우리얘기

창문에 비친 햇빛으로 전기를 만든다면...?

염료감응형 태양전지는 유리와 유리 사이에 칠한 특수한 염료가 마치 식물이 광합성을 하듯 태양광을 전기로 전환시키는 기술입니다.

이번 개발품은 투명컬러 형태의 유리창 구현이 가능하고 흐린 날에도 발전할 수 있는 등 기존의 실리콘계 태양전지에 비해 BIPV에 적용할 수 있는 가능성이 높은 것으로 평가받고 있습니다.

이번에 개발된 제품은 지식경제부가 대덕특구본부의 전략산업R&D사업을 통해 사업화를 지원해 개발된 것으로 ETRI와 한국화학연구원, 한국에너지기술연구원, 동진쎄미켐, 비즈니스전략연구소 등 6개 기관이 참여한 산학연 연계 협력 형태로 진행됐습니다.

이번 개발에서 화학연구원은 세계 최고 성능의 고순도 염료(N719)의 대량 합성 및 정제기술을 확보했습니다.

또 에너지기술연구원은 장기 안정성이 확보된 젤형 전해질 기술을 완성했습니다.

또한 동진쎄미켐은 염료감응 태양전지의 수명과 효율과 직결되는 핵심기술인 셀기술에서 11%대의 광전변환효율 수준을 확보했습니다.

건자재 업체 이건창호에 따르면 대덕특구본부 전략산업 R&D사업을 지원받아 최근 생산한 태양전지 창호 시제품이 자체 건자재 시험테스트를 통과해 국내 최초로 염료감응형 태양전지 창호의 건자재 적합성을 확인했는데요.

이건창호는 이와 관련하여 양산 계획 등 시장 진입 시기를 조절하면서 자체적 상용화 계획을 세우고 있습니다.







  용  어  설  명

BIPV(Building Interated Photovoltatics) : 건물일체형 태양광발전(창문형태로 많이 활용)

한국기계연구원(KIMM, 이하 기계연)은 정부출연연구소 가운데 최초로 나노공정장비연구실 등 4개 연구실을 ‘스타연구실’로 선정했습니다.

스타연구실은 세계적인 수준의 연구소(World Class Institute, WCI)로 발돋움하기 위해 우수한 성과를 창출하는 연구실을 선정하는 것으로, 연구실 단위의 성과급 개념을 도입해 자체 보유하고 있는 재원을 활용해 연구비로 지원해 주는 제도입니다.

이에 따라 이번에 최우수 스타연구실로 선정된 나노공정장비연구실에는 1억 5000만 원이 지급되고, 우수 스타연구실에 선정된 프린팅공정·자연모사 연구실과 신재생청정시스템연구실에는 각각 1억 1000만 원, ‘장려 스타연구실’로 선정된 자기부상연구실에는 8000만 원의 직접연구비가 지원됩니다.

또 스타연구실은 일반사업 선정 심의 때 가산점이 부여되고, 신규 인력 채용 때도 우선권을 갖게 됩니다.

각 연구실에는 ‘스타연구실’ 푯말도 부착해 자긍심을 갖고 연구할 수 있도록 했습니다. 

스타연구실은 1년 단위로 평가 선정됩니다.

한국기계연구원은 이번 평가에서 총 15개 연구실 가운데 연구원의 정체성과 중장기 발전전략에 부합하고, 세계적인 연구 성과를 창출할 수 있는 역량과 성장 가능성이 있는지 등을 지표화했습니다.

 이번 선정에는 내·외부 평가위원 5명이 참여해 각 연구실의 전략, 인력과 장비 등의 인프라, 학술대회 유치 등의 대외활동 실적, 리더십 등을 점수화해 50% 반영했고, 특허와 SCI 게재 실적 등의 연구역량, 기술료 수입 등의 연구 활용도, 국제 MOU 체결건수 등의 개방성 지표 등을 별도로 집계하고 표준화해 50%를 반영했습니다.

인삼의 적변현상는 인삼의 뿌리 표피의 일부분 또는 전체가 적색 또는 적갈색으로 변하면서 뿌리의 표면이 거칠어지고 지근과 세근의 발달이 불량해 상품성을 떨어뜨립니다.

또 인삼의 뿌리썩음증에 사용하는 농약은 훈증제로 경지정리 후 포장에 작물이 없을 때 뿌리썩음증균을 살균할 목적으로만 토양을 훈증해 사용할 수 있을 뿐이었습니다.

때문에 포장에 작물이 있을 때는 사용이 불가능했습니다.

