이스브라에(Jakobshavn Isbrae)와 훔볼트 글래처(Humboldt Gletscher) 빙하가 이를 뒤따랐다. 카주타프 세르미아(Qajuuttap Sermia) 빙하만이 성장세를 보였으나, 전반적인 얼음 손실량에 비추어 볼 때 이러한 증가는 미미한 것이다. 연구팀은 얼음의 전면부에서 계절적 변화가 가장 큰 빙하와 전반적으로 가장 큰 후퇴를 보인 빙하 사이에 상관관계가 있음을 발견했다. 이는 여름철 온난화에 가장 민감한 빙하가 기후 변화의 영향을 가장 크게 받는다는 사실을 시사한다. 나사 제트 추진 연구소의 빙하학자 알렉스 가드너(Alex Gardner)는 "이 연구는 기후 변화가 지구의 극지방에 미치는 광범위한 영향을 이해하기 위해서는 지속적인 관측과 연구가 절실히 필요함을 보여준다"라고 강조했다. 이번 연구 결과는 그린란드 빙하가 기후 변화로 인한 심각한 위협에 직면해 있음을 다시 한번 확인시켜 준다. 빙하의 지속적인 후퇴는 해수면 상승을 가속화할 뿐만 아니라, 전 세계 기후 시스템에도 광범위한 영향을 끼칠 수 있다. 따라서 지구 온난화에 대응하기 위한 적극적인 조치가 시급히 요구된다.
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그린란드 빙상, 40년 새 얼음 1조 톤 사라져
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식물도 소통한다? 일본 과학자, 영상으로 증명
- 일본 과학자들이 식물들이 서로간에 위험 상황을 경고하는 장면을 촬영하는데 성공했다. 사진=영화 아바타 1 스틸 컷 일본 과학자들은 식물이 잠재적인 위험에 대해 실시간으로 다른 식물에게 알리고 경고하는 현상을 성공적으로 촬영했다. 이는 1980년대 초에 처음 기록된 현상에 대한 중요한 발전이다. 지난 17일 야후에 따르면, 일본 사이타마 대학의 분자생물학자 도요타 마사츠구가 이끄는 연구팀은 식물이 기계적 손상이나 곤충 공격에 반응하여 생성되는 휘발성 유기화합물(VOCs)을 감지하고 근처의 다른 식물에 방어 반응을 보내는 것을 포착했다. 이 연구 결과는 지난해 10월 '네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)' 저널에 게재됐다. 사이타마 대학의 박사과정 학생인 유리 아라타니(Yuri Aratani)와 박사 후 연구원 타쿠야 우에무라(Takuya Uemura)로 구성된 연구팀은 애기장대(Arabidopsis thaliana) 식물의 의사소통 과정을 성공적으로 연구했다. 이들은 나뭇잎과 애벌레가 들어있는 용기와 겨자과의 흔한 잡초인 애기장대를 담은 다른 방에 공기 펌프를 설치했다. 애기장대는 스트레스 전달자 역할을 하는 칼슘 이온을 감지한 후 세포가 형광 녹색을 띠도록 유전자 변형됐다. 이후 연구팀은 형광 현미경을 사용해 손상되지 않은 식물이 손상된 잎에서 방출된 VOCs에 반응하는 과정을 관찰했다. 이 연구는 식물들이 위협을 감지하고 의사소통하는 방법에 대해 새로운 이해를 제공했다. 식물의 의사소통은 1983년 한 연구에서 처음으로 관찰되었고, 그 이후로 과학계에서 논의에 불을 붙였다. 도요타 마사츠쿠는 최신 연구에 대해 "우리는 마침내 식물이 언제, 어디서, 어떻게 위협을 받는 이웃 식물의 공기 중 '경고 메시지'에 반응하는지에 대한 복잡한 이야기를 밝혀냈다"며 "우리 눈에 보이지 않는 이 미묘한 통신 네트워크는 임박한 위협으로부터 이웃 식물을 적시에 보호하는 데 중추적인 역할을 한다"라고 말했다. 이는 식물 의사소통에 관한 연구에서 중요한 발전을 의미하며, 식물이 위험을 감지하고 정보를 공유하는 방식에 대한 새로운 이해를 제공한다.
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식물도 소통한다? 일본 과학자, 영상으로 증명
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[퓨처 Eyes(21)] 붉은털원숭이 복제 성공, 의학 연구의 '게임 체인저' 될까?
- 중국 과학아카데미 연구팀이 처음으로 붉은털원숭이(레서스원숭이·Rhesus monkey) 복제에 성공했다고 영국 BBC가 보도했다. 이 종은 인간과 유사한 생리학적 특징으로 의학 연구에 널리 활용된다. 이번 성과는 의약 개발 속도를 획기적으로 늘릴 수 있는 잠재력을 지니고 있어 주목받는다. 중국 연구팀은 유전적으로 동일한 개체로부터 얻은 결과는 실험의 신뢰성을 높일 수 있기 때문에 붉은털원숭이 복제를 통해 신약 실험의 효율을 극대화할 수 있다고 기대하고 있다. 기존 붉은털원숭이 복제 시도는 출산으로 이어지지 않거나 탄생 후 몇 시간 만에 태아 사망 등으로 실패했던 반면, 이번에 복제된 원숭이는 2년 이상 건강하게 성장함으로써 연구팀은 안정적인 기술 확보를 입증했다. 붉은털원숭이 복제는 1996년 대리모를 통해서 태어난 '복제 양' 돌리(Dolly) 성공 이후 역사상 두 번째 유명한 동물 복제로 또 다른 시각을 제시한다. 그러나 돌리는 최초로 복제된 동물은 아니다. 1902년 스위스의 한스 스페만이 도룡뇽을 복제했던 것을 최초의 복제 실험으로 보고 있다. 발생생물 분야에 중요한 발전을 이룬 스페만은 도룡뇽의 수정란이 첫 번째 세포 분열을 시작할 때, 미세한 루프를 이용해 수정란을 두 개의 별도 세포로 분리했다. 이외에도 1952년 미국의 브릭스와 킹의 개구리 복제, 면양 복제(1986년), 소와 돼지 복제(1989) 등 다양한 사례가 있다. 다만, 복제양 돌리는 생식세포를 통한 복제가 아니라 체세포를 활용해 복제에 성공한 첫 사례로 유명하다. 이후 2001년에는 세계 최초의 복제 고양이 카피 캣(Copy Cat)이 탄생했다. 텍사스 A&M 대학교의 연구자들이 체세포 핵 이식 방식을 이용하여 카피 캣을 만들었다. 2003년, 이탈리아에서 체세포 핵 이식 방식으로 복제된 최초의 말 프로메테아(Prometea)가 태어났다. 프로메테아는 복제된 동물이 자신의 복제 원본으로부터 탄생한 첫 사례이기도 하다. 또한 2005년, 서울대학교 황우석 박사 연구팀에 의해 복제된 최초의 개 스너피(Snuppy)가 태어났다. 아프가니스탄 하운드에서 복제된 스너피는 체세포 핵 이식 방식을 이용해 과학계의 큰 주목을 받았다. 그 밖에 소와 돼지 복제도 다수 이루어졌다. 특히 돼지는 의학 연구에 매우 중요한 동물로, 인간과 비슷한 생리적 특성을 가지고 있다. 복제 돼지는 장기 이식 연구, 약물 테스트, 유전병 연구 등에 활용되고 있다. 중국 연구팀은 핵심 세포 재프로그래밍 기술을 통해 붉은털원숭이 배아를 형성한 뒤 대리모에게 이식하는 과정을 거쳐 복제 과정을 완료했다. 이는 돌리 양 복제 기술과 유사한 방법이지만, 인간과 더 큰 유전적 유사성을 지닌 붉은털원숭이 복제 성공으로 의료 연구 영역에 획기적인 파급 효과를 낼 수 있다. 중국 과학아카데미의 대학 루 팔롱(Lu Falong)박사는 BBC 뉴스와의 인터뷰에서 "(복제 원숭이) 성공적인 결과에 모두가 기뻐했다"고 밝혔다. 붉은털원숭이는 아프가니스탄부터 인도, 태국, 베트남, 중국에 이르는 광범위한 지역에서 야생 서식하며 감염과 면역 연구 실험에 주로 활용된다. 2018년 중국과학원은 마카크 원숭이(긴꼬리원숭이) 복제에 처음으로 성공했으나, 의료 연구에서는 인간과의 유전적 유사성 때문에 붉은털원숭이가 더 선호된다. 그동안 성체 세포를 이용한 포유류 복제 기술은 여러 한계를 드러냈다. 대다수의 복제 시도에서 유전자 재프로그래밍 과정 중 오류가 발생하고, 태어난 복제 개체의 수가 적으며 건강한 복제 개체는 더욱 드문 상황으로, 대부분의 포유류에서 성공률은 1~3%에 불과했다. 특히 붉은털원숭이의 경우 이러한 복제는 더 어려운 과제로 여겨졌으며, 연구팀이 2년에 걸친 노력 끝에 처음으로 복제에 성공하기 전까지는 태어나서 생존한 복제 개체가 없었다. 앞서 중국 과학원은 2018년 긴꼬리원숭이 복제에 성공했으나 생존율이 낮았다. 체세포 핵이식(SCNT)로 알려진 표준복제기술(체세포의 핵을 핵이 제거된 난자로 이식하는 기술)은 일반적으로 복제된 배아의 출생율과 생존율이 극이 낮다. 당 연구자들은 109개의 긴꼬리원숭이 복제배아를 생산하고 그 중 21마리의 대리모원숭이에게 이식했다. 그 중 단 2마리만 살아남았으나 성체가 되기까지 생존하지 못했다. 연구팀은 실패한 붉은털원숭이 복제 시도에서 태반이 복제 과정 중 제대로 재프로그래밍되지 않아 정상적인 발달이 이루어지지 않았다는 사실을 발견했다. 배아의 성장에 필수적인 산소와 영양분 공급에 중요한 역할을 하는 태반이 제 기능을 하지 못했기 때문에 복제가 성공하지 못했던 것. 이에 연구팀은 복제 배아의 외부층, 즉 정상적으로 태반으로 발달하지 않는 부분만을 활용해 복제 과정에서의 문제를 해결했다. 연구팀은 동물의 몸통으로 발달하는 내부 세포를 제거하고, 이를 정상적인 태반이 발달할 것으로 예상되는 비복제 배아의 외부층에 주입했다. 