실험실 안의 나노센서가 실생활의 마약 검사, 폭발물 감지, 유해식품 감별, 위조지폐 식별에 사용될 수 있도록 한 단계 발전되었다. 서강대 강태욱 교수, 미국 펜실베니아대 허동은 교수 연구팀이 다양한 제품 표면에 자유자재로 나노센서를 도입할 수 있는 기술을 개발했다고 한국연구재단이 13일 밝혔다. 광학 금속 나노센서는 유해물질을 감지하는 기존 분자검출 기술보다 검출속도와 감도가 훨씬 뛰어나 주목받고 있다. 그러나 시료 표면의 매끄러운 정도와 화학적 성질에 따라 고비용 제작설비와 복잡한 공정이 필요해서, 실용화되지 못하고 실험실 연구로 남아있었다. 연구팀은 기존 제작설비·공정에 의존하지 않고, 어떤 표면에서든지 고감도 금속 나노센서를 제작해냈다. 주변에서 흔히 볼 수 있는 값싼 유리 모세관을 이용해 나노미터 규모의 아주 작은 금속입자를 손쉽게 원하는 제품 표면에 부착시키는 기술이 핵심적이다. 개발한 금속 나노센서를 활용해 의류·모발의 미량 마약성분 검출, 쌀·감귤 등 식품 표면의 잔류 살충제 검출, 폭발물 탐지, 위조지폐 식별에 성공했다. 검출속도가 수 초 이내로 빠르고, 민감도는 기존 사용되는 분자검출 기술보다 천 배 이상 향상되었다. 강태욱 교수는 “이 연구는 고도의 실험실 조건에서 제한적으로 제작되었던 고감도 금속 나노센서를 값싼 유리 모세관을 이용하여 손쉽게 제작할 수 있게 한 것”이라며, ”향후 식품 안정성 평가 등 현장에서의 빠른 유해물질 검사에 적용될 것으로 기대된다”라고 연구의 의의를 설명했다. 이 연구 성과는 과학기술정보통신부·교육부·한국연구재단 C1가스리파이너리사업, 기초연구사업의 지원으로 수행되었다. 국제학술지 ‘나노 레터스(Nano Letters)’에 2월 27일 게재되었다. seokjang@fnnews.com 조석장 기자

【파이낸셜뉴스 성남=장충식 기자】 가천대학교는 화공생명·배터리공학부 최정현교수 연구팀이 탄소중립형 차세대 건식 극판 기술을 활용해 에너지밀도가 높은 리튬 인산철 배터리 개발에 성공했다고 20일 밝혔다. 이번 연구결과는 차세대 건식 극판 공정 기술을 도입해, 저렴하고 안정성은 높지만 낮은 에너지 밀도와 높은 이온 및 전하전달 저항의 문제를 갖고 있는 리튬인산철 전지의 단점을 극복했다는데 의미가 있다. 한양대학교 송태섭 교수 연구팀, 경북대학교 김주현 교수 연구팀이 공동으로 연구했다. 탄소 중립 달성을 위한 적극적인 환경규제와 친환경에너지 사용이 증가하면서 리튬 이온 전지가 에너지 저장 장치로서 각광받고 있으나, 현재 상용화된 배터리 전극의 경우 슬러리 기반의 습식 공정으로 극판을 제조할 때 용매를 건조하고 회수하는 과정에서 상당한 에너지와 비용이 발생한다. 특히 제조 과정에 사용되는 유기용매는 독성이 매우 강하고 건조할 때 발생하는 이산화탄소가 1kWh당 42kg으로, 배터리 제조 공정에 대한 혁신 요구가 이어지고 있어 전극 제조 과정에서 용매를 사용하지 않는 건식공정이 차세대 전극 공정으로 주목받고 있다. 건식공정은 용매를 사용하지 않기 때문에 극판 제조 공정 중 건조 공정이 필요 없게 되며, 건조와 용매 회수에 투입되던 공정 비용을 크게 절감할 수 있고 용매의 건조 과정에서 모세관 현상에 의해 발생하는 극판 상부로의 바인더 편재 현상을 막을 수 있어 전극의 후막화도 용이한 장점이 있다. 