한국생명공학연구원(www.kribb.re.kr) 면역제어연구센터 김영국 박사팀은 인삼재배시 인삼표면이 붉게 변하고 뿌리가 썩어 상품성을 떨어뜨리는 원인을 해결할 수 있는 인삼의 적변과 뿌리썩음증 방제 소재 및 생리활성소재를 개발했습니다.

생명연구원은 인삼의 적변현상의 원인균인 페니실리움 퍼퓨로제넘(Penicillium purpurogenum)의 적색색소 생산 및 트리코더마 비리디(Trichoderma viride)의 생육을 저해하는 신규의 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis) 균주 B-4228과, 이를 함유하는 적변 방지용 조성물을 개발했습니다.

이번에 개발된 인삼뿌리 썩음병 방지기술은 유발 균주가 특이하게 발현되는 식물병원균의 내성기작을 규명하고, 살균작용을 하는 활성물질의 새로운 작용기작에 대한 연구를 수행해 확보한 신규의 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis) 균주 B-5604를 확보한 것입니다.

이번 연구에서  적변이 진행중인 인삼으로부터 적변의 원인이 되는 균주들을 분리, 이 미생물들이 페니실리움 퍼퓨로제넘과 트리코더마 비리디임을 확인했습니다.

이 미생물들을 단독으로 배양하면 페니실리움 퍼퓨로제넘의 적색색소의 생산량이 적지만, 이 균들을 함께 배양하면 페니실리움 퍼퓨로제넘이 많은 적색 색소를 생산하는 것을 발견했습니다.

즉, 페니실리움 퍼퓨로제넘의 적색 색소 생산은 인삼 적변의 원인이 되며, 이러한 적색 색소 생산이 증가되는 것은 트리코더마 비리디가 함께 존재해야 가능함이 확인된 것입니다.

이에 따라 연구팀은 트리코더마 비리디의 증식을 억제할 수 있는 미생물을 탐색해 인삼 적변 방지용 미생물로 개발하고자 했습니다.

바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis) 균주 B-4228을 트리코더마 비리디와 함께 배양하면, 트리코더마 비리디 균주의 생장이 저해됩니다.
 
트리코더마 비리디, 페니실리움 퍼퓨로제넘 및 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis) 균주 B-4228을 동시에 배양하면, 트리코더마 비리디의 생장 뿐만 아니라, 페니실리움 퍼퓨로제넘에 의한 적색 색소 생산도 저해됩니다.

이를 토대로 연구팀은 뿌리썩음병원균의 존재를 확인한 경작지에 2년근 인삼 5000칸 중 1칸에 2년근 인삼을 이식, 뿌리썩음병원균이 존재하는 토양으로 덮은 대조구를 경작했습니다.

길항미생물의 식물 뿌리썩음증 부분방지 결과


시험군은 2년근 인삼을 이식하고 배양한 뿌리썩음병 방제 길항 활성미생물인 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis) 균주 B-5604를 동량의 질석에 흡착시킨 후 건조시킨 질석을 뿌리썩음병원균의 존재하는 토양과 1:1로 섞어 인삼 위를 덮었습니다.

이후 인삼을 캐내어 대조구와 뿌리썩음병 방제 길항 미생물 처리구에 대한 인삼의 뿌리썩음증 개선도를 조사했습니다.

뿌리썩음병 방제 활성 미생물 처리구에 대한 인삼의 뿌리썩음병 개선도를 육안으로 판정한 결과, 뿌리썩음병원균이 존재하는 토양은 많이 썩었으나, 길항 활성미생물을 흡착시킨 질석 처리군은 뿌리썩음병이 개선되어 생육상태가 양호한 것을 확인했습니다.

연구팀은 이번에 개발한 기술에 대하여 국내에 특허를 출원 등록하는 한편 이를 제품화하기 위하여 ELK(주)와 기술이전실시계약을 체결했습니다.

이번 연구개발로 인삼 농가의 오랜 숙원이었던 인삼뿌리 썩음병과 적변병의 방지가 가능해져 인삼농가의 소득증대에 크게 기여할 것으로 전망되고 있습니다.


  용 어 설 명

□ 페니실리움 퍼퓨로제넘(Penicillium purpurogenum) : 적변원인균

□ 트리코더마 비리디(Trichoderma viride) : 적변원인균

□ 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis) B-4228 균주 : 인삼의 적변 방지용 미생물

□ 훈증제: 토양중에 주입되는 약제로 토양내의 유해동식물을 방제하는 제재이다. 2008년 농림수산식품부에서 발표한 인삼생산 통계자료에 인삼 뿌리썩음증에 농약으로 사용하고 있다.