이 방법을 통해 연구팀은 총 113개의 배아를 사용하여 11개를 이식했으며, 이 과정에서 2번의 임신과 붉은털원숭이 1마리의 정상 출산으로 이어졌다. 연구팀은 태어난 원숭이에게, 복제기술 '영양포 대체(trophoblast replacement)'에서 따온 '레트로(ReTro)'라는 이름을 붙였다. 레트로는 수컷 원숭이로 2년 이상 생존하고 있다. 다른 대리모는 쌍둥이를 임신했으나 106일만에 사망했다. 이 연구는 지난 1월 17일 학술지 '네이처 커뮤니케이션(Nature Communications)'에 개재됐다. 네이처는 "복제된 배아에 건강한 태반을 제공하는 방법은 영장류 연구와 관련된 더 많은 연구의 길을 열어 줄 수 있다"고 평가했다. 복제팀의 루 팔롱 박사는 BBC 뉴스와의 인터뷰에서 붉은털원숭이 복제 연구의 핵심 목표에 대해 설명했다. 그는 "연구팀의 주된 목적은 더 많은 복제 원숭이를 성공적으로 얻는 동시에 실험에 사용되는 배아의 수를 줄이는 것"이라고 밝혔다. 또한, 그는 이 연구가 모든 윤리적 허가를 받고 진행되었다고 강조했다. 루 박사는 이어서 "연구 과정에서 모든 동물 실험 절차는 중국 과학 아카데미 상하이 생물과학 연구소 및 CAS(Center for Advanced Study) 뇌과학 및 인공 지능 기술 우수 센터 신경과학 연구소의 동물 사용 및 관리 위원회의 엄격한 지침을 따랐으며, 이 프로토콜은 CAS 동물 사용 및 관리 위원회의 승인을 받았다"고 말했다. 이러한 발언은 연구팀이 동물 실험의 윤리적 기준을 준수하고, 과학적 연구에서의 동물 복지를 중시하고 있음을 나타낸다. 과학자들은 이러한 복제 원숭이가 우울증, 불안증과 같은 인간의 정신 질환 연구뿐 아니라 약물 평가 프로젝트를 위한 모델로 사용될 가능성이 있다고 기대했다. 상하이 중국과학원 신경과학연구소 무밍 푸(Mu-ming Poo) 소장은 "약물 테스트에 사용할 수 있는 유전적으로 균일한 원숭이를 대량 생산할 수 있다"고 말했다. 반면, 동물 복지 단체들은 이번 성과에 대해 깊은 우려를 표명했다. 포유류의 경우 자연 번식은 부모로부터 유전자의 혼합을 통해 다양성이 유지되는 반면, 복제는 유전적으로 동일한 개체를 만드는 기술이다. 이에 일부 동물 복지 단체들은 유전자 다양성 저하, 윤리적 문제 등을 우려하며 동물 복제 기술 개발에 반대 입장을 견지하고 있다. 영국 왕립동물학대방지협회(RSPCA)는 최근 이루어진 원숭이 복제 연구에 대해 심각한 우려를 나타냈다. RSPCA의 대변인은 "현재의 연구는 당장에 응용될 수 있는 단계가 아니며, 인간 환자에게 혜택을 줄 것으로 기대되지만, 실제로 이 기술이 의학적으로 적용되기까지는 상당한 시간이 소요될 것"이라고 지적했다. 또한, "이 기술 개발 과정에서 더 많은 동물 '모델'이 필요할 것으로 예상된다"고 덧붙였다. 그는 "RSPCA는 이러한 실험 과정에서 겪는 동물들의 고통과 스트레스, 그리고 낮은 성공률에 대해 깊은 우려를 표명한다"며, "영장류는 단순한 연구 도구가 아니라 고도의 지능과 감정을 지닌 존재임을 인식해야 한다"고 강조했다. 이는 동물 복제 연구가 직면한 윤리적 문제와 동물 복지에 대한 중요성을 부각시킨다. 런던 프랜시스 크릭 연구소의 로빈 러벨-뱃지 교수는 환자 이익이 동물 고통을 능가할 때 동물 연구를 강력하게 지지한다는 입장을 밝히면서도 유사한 우려를 표명했다. 러벨-뱃지 교수는 "유전적으로 동일한 동물을 사용함으로써 실험에서의 변수를 최소화할 수 있다는 점은 분명하다. 그러나 이러한 접근법이 실제로 가치가 있는지에 대해서는 심도 있는 고민이 필요하다"고 지적했다. 또한 그는 "한 마리의 유아를 탄생시키기 위해 많은 배아를 사용하고 다수의 대리모에게 이식한 시도가 상당히 많았다"며, 연구 과정에서의 동물 사용량과 실험의 효율성에 대해 우려했다. 러벨-뱃지 교수는 이 연구에서 단 한 마리의 유아만 탄생했다는 사실을 문제삼았다. 그는 "단 한 번의 성공 사례만으로는 이 기술의 성공률에 대한 명확한 결론을 내리기 어렵다. 이 기술의 신뢰성과 효율성을 입증하기 위해서는 더 많은 성공 사례가 필요하다"고 강조했다. 이러한 입장은 동물 실험의 윤리적 측면과 실험의 효율성 사이에서 고려해야 할 중요한 요소들을 드러내고 있다. 최근 붉은털원숭이의 복제 성공은 의료 연구의 효율성 증대와 질병 치료법 개발의 속도를 높이는 데 긍정적인 영향을 미칠 것으로 기대되지만, 동시에 동물 복지와 윤리적 문제에 대한 논란을 야기할 것으로 예상된다. 이에 따라 과학의 발전과 동물 복지, 윤리적 가치 사이에서 균형을 찾기 위한 지속적인 논의가 필요할 것으로 보인다.
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- 포커스온
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[퓨처 Eyes(21)] 붉은털원숭이 복제 성공, 의학 연구의 '게임 체인저' 될까?
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장기 코로나 환자, 면역 체계 혼란으로 만성 증상 지속
- 장기 코로나 환자는 면역 체계의 혼란으로 인해 만성 증상이 지속되는 것으로 나타났다. 장기 코로나(COVID) 환자의 혈액 샘플을 분석한 결과, 장기 코로나 환자는 세포독성 T 세포의 감소, 항체의 증가, 염증 조직으로 이동하는 CD4 T 세포의 증가 등 면역 조절 장애와 전신 염증의 증거를 보였다. 이러한 이상 증상은 장기 코로나 환자의 특징적인 증상인 피로, 근육통, 호흡곤란 등을 악화시킬 수 있다. 미국 의학 전문지 뉴스 메디컬(NEWS MEDICAL)의 보도에 따르면, 미국 하버드 의대 연구팀은 네이처 이뮤놀로지(Nature Immunology)에 발표한 논문에서 장기 코로나 환자의 혈액 샘플을 사용하여 SARS-CoV-2에 대한 면역을 조사한 결과, 장기 코로나 환자는 완전히 회복된 코로나19 환자와 비교하여 면역 조절 장애와 전신 염증의 증거를 보였다. 연구팀은 혈청학적 분석과 '오믹스' 접근법을 사용하여 장기 코로나의 임상 증상이 있거나 없는 환자의 혈액 샘플을 분석했다. 혈청학적 분석은 혈액에서 항체의 양을 측정하는 방법으로, 장기 코로나 환자는 SARS-CoV-2에 대한 항체가 증가한 것으로 나타났다. 이는 장기 코로나 환자가 SARS-CoV-2에 대한 면역 반응을 보이지만, 이 반응이 제대로 조절되지 못하고 있다는 것을 의미한다. '오믹스' 접근법은 유전체, 단백질체, 대사체 등 다양한 생물학적 데이터를 분석하는 방법으로, 연구팀은 이 방법을 사용하여 장기 코로나 환자의 면역 세포의 표현형을 분석했다. 그 결과, 장기 코로나 환자는 다음과 같은 면역 이상을 보였다. 세포독성 T 세포의 수가 현저히 낮았다. 세포독성 T 세포는 바이러스에 감염된 세포를 찾아서 파괴하는 역할을 하는데, 장기 코로나 환자는 이 세포의 수가 부족하여 바이러스 감염 세포를 제대로 제거하지 못하는 것으로 보인다. B 세포 및 T 세포의 반응이 잘못 조정되었다. B 세포는 항체를 생성하는 역할을 하는데, 장기 코로나 환자의 B 세포는 과도하게 활성화되어 오히려 염증을 악화시킬 수 있다. T 세포도 마찬가지로 과도하게 활성화되어 면역 조절 장애를 일으킬 수 있다 또한 남성 장기 코로나 환자와 여성 장기 코로나 환자 사이에 다음과 같은 차이가 발견되었다. 남성 장기 코로나 환자는 여성 장기 코로나 환자보다 세포독성 T 세포의 수가 더 많았다. 세포독성 T 세포는 바이러스에 감염된 세포를 찾아서 파괴하는 역할을 하는데, 남성 장기 코로나 환자는 이 세포의 수가 더 많아서 바이러스 감염 세포를 더 효과적으로 제거할 수 있는 것으로 보인다. 남성 장기 코로나 환자는 여성 장기 코로나 환자보다 염증 조직에 대한 세포 용해 마커 및 귀환 수용체를 발현하는 말단 분화 효과기 기억 도우미 및 세포독성 T 세포의 빈도가 더 높았다. 이러한 세포는 염증을 일으키는 역할을 하는데, 남성 장기 코로나 환자는 이 세포의 수가 더 많아서 염증이 더 심한 것으로 보인다. 연구팀은 이러한 결과가 여성 장기 코로나 환자의 면역 체계가 남성 장기 코로나 환자의 면역 체계보다 과도한 염증을 일으키는 경향이 있음을 나타낸다고 설명했다. 과도한 염증은 장기 코로나의 특징적인 증상인 피로, 근육통, 호흡곤란 등을 악화시킬 수 있다. 연구팀은 "이번 연구 결과는 장기 코로나 환자가 T 세포 및 기타 면역 세포에서 상당한 면역 관련 변화와 표현형 변화를 보이며, 이는 장기 코로나와 관련된 지속적이고 광범위한 증상의 기계적 기반이 될 수 있음을 강조했다"고 말했다. 이어 "B 세포와 T 세포를 포함하는 체액성 면역과 세포 적응 면역 사이의 혼선에 대한 잘못된 의사 소통 또는 오류는 염증, 면역 조절 장애 및 장기 코로나의 특징적인 임상 증상에 기여할 수 있다"고 설명했다. 연구팀은 향후 장기 코로나 환자의 면역 체계를 조절하는 방법을 개발하기 위한 연구를 진행할 계획이다. 이 연구 결과는 장기 코로나의 원인과 치료법을 개발하는 데 도움이 될 것으로 기대된다.
