[파이낸셜뉴스] 한국전자통신연구원(ETRI) 송동훈 박사팀이 형광물질이나 조영제 없이도 암이나 종양을 조기진단할 수 있는 레이저 현미경을 개발했다. 이 현미경은 반도체 다이오드와 레이저를 결합해 실시간으로 세포 속 물질을 들여다 볼 수 있다. 송동훈 박사는 19일 "부품을 최소화하고 핵심 기술을 국산화해 외국산 현미경 가격보다 10분의 1 수준으로 낮출 수 있다"고 말했다. 연구진은 현미경이 상용제품으로 개발될 경우 노트북 2배 수준의 크기가 될 것으로 보고 있다. 또한 이 영상기술을 내시경으로도 전환하기 위해 준비중이다. 현재 빠른 기술사업화를 위해 연구소기업 '블루타일랩'에 기술 출자를 진행했다. 충남대병원 병리과 여민경 교수도 "이 기술은 종양의 조기진단 뿐만아니라, 질환의 원인 분석, 신약 분석 등 다양한 의료현장에 활용돼 미래 의료서비스의 질을 높일 수 있을 것"이라고 전망했다. 이 현미경에 적용된 실시간 '라만 분자 진동 영상기술(CARS·카스)'은 들여다보고자 하는 물질에 서로 다른 두개의 레이저 빛을 쪼여 찾고 있는 분자의 빛 주파수 차이를 볼 수 있는 기술을 말한다. 그동안 암을 비롯한 각종 질병 진단을 위한 CT와 MRI는 비정상적 병변조직이 발병된 이후에 활용했다. 이 카스(CARS) 현미경은 암이 발생하기 이전에 조기진단이 가능하다. 또 형광물질 염색 없이도 세포조직 내 암으로 발전할 특정물질의 분자 상태를 영상으로 볼 수 있다. 즉, 이 기술이 적용된 현미경으로 샘플을 관찰하면 정상조직인지 암조직인지 쉽게 알 수 있다. 외국산 CARS 현미경은 성능이 뛰어나지만 두 대의 레이저로 구성돼 가격이 10억원을 넘고 크기도 책상 두개정도다. 반면, 연구진이 개발한 현미경은 수백만 원대의 레이저 기술 개발로 상용화 가격을 10% 이내로 낮추고 레이저도 한 대로 해결해 크기를 기존 절반 이하로 줄였다. 연구진은 "현재 상용화 개발중에 있으며, 노트북 두 배 정도의 크기로 줄일 수 있다"고 설명했다. 또한 영상 해석 속도도 외국산 장비보다 빠르다. 1024 x 1024 픽셀 해상도에서 초당 7.5프레임 스캔 속도를 내 외산기술의 512 x 512 픽셀, 초당 2∼3 프레임보다 4배 더 높은 해상도와 최대 4배 가까이 영상해석이 빠르다. 즉, 1초에 7.5장의 영상송출이 가능해 실시간 샘플을 즉시 볼 수 있고 끊김 없는 영상분석이 가능한 수준이다.  monarch@fnnews.com 김만기 기자

[파이낸셜뉴스] 한국기초과학지원연구원(KBSI) 서울센터 이한주 박사팀이 세계 최초로 형광 염색 없이도 체내에 흡수된 미세플라스틱을 실시간으로 추적하고 관찰할 수 있는 레이저 이미징 기술을 개발했다. 이 기술은 기존 이미징 기술보다도 속도가 50배 이상 빨라 미세플라스틱의 움직임을 수십초 간격으로 관찰할 수 있다. 이번에 개발한 기술은 미세플라스틱과 세포 소기관의 생체 움직임을 동시에 볼 수 있다. 연구진은 생활환경에 노출된 미세플라스틱의 오염실태나 인체 유해성을 밝혀내는데 도움이 될 것이라고 설명했다. 이한주 박사는 3일 "이번 연구는 생체 내 미세플라스틱 분석을 통해 무염색 레이저 이미징의 효용성을 보여준 결과"라고 설명했다. 그러면서 "기술을 좀 더 발전시키면 식품, 화장품, 세척제 등 생활 소비재의 유해물질 안전성 평가에도 유용하게 쓰일 것"이라고 말했다. 