이번 연구는 이러한 장점을 갖고 있는 건식공정을 리튬인산철 양극 제작에 도입해 리튬 이차 전지의 에너지 밀도를 대폭 향상시키는데 성공한 것이다. 이 연구는 논문명 '건식 전극 기술로 제조된 고에너지밀도 리튬이온 배터리용 저저항 리튬인산철 후막 전극(Low-Resistance LiFePO4 Thick Film Electrode Processed with Dry Electrode Technology for High-Energy-Density Lithium-Ion Batteries)'으로 재료화학 분야 세계 최고 수준의 학술지인 ‘Small Science (IF: 12.7)’ 5월호에 게재, 표지 논문으로 선정됐다. 가천대 최정현 교수는 "건식 극판 공정 기술은 기존의 이차 전지 제조 공정 전체를 대체할 수 있는 기술로, 이차 전지 시장 전체를 뒤흔들 수 있는 기술"이라며 "탄소배출이 없고 공정 원가를 줄일 수 있을 뿐만 아니라 배터리의 에너지밀도를 획기적으로 향상시킬 수 있어 환경적·기술적 파급력이 매우 클 것"이라고 말했다. 이번 연구 성과는 산업통상자원부가 추진하는 소재부품기술개발사업의 지원을 통해 수행됐다. jjang@fnnews.com 장충식 기자

[파이낸셜뉴스] 한국생산기술연구원 한러혁신센터 정다운 박사팀이 바닷물을 담수로 만드는 장치에 발전 기능과 리튬 추출 기능까지 결합한 '순환형 에너지 시스템'을 개발했다. 이 시스템에 들어가는 발전 부품은 한개당 0.5V의 전기를 만들어냈으며, 이 전기로 바닷물에서 담수와 리튬을 뽑아냈다. 정다운 박사는 8일 "다른 담수 생산방식보다 저렴한 비용으로 고순도 리튬까지 추출할 수 있어 경제성 있는 리튬 생산을 위해 기업과의 스케일업 연구를 추진 중"이라고 말했다. 연구진은 우선 해수담수화 장치를 만들기전 전기투석 방식에 주목했다. 이 방식은 다른 방식에 비해 전기를 많이 사용하지 않는다. 또 전기투석 방식용 담수화 장치를 작동시키기 위한 전력을 증산발전 장치로 해결했다. 증산발전 부품은 한 쪽에 물을 주입하면 모세관 현상에 의해 반대쪽 건조한 방향으로 물이 흐르면서 그 차이로 전기를 만든다. 한 번만 물을 주입하면 공기 중 수분을 자동으로 흡수해 자가 발전하는 순환형 시스템이다. 이 증산발전 장치는 한 개당 0.4~0.5V의 전기를 만들며, 3개 연결하면 1.5V 건전지 한 개와 같은 전력량이다. 이 장치를 서로 연결하는 방식으로 전기생산량을 조절할 수 있다. 다음으로 전기투석 방식으로 바닷물에서 담수와 리튬을 뽑아내는 장치를 만들었다. 장치 내부의 특수한 분리막 2개는 중앙에 바닷물을 주입하면 계속 순환하면서 한쪽으로는 담수가, 다른쪽으로는 리튬 농축수가 만들어진다. 이와함께 연구진은 리튬 농축수에서 리튬을 분리해 분말화 하는 공정도 함께 개발했다. 이렇게 얻은 리튬 분말은 세라믹연구원 공인인증 결과, 실용화 가능 수준인 99.6%의 고순도였다. 현재 기업과 함께 리튬 생산 규모를 키우기 위한 연구를 추진하고 있다.   monarch@fnnews.com 김만기 기자