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장기 코로나 환자, 면역 체계 혼란으로 만성 증상 지속
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하버드대 연구팀, 고체 배터리 재충전 10분대로 단축
- 미국 스타트업이 가격이 저렴하면서도 충전 시간을 획기적으로 줄인 전기자동차(EV)용 전고체 배터리를 개발했다. 현대 사회에서 탄소 중립을 향한 움직임이 활발해지면서, 전세계 에너지 기업들은 화석 연료에 대한 의존도를 줄이는 데 집중하고 있다. 이러한 상황에서 전기차용 배터리의 중요성이 더욱 강조되고 있으며, 특히 환경 친화적이고 에너지 효율이 높은 전고체 배터리 개발이 업계의 중요한 과제로 부상했다. 기술 전문 매체 클린테크니카(cleantechnica)는 최근 하버드 대학의 스핀오프 기업인 아덴 에너지(Adden Energy)가 충전 시간을 10분대로 낮춘 새로운 전고체 배터리를 개발했다고 보도했다. 이 배터리는 최대 6000사이클 동안 사용 가능하며, 재충전 시간은 단 10분에 불과하다. 이는 연료 탱크를 채우는 시간과 유사하다고 한다. 비용에 대한 구체적인 언급은 없었으나, 이 회사의 배터리는 수명이 길어 전기차의 제조 비용을 줄이는 데 크게 기여할 것으로 전망된다. 새로운 고체 에너지 저장 기술은 기존 리튬 이온 배터리의 액체를 폴리머, 첨단 세라믹 또는 기타 고체 재료로 대체하는 차세대 기술이다. 리튬 이온이 고체를 통과해 이동하게 하는 것은 어려운 기술이지만, 그로 인해 더 긴 사용 범위와 더 빠른 충전 시간을 제공한다. 새로운 고체 에너지 저장 기술은 기존 리튬 이온 배터리에서 사용되는 액체 전해질을 폴리머, 첨단 세라믹, 또는 다른 고체 재료로 대체하는 혁신적인 접근법이다. 리튬 이온이 고체를 통과해 이동하는 것은 기술적으로 어려운 과제이지만, 이를 통해 배터리의 사용 가능 범위를 확장하고 충전 시간을 단축할 수 있다. 아덴 에너지는 여러 고체 배터리 혁신 기업 중 하나로, 이온 이동의 장애를 극복하는 데 중점을 두고 있다. 특히 이 회사는 리튬 이온 배터리의 양극에서 발생하는 수상돌기 문제에 대한 강력한 해결책을 제시했다. 덴드라이트(일종의 수지상의 골격을 형성한 결정)는 리튬 이온 배터리의 양극에서 발생하는 작은 양치류의 돌기처럼 생긴 현상으로, 배터리 성능을 저하시키고 화재 위험을 증가시키는 요인이다. 2018년, 아덴 에너지는 국제 학술지 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)에 황화물 기반의 고체 전해질 연구 결과를 발표하며 고체 배터리 분야에서 중요한 발전을 이루었다. 아덴 에너지는 "우리 논문의 목표는 LGPS와 LSPS라는 두 가지 유형의 결정질 황화물 고체 전해질의 미세 구조를 조절하고 수정함으로써 전압 안정성을 향상시킬 수 있다는 점을 입증하는 것이다"라며 두 가지 유형의 결정질 황화물 고체 전해질에 대해 밝혔다. 더 나아가, 회사는 "황화물 고체 전해질의 미세 구조와 성능 간의 기본 메커니즘을 밝히는 것이 중요하다"며 "이는 미래 재료 및 배터리 셀 설계에 대한 지침이 될 수 있다"고 기대했다. 덴드라이트 현상은 과거에는 주로 액체 전해질을 사용하는 배터리에서만 관찰되었지만, 최근 연구에 따르면 고체 배터리에서도 문제가 될 수 있음이 밝혀졌다. 이 문제를 해결하기 위한 여러 방법이 연구되고 있는 가운데, 하버드 대학 SEAS(John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences)의 재료과학 부교수 신 리(Xin Li) 팀은 이 현상을 완전히 멈추는 데 성공했다. 하버드 대학의 언론 담당자 레아 버로우스(Leah Burrows)는 리 팀의 새로운 연구에 대해 "연구팀은 리튬화 반응을 제어하고 균일한 리튬 금속층의 도금을 촉진하기 위해 양극에 마이크론 크기의 실리콘 입자를 사용하여 덴드라이트 형성을 방지했다"고 설명했다. 버로우스는 "이 코팅된 입자가 전류 밀도가 균일하게 분포되는 표면을 만들어 덴드라이트의 성장을 막는다"고 설명했다. 또한, "이런 설계 덕분에 도금과 박리 과정이 평평한 표면에서 더 빠르게 일어날 수 있어 배터리를 약 10분 만에 재충전할 수 있다"고 덧붙였다. 리 부교수는 "우리의 설계에서 리튬 금속이 실리콘 입자를 감싸는 것은 초콜릿 트러플에 있는 헤이즐넛 코어를 단단한 초콜릿 껍질이 감싸는 것과 유사하다"라고 비유했다. 이 혁신적인 새 배터리는 현재 상업적 생산을 위한 확장 단계에 있다. 연구팀은 우표 크기의 파우치 셀을 사용하여 이번 실험을 진행했다. 이는 일반적인 대학 연구실에서 만들어진 배터리보다 10~20배 정도 크며, 실제 사용 환경에서의 데이터 수집에 충분한 크기라고 할 수 있다. 버로우스는 이 배터리의 내구성에 대해서도 언급했다. 그녀는 "배터리가 6000사이클을 거친 후에도 초기 용량의 80%를 유지하며, 이는 현재 시장에 나와 있는 다른 파우치 셀 배터리보다 우수한 성능을 나타낸다"고 말했다. 한편, 아덴 에너지는 2022년에 하버드 대학교의 기술개발실(Office of Technology Development)로부터 이 기술에 대한 독점 라이선스를 획득했다. 또한, 회사는 515만 달러(한화 약 68억원)의 시드 자금을 조달하는 데 성공했다. 이 자금은 창업 아이템을 구체화하고 개발하여 시제품을 생산하는 과정에 사용될 예정이다. 회사 측은 라이선스 획득과 벤처 자금 조달을 통해 하버드 대학의 실험실 프로토타입을 상업적 규모로 확장할 수 있게 되었다고 설명했다. 이를 통해 아덴 에너지는 전기자동차(EV) 시장에 빠르게 충전되고 안정적인 고체 리튬-금속 배터리를 제공할 수 있게 될 것으로 기대된다. 아덴 에너지는 2022년에 손바닥 크기의 파우치 셀을 개발하는 것을 첫 단계로 삼고, 향후 3~5년 이내에 전기자동차(EV)용 풀사이즈의 전고체 배터리 개발을 목표로 하고 있다. 이 회사는 2030년 이전에 이러한 배터리를 시장에 출시될 것으로 예상하고 있다. 리 부교수는 전기차의 중요성에 대해 강조하며, "전기차가 말 그대로 도로 위의 1%에 불과한 단순한 고급 패션 아이템으로 여겨져서는 안 된다"고 말했다. 그는 "청정에너지 미래를 향해 나아가기 위해서는 전기차가 일반 대중에게도 접근 가능해야 한다"고 강조했다. 그는 또한 "만약 전기차 배터리가 3년에서 5년만 지속된다면, 미국은 중고차 시장을 갖지 못할 것"이라고 지적했다. 이어 "기술은 모든 사람이 접근할 수 있어야 하며, 우리가 하고 있는 것처럼 배터리 수명을 연장하는 것은 그 과정에서 매우 중요한 부분이다"라고 덧붙였다.