이번 기술개발은 이한주 박사팀과 한국생산기술연구원 청정기술연구소, ㈜유니오텍 최대식 박사팀, 기초과학연구원(IBS) 분자 분광학 및 동력학 연구단, 고려대 화학과 조민행 교수팀이 함께 했다. 지금까지 미세플라스틱과 생체기관에 서로 다른 형광물질을 염색해 관찰하는 방법을 주로 사용해왔다. 형광염색 관찰법은 형광물질의 광 탈색으로 장시간 측정이 어렵고, 환경에 노출된 미세플라스틱은 인위적인 염색을 하지 못한다. 형광물질 자체가 독성을 지닐 수도 있어 미세플라스틱의 독성을 밝혀내는데 한계가 있다. 공동연구진은 물질의 고유 진동에너지를 이용해 서로 다른 화학성분의 미세입자를 동시에 영상화할 수 있는 다색 '결맞음 반스톡스 라만 산란(CARS)' 이미징 기술을 개발했다. CARS 이미징 기술은 20여 년 전 개발돼 다양한 분야에 활용돼 왔지만, 속도가 느려 종류가 다른 미세입자의 움직임을 동시에 관찰할 수 없었다. 이번에 개발한 기술은 레이저 스캐닝 방식을 다색 CARS 이미징 기술에 접목시켜 이미징 속도를 기존보다 50배 이상 높였다. 그 결과, 살아있는 세포에 흡수된 미세플라스틱과 세포 소기관의 생체 움직임을 수십 초 간격으로 관찰할 수 있었다. 공동연구진은 무염색 상태의 2㎛ 폴리스티렌 미세플라스틱을 살아있는 인간 골세포에 넣은 뒤, 다색 CARS 현미경을 이용해 미세플라스틱 입자와 세포 소기관의 하나인 지질방울의 실시간 움직임을 관찰했다. 관찰한 결과, 크기와 모양이 비슷해 일반 광학현미경으로 식별이 힘든 미세플라스틱와 지질방울 입자를 명확히 구분됐다. 또한 속도분포 측정을 통해 생체 운동성 분석도 가능했다. 또 세포가 아닌 선충에서도 미세플라스틱의 생체 분포와 축적 상태를 관찰했다. 2㎛ 폴리스티렌 미세플라스틱은 조직 침투 흔적 없이 선충의 위장 관 통로에 주로 축적된 반면, 관의 바깥 조직에는 대부분 지질 저장소가 넓게 분포돼 있는 것을 알 수 있었다. 연구진은 "크기와 모양이 유사한 두 물질이 공존하는 상황에서 미세플라스틱의 조직 침투여부를 정확하게 판단할 수 있었다"고 설명했다. 이번 연구결과는 세계적 권위의 환경과학 분야 학술지인 '환경 과학과 기술(Environmental Science & Technology)'에 지난 1일 발표했다.  monarch@fnnews.com 김만기 기자

[파이낸셜뉴스] 국내 연구진이 미세한 신경전달물질을 형광 표지 없이도 정확하게 분석할 수 있는 기술을 개발했다. 세계최초로 이동통신에 사용되는 코드분할다중접속(CDMA)을 적용해 분자물질의 종류를 알아냈다. 이 기술을 이용해 알츠하이머병이나 파킨슨병 같은 신경질환을 조기에 진단할 수 있을 것으로 연구진은 전망했다. 한국과학기술원(KAIST) 바이오및뇌공학과 정기훈 교수팀이 디지털 코드 라만 분광 기술을 세계 최초로 개발했다. 정기훈 교수팀은 생체 분자의 광학 검출의 기술적 장벽인 신호대잡음비를 1000배 이상, 검출한계를 기존 대비 10억배인 아토몰(100경 분의 1mole) 단위까지 향상시켰다. 연구진은 이 기술이 바이오 이미징, 현미경, 바이오 마커 센서, 약물 모니터링, 암 조직 검사 등의 다양한 분야에 활용될 수 있다고 설명했다. 분자물질을 알아내는 방법인 라만 분광법은 특정 분자에 레이저를 쏴 그 분자의 전자 에너지값 차이만큼 에너지를 흡수하는 현상을 이용한다. 