□ 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis) B-5604 균주 : 인삼뿌리썩음증 방지용 미생물

연예인들의 마약류 투입이 주기적으로 사회 문제로 부각되고 있습니다.

이런 가운데 한국한의학연구원이 대표적 마약류인 코카인 중독을 침으로 치료할 수 있는 가능성을 열었습니다.

코카인은 전 세계적으로도 중독 재발을 억제할 수 있는 만족할 만한 방법이 없는 상황이어서, 이번에 개발한 치료방법이 더욱 주목받고 있는데요.  

마약 가운데 가장 강력한 마약으로 꼽히는 코가인에 중독되면 각성과 심리적 행복감, 자신감 증가 등의 현상이 있는데요.

금단 시에는 초조, 우울 증상이 나타나고 장기 사용시 환각과 피해망상 등 매우 위험한 상태에 이르게 됩니다.
 
한의학연구원 침구경락연구센터 최선미 박사팀과 대구한의대 양재하 교수팀은 '전통침술의 코카인 중독재발 치료효과 및 메카니즘 연구'를 수행했는데요.

만성 코카인 투여로 중독된 쥐를 대상으로 동물실험을 실시한 결과, 침이 스트레스로 인한 코카인 흡입 재발을 억제할 수 있다는 결과를 얻었습니다.
 
연구팀은 코카인을 먹은 쥐에게 외부에서 육체적 쇼크를 주면 스트레스를 받아 쥐가 스스로 코카인을 흡입하게 되는 코카인 자가 투여 실험 모델을 조성했는데요.

침 시술 후 코카인 자가 투여 행동 억제 효과를 관찰하는 실험을 진행했습니다.

이번 실험에서 침 시술에 사용된 신문혈은 불안, 놀람 등 정신 신경성 질환에 신경 안정 효과 목적으로 한방 침 치료에서 사용하는 혈자리입니다.

등을 바닥에 댄 쥐(rat,왼쪽)와 배를 바닥에 댄 쥐의 신문혈 위치

위치는 손바닥 손목주름에 새끼 손가락 쪽으로 있는 두 힘줄 사이입니다.

실험 결과 신문혈 침 자극을 한 쥐는 침 자극을 하지 않은 쥐와 구별되게 코카인 자가 투여 행동이 나타나지 않는 것이 확인 됐습니다.

또한 중독에 의해 활성화되는 대뇌 측좌핵의 신경활성 물질(c-fos 및 CREB)이 침 자극으로 억제 되는 것도 확인했습니다.

이는 한의학의 대표적인 치료수단인 침술이 스트레스에 의한 뇌의 특정 부위의 신경활성을 억제하여 코카인 중독재발을 막는 치료효과를 나타낼 수 있음을 의미합니다.

공동연구팀은 이번 연구결과를 지난 2010년 11월 미국 샌디에고에서 열린 미국 신경과학회(SFN,Society for Neuroscience)에서 발표했고, 이 연구결과는 20,000여개의 발표 중에서 올해의 Hot Topics 200에 선정됐습니다.

공동 연구팀은 이번 연구결과를 토대로 침 자극을 통해 뇌의 억제성 신경전달물질의 작용 기전(메카니즘)을 밝히는 추가 연구를 진행할 계획입니다.   

우리나라도 고 에너지 식생활과 안락한 생활 습관으로 인한 에너지 대사의 불균형으로 인해 고지혈증, 비만, 당뇨, 동맥경화 등 대사증후군 발병률이 높아지고, 이로 인한 사망률도 급격히 증가하고 있습니다.
 
특히 비만 환자의 동맥경화 및 암 유병율 증가로 동맥경화와 암의 연관성에 대한 학술 논문이 급증하고 있습니다.

이런 가운데 우리나라에서  오랫동안 식품으로 섭취해 온 콩잎을 이용해 비만, 동맥경화, 당뇨 등 대사증후군을 예방할 고부가가치 건강보조식품이나 건강기능식품, 치료용 천연물신약의 개발 가능성이 국내 연구진에 의해 밝혀졌습니다.

특히 수확시기, 재배조건, 콩 품종 등을 달리해 맞춤형 기능성 식 의약 소재로 활용, 다양한 제품을 개발할 수 있는데요.

한국생명공학연구원 산업바이오소재연구센터 정태숙 박사 연구팀은 동물 실험 및 인체 시험을 통해 콩잎 추출물이 비만, 동맥경화, 당뇨의 예방 효능을 지니고 있음을 밝혀냈습니다.
 