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하버드대 연구팀, 고체 배터리 재충전 10분대로 단축
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아마추어 천문학자, 초신성 폭발 후 블랙홀 형성 목격
- 최근 아마추어 천문학자가 초신성의 폭발 과정에서 블랙홀의 형성을 관측했다. '초신성(超新星, supernova)'은 일반적인 별의 폭발인 신성(nova)보다 훨씬 더 강력한 에너지를 방출하는 별의 폭발 현상이다. 이 폭발은 매우 밝게 빛나며, 폭발적인 방사선을 방출한다. 폭발의 밝기는 수 주에서 수 개월 동안 지속되며, 때로는 은하 전체의 밝기에 필적할 정도다. 미국의 과학 전문 매체 코스모스 매거진은 이스라엘 와이즈만 연구소(Weizmann Institute of Science)의 핑첸(Ping Chen) 연구원이 이 과정을 실시간으로 처음으로 관측했다고 보도했다. 네이처지에 발표된 이 연구에 따르면, 아마추어 천문학자의 발견과 연구팀의 적절한 타이밍, 그리고 별의 연구 협력이 결합하여, 초신성 폭발이 블랙홀이나 유사한 천체를 형성하는 직접적인 증거를 제시했다. 핑첸은 이 연구의 중요성을 강조하며, "우리의 연구는 가능한 모든 증거를 모아 퍼즐을 풀어나가는 것과 같다. 이 모든 조각들이 모여 진실을 이룬다"고 말했다. 이 발견의 시작점은 남아프리카의 아마추어 천문학자 베르토 모나드가 약 7600만 광년 떨어진 NGC 157 은하의 나선팔에서 새롭게 발견한 밝은 물체, SN 2022jli의 관측에서 비롯된다. 하늘에서 갑자기 나타난 새로운 밝은 물체는 종종 초신성의 출현을 나타낸다. 이러한 현상이 발견되면, 천문학자들은 추가 관측을 통해 물체의 정확한 위치와 다른 정보를 파악하고 빠르게 망원경을 해당 물체에 맞춘다. 초신성은 예측하기 어렵고 짧은 기간 동안만 관측할 수 있어 연구가 어렵다. 초신성은 별의 수명이 다할 때 강력하게 폭발하는 현상으로, 별의 자체 중력에 의해 붕괴되면서 발생한다. 이 폭발은 별이 다시 어두워질 때까지 은하계 전체만큼 밝아질 수 있다. 블랙홀과 중성자별은 별의 붕괴로 인해 형성되는 초밀도 물체다. 과학자들은 이들이 초신성 이후에 형성될 것으로 확신하지만, 초신성 폭발에서 이러한 소형 물체가 형성되는 전체 과정을 직접적으로 관측한 적은 없었다. 그러나 최근의 연구와 관측을 통해 이 단계가 직접 확인될 수 있게 됐다. SN 2022jli는 일반적인 우주 규칙을 따르는 것이 아닌 평범하지 않은 패턴을 보였다. 처음에는 밝게 빛났으나 점차 어두워졌고, 발견된 후 약 한 달이 지난 시점에서 다시 밝아지는 현상을 나타냈다. 이후 200일 동안 약 12일 간격으로 주기적인 밝기 변화를 경험했다. 벨파스트 퀸스 대학의 토마스 무어 교수는 이와 관련하여 "SN 2022jli의 데이터 분석 결과, 반복적으로 밝아지고 어두워지는 패턴이 명확하게 관찰되었다"고 말했다. 무어 교수는 "이러한 주기적인 변화가 초신성 광 곡선에서 감지된 것은 이번이 처음"이라고 설명했다. 이 연구는 2023년 천체물리학 저널인 '아스트로피지컬 저널(Astrophysical Journal)'에 실렸다. 연구팀은 이러한 특이한 패턴이 초신성 폭발을 겪은 후 살아남은 두 번째 별의 영향 때문일 것으로 추측하고 있다. 그들은 이 두 번째 별이 소형 물체의 존재를 간접적으로 드러내고 있다고 설명했다. 연구팀은 블랙홀이나 중성자별이 동반성 별의 풍부한 대기에서 수소를 흡수할 것이라는 가설을 세웠다. 이러한 흡수 현상, 즉 '강착'은 연구원들이 관찰한 주기적인 변화의 원인으로, 많은 에너지를 방출하는 파동 형태로 나타난다. 연구원들은 "SN 2022jli가 보여준 독특한 특성들은 이 시스템에서 일어나는 현상이 매우 드물다는 것을 시사하며, 이는 초신성 폭발을 겪고도 살아남는 결합된 이중 별계의 드문 존재로 설명될 수 있다"고 밝혔다. 또한, "SN 2022jli의 사례는 초신성 폭발과 그 이후 소형 천체 형성 사이의 직접적인 연결고리를 제시한다"고 네이처 저널에 기고했다. 한편, 2018년에는 중국, 미국, 독일의 연구진이 초신성 폭발 과정에 대한 중요한 정보를 얻기 위해 초신성 잔해물 간의 상대적 거리 측정에 성공했다. 이들은 잔해물 주변의 밝은 별들을 기준점으로 사용하여 측정의 정확도를 높였으며, 이러한 연구는 별의 진화와 소멸 과정을 이해하는 데 큰 도움이 되고 있다.
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아마추어 천문학자, 초신성 폭발 후 블랙홀 형성 목격
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의사들이 밝히는 장수비결 6가지
- 장수 비결 중에는 육류의 섭취를 줄이고, 지인과 유대관계를 유지하는 등의 방법이 있다. 사진=픽사베이 수명을 연장하는 데는 잘 알려진 몇 가지 핵심 전략이 존재한다. 이에는 금연, 과음 줄이기, 정기적인 건강 검진 예약하기 등이 포함된다. 하지만 이러한 일반적인 습관 이외에도, 덜 알려진 방법들이 건강한 수명 연장에 도움이 될 수 있다고 한다. 미국의 매체 베스트라이프(bestlifeonline)는 의사들과의 상담을 통해 우리가 일반적으로 알고 있는 방법 외에 추가적인 6가지 장수 비결을 소개했다. 육류 섭취 줄이기 장수 비결 중 하나는 육류 섭취를 줄이는 것이다. 미국 농무부(USDA)에 따르면, 미국인은 평균적으로 섭취하는 칼로리의 최소 1/3을 동물성 식품에서 얻는다고 한다. 또한, 질병통제예방센터(CDC)는 미국에서 소비되는 식품의 약 60%가 가공되거나 초가공된 식품이라고 밝혔다. 장수에 긍정적인 영향을 미치는 가장 중요한 방법 중 하나는 육류 섭취를 크게 줄이고 가공식품의 섭취를 줄이는 것이다. 대신 지중해 식단과 같은 전체 식품, 식물성 식단을 선택하는 것이 권장된다. 이러한 식단 변경은 건강한 수명 연장에 중요한 역할을 할 수 있다 클리닉스팟(ClinicSpots)의 라밋 싱 삼뱔(Ramit Singh Sambyal) 박사는 지중해식 식단의 건강상 이점에 대해 설명했다. 그는 "지중해식 식단이 심혈관 질환, 인지능력 저하, 특정 암 등의 위험을 줄이는 데 기여하는 것으로 알려져 있다"고 말했다. 이러한 효과는 지중해식 식단이 갖는 항염증 및 항산화 특성 때문으로, 이 식단은 전반적인 사망률 감소와 관련이 있다. 콩류 섭취 증가 수명을 연장하는 방법 중 하나로 콩류 섭취를 늘리는 것이 권장된다. 특히 100세 이상의 인구가 많은 블루존(Blue Zone) 지역에서는 콩, 완두콩 등 콩류가 식단의 주요 구성 요소로 자리 잡고 있다. 이러한 지역에서 콩류의 높은 소비량은 장수와의 연관성을 시사한다. 콩류는 장수에 필수적인 식품으로 간주된다. 2001년의 연구에 따르면, 일주일에 최소 네 번 콩을 섭취하는 사람들은 심장병 위험이 22% 감소한 것으로 나타났다. 또한, 2004년의 연구에서는 매일 1온스(약 28그램)의 콩을 섭취하는 사람들이 약 8년 더 긴 수명을 보였다고 밝혔다. 이러한 연구 결과는 콩류가 심혈관 건강 증진 및 수명 연장에 중요한 역할을 할 수 있음을 시사한다. 콩류는 다양한 영양소를 함유하고 있어, 균형 잡힌 식단에 포함시키기에 적합한 식품이다. 칼로리 섭취 제한 수명을 연장하는 방법 중 하나로 칼로리 섭취 제한이 권장된다. 네이처 에이징(Nature Aging)에 발표된 한 연구에 따르면, 일반적으로 하루에 2000칼로리를 섭취하는 220명의 성인을 대상으로 한 실험에서, 절반의 참가자에게 전체 칼로리 섭취량을 25% 줄이도록 요청했다. 이 그룹은 실제로 칼로리 섭취량을 12%만 줄였음에도 불구하고, 혈액 검사 결과 건강상의 큰 개선이 확인됐다. 칼로리를 적게 섭취한 사람들은 노화 속도를 2~3% 늦춘 것으로 나타났다. 이 연구의 선임 저자이자 컬럼비아대학교 메일먼 공중보건대학원의 전염병학 댄 벨스키(Dan Belsky) 조교수는 이와 관련하여 "이는 조기 사망 가능성이 10~15% 낮아진다는 것을 의미하며, 이 중 12%의 감소는 노화 과정에 상당한 변화를 가져왔다"고 설명했다. 이러한 결과는 칼로리 섭취 제한이 수명 연장과 건강한 노화에 중요한 역할을 할 수 있음을 시사한다. 바닥에 앉았다가 일어서기 나이가 들면서 신체적으로 활동적인 상태를 유지하는 것은 더 긴, 건강한 삶을 사는 데 중요한 요소가 될 수 있다. 미국 질병통제예방센터는 일주일에 최소 150분의 중간 강도 운동과 함께 2일 이상의 근력 운동을 목표로 할 것을 권장한다. 삼뱔 박사는 "운동은 심혈관 건강, 대사 기능 개선, 염증 감소, 인지 기능 강화 등 장수에 기여하는 다양한 이점을 제공한다"고 강조했다. 특히, 수명을 연장하는 데 효과적인 운동 중 하나로 바닥에 앉았다가 정기적으로 일어서는 운동을 들 수 있다. 블루존의 연구에 따르면, 일본 오키나와의 100세 이상 노인들은 하루에 수십 번, 때로는 수백 번씩 바닥에서 일어났다 앉는데, 이는 다리, 등, 코어 근육을 자연스럽게 운동시키는 효과가 있다. 또한, 바닥에 앉는 것은 자세 개선, 근력 및 유연성, 이동성 향상에 도움이 되며, 연구 결과에 따르면 지지 없이 바닥에 앉고 일어날 수 있는 능력이 기대 수명을 늘리는 것과 연관이 있다고 한다. 이러한 연구 결과는 일상적인 활동을 통해 건강과 장수를 유지할 수 있는 간단하면서도 효과적인 방법을 제시한다. 사회적 관계 유지 나이가 들면서 건강을 유지하는 데 중요한 요소 중 하나는 사회적 관계를 유지하는 것이다. 친구들이나 사랑하는 사람들과의 친밀한 관계는 건강에 매우 좋은 영향을 미치지만, 연구에 따르면 지인과의 친근한 상호작용만으로도 건강을 향상시킬 수 있다고 한다. 체중 감량 및 가정의학 전문의인 필리스 포비(Phyllis Pobee, MD, CCFP, ABFM)는 "강한 사회적 유대가 사망률을 감소시키는 데 중요한 역할을 한다"고 언급하며, "PLOS 메디슨(Medicine)에 발표된 메타 분석 리뷰에 따르면, 강력한 사회적 관계는 생존 가능성을 50% 증가시키는 것으로 나타났으며, 이는 흡연을 중단하는 것과 유사한 수준의 효과를 가진다"고 설명했다. 