[파이낸셜뉴스] 한국전기연구원(KERI) 설승권 박사팀과 울산과학기술원(UNIST) 정임두 교수팀이 증강현실(AR)용 스마트 스마트 콘택트렌즈의 핵심 기술을 개발했다. 이 스마트 콘택트렌즈는 3D 프린터로 렌즈 위에 디스플레이를 내장시켰다. 연구진은 렌즈 속 디스플레이로 내비게이션을 작동시켜 움직이는 차 안에서 영상을 촬영하기도 했다. 설승권 박사는 6일 "이 3D 프린팅 기술은 AR을 구현하기 위한 기존 스마트 고글이나 안경보다 훨씬 편하고 저렴한 스마트 콘택트렌즈를 상용화 할 수 있는 기술"이라며 "향후 AR 기기의 소형화 및 범용성에 크게 기여할 것"이라고 말했다. 전기연구원에 따르면, 스마트 콘택트렌즈로 AR을 나타내기 위해서는 낮은 전력으로도 작동이 가능하도록 전기화학적 반응에 의해 물질의 색이 변하는 디스플레이가 적합하다. 특히 가격 경쟁력이 높고 색상간 대비와 전환이 빠른 순수 프러시안 블루 색상이 유력하지만 전기도금방식으로 렌즈 위에 필름형태로 코팅하는데 한계가 있다. 연구진은 이를 극복하하고 AR을 나타낼 수 있도록 외부 전압 없이도 3D 프린터를 이용해 렌즈 디스플레이에 마이크로 패턴을 인쇄했다. 이 인쇄 기술은 물방울 등을 일정 압력으로 지그시 누르거나 당기면 모세관 현상에 의해 물방울이 터지지 않으면서 외벽에 곡면이 형성되게 만드는 '메니스커스'가 핵심이다. 프러시안 블루는 마이크로 노즐과 기판 사이에 형성된 메니스커스 안에서 용매의 증발을 통해 결정화된다. 메니스커스 현상을 활용하면 용매의 자연 증발로 결정화가 되기 때문에 사용 가능한 기판이 전도체가 아닌 콘택트렌즈 위에도 가능하다. 연구진은 "이러한 노즐의 이동을 통해 연속적으로 프러시안 블루의 결정화가 이뤄지면서 마이크로 패턴을 형성할 수 있다"고 설명했다. 이 기술로 AR용 스마트 콘택트렌즈 디스플레이에 적용될 수 있는 수준인 7.2 마이크로미터로 색상까지 연속적이고 균일하게 만들수 있었다. 한편, 연구진은 이번 연구결과를 재료과학 분야 세계적 학술지인 '어드밴스드 사이언스(Advanced Science)'에 발표했으며, 그 우수성을 인정받아 표지논문으로 게재됐다. monarch@fnnews.com 김만기 기자

[파이낸셜뉴스] 국내 연구진이 땀으로 전기를 만드는 스포츠 섬유 기반의 바이오 연료전지를 개발했다. 연구진은 이 바이오 연료전지를 이용해 전자 디바이스나 비침습적 혈당 센서 등을 만들 수 있는 실마리가 될 것이라고 전망했다. 서강대 박정열 기계공학과 교수와 숙명여대 김혜림 의류학과 교수 연구팀은 스포츠 섬유소재로 땀에 함유된 포도당을 전기로 전환하는 방법을 개발했다고 3일 밝혔다. 연구진은 바이오 연료전지를 만들어 실험한 결과 1㎠당 16.7㎼의 전기를 만들어냈다. 실제 이를 팔에 착용하고 빠르게 걸으면서 땀을 흘렸을 때 LCD 전자시계를 작동시켰다. 박정열 교수는 "섬유 기반 연료전지 가운데 가장 높은 수준의 전기를 만들어냈다"고 설명했다. 종이나 일반 면에 비해 스포츠 섬유소재는 땀 흡수나 증발 속도가 탁월해 연료인 땀 공급이 훨씬 원활하다. 또 바람이 없는 환경보다 나뭇잎이 약간 움직일 정도의 실바람에 해당하는 0.8 ㎧의 바람이 불면, 에너지 발생 효율이 더 높아졌다. 연구진은 연료전지의 모든 구성요소를 섬유로 설계했다. 연료전지의 구성은 글루코즈 산화효소(GOD)가 코팅된 카본섬유를 산화 전극으로 프러시안 블루 나노입자와 다중벽 탄소나노튜브가 기능화된 카본섬유를 환원 전극으로 활용했다. 이는 섬유 내 마이크로 채널의 형상을 모세관 유동과 증발속도를 제어할 수 있고 지속적으로 땀이 공급되는 구조로 만든 것이다. 섬유 소재의 모세관 흐름에 의해 땀이 공급되면 땀 속 글루코스가 전자를 만들고, 이 때 함께 생성된 과산화수소가 나노입자와 반응해 전기를 만드는 원리다. 연구진은 "모든 소재가 섬유 기반으로 만들어져 전통적 대량생산성을 갖춘 섬유 제조 기술에 적용해 실용화가 가능할 것"이라고 전망했다. 이번 연구성과는 '바이오센서 앤 바이오일렉트로닉스'에 9월 24일 게재됐다. monarch@fnnews.com 김만기 기자