연구진이 개발한 대역확산 라만 분광 기술은 물질의 고유진동 지문을 측정하는 성분 분석과 전처리가 필요하지 않다는 라만 분광 기술의 장점을 그대로 유지했다. 이를 통해 기존 기술의 한계를 극복했다. 정기훈 교수는 "이번 결과를 바탕으로 향후 휴대용으로 소형화를 진행하면 낮은 비용으로 무표지 초고감도 생체 분자 분석 및 신속한 현장 진단이 가능해질 것"이라고 설명했다. 또한 "신경전달물질 뿐만아니라 다양한 생화합물 검출, 바이러스 검출, 신약평가분야에 크게 활용될수 있을 것"이라고도 말했다. 뇌세포와 관련된 신경질환에는 알츠하이머병, 파킨슨병, 우울증 등이 있다.이런 신경질환은 뇌세포에서 만들어지는 신경전달물질이 적절히 분비되지 않거나 불균형으로 분비돼 발생하는 질병이다. 신경 질환의 조기 진단을 위해서는 지속적인 신경전달물질 농도 변화를 모니터링하는 것이 중요하다. 연구진은 대역확산 라만분광기술로 1mM 농도의 도파민, 세로토닌, 아세틸콜린, 가바, 글루타메이트 5종의 신경전달물질을 별도의 표지없이 검출했다. 이는 기존 라만분광기술에 비해 1000배 이상 신호대잡음비가 증가한 것이다. 또 신경전달물질의 농도를 1mM(1000분의 1 몰)에서 아토몰까지 변화시켜가며 신경전달물질의 라만 스펙트럼을 측정했다. 그결과 5종의 신경전달물질의 검출한계가 아토몰(aM) 수준임을 확인, 신경질환 조기진단이 가능함을 보였다. 이번 연구는 KAIST 바이오및뇌공학과 이원경 박사과정이 제 1저자로 참여해 세계적 권위의 과학전문지 '네이처'의 자매지인 '네이처 커뮤니케이션스'에 8일자 온라인판에 발표됐다.  monarch@fnnews.com 김만기 기자

국내 연구진이 낯선 폐로(閉爐)속 세계의 비밀을 풀어내 학계의 주목을 받고 있다. 한국원자력연구원 방사화학연구실 임상호·이정묵 박사팀은 이 달 중순, 원자력 연구 분야의 최상위 논문인 ‘인터내셔널 저널 오브 에너지 리서치’를 통해 우라늄과 지르코늄의 합성 산화물을 이용한 폐 원자로 속 금속 용융물의 특정 구조 규명에 성공했음을 알렸다. 연세대 멀티스케일 전산연구실 한병찬 교수팀과 공동으로 진행한 이번 연구는 국내 방사화학분야의 권위를 자랑하는 연구 기관과 대학교 간의 협력으로도 관심을 받았다. 현재 폐로 상태인 후쿠시마 사고 원전의 후속 조치와 맞물려, 가동 후 원전의 안전한 해체가 원자력 산업 시장의 새로운 화두로 떠오른 가운데, 임 박사팀의 연구성과는 폐 원자로의 유해성에 대한 정확한 정보를 제공해 줄 것으로 평가받는다. 원전 가동으로 발생하는 고온의 열에 의해 원자로를 구성하는 핵연료와 피복관, 금속 구조재 간에는 용융현상이 발생한다. 이같은 용융현상에 따라 수명이 다한 원자로 내벽에는 다수의 금속 용융물이 남게 된다. 따라서 원자로의 해체에 앞서 이들 금속 용융물의 특성을 정확히 파악하는 것은 곧 안전한 해체 공정의 출발점이라 할 수 있다. 논문에 게재된 연구 성과의 핵심은 용융물에 대한 ‘새로운 분석 방법론에 따른 구조 규명’이다. 임 박사팀은 원자로 내 금속 용융물과 동일한 물성을 지닌 우라늄-지르코늄 산화물을 대상으로 라만분광법을 적용, 산화물의 특정 구조를 처음으로 확인했다. 이 같은 발견은 또한 특정 구조가 지르코늄 원자 1개 당 8개의 산소 원자가 콤플렉스 형태로 결합된 것임을 규명한 연세대학교 측의 후속 연구 성과로도 이어졌다. 