연구팀은 콩잎과 이로부터 분리한 생리활성물질의 대사증후군(비만, 고지혈증, 동맥경화, 당뇨를 포함하여) 예방 또는 치료용 조성물에 관한 국내외 특허출원을 완료하고, 이를 (주)인섹트바이오텍에 기술 이전 해 관련제품인 '콩잎미인'을 개발했습니다.

실험에서 생쥐에게 10주간 지방함량이 높은 사료와 파종 후 각각 56일 및 112일에 수확한 콩잎 주정추출물을 경구 투여(1일 체중 kg 당 50 mg)한 시험군은 비만대조군에 비해 9.7~12.1% 체중 증가 억제 결과가 나왔고, 혈액 내 중성지방(triglyceride)은 15~16% 감소했습니다.

콩잎의 인체 비만 예방 효능. 과체중인 준건강인 86명에게 10주간 콩잎주정추출물 투여로 인해 위약군 또는 GE(Garcinia cambogia, 항비만 기능성 인정원료)에 비해 체지방 및 내장지방의 증가가 억제된 비만 예방 효과.

또한 옥수수기름을 섭취시켜 지방 흡수를 유도하였을 때, 콩잎 주정추출물(체중 kg 당 500 mg)을 함께 투여한 경우 대조군에 비해 혈중 중성지방 농도가 2시간 뒤에는 17.4∼22.9%까지 낮아졌고, 4시간 뒤에는 24.1∼31.9%나 내려갔습니다.

따라서 콩잎 주정추출물이 지방 흡수를 억제하는 기능을 갖는다는 것을 알 수 있는데요.

협동연구책임자인 경북대 최명숙 교수는 인체 시험을 통해 과체중 대상자 86명에게 10주간 콩잎 주정추출물과 양성대조군인 Garcinia cambogia(비만 예방 기능성 인정원료) 추출물을 시험 전 후로 비교한 결과 위약군(전분을 투여한 placebo군 또는 대조군)에 비해 체지방률과 내장지방량이 통계적으로 유의하게 감소했슴을 확인했습니다.

또한 좋은 콜레스테롤인 혈장 HDL-콜레스테롤 농도도 콩잎 주정추출물군에서 통계적으로 유의하게 증가되어 혈행 개선 및 동맥경화 예방 효과가 있는 것으로 나타났습니다.

또한, 동맥경화모델동물(LDLR-/- mouse)을 미국에서 수입해 12주간 실험한 결과, 콩잎 주정추출물 투여군(사료 중 1% 함량무게)은 대동맥 내의 병변(lesion) 축적 및 동맥경화 유발의 주요 인자인 대식세포의 침착이 현저하게 감소했고, 간조직 및 간세포내 지방축적도 현저하게 감소했습니다.

이를 통해 동맥경화 예방과 함께 지방간 예방 효과도 있는 것으로 나타났는데요.

이번 인체시험 및 여러 동물실험 결과를 통해 콩잎 주정추출물이 지방조직에서 지방의 합성 및 분해과정을 긍정적으로 조절하고, 지방 흡수를 억제하며, 다양한 자극에 의해 일어날 수 있는 염증자극물질의 생성과 혈관 내 대식세포의 유입에 관여하는 물질의 발현을 억제함으로써 비만 및 동맥경화를 예방할 수 있음을 과학적인 방법을 통해 처음으로 증명한 것입니다.

특히 이번 연구를 통해 밝혀낸 중요한 사실은 콩잎의 수확 시기에 따라 콩잎이 함유한 생리활성물질이 현저하게 다르다는 것입니다.

식물체는 특정한 식물이 함유하는 생리활성물질들이 그 부위(잎, 줄기, 뿌리, 종실 등)에 따라 함유량이 다르다는 것은 잘 알려져 있는 사실입니다.

그러나 수확 시기에 따라 콩잎의 함유물질이 현저하게 다르다는 사실은 아직 밝혀지지 않았었는데요.

콩에 비해 콩잎은 이소플라본의 함량은 현저하게 낮지만, 보다 다양한 폴리페놀,을 함유하고 있습니다.

또한 쌈용으로 많이 사용하는 어린 콩잎은 이소플라본과 캠페롤(kaempferol)류 화합물을 많이 함유하는 반면 테로카판(pterocarpan)류 화합물은 어란 잎에는 존재하지 않다가 생식성장 이후부터 그 함량이 현저하게 증가합니다.

이를 통해 장아찌용으로 많이 사용하는 성숙한 콩잎은 다양한 테로카판류 화합물을 함유한다는 사실을 알았냈습니다.