[파이낸셜뉴스] 국내 연구진이 모세관 현상처럼 물방울을 이용해 전기를 만들어 LED를 켰다. 연구진은 이 원리를 이용해 에너지 하베스팅 기술로 발전시킬 수 있는 가능성을 보인 것이라고 설명했다. 뿐만아니라 향후 물속의 극미량 물질을 탐지하는 생화학 센서로 응용할 수 있을 것으로 기대하고 있다. 한국연구재단은 서울대 김연상 교수 연구팀이 물이 다공성 구조에 스며드는 과정에서 발생하는 전기를 만들어내는 원리를 규명했다고 26일 밝혔다. 연구진은 실제 산화구리 나노선 기반의 다공성 필름을 가로 1.5㎝, 세로 6㎝로 만들었다. 여기에 수돗물 수준의 이온농도를 갖는 소금물 네 방울 정도(20㎕)를 떨어뜨려 0.45V의 전압과 0.23㎂의 전류를 40분 동안 만들어냈다. 또한 소자의 직렬, 병렬연결을 통해 건전지처럼 전압과 전류를 증폭할 수 있는 것도 확인했다. 실제 연구팀이 8개의 소자를 직렬연결하고 각각의 소자에 바닷물 한 방울(5㎕)씩 스며들게 했을 때 녹색 LED를 4분 이상 연속적으로 켰다. 에너지 하베스팅은 태양광, 진동, 열, 풍력 등과 같이 자연에서 버려지는 에너지를 수집해 전기로 바꿔 쓰는 기술이다. 김연상 교수는 "바다, 호수 같은 물 자원이 많은 곳에 다공성 산화구리 나노선 필름 소자를 배치해 전기에너지를 수확할 수 있을 것으로 전망한다"고 말했다. 이번 연구의 성과는 국제학술지 '에너지 앤 인바이런먼탈 사이언스' 10월호에 게재됐다.  monarch@fnnews.com 김만기 기자

[파이낸셜뉴스] 해외 연구진이 종이 재질을 이용해 땀을 분석하는 마이크로유체패치를 개발했다. 이 패치는 종이의 미세한 구멍으로 액체가 이동하는 것을 응용해 시료를 체취해 분석한다. 연구진은 이것으로 땀 속에 있는 포도당을 비롯해 젖산염과 질산염, 콜레스테롤 등을 분석할 수 있다고 설명했다. 노스캐롤라이나 주립대학의 올린 벨레브 박사와 마리클 디키 박사는 차세대 웨어러블 기술로 땀을 수집하고 분석할 수 있는 웨어러블 모델로 종이 기반의 패치를 개발했다고 10일(미국시간) 밝혔다. 이 패치는 특정 질병의 진행과정이나 환자가 약물요법을 얼마나 잘 지키는지 측정하는 웨어러블 패치로 사용될 수 있다. 이 패치형 센서는 종이 심지를 타고 흐르는 액체에 의해 작동되며 외부 전원이 필요없다. 연구진은 "적은 비용으로 환자들로부터 연구샘플을 얻을 수 있으며 이 패치분석으로 향후 혈액 샘플을 채취할 필요가 없어질 수도 있다"고 전망했다. 연구진은 이 장치를 식물이 물을 수송하는 모세관 현상을 모방해 만들었다. 모세관 현상은 액체가 중력과 같은 외부 도움 없이 좁은 관을 오르는 현상을 말한다. 디키 박사는 "오랜 시간에 걸쳐 환자의 땀에 스며드는 생물학적 지표나 약물은 종이패드에 타임스탬프 방식으로 기록돼 나중에 분석할 수 있다"고 말했다. 이는 나무가 성장 기록을 남기는 나이테와 비슷하다. 