라만분광법은 빛이 사물을 통과하는 과정에서 빛의 일부가 정상적인 진행 방향에서 이탈해 다른 방향으로 진행하는 이른바 ‘라만 산란 현상’의 원리를 이용, 분광기의 레이저를 물질을 이루는 분자에 조사해 산란된 빛의 진동 스펙트럼을 측정함으로써 분자의 세부적인 구조를 연구하는 기법이다. 이번 용융물에 대한 새로운 분석 방법론의 성과는 중대사고 발생 원전의 원자로 속 환경에 대한 귀중한 정보제공의 단초가 될 전망이다. 임상호 박사는 “아직까지 중대사고 원자로에 생성되는 용융물에 대한 기초 정보가 부족한 가운데, 이번 연구를 통해 전 세계적으로 후속 조치를 논의 중인 후쿠시마 원전을 비롯한 중대사고 원자로 용융물 케이스에 대한 정보 획득의 전기를 마련하게 되었다”고 말했다. 이 연구 결과는 원자력분야 최고 학술지인 ‘인터내셔널 저널 오브 에너지 리서치 (International Journal of Energy Research)’의 지난 6월 25일자 43권 8호(Volume 28, Issue 8)에 표지논문으로 게재됐다.  seokjang@fnnews.com 조석장 기자

나노메딕스가 투자한 스탠다드그래핀의 그래핀 제품이 세계표준화를 이끌 것으로 전망된다. 세계표준화를 주도할 경우 전세계 시장을 선도할 수 있어 기대가 모아지고 있다. 25일 국제표준기구(ISO) 및 국제전기위원회(IEC) 나노분야 국제표준 전문위원인 정문석 성균관대 교수는 스탠다드그래핀의 기술은 전 세계 최고 수준으로 글로벌 표준에 가장 근접해 있다고 밝혔다. 정 교수는 그래핀 분석전문가이자 ISO 및 ISE위원으로서 국내 그래핀 표준화 작업을 진행중에 있다. 정 교수에 따르면 라만분광법 등으로 측정한 결과, 스탠다드 그래핀의 그래핀 품질은 전 세계 최고 수준(파우더 그래핀 기준)으로 인정했다. 라만분광법은 레이저를 이용해 물질을 정성, 정량적으로 분석하는데 사용되는 방법으로 분자의 진동 스펙트럼을 측정해 분자의 물성을 파악하는데 이용된다. 정 교수는 “스탠다드그래핀은 전세계 최고 수준의 그래핀을 생산하는 것으로 테스트 결과가 나왔으며 대량생산 공정 기술도 상당한 수준으로 판단된다”며 “전세계적으로 볼 때 스탠다드그래핀은 고품질 그래핀을 안정적으로 대량생산 할 수 있는 공정 기술을 가진 독보적인 기업일 것”이라고 밝혔다. 정 교수는 지금까지 표준화 작업을 위해 전세계 그래핀 업체들의 샘플 측정을 진행해왔기 때문에 이번 평가는 스탠다드그래핀 제품이 국내 뿐 아니라 해외에서도 상당한 품질적 우위가 있음을 검증했다는 의미를 갖는다는게 회사 측 설명이다. 현재 그래핀 시장은 국제표준이 없는 상황이다. 이로 인해 중국에서 많은 업체들이 ‘그래핀’이라는 이름으로 저품질 제품들을 시장에 유통시키고 있다. 스탠다드그래핀 관계자는 “그래핀 시장에서는 아직까지 품질을 결정하는 표준 스펙이 없기 때문에 고품질 그래핀과 저품질 그래핀을 구분할 수 없는 상황으로 이로 인해 업체들이 난립해 있는 상황”이라며 “그래핀 표준화가 완료될 경우 고품질의 그래핀을 생산하고 있는 스탠다드그래핀의 제품 경쟁력이 더욱 부각될 것”이라고 밝혔다. 한편, 그래핀의 국제 표준화가 지정될 경우 스탠다드 그래핀은 고품질 그래핀 시장에서 독점적 공급자지위를 확보할 가능성이 높은 상황이다. 스탠다드 그래핀은 현재 추가 증설을 검토 중으로 향후 수요 증가에 선재적으로 대응할 계획이다. dschoi@fnnews.com 최두선 기자