하루 4천보 이상 걷기 또한, 유럽 예방 심장학 저널(European Journal of Preventative Cardiology)에 발표된 연구에 따르면, 하루에 4000보(약 30~45분의 걷기에 해당)를 걷는 것만으로도 사망 위험이 줄고 심장 건강이 향상될 수 있다. 이 연구는 걸음 수를 늘릴수록, 즉 추가적으로 1000보를 걸을 때마다 조기 사망 위험을 15% 더 줄일 수 있다고 밝혔다. 이러한 연구 결과는 규칙적인 걷기 운동이 장수와 건강에 기여할 수 있는 간단하면서도 효과적인 방법임을 시사한다. 장수와 경제의 상관관계 한편, 장수, 즉 인간의 평균 수명이 늘어나는 현상은 여러 경제적 영향을 미친다. 먼저 인구의 평균 수명이 늘어남에 따라 노동 시장의 구조에 변화가 생길 수 있다. 더 오래 일하는 인구가 많아짐에 따라 노동 공급이 증가할 수 있으며, 이는 연금과 은퇴 연령에 대한 정책 재조정을 필요로 할 수 있다. 또한 장수는 연금과 의료비 같은 사회 복지 비용의 증가를 초래할 수 있다. 노년 인구에 대한 장기간의 재정 지원이 필요해지며, 이는 공공 부채 증가로 이어질 수 있다. 장수 인구가 증가함에 따라 건강 관리와 의료 산업에 대한 수요가 증가한다. 이는 건강 관리 시스템에 대한 투자와 혁신을 촉진할 수 있으며, 의료 기술과 서비스 분야의 성장을 이끌 수 있다. 더 오래 살게 되면서 노년층의 소비 패턴이 중요한 시장 요인으로 부상할 수 있다. 여가, 여행, 건강 관리 제품, 노후 생활 서비스 등에 대한 수요가 증가할 수 있다. 그러나 장수는 세대 간 경제적 자원의 재분배 문제를 야기할 수 있다. 부정적인 영향으로는 젊은 세대가 노년 세대를 위한 사회 보장 비용을 부담하게 되면서 세대 간 긴장이나 경제적 불균형이 발생할 수 있다. 이처럼 장수 인구가 경제 성장에 미치는 영향은 복잡하다. 한편으로는 경험 많은 노동 인력이 경제에 긍정적인 기여를 할 수 있지만, 다른 한편으로는 노령화로 인한 생산성 감소나 혁신의 둔화가 발생할 수도 있다. 인구의 장수는 경제에 여러 면에서 중요한 영향을 미치며, 이를 관리하기 위한 정책적 접근과 전략이 필요하다. 경제적 부담을 최소화하고 장수 인구의 긍정적인 기여를 극대화하기 위한 지속 가능한 사회 보장 체계와 건강 관리 시스템, 적절한 노동 시장 정책, 그리고 경제적 기회 창출이 중요하다.
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의사들이 밝히는 장수비결 6가지
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KIST, 표준 양자 한계 뛰어넘는 분산형 양자 센서 개발
- 한국과학기술연구원(KIST)은 16일 양자정보연구단 임향택 책임연구원 연구팀이 여러 공간에 분포된 다양한 물리량을 표준 양자 한계를 초과하는 정밀도로 측정할 수 있는 분산형 양자 센서 기술 개발에 성공했다고 밝혔다. KIST에 따르면 이 기술은 양자 중첩과 양자 얽힘과 같은 양자 현상을 활용하여, 서로 떨어진 위치에 있는 두 시계의 시각을 매우 정밀하게 측정할 수 있게 한다. 이번 연구는 중앙대학교, 한국표준과학연구원, 국방과학연구소, 그리고 미국의 오크리지 국립연구소와의 공동 연구로 진행되었으며, 그 결과는 지난 11일 국제학술지 '네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications)'에 게재됐다. 이 분산형 양자 센서는 서울과 부산 같이 물리적으로 떨어진 두 지점에 위치한 물리량을 얽힌 상태로 만들고, 두 물리량을 동시에 측정함으로써 전례 없는 높은 정확도를 달성한다. 이를 통해 고전 센서로는 달성하기 어려운 초정밀 측정이 가능해진다는 점에서 큰 의미를 가진다. 이러한 기술의 개발은 과학 및 기술 분야에서의 측정 정밀도를 획기적으로 향상시키고, 다양한 응용 분야에서의 새로운 가능성을 열 것으로 기대된다. 연구팀은 최근, 넓은 영역에 분산된 여러 변수들을 기존의 센서보다 높은 정밀도로 측정할 수 있는 분산형 양자 센싱 기술이 실제로 양자역학이 허용하는 최대 정밀도에 도달한다는 것을 실험적으로 증명했다. 연구팀은 양자 얽힘 상태인 벨 상태를 활용해 서로 멀리 떨어진 네 공간에 동시에 존재하는 중첩된 얽힘 상태를 구현했다. 이 연구에서 연구팀은 네 공간에 분산된 위상의 평균값을 동시에 측정했으며, 그 결과 고전적 한계를 뛰어넘는 2.2데시벨(㏈)의 감도를 달성했다고 밝혔다. 이는 기존의 고전적 센싱 방법들과 비교할 때 매우 높은 정밀도를 나타낸다. 더불어 연구팀은 측정 대상의 광자 수보다 적은 양의 자원을 사용하여도 분산형 양자 센싱 네트워크를 구축할 수 있는 방법을 제안하고, 이를 실험적으로 입증함으로써, 이 기술이 적은 자원으로도 효과적으로 활용될 수 있음을 보여주었다. 이러한 발견은 양자 센싱 기술의 실용적인 적용 범위를 넓히는 중요한 진전으로, 향후 다양한 분야에서의 응용 가능성을 열어줄 것으로 기대된다. 연구팀은 최근 개발한 분산형 양자 센싱 기술이 여러 위치에서 종합적인 정보 수집을 가능하게 함으로써, 떨어진 지역의 시각을 동기화하거나 초미세 암을 발견하는 등의 새로운 응용 분야를 개척할 수 있을 것으로 기대한다고 밝혔다. 이 기술은 멀리 떨어진 다양한 지점에서의 정보를 정확하게 수집하고 분석하는 데 큰 잠재력을 지니고 있다. 임향택 책임연구원은 "적은 자원을 사용해도 표준 양자 한계를 뛰어넘는 측정이 가능한 분산형 양자 센싱의 핵심 원천기술을 확보함으로써, 이를 실용적인 기술로 발전시키기를 기대한다"고 말했다.
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- IT/바이오
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KIST, 표준 양자 한계 뛰어넘는 분산형 양자 센서 개발
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파킨슨병, 단백질 응집체 분해 메커니즘 규명...치료제 개발 기대
- 독일 과학자들이 α-시누클레인 단백질의 분해 과정에 숨겨진 메커니즘을 발견함으로써 파킨슨병 치료에 새로운 가능성을 제시하고 있다. 독일에서는 약 20만 명이 파킨슨병을 앓고 있다. 이 병은 치매와 같이 퇴행성 신경 질환으로 분류되며, 현재까지는 완치가 어려운 것으로 알려져 있다. 그러나 최근 이루어진 과학적 진전은 파킨슨병을 이해하고 치료하는 데 있어 중요한 단계를 나타낸다고 볼 수 있다. 독일의 매체 24vita는 보흠 루르 대학교(Ruhr University Bochum·RUB)의 연구원들은 α-시누클레인 단백질이 분해되는 과정에서 중요한 메커니즘을 발견했다고 최근 보도했다. 파킨슨병의 주요 특징 중 하나는 특정 뇌 영역에서 단백질 응집체(주로 α-시누클레인 단백질로 구성)가 형성되는 것이다. 막스플랑크학회의 정보에 따르면, 인체 세포 내 노폐물을 처리하는 시스템에 결함이 발생하거나 과부하가 걸리면 이러한 응집체가 축적되기 시작한다. 이는 결국 신경 세포의 기능 상실과 사멸로 이어지며, 궁극적으로 파킨슨병을 유발한다. 학술지 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)에 실린 연구 보고서에 따르면, 콘스탄즈 윙클호퍼(Konstanze Winklhofer) 박사는 세포 내 단백질 분해 과정에 관여하는 유비퀴틴 분자 사슬의 존재를 밝혀냈다. 유비퀴틴이라는 작은 단백질이 특정 단백질에 부착되어 그것을 분해 대상으로 식별하는 데 중요한 역할을 한다는 것이다. 유비퀴틴은 76개 아미노산으로 구성된 단백질로, 세포 내에서 다양한 기능을 수행한다. 윙클호퍼 박사는 유비퀴틴 분자 사이의 연결 유형과 유비퀴틴 사슬의 길이 및 구조에 따라 세포의 폐기물 처리 시스템이 어떤 프로세스를 사용해야 할지 결정할 수 있다고 설명했다. 특히, 소위 선형 유비퀴틴 사슬은 신경세포 내 단백질 응집체에 풍부하게 존재하며, 이는 단백질 응집체의 독성을 줄이는 데 도움이 된다. 이러한 보호 메커니즘의 배경에는 과학자들이 밝혀낸 중요한 요소가 있다. 네모(NEMO) 단백질이 단백질 응집체에 존재하는 선형 유비퀴틴 사슬에 결합하여 α-시누클레인 단백질의 분해를 촉진하는 것으로 나타났다. 이러한 발견은 파킨슨병과 같은 신경퇴행성 질환의 치료법 개발에 중요한 단서를 제공할 수 있다. 연구팀에 따르면, 네모(NEMO) 단백질의 보호 효과는 자가포식(autophagy)이라는 세포의 폐기물 처리 과정을 억제함으로써 제한될 수 있다. 자가포식은 세포 내 노폐물과 손상된 구성 요소를 제거하는 중요한 기능을 한다. 연구원들은 네모 단백질이 자가포식 과정에 관여하는 다른 단백질과 상호 작용하는 것을 발견했다. 윙클호퍼 박사는 이번 연구가 미국의 한 신경과 전문의가 치료한 환자의 사례에서 출발했다고 밝혔다. 해당 환자는 40대 초반에 진행성 파킨슨병을 진단받았다. 유전자 검사 결과, 이 환자의 네모 유전자에는 희귀한 돌연변이가 존재했으며, 이 변이된 네모는 선형 유비퀴틴 사슬과 결합할 수 없었다. 결과적으로, 이 돌연변이로 인해 환자의 뇌에서 α-시누클레인 단백질 응집체의 현저한 침착이 관찰됐다. 연구에 따르면, 네모(NEMO) 단백질은 알츠하이머병에서 발생하는 것과 유사한 다른 형태의 단백질 응집체도 감지할 수 있는 능력을 가지고 있다. 윙클호퍼 박사는 "이 발견은 네모와 관련된 질병의 병리학적 과정을 설명하고, 단백질 응집체의 품질 관리에서 네모가 수행하는 일반적인 역할을 강화한다"고 말했다. 한편, α-시누클레인은 140개의 아미노산으로 구성된 작은 단백질로, 주로 뇌에서 발견되며 심장과 근육을 비롯한 다른 조직에서도 소량 발견된다. 특히 파킨슨병이나 치매 환자의 뇌에서는 루이 소체라고 불리는 특정 부위에 섬유소의 형태로 집중되어 나타난다. 이러한 특성 때문에 과학자들은 α-시누클레인과 퇴행성 신경 질환 간의 연관성에 대해 적극적으로 연구를 진행하고 있다. 이 연구는 파킨슨병, 알츠하이머병, 그리고 기타 신경퇴행성 질환의 이해와 치료법 개발에 중요한 기여를 할 수 있다.