인간의 땀에는 연구자들이 비침습성 의학 검사를 위해 연구하고 있는 생체 분자를 포함하고 있다. 그러나 땀 분석에는 종종 비용이 많이 들고 분석장치는 일반적으로 제한된 시간 동안만 신뢰할 수 있다. 땀을 분석하는 모든 장치의 문제점은 땀에 소금이 포함돼 있다는 것이다. 소금이 증발하면서 장치에 소금이 쌓여 액체의 흐름을 방해한다. 벨레브는 "종이로 만든 센서 안에 소금층이 축적돼 땀의 흐름이 막힐 것으로 예상했다"고 말했다. 연구진은 간단한 종이 구조물의 땀 흐름을 추적하면서 오랜시간 지속적으로 땀을 끌어올리고 처리할 수 있다는 것을 발견했다. 이 연구결과는 AIP 출판사의 '바이오마이크로플루이딕스' 저널에 발표됐다. monarch@fnnews.com 김만기 기자

[파이낸셜뉴스] 마크로젠은 지난 17일 서울 가산동 본사에서 생명과학 분야 글로벌 기업 써모피셔 사이언티픽(ThermoFisher Scientific)과 'CES(Capillary Electrophoresis Sequencing, 모세관 전기영동 시퀀싱)' 서비스 글로벌시장 확대를 위한 전략적 업무협약을 체결했다고 19일 밝혔다. 써모피셔 사이언티픽은 헬스케어 및 생명과학 분야에서 사용되는 분석장비와 진단기기 개발부터 진단시약 및 의약품 개발, 실험실 설비 향상 등 다양한 서비스를 제공하고 있다. 써모피셔 사이언티픽은 전세계 60여개 국가, 약 7만명의 직원들과 함께 연매출 240억달러(약 28조원) 이상을 달성한 바 있다. 양사는 이번 업무협약을 통해 유전자 분석 관련 △시약 정품 공식 인증 및 개발 △장비 및 관련 설비 등 기술 지원 △글로벌 브랜드 가치 제고를 통한 경쟁력 강화 등 CES 서비스의 해외시장 확장을 위한 전략적 파트너십을 구축할 계획이다. 1세대 염기서열 분석 방법으로 알려진 CES는 NGS에 비해 상대적으로 소량의 데이터를 정확하게 읽어내는 것이 장점이다. 최근 CES 기술의 발전으로 관련 응용 분야가 각광받으며 CES 시장의 성장률 또한 가속화되고 있다. 글로벌 리서치기업인 얼라이드 마켓 리서치는 전세계 CES 시장이 2025년까지 10억8500만 달러(약 1조2895억원) 규모로 성장할 것이라고 전망했다. 마크로젠은 이번 협약으로 원가 경쟁력을 확보하고 써모피셔 사이언티픽의 공식 인증을 받은 장비 및 시약을 활용하여 국내외 고객들에게 신뢰도 높은 고품질의 데이터를 제공할 계획이다. 마크로젠은 또 전세계 유통망을 보유한 써모피셔 사이언티픽의 인지도를 기반으로 CES 서비스의 글로벌 시장 확대를 목표로 하고 있다. 세계 어디에서나 동일한 품질의 유전자분석 서비스를 제공하는 ‘게놈 슈퍼마켓(Genome Supermarket)’을 구축해 고객의 접근성을 높이고, 써모피셔 사이언티픽의 안정적인 서비스를 제공한다는 전략이다. 현재 마크로젠은 게놈 슈퍼마켓의 일환으로 스페인, 싱가포르 지역에 실험실을 설립하였으며, 향후 대양주와 유럽 지역을 기반으로 실험실을 추가 설립할 계획이다. 써모피셔 사이언티픽 코리아 석수진 대표이사는 “이번 마크로젠과의 전략적 업무협약을 통해 글로벌 CES 시장에서 비즈니스의 기회를 확대해나갈 수 있게 되기를 기대하며, 양사의 글로벌 성장을 견인하는 계기가 되길 희망한다”고 소감을 밝혔다. 마크로젠 양갑석 대표는 “현재 업계에서는 주로 NGS 시장에 주목하고 있으나, CES 시장 역시 최근 급속한 속도로 성장하고 있다”며 “마크로젠은 회사의 초기 성장을 담보해 주었고, 응용 분야의 확대에 힘입어 성장하고 있는 CES 시장에서 재도약을 준비하고 있다”고 말했다. dschoi@fnnews.com 최두선 기자