또 경상대 박기훈 교수팀은 신물질을 분리하는데 성공했습니다.

이에 따라 56일 또는 112일에 수확한 콩잎은 모두 비만 예방 효능을 나타내었으나, 비만과 관련된 유전자 수준에서의 작용기전은 달랐는데요.

콩잎의 동맥경화 예방 효능. 12주간 콩잎 주정추출물을 투여 후 실험동물의 동맥병변 형성이 대조군에 비해 현저하게 감소된 결과(혈관 절개 내부 사진).

지금까지 콩 또는 콩잎이 함유하는 이소플라본 및 캠페롤류 화합물의 항암, 항동맥경화, 항염증 효능에 대한 보고는 많았지만, 테로카판류 화합물의 생리활성에 대한 보고는 극히 일부였는데, 본 연구팀에서 항당뇨, 항산화, 항동맥경화 효능이 있음을 밝혀낸 것입니다.

   용 어 설 명

● 주정추출물 : 술을 담그듯이 콩잎을 식용 알콜에 충분한 시간 동안 담가두면서 콩잎에 함유되어 있는 유효성분들이 추출되게 한 후, 그 추출액을 농축하여 알콜을 제거한 고형 성분을 말한다.

● 실험동물의 시료 투여량 : 본 연구의 비만 효능 검정을 위한 동물실험 시에 콩잎 주정추출물을 1일 체중 kg 당 50 mg을 투여하였다. 이는 생쥐의 체중이 25 g 인 경우 1일 투여량이 1.25 mg에 해당한다. 사람의 평균 체중을 60 kg으로 잡고, 1일 음식물 섭취량은 약  1.5～2 kg 정도인데 반해 동물인 생쥐는 작은 체구에 비해 많은 사료를 섭취하여 하루에 체중의 1/10 정도를 섭취한다. 따라서 일반적으로 동물 실험 시 얻은 시료의 유효 농도를 사람에게 적용할 때는 그 투여량을 현저하게 감소시킬 수 있다.

● 통계적 유의성 : 유의성이란 보통 검정(test)에서 쓰는 말로 실험을 통해 얻은 결과의 통계적 신뢰도가 95% 이상인 경우를 말하며, 이는 어떤 실험 결과가 확률적으로 볼 때 단순한 우연이라고 생각되지 않을 정도로 의미가 있다는 뜻이다.

● LDLR-/- mouse : LDLR-/- mouse는 고밀도지질단백질 수용체(LDL receptor) 유전자가 제(적중)되어 선천적으로 동맥경화 인자를 가지고 있으며, 고콜레스테롤 및 고지방 식이를 10～12주 이상 섭취하면 혈장 콜레스테롤 수치가 1,500～2,000 mg/이로 증가하면서 동맥내에 병변(lesion)이 형성되는데, 이 병변이 쌓이면 동맥경화를 유발한다.

● α-glucosidase : 알파-글루코시다제는 당가수분해 효소이며, α-glucosidase inhibitor(저해제)는 이당류(포도당)의 소화, 흡수를 저하시켜 혈당치의 상승을 억제함으로써 당뇨병, 비만증, 다당증 등의 예방과 치료에 이용될 수 있다.

● 이소플라본 : 폴리페놀의 일종으로 식물(phyto)에서 유래하며 여성호르몬인 에스트로겐과 기능이 유사하여 식물성 에스트로겐(phytoestrogen)으로도 불린다. 특히 콩과식물에 많이 함유되어 있으며, 최근 이소플라본이 암, 폐경기 증후군, 심혈관계질환과 골다공증을 포함하는 호르몬 의존성 질병에 대하여 잠재적인 대체요법을 제공할 수 있는 것으로 밝혀졌다.

● 캠페롤(kaempferol)류 화합물 : 노란색 가루로 중요한 플라보노이드(flavonoid) 중의 하나이다. 지방과 DNA의 산화위험을 막고 강한 항산화작용을 하며 암세포 형성을 억제하는 화학적 예방 작용제로서 활동한다. 사과, 양파, 부추, 감귤류, 포도, 레드와인, 고추나물에 포함되어 있다.

● 테로카판(pterocarpan)류 화합물 : 성숙한 콩잎에 많이 들어있는 폴리페놀의 일종이며, 혈액 산화작용을 억제해 성인병에서 가장 문제가 되는 동맥경화증 예방하며, 당가수분해효소(알파-글루코시다제)를 억제하여 당뇨의 예방에도 효과가 있을 것으로 알려져 있다.