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- 생활경제
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파킨슨병, 단백질 응집체 분해 메커니즘 규명...치료제 개발 기대
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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.
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암세포, 근적외선 분자에 99% 파괴
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2024년 표준주택 공시가격 0.57% 상승⋯역대 최저 변동률
- 전국 땅값과 단독주택 가격의 기준이 되는 표준지·표준주택 공시가격이 내년에 1% 안팎으로 오른다. 서울 중구 명동(충무로1가)에 위치한 '네이처리퍼블릭' 부지가 21년째 최고 땅값을 기록했다. 또 표준 단독주택 중에서는 이명희 신세계 회장의 서울 용산구 한남동 자택이 2016년 이후 9년 연속 공시가격 1위 자리를 유지했다. 국토교통부는 이같은 내용의 2024년 표준지·표준주택 공시가격을 20일 결정·공시했다. 지방자치단체는 이를 토대로 개별토지와 단독주택 공시가격을 정하게 된다. 내년도 공시가격은 지난달 21일 발표한 '부동산 공시가격 현실화 계획 재수립방안'에 따라 올해와 동일하게 현실화 계획 수립 이전인 2020년 수준의 현실화율을 적용해 산정했다. 내년도에 적용하는 현실화율(2020년 수준)은 표준지 65.5%, 표준주택 53.6%다. 단독주택 공시가격 현실화율은 지난 2022년 58.1%까지 올랐으나 올해는 53.6%로 낮췄고, 내년에도 같은 수준을 유지한다. 가파른 공시가격 인상으로 납세자들의 불만이 커지자 윤석열 정부가 작년부터 공시가격 현실화율을 2020년 수준으로 하향 조정한 데 따른 것이다. 내년도 표준주택 공시가격은 올해 대비 0.57% 상승하고, 표준지 공시가격은 1.1% 상승한다. 공시가격 현실화율을 낮춘 데다 부동산 시장의 변동성이 작았던 영향이다. 표준주택 25만가구(전국 공시대상 단독주택 409만가구)의 공시가격은 올해에 비해 전국 평균 0.57% 상승한다. 이는 주택공시제도가 도입된 지난 2005년 이래 가장 낮은 변동률(절대값 기준)이다. 서울의 공시가격 상승 폭(1.17%)이 가장 컸다. 경기(1.05%), 세종(0.91%), 광주(0.79%), 인천(0.58%), 대전(0.42%), 충북(0.31%), 경북(0.22%), 충남(0.19%) 등의 순으로 높았다. 반면 제주(-0.74%), 경남(-0.66%), 울산(-0.63%), 대구(-0.49%), 부산(-0.47%) 등은 하락했다. 전국 58만 필지에 대한 표준지 공시지가는 올해 대비 1.1% 상승한 것으로 나타났다. 이는 지난 10년간 가장 낮은 변동률(절대값 기준)이다. 제주(-0.45%)를 제외한 전 지역에서 표준지 공시가격이 상승했다. 세종(1.59%) 상승률이 가장 컸고 경기(1.35%), 대전(1.24%), 서울(1.21%), 광주(1.16%), 대구(1.04%) 순으로 상승 폭이 컸다. 표준지·표준주택 공시가격이 예년에 비해 낮은 편이긴 하지만 소폭 상승하면서 재산세과 종합부동산세 등 부동산 관련 보유세와 건강보험료 등이 소폭 오를 전망이다. 내년도 표준지 공시지가와 표준주택 공시가격은 '부동산 공시가격알리미'와 해당 표준지 및 표준주택이 소재한 시·군·구청 민원실에서 20일부터 열람할 수 있다. 소유자 및 지자체의 의견청취 절차가 마무리된 내년도 표준지 공시지가와 표준주택 공시가격은 중앙부동산가격공시위원회 심의를 거쳐 내년 1월 25일 공시할 예정이다. 한편 서울 중구 충무로1가 네이처리퍼블릭 부지(169.3㎡)의 ㎡당 공시지가가 1억7540만원으로 전국 표준지 중에서 가장 비싼 것으로 나타났다. 작년 1억7410만원에 비해서는 0.7%(130만원) 오른 것이다. 2위는 중구 명동2가 우리은행 명동지점(392.4㎡)으로 ㎡당 공시지가가 1억7400만원이었다. 3위인 중구 충무로2가의 옛 유니클로 부지(300.1㎡) 공시지가는 1억6530만원으로 집계됐다. 공시가격이 가장 비싼 표준주택은 9년째 이명희 신세계그룹 회장 자택인 것으로 나타났다. 내년 1월1일 기준 공시가격은 285억7000만원으로 올해 280억300만원에 비해 1.9% 오를 전망이다. 용산구 한남동에 위치한 이 회장의 단독주택은 연면적 2862㎡ 규모로, 지난 2016년 표준주택이 된 이래 9년 연속 최고가로 이름을 올렸다. 이어 이해욱 DL그룹 회장의 강남구 삼성동 단독주택이 186억5000만원으로 나타났다. 올해 182억원에 비해 2.5% 오르는 것이다.
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- 경제
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2024년 표준주택 공시가격 0.57% 상승⋯역대 최저 변동률
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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.
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- 산업
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뮌헨공대, 태양광 수소 생산 세계 최고…경제성 확보 과제
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전기화학 기술, 가축 분뇨에서 친환경 자원 생산
- 환경 오염을 주범으로 여겨지는 가축 분뇨에서 친환경적으로 전기를 생산하는 기술이 개발됐다. 매년 전 세계 축산농가에서 30억톤 이상의 동물 배설물이 발생하고 있다. 이는 미국 엠파이어 스테이트 빌딩 9000개 이상에 해당하는 양이다. 모든 분뇨는 수질을 악화시키며 유독한 연기와 온실가스를 방출한다. 그러나 저렴한 전기를 이용해 동물 배설물을 재활용하고 귀중한 화학물질을 회수할 수 있는 기술이 개발돼 환경 오염을 크게 줄일 수 있을 것으로 기대된다. 학술지 '사이언스 어드밴스(Science Advances)'에서는 '네이처 서스테이너빌리티(Nature Sustainability)'에 발표된 연구를 소개했다. 이 연구는 전기를 이용하여 동물 배설물에서 유기 영양소를 분해하고, 동시에 가치 있는 화학물질을 회수하는 새로운 방법을 제시한다. 초기 예측에 따르면, 이 방법으로 얻어지는 화학물질의 경제적 가치가 기술 구현 비용을 상회할 것으로 예상된다. 이는 농부들에게 수익성이 높은 선택지가 될 수 있음을 시사한다. 클락슨 대학의 김태영 화학자는 이번 연구에는 참여하지 않았지만 "풍력, 태양열 발전소에서 발생하는 값싸고 재생가능한 전기를 결합하면 거름이 풍부한 시골 농업 지역에서도 찬환경 전기가 생산될 수 있다"고 말했다. 많은 축산업자들은 이미 동물 배설물을 재활용하기 위해 노력하고 있다. 이들은 배설물을 분뇨 라군(연못)에 저장하여, 바닥에 침전된 암모니아가 풍부한 고형물을 준설하여 비료로 재사용한다. 