배원규 교수(숭실대)·정훈의 교수(UNIST) 연구팀이 독사의 어금니(fang)를 모사해 고분자 약물 등을 피부 안으로 15초 이내에 빠르고, 효율적으로 전달할 수 있는 액상약물 전달패치(사진)를 고안해냈다고 한국연구재단이 1일 밝혔다. 피부 장벽(각질조직)을 뚫고 압력으로 약물을 밀어넣는 기존 실린지 주사 대신 거부감이 적고 통증이 완화된 붙이는 패치 형태의 액상 약물 전달방식을 제안한 것이다. 피부 침투를 위한 바늘과 액체를 밀어넣기 위한 실린지가 결합된 실린지 주사기는 100년이 지난 현재까지도 백신 등의 정량적 전달방법으로 사용되고 있다. 이에 연구진은 큰 압력 없이 가볍게 패치를 눌러 붙임으로써 수초 내에 액상약물을 그대로 전달할 수 있는 방법을 제안했다. 결정적 단서는 독을 밀어넣는 압력기관이 없음에도 수초 만에 먹이의 피부 안쪽으로 독을 전달하는 뒤어금니독사에서 얻었다. 미세한 홈이 있는 어금니가 피부 표면에 아주 미세한 홈을 만들고, 그 홈을 따라 모세관 현상에 의해 아무런 외력 없이 독이 침투하는 원리를 이용한 것이다. seokjang@fnnews.com 조석장 기자

배원규 교수(숭실대)·정훈의 교수(UNIST) 연구팀이 독사의 어금니(fang)를 모사해 고분자 약물 등을 피부 안으로 15초 이내에 빠르고, 효율적으로 전달할 수 있는 액상약물 전달패치를 고안해냈다고 한국연구재단이 1일 밝혔다.  피부 장벽(각질조직)을 뚫고 압력으로 약물을 밀어 넣는 기존 실린지 주사 대신 거부감이 적고 통증이 완화된 붙이는 패치형태의 액상 약물 전달방식을 제안한 것이다.  피부 침투를 위한 바늘과 액체를 밀어 넣기 위한 실린지가 결합된 실린지 주사기는 100년이 지난 현재까지도 백신 등의 정량적 전달방법으로 사용되고 있다.  이에 연구진은 큰 압력 없이 가볍게 패치를 눌러 붙임으로써 수 초 내에 액상약물을 그대로 전달할 수 있는 방법을 제안했다.  결정적인 단서는 독을 밀어 넣는 압력기관이 없음에도 수 초만에 먹이의 피부 안쪽으로 독을 전달하는 뒷어금니독사(Rear-fanged Snake)에서 얻었다.  아주 미세한 홈(groove)이 있는 어금니가 피부 표면에 아주 미세한 홈을 만들고 그 홈을 따라 모세관 현상에 의해 아무런 외력 없이 독이 침투하는 원리를 이용한 것이다.  연구진은 반도체 공정을 이용, 어금니 모사 구조체 100여개를 배열한 엄지 크기의 스탬프형 약물전달패치를 제작하고 슈퍼컴퓨터로 시뮬레이션 했다.  그 결과 머리카락 굵기 두세 배 길이의 어금니 모사 구조체 하나 하나가 각각 실린지 주사기와 같은 기능을 하는 것을 확인했다.  나아가 마우스 및 기니피그 모델에 해당 패치를 부착해 특별한 외력 없이 5초 만에 백신 및 유효성분이 전달되는 것을 확인했다.   교육부 기초연구사업(기본연구)의 지원으로 수행된 이 성과는 저명한 국제학술지 ‘사이언스(Science)’ 자매지 ‘사이언스 트랜스레이셔널 메디슨(Science Translational Medicine)’ 8월 1일(한국시간)자 표지로 게재됐다. seokjang@fnnews.com 조석장 기자