유기태양전지는 반도체고분자의 광반응을 통해 전기에너지를 생산하면서도 고가의 실리콘을 사용하지 않아 가격이 저렴합니다.
또 잘 휘고 투명해 여러 분야에 적용 가능한 미래 친환경 에너지원입니다.

유기태양전지는 휴대 전자기기나 스마트 의류, BIPV(Building Integration Photovoltaic : 건물 외피에 전지판을 이용하는 건물 외장형 태양광 발전) 등 다양한 분야에 응용될 수 있습니다.

그런데 효율이 문제였습니다.

유기태양전지가 다른 태양전지에 비해 효율이 낮은 중요한 이유 중 하나는 태양빛을 받아 전자와 정공을 형성시키는 반도체고분자의 수송특성이 낮기 때문에 생성된 전자나 정공이 효율적으로 외부로 전달되지 못한다는 점입니다.

이러한 문제를 해결하기 위해 반도체고분자의 수송 특성을 향상시키려는 다양한 연구들이 전 세계적으로 진행되어 왔습니다.

이 가운데 특히, 탄소나노튜브나 나노와이어 등을 이용해 전자나 정공의 빠른 수송 경로를 제공해주는 방법이 꾸준히 연구됐는데요.

그러나 전자와 정공이 동시에 탄소나노튜브나 나노와이어에 주입되어 자기들끼리 재결합 함으로써, 결국 외부에서 채집되는 전류가 증대되지 못하거나 오히려 감소하는 고질적인 문제가 발생했습니다.

이 같은 문제를 포함해 유기태양전지의 낮은 광변환 효율 등이 상용화에 걸림돌이 돼 이에 대한 성능향상이 시급히 요구돼 왔습니다.

이 같은 문제점을 우리나라 KAIST에서 해결했습니다.

KAIST 신소재공학과 김상욱 교수팀과 전기및전자공학과 유승협 교수팀이 탄소나노튜브를 유기태양전지에 적용해 에너지 변환효율을 크게 향상시키는데 성공했습니다.

 연구팀은 유기 태양전지의 반도체고분자에 붕소 또는 질소 원소로 도핑된 탄소나노튜브를 적용해 전자나 정공 중 한쪽만을 선택적으로 수송하도록 함으로써, 이들의 재결합을 막아 유기태양전지의 효율을 33%나 향상시켰습니다.

도핑된 탄소나노튜브가 적용된 유기태양전지의 구조 도식.(탄소나노튜브(까만 실같은 것)가 적용된 빨간 부분에서 광반응이 일어나서 전기에너지를 생산 할 수 있습니다.)

또 도핑된 탄소나노튜브는 유기용매 및 반도체고분자내에서 매우 쉽고 고르게 분산되는 특성을 보여, 기존의 값싼 용액공정을 그대로 사용해 효율이 향상된 태양전지를 만들 수 있음을 확인했습니다.

이번 연구결과로 반도체고분자가 이용되는 유기트랜지스터나 유기디스플레이 등 다양한 전자기기의 성능향상도 가능할 것으로 기대되고 있습니다.

 용어설명

도핑 : 고순도로 된 물질의 전기적인 특성을 변화시키기 위해서 강제적으로 불순물을 고순도 물질내에 넣어주는 것. 이때 넣는 불순물을 도펀트라고  한다.

국가수리과학연구소(NIMS)는 12월 8일 국제학술회의인 '응용동역학시스템: 네트워크 상의 동역학과 수리뇌신경과학'을 대전 본원에서 개최했습니다.

11일까지 4일간 계속되는 이번 학술회의에서는

수리뇌신경과학을 중심 주제로 뇌를 포함한 다양한 네트워크에서 일어나는 동적인 현상들을 다루는 자리가 마련됐는데요.

일본 이화학연구소 뇌과학원 야마구치 요코 교수, 애리조나 주립대학 징 쳉 라이 교수, 보스턴 대학 테오든 넷오프 교수, 포항공과대학교 김승환 교수(계산뇌과학회 회장) 등 총 27명의 국내ㆍ외 저명 연구자들이 연사로 참여했습니다.

또 이번 학술회의에서는 기억, 인지과정, 간질 파키슨병 등 뇌관련 주제와 집단 움직임, 인구변동, 교통, 의견형성, 혁신확산 등 네트워크 상에서 일어나는 다양한 현상들이 논의됐습니다.

야마구치 교수는 뇌에서 관찰되는 다양한 진동 양상이 기억의 형성과 변화무쌍한 환경 속에서 정보 처리에 중요한 역할을 한다는 사실을 실험과 모델연구를 통해 제시했습니다.