또한, 남은 유기 화합물을 미생물이 메탄으로 분해하게 하여 이를 수집, 태워 전기를 생산할 수 있다. 이러한 방식은 지속 가능한 에너지와 농업 사이의 상호 작용을 보여주는 예이다. 그럼에도 불구하고, 엄청난 양의 암모니아와 기타 화합물이 자연환경으로 방출되어 해조류가 번성하고 물고기가 죽게 되는 환경오염이 발생한다. 이에 최근 몇 년 동안 몇몇 연구팀에서는 분뇨 라군에서 암모니아와 기타 귀중한 화학물질을 포착하기 위한 전기화학적 방법을 탐색하기 시작했다. 예를 들어, 2021년 실험실 연구에서 김태영 교수와 그의 동료들은 전류를 사용해 막을 통해 양으로 하전된 암모늄 이온을 유도하여 비료 전구체를 농축하고 쉽게 복구할 수 있는 배터리 유형 설정을 보고했다. 그러나 멤브레인(두께가 얇은 막) 설정은 운영하기 어렵고 확장하는 데 비용이 많이 들 수 있다. 위스콘신 매디슨 대학교 환경 엔지니어인 모한 킨(Mohan Qin)과 동료 송진이 이끄는 연구팀은 2단계 접근 방식을 채택해 멤브레인을 없앨 수 있는 가능성을 확인했다. 두 단계 모두 KNiHCF(칼륨·니켈·헥사시아노철산염)라는 배터리 전극 재료를 사용한다. KNiHCF는 이온이 들어오고 나갈 수 있는 간격이 있는 층 구조를 가지고 있다. 연구원들은 KNiHCF의 층 간격이 나트륨이나 칼슘과 같이 분뇨에서 일반적이지만 가치는 떨어지는 이온 대신 암모늄 및 칼륨 이온을 끌어들이는 데 이상적이라는 것을 발견했다. 연구진은 이후 이온으로 채워진 KNiHCF 전극을 폐수 용액에서 제거하고, 이를 이온 전도성 전해질을 첨가한 깨끗한 물이 담긴 두 번째 용기에 두 번째 전극과 함께 배치했다. 전압을 가하면 전자가 두 번째 전극으로 흘러 들어갔고, 이로 인해 KNiHCF 전극에서 양전하를 띤 암모늄 및 칼륨 이온을 용액으로 끌어당겨 농축하고 쉽게 복구할 수 있는 음전하가 생성됐다. 이 설정에는 보너스가 있다. 두 번째 전극의 음전하는 용액의 물과 산소를 유발하여 수소 가스나 과산화수소로 반응했는데, 두 가지 모두 회수된 암모니아 및 칼륨과 함께 판매될 수 있는 귀중한 화학물질이다. 연구팀은 KNiHCF 전극은 반복적으로 사용하면 성능이 저하되는데, 이 문제는 이미 해결 방안을 찾았다고 밝혔다. 연구원들은 또한 1000마리의 젖소가 있는 낙농장의 폐기물을 확장하고 관리하기 위한 설정의 잠재력을 평가하기 위한 분석을 수행했다. 그들은 전기 가격이 미국 평균인 킬로와트시(kWh)당 약 0.08달러(약 100원)로 책정될 경우 해당 운영에서 연간 최대 20만달러(약 2억6320만원)의 이익을 창출할 수 있을 만큼 귀중한 화학 물질을 생성할 수 있다는 사실을 발견했다. 송진 연구원은 재생 가능 전력이 일부 농촌 지역의 전기 비용을 2030년까지 kWh당 약 0.03달러(약 39원)로 낮출 수 있을 것으로 예상했다. 풍력이나 태양열 발전소는 종종 전력망이 처리할 수 있는 것보다 더 많은 전기를 생산하므로 엔지니어는 전력을 버리거나 터빈을 꺼야 했다. 이에 송진은 "풍력, 태양광과 결합할 수 있다면, 가격이 저렴할 때만 전기를 사용하도록 설계할 수 있다"고 말했다. 모한 킨은 "전체 공정이 얼마나 효율적인지 고려할 때, 전기화학적 처리는 거름에 있는 암모니아의 거의 70%를 포착하고 비슷한 양만큼 농장에서 배출되는 암모니아를 줄일 수 있다"며 "이것은 오래된 (가축 분뇨)문제를 처리하는 매우 간단하고 효율적인 방법"이라고 주장했다.
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전기화학 기술, 가축 분뇨에서 친환경 자원 생산
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콜레스테롤 55%↓ 유전자 편집 치료제, 사망자 발생
- 유전자 편집 치료제가 콜레스테롤 수치를 55%나 낮췄으나 사망자가 발생해 안전성 문제가 제기됐다. 과학 전문 매체 네오스코프(NEOSCOPE)는 최근 과학 저널 '네이처'를 인용해 연구진이 실험적인 유전자 편집 치료법을 통해 인간 피험자의 나쁜 콜레스테롤 수치를 극적으로 낮추는 데 성공했다고 발표했으나 이 치료법을 시험한 피험자 중 한 명이 사망하면서 안전성에 대한 우려가 나타났다고 보도했다. 임상시험에서는 선천적으로 저밀도 지단백(LDL), 즉 나쁜 콜레스테롤 수치가 높은 10명의 피험자를 대상으로 염기 편집 기술을 활용한 유전자 편집 치료제인 VERVE-101을 투여했다. 이 치료법은 간에서 발견되며 LDL 콜레스테롤 수치를 조절하는 PCSK9 단백질의 유전자를 차단하는 방식으로 작동한다. LDL 수치가 높으면 관상동맥 심장 질환과 같은 심각한 건강 문제를 유발할 수 있는 위험 요소로 알려져 있다. 염기 편집 기술, 특히 '크리스퍼(CRISPR)'를 이용한 방식은 세균이 외부 유전자로부터 자신을 보호하기 위해 사용하는 자연적인 방어 시스템을 기반으로 한다. 이 시스템은 DNA 내에 특정 염기 서열과 일치하는 DNA 절단효소를 결합하여 DNA를 절단하는 방식으로 작동한다. 절단된 후, 세포의 DNA 복구 시스템이 활동하여 절단된 부분을 복구하면서, 연구자들이 원하는 새로운 염기 서열로 교체된다. 임상 실험 결과, 피험자들에게 VERVE-101 치료제를 투여한 후 28일이 지난 시점에서 LDL(나쁜 콜레스테롤) 수치가 평균 55% 감소하는 등의 놀라운 효과가 나타났다. 실험에 앞서 피험자들의 평균 LDL 수치는 193mg/dL로, 의학적으로 권장되는 100mg/dL을 크게 초과하는 매우 높은 수치였다. 치료제 주사 6개월 후에도, 고용량의 VERVE-101을 투여받은 참가자들의 LDL 수치는 지속적으로 낮은 상태를 유지했다. 이는 VERVE-101이 장기간 LDL 수치를 효과적으로 낮출 수 있는 가능성을 시사하는 결과로, 심혈관 질환의 예방과 관리에 중요한 영향을 미칠 수 있는 중대한 발견이다. 피츠버그 대학의 심장 전문가인 리투 탐만(Ritu Thamman) 박사는 VERVE 101의 유전자 편집 기술이 기존의 스타틴 치료법에 비해 더 효과적일 수 있다고 언급했다. 탐만 박사는 이번 임상시험에 직접 참여하지는 않았지만, 유전자 편집 기술이 기존의 치료법과 비교하여 혁신적인 가능성을 가질 수 있다고 강조했다. 이 연구는 유전자 편집 기술이 콜레스테롤 수치를 낮추는 데 있어 새로운 효과적인 방법을 제공할 수 있음을 보여준다. 그러나, 임상 시험 참가자들 중 일부는 치료 후 독감과 유사한 증상으로 오한, 발열, 두통을 겪었으며, 간 효소 수치가 일시적으로 증가하는 부작용을 경험했다. 임상시험 결과, 10명의 참가자 중 1명은 투여 후 약 5주 만에, 또 다른 피험자는 투여 후 단 하루 만에 심장마비로 사망하는 사건이 발생했다. 이와 관련하여, '네이처(Nature)'는 제3자 전문가들로 구성된 안전성 패널이 이 두 건의 사망 사례가 VERVE-101 치료제 때문이 아니라, 피험자들이 이미 앓고 있던 진행성 심장병 상태 때문이라고 전했다. 이러한 사건은 임상시험의 복잡성을 보여주며, 피험자의 건강 상태와 같은 다양한 요인을 고려해야 할 필요성을 강조한다. 또한 새로운 치료법의 안전성과 효과성을 평가할 때 주의 깊은 접근이 필요함을 나타낸다. 한편, 네이처에 따르면 매사추세츠주 보스턴의 생명공학 기업 버브 테라퓨틱스(Verve Therapeutics)는 2025년 VERVE-101의 임상 2상을 시작할 예정이다.
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- IT/바이오
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콜레스테롤 55%↓ 유전자 편집 치료제, 사망자 발생
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ETH 취리히, 뼈·인대·힘줄 로봇 손 3D 프린팅 성공
- 스위스의 한 공과대학에서 3D 프린팅을 통해 뼈와 인대 등을 갖춘 로봇 손을 제작했다. 연구원들이 처음으로 뼈, 인대, 힘줄이 있는 로봇 손을 인쇄하는 데 성공했으며 이를 이용하면 부드러운 재료와 단단한 재료를 결합하는 것이 훨씬 쉬워진다고 미국 IT매체 엔가젯(Engadget)이 최근 보도했다. 스위스 취리히 연방공과대학(ETH 취리히)의 연구원들은 잉크빗(Inkbit)이라는 미국 기반 스타트업과 함께 사람의 손과 유사한 로봇 손을 3D 프린팅했다. 그들은 처음으로 뼈, 인대, 힘줄을 갖춘 로봇 손을 프린트했는데, 이는 3D 프린팅 기술의 큰 도약을 의미한다는 것이 엔가젯의 설명이다. 연구 성과가 게재된 '네이처(Nature)' 저널에 따르면 로봇 손의 뼈와 힘줄 등 여러 부분이 동시에 인쇄됐으며 나중에 별도로 조립되지 않았다는 점에 주목해야 한다. 로봇 손의 각 부품은 다양한 부드러움과 강성을 지닌 폴리머로 제작되었으며, 이는 새로운 레이저 스캐닝 기술을 통해 가능했다. 이 기술은 '탄성을 지닌 특수 플라스틱'을 한 번에 만들 수 있으며, 이를 통해 보다 복잡하고 세밀한 구조를 구현할 수 있다. 이러한 기술적 진보는 보철 분야와 소프트 로봇 구조의 생산에 큰 가능성을 열어준다. 기존에는 빠르게 경화되는 플라스틱에 주로 사용되었던 3D 프린팅 기술을, 잉크빗 연구원들은 느린 경화 플라스틱에도 적용할 수 있는 방법을 개발했다. 이 하이브리드 프린팅 방법은 내구성과 탄성을 개선하는 등 여러 장점을 제공한다. 이 기술을 통해 자연을 보다 정확하게 모방하는 것이 가능해져, 로봇 공학 및 의료 분야에서의 적용 가능성이 크게 확대될 것으로 예상된다. ETH 취리히의 로봇공학 교수인 로버트 카츠슈만(Robert Katzschmann)은 최근 그들이 개발한 부드러운 소재로 만들어진 로봇 손의 장점에 대해 설명했다. 그는 "우리가 개발한 부드러운 소재로 만들어진 로봇은 인간과 작업할 때 부상 위험이 적고 깨지기 쉬운 물건을 다루는 데 더 적합하다"고 말했다. 이러한 3D 프린팅 기술의 발전은 여전히 레이어별로 인쇄되는 기존의 방식을 따르지만, 통합 스캐너를 사용하여 프린팅 중 표면의 이상 여부를 지속적으로 확인하고, 시스템에 다음 재료 유형으로 이동하라고 지시한다. 또한, 느린 경화 폴리머 사용을 위해 압출기와 스크레이퍼가 업데이트됐다. 이 기술은 다양한 산업에 적합한 독특한 물체를 만들기 위해 강성을 미세 조정하는 데 사용될 수 있다. 인간의 손과 같은 부속물을 만드는 것은 이 기술의 하나의 사용 사례에 불과하며, 소음과 진동을 흡수하는 제조 물체를 만드는 데도 이 기술이 활용될 수 있다. 이러한 발전은 로봇공학, 의료 기술, 제조업 등 다양한 분야에서 혁신적인 솔루션을 제공할 잠재력을 가지고 있다. MIT 산하 스타트업 잉크빗은 이 혁신적인 3D 프린팅 기술 개발에 기여했다. 이 회사는 이미 이를 활용해 수익을 창출할 방법을 모색하기 시작했다. 회사는 곧 새로 개발된 프린터를 제조업체에 판매할 계획이며, 또한 이 기술을 이용한 복잡한 3D 프린팅 제품들을 소규모 기업에게도 판매할 예정이다. 이는 잉크빗이 제조업계에 새로운 기술을 제공하고, 다양한 시장에 진출하려는 전략의 일환으로 보인다. 한편, 3D 프린트 제조업체인 3D시스템즈에 따르면, 3D 프린팅 기술을 사용해 실리콘을 제작하는 것은 기존 사출 성형에 비해 최대 90% 정도 더 빠르고, 엄청난 비용과 시간을 절약할 수 있다. 의료 분야에서 3D 프린팅의 도입은 진단, 치료, 외과적 개입 방식에 혁신을 가져오고 있다. 특히 맞춤형 임플란트와 보철 영역에서의 응용은 3D 프린팅 기술의 가장 유망한 사용 사례 중 하나로 평가된다. 이 기술을 통해 개별 환자에게 최적화된 맞춤형 관절 임플란트, 복잡하게 설계된 의족 등을 제작함으로써 환자의 삶의 질을 크게 향상시킬 수 있다. 또한, 의료 기기와 수술 도구를 주문 제작할 수 있어 의료 공급자는 리드 시간과 비용을 줄이고 환자의 요구에 신속하게 대응할 수 있다. 이러한 다양한 접근 방식으로 인해 의료용 3D 프린팅의 가능성은 점점 더 현실화되고 있다. 이는 의료 분야에서의 혁신과 질적 향상을 이끌고 있으며, 향후에도 더 많은 발전이 기대된다.
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ETH 취리히, 뼈·인대·힘줄 로봇 손 3D 프린팅 성공
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美 MIT, 연필심 흑연에서 5층 능면체 적층 그래핀 개발
- 미국 MIT의 물리학자들이 연필심에 사용되는 흑연, 즉 그래파이트에서 새로운 형태의 그래핀을 개발했다는 소식이 전해졌다. 이 그래핀은 흑연의 5층 능면체 구조를 적층하여 제작됐다. 흑연은 탄소로 구성된 광물로, 연필심의 주요 성분이다. MIT 뉴스에 따르면, 연구팀은 5개의 얇은 층을 특정 순서대로 쌓아 천연 흑연에서 볼 수 없었던 중요한 세 가지 특성을 지닌 새로운 재료를 만들어냈다. 이 연구를 이끈 물리학과 롱 주(Long Ju) 조교수는 "자연에는 놀라움이 많고, 특히 흑연에 많은 흥미로운 특성이 내장되어 있음을 발견했다"며, 이러한 다양한 특성을 지닌 재료를 찾는 것이 매우 드물다고 강조했다. 이 연구는 '네이처 나노테크놀러지(Nature Nanotechnology)'에 게재됐다. 5층 능면체 적층 그래핀 개발 흑연은 그래핀으로 구성되는데, 그래핀은 벌집 구조와 유사한 육각형 형태로 배열된 단일 탄소 원자 층이다. 그래핀은 약 20년 전 처음 분리된 이후로 집중적인 연구 대상이 되었다. 대략 5년 전, MIT 팀을 포함한 연구자들은 그래핀 시트를 쌓고 서로 약간 비틀면 재료에 초전도성에서 자성에 이르기까지 새로운 특성을 부여할 수 있다는 것을 발견했다. 이러한 발견으로 '트위스트로닉스'라는 분야가 생겨났는데, 이는 2차원 격자 구조를 다양한 방식으로 겹쳐 나타나는 성질을 연구하는 것이다. 롱 주 조교수는 이번 그래핀 연구에서 "전혀 뒤틀림이 없는 특별한 특성을 발견했다"고 말했다. 그와 동료들은 특정 순서로 배열된 5개의 그래핀 층이 전자들이 물질 내에서 서로 상호작용할 수 있도록 하는 것을 발견한 것. 이러한 현상은 '전자 상관관계'라고 알려져 있으며, 주 연구원은 이를 "이러한 모든 새로운 특성을 가능하게 하는 마법"이라고 표현했다. 벌크 흑연과 단일 시트의 그래핀은 이미 우수한 전기 전도체로 알려져 있지만, 이것이 전부는 아니다. 주의 연구팀이 분리한 '5층 능면체 적층 그래핀'이라 불리는 새로운 물질은 단순한 부품의 합보다 훨씬 더 큰 성질을 나타낸다. 이 물질을 분리하는 데 핵심적인 역할을 한 것은 나노스케일에서 중요한 특성을 빠르고 비교적 저렴하게 파악할 수 있는 2021년 MIT에서 주 연구원이 개발한 새로운 현미경 덕분이었다. 5층 능면체 적층 그래핀의 두께는 수십억 분의 1미터에 불과하다. '산란형 주사형 근접장 광학 현미경(s-SNOM)'으로 알려진 주 연구원이 개발한 현미경을 통해 과학자들은 특정한 능면체 적층 순서에서 5층 그래핀만을 식별하고 분리할 수 있었다. 주 연구원을 포함한 과학자들은 '능면체 적층'이라는 매우 정밀한 순서로 쌓인 다층 그래핀을 연구하고 있었다. 주는 "5개 레이어(층)로 이루어진 구조에서는 10개 이상의 적층 순서가 가능하며, 능면체 적층은 그 중 하나"라고 설명했다. 연구팀은 이 5층 능면체 적층 그래핀을 질화붕소로 만든 '빵'으로 둘러싼 '샌드위치' 구조에 전극을 부착했다고 이해하기 쉽게 설명했다. 이를 통해 다양한 전압과 전류를 사용하여 시스템을 조절할 수 있었으며, 그 결과 전자의 수에 따라 세 가지 다른 현상이 나타나는 것을 발견했다. 이들은 이 물질이 절연성, 자성 또는 위상학적 성질을 보일 수 있다는 것을 발견했다. 위상학적 물질(토폴로지, topology)은 물질의 가장자리를 따라 전자가 방해받지 않고 움직일 수 있지만, 중앙을 통과하는 것은 허용하지 않는 특성을 갖는다. 위상학적 물질에서 전자는 중심부를 구성하는 중앙 분리대에 의해 분리되며, 물질의 가장자리를 따라 고속도로처럼 한 방향으로 이동한다. 이로 인해 위상학적 물질의 가장자리는 완벽한 도체 역할을 하고, 중심부는 절연체가 된다. 주와 그의 연구팀은 이 연구를 통해 "강력하게 상관된 위상물리학의 새로운 가능성을 탐구하기 위한 고도로 조정 가능한 플랫폼으로서 능면체 적층 다층 그래핀을 확립했다"고 결론지었다. 이는 위상물리학 분야에서 새로운 연구 방향을 제시하는 중요한 발견으로 여겨진다. 카이스트, '납작한 벨트형 그래핀 섬유' 개발 한편, 한국의 카이스트(KAIST) 신소재공학과 김상욱 교수 연구팀은 지난 6월 그래핀의 기존 응용범위와 한계를 뛰어넘는 새로운 형태의 그래핀 섬유를 개발하는데 성공했다. 이 새로운 기술은 값싼 흑연을 사용하여 용액 공정을 통해 쉽게 얻을 수 있으며, 기존의 탄소섬유보다 저렴하면서도 유연성과 같은 차별화된 물리적 특성을 지니고 있어 경제적인 장점도 갖추고 있다. 그래핀(Graphene)은 탄소 원자가 벌집 모양으로 이뤄진 2차원 물질(원자만큼 얇은 물질)이다. 이론적으로 강철보다 100배 강하고 열·전기 전도성이 뛰어나기 때문에 꿈의 신소재로 불린다. 김상욱 연구팀의 이번 성과가 높게 평가받는 이유는 100% 그래핀으로 이뤄진 섬유가 만들어지는 과정에서 스스로 납작해져서 벨트와 같은 단면을 형성하는 현상을 세계 최초로 발견했다는 점이다. 이 납작한 벨트형 그래핀 섬유는 내부에 적층된 그래핀의 배열이 우수해 섬유의 기계적 강도와 전기전도성이 크게 향상됐다는 평가다. 연구 결과, 이 섬유는 원형 단면을 갖는 일반 섬유에 비해 기계적 강도가 약 3.2배(320%), 전기전도성이 약 1.5배(152%) 향상된 것으로 나타났다. 해당 연구 논문은 그 성과를 인정받아 'ACS 센트럴 사이언스'의 7월호 표지에 게재됐다.
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美 MIT, 연필심 흑연에서 5층 능면체 적층 그래핀 개발
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