KAIST 정재승 교수는 꼬마선층의 신경계 네트워크를 수학의 그래프이론을 적용하여 신경계 기능과의 연관성을 설명했고요.

이탈리아 복잡계 연구소 보칼레티 교수는 뇌에서 일어나는 자기조직화현상이 뇌활동을 조절하고, 뇌 네트워크가 특정한 구조를 갖게 한다는 사실을 보여주기도 했습니다.

최근 뇌과학 연구분야는 전세계적으로 큰 이슈가 되면서 여러 학문들과의 융복합 연구가 활발하게 이뤄지고 있습니다.
 
특히 이번

학술회의에서는 수학을 이용해 뇌를 모델링하고 분석하는 수리뇌신경과학 연구결과들을 통해 기존과는 다른 관점에서 뇌기능과 뇌질환을 바라보는 기회라는 점에서 학계의 주목을 받고 있습니다.

또한 정보와 교통의 흐름 등 네트워크 상의 동적 현상들은 뇌의 활동에서 나타나는 현상 및 그 원인들과 매우 유사하고 관련성이 깊다고 알려지면서 뇌와 네트워크 양분야 모두의 연구 발전에 긍정적인 영향을 미칠 것으로 기대를 모으고 있는데요.

수리연구소는 현재 NAP 기획과제인 '수리적 뇌기능 판독' 사업을 통해 수학적 뇌 모델링과 뇌 네트워크 분석 연구를 진행하고 있습니다.
 

보톡스는 클로스트리디움 보툴리눔이라는 미생물이 만드는 신경독으로, 현재까지 알려진 가장 강력한 독 가운데 하나입니다.

보톡스는 미국의 앨러갠이라는 회사가 이 독을 약으로 활용하는 기술을 개발해 상품화하면서 널리 알려졌습니다.

보톡스는 주름 제거 효과가 뛰어나 미용 제품으로 사용되면서 동시에 사시와 눈 주변 근육 경련, 목 근육 장애 등의 치료제로 FDA의 승인을 받았습니다.

또 최근에는 편두통 치료에도 효과적인 것으로 확인되고 있습니다.

이 외에도 보톡스는 사각턱, 요실금, 탈모, 통증 등 다양한 질병을 치료하는데 사용되고 있으며, 현재 보톡스 시장은 16억 달러에 달할 것으로 추정되고 있습니다.

그러나 보톡스는 잘못 사용하면 생명을 위협할 만큼 매우 위험한 물질입니다.

또, 각종 질병을 효과적으로 치료할 수 있지만, 크기가 상당히 커서 정신질환 치료제로는 적합하지 못합니다. 

보톡스는 뉴런 말단의 단백질 복합체(스네어, SNARE)만을 절단하는 단백질 분해효소로, 뉴런의 스네어가 절단되면 신경전달물질을 담고 있는 주머니가 세포막과 막융합(membrane fusion)을 이루지 못합니다.

스네어는 원래 막융합을 이루는데 필수적인 힘을 제공하는 것으로 알려져 있는데, 이 단백질이 절단되면 그 힘을 만들어내지 못하는 것입니다.

즉, 스네어가 절단되면 신경 전달물질이 밖으로 방출되지 못하고, 결과적으로 신경의 지배를 받는 근육도 수축되지 못하게 됩니다.

이처럼 근육이 이완된 상태에서 마비되는 것이 바로 보톡스의 주름 제거 원리입니다.
 

이런 가운데 성균관대 권대혁 교수가 주도하고 KAIST 윤태영 교수와 미국 아이오와주립대 신연균 교수가 참여한 연구팀은 효과는 보톡스와 같지만, 매우 작으면서도(보톡스의 0.001 크기) 먹거나 만져도 인체에 전혀 해롭지 않은 안전한 보톡스 유사물질을 개발했습니다. 

 권 교수팀은 스네어가 막융합을 이루는 과정을 연구하면서, 몇 가지 저분자 화합물이 스네어의 형성을 저해한다는 사실을 발견했습니다.

보톡스가 스네어를 절단하여 신경전달을 중지시키는 것과 달리, 연구팀은 일부 저분자 화합물이 스네어 내부로 들어가 그 기능을 저해한다는 새로운 사실을 규명한 것입니다.

a) 저분자 화합물을 막융합 시스템에 처리하면, 시간이 지남에 따라 미리세틴, 델피니딘, 시아니딘을 처리한 군에서 막융합이 억제됨을 확인할 수 있다. b) 이러한 저분자 화합물은 스네어 복합체(SNARE complex) 형성을 저해하며, c) 스네어 복합체 형성 억제 효능과 막융합 억제 사이에 상관관계가 있음을 확인할 수 있다

이번 연구결과로 보톡스 화장품과 보톡스를 이용한 정신질환 치료제를 개발할 수 있는 가능성이 열였습니다. 

 
연구팀이 개발한 저분자 화합물은 복용하거나 만져도 안전한 식물(녹차 등)의 폴리페놀 성분에서 찾아낸 것입니다.

또 보톡스의 1/1000 크기로 기존의 보톡스를 대체할 수 있을 뿐만 아니라 정신질환 치료제로도 활용될 수 있게 된것입니다.

권 교수는 이번 연구의 결과물을 통해  주름제거용 화장품이나 다한증 치료제 등을 향후 2~3년 내에 개발할 수 있을 것으로 내다보고 있습니다.

 

 용어설명

1. 미리세틴, 델피니딘, 시아니딘(저분자 화합물)
   
식물에 다량 존재하는 폴리페놀 성분들로서, 분자량이 약 300Da에 이르는 아주 작은 저분자 화합물이다.
이들은 일반적으로 항산화 효과를 가지고 있는 것으로 알려져 있으나, 이번 연구에서는 이들이 단백질의 소수성 부위에 결합하는 성질을 이용, 스네어 단백질 복합체의 형성을 조절하는 기술을 개발했다.

2. 스네어 (SNARE)

스네어 단백질은 모든 고등생물체의 세포내에 존재하는 단백질 패밀리로서, 이들의 역할은 세포 내의 막융합을 매개하는 것으로 알려져 있다.
뉴런에서 신경전달물질의 방출은 신탁신1(syntaxin 1), 스냅25(SNAP25), 뱀프2(VAMP2)라고 하는 3종류의 단백질이 담당한다고 알려져 있다.
스네어 복합체라고 하는 알파 헬릭스 다발을 만들면서 신경 전달물질을 담고 있는 막주머니(synaptic vesicle)와 시냅스 말단의 세포막과 융합을 유도한다.


3. 막융합 (membrane fusion)
   
신경전달물질은 시냅스의 말단에 존재하는 주머니처럼 생긴 막(synaptic vesicle) 안에 포집되어 있는데, 신경전달물질이 방출되어 다음 뉴런에 자극을 주어야만 신경이 전달될 수 있다.
신경전달물질이 시냅스 말단에서 방출되기 위해서는 막주머니와 세포막의 융합되면서 생겨나는 구멍(fusion pore)이 생성되어야 하는데, 이러한 과정에서 스네어 단백질이 막융합의 힘을 제공하고 시냅토태그민(synaptotagmin)과 같은 단백질들이 그 시기와 정도를 조절하는 것으로 알려져 있다.
막융합 현상은 신경세포에서만 일어나는 것이 아니라 막과 막 사이의 물질 전달에는 항상 이용되는 생명체의 공통적인 현상이다. 서로 다른 종류의 막융합에는 서로 다른 종류의 스네어 단백질들이 관여하는 것으로 알려져 있다.
 한편, 바이러스가 숙주세포를 침투할 때에도 막융합 현상이 일어나며, 세포와 세포가 막융합을 할 때에도 막융합 현상이 필요한 것으로 알려져 있는데, 이러한 막융합에는 스네어가 아닌 다른 종류의 단백질들이 관여하는 것으로 알려지고 있다.

안전성평가연구소(KIT)는 김충용 안전성센터장이 동물실험윤리위원회(IACUC) 위원장에 선임됐다고 밝혔습니다.

동물실험윤리위원회(IACUC : Institutional Animal Care and Use Committees) 는 동물실험 기관 내에서 연구, 교육 혹은 시험에 실험동물을 사용하거나 관리하는 과정에서 실험동물을 인도적으로 관리하고 사용하도록, 감시, 감독하고 권고하는 기구입니다.

동물의 사용과 관리에 관한 프로그램과 윤리적인 동물실험을 보장하기 위한 활동들을 주로 행하며, 실험계획서 작성 및 검토 지침을 마련하는 윤리적인 측면에서의 동물실험계획서에 대한 검토 역시 주요 역할 중 하나입니다.

이를 통해 불필요한 동물의 희생을 방지하고, 동물의 복지를 향상시킬 수 있는 체계를 구축함으로써, 동물실험에 대한 신뢰성 확보와 생명과학분야의 발전에 기여하고 있습니다.