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연꽃잎이나 토란잎은 물에 젖지 않고 물방울을 흘려보내면서 표면을 깨끗하게 하는 세정효과를 갖고 있습니다.

매끄러워 보이는 표면이지만 확대해 보면 마이크로미터 크기의 돌기들이 수없이 있고, 더 확대해 보면 이 돌기들 위에도 나노미터 크기의 돌기가 있어 마치 나무처럼 심어져 있기 때문이다.

이 돌기들이 소수성을 유발해 물방울이 머물지 못하게 하고 굴러 떨어지도록 하는 것입니다.

초발수 표면은 물방울을 떨어뜨렸을 때 접촉각이 150 도 이상이라고 합니다.

기존의 초발수 표면 제작은 화학 코팅이나 포토 리소그래피 등으로 제품마다 일일이 직접 코팅해야 하기 때문에 제작 비용이 비싼 데다 기능이 오래 지속되지 못해 상용화가 어려웠습니다.

포토 리소그래피 반도체 제작 공정은 감광성 폴리머 코팅-패턴 마스크를 통한 노광-현상-에칭 등의 공정을 거쳐 미세패턴을 제작하는 것인데, 곡면이나 3차원 형상에는 패턴 제작이 불가능하고 소재의 제약이 따랐습니다.

그런데 한국기계연구원 광응용기계연구실 이제훈 박사팀이 레이저로 물이 묻지 않는 3차원의 초발수 표면을 양산하는 친환경 미세가공 공정 기술을 국내 최초로 개발했습니다.

연꽃의 마이크로 구조를 모사한 금형 표면위에 마이크로 구조물 제작 ( 레이저 미세 가공 이용)


이 기술은 반영구적이며 환경친화적인 공정이어서 최근 전 세계적으로 주목받고 있는 첨단레이저 가공기술 가운데 선두 기술로 평가 받고 있습니다.

초발수 표면은 물방울이 잘 묻지 않은 표면으로 자기 세정효과가 있어 의료와 전자 등 산업 전반에 적용됩니다.

연구팀은 피코초 펄스 레이저를 이용한 미세 가공기술로 사출 성형에 필요한 곡면이나 3차원의 금형 표면에 마이크로 구조체를 직접 제작했습니다.

초발수 금형과 사출성형을 통한 플라스틱 표면의 물방울 접촉각 사진

이를 통해 금속, 폴리머, 유리 등 다양한 소재의 초발수성 표면을 값 싸게 무한히 생산할 수 있게 됐습니다.

또 금형의 패턴을 조절해 거꾸로 초친수성 표면 제작에도 응용될 수 있는 길을 열었습니다.

이 기술은 현재 국내특허가 출원됐으며, 이번 연구결과는 레이저 미세 가공 분야에 권위 있는 저널인 'Japanese Journal of Applied Physics' 에 게재됐습니다.

한편 이번 연구는  지식경제부 산업원천 연구개발사업인 '생태모사 청정표면 가공기술 개발'과 '레이저 미세 가공기술 개발'과 연계해 진행됐습니다.

한국기계연구원 이제훈 박사가 초발수 표면을 찍어낼 수 있는 금형을 레이저 가공 기술을 통해 제작하고 있다.



<관련> 전기방사로 젖지 않는 섬유 만드는 법
http://daedeokvalley.tistory.com/5




posted by 글쓴이 과학이야기

반도체 공정에 사용되는 장비 내부는 진공상태입니다.

반도체 소재가 화학적으로 산소와 결합할 경우 산화되거나 성질이 변할 수 있고, 또 작은 티끌이 치명적인 오류를 발생시킬 수 있기 때문입니다.

그런데 기존의 반도체, 디스플레이 등 광학기를 사용하는 산업체에서는 광학기 내부 윈도우에 묻어 있는 오염물질을 쉽게 제거하지 못해 어려움을 겪어왔습니다.

일반적으로 오염입자를 측정하기 위해서는 장치 외부에서 레이저를 주사하고 윈도우에 투과해 오염물질의 양과 크기를 측정하게 됩니다.

하지만 윈도우가 오염될 경우, 레이저가 윈도우를 통해 일정하게 드나들 수 없어 입자에 대한 정확한 측정이 불가능해집니다.

개발한 오염방지모듈이 부착된 오염입자 측정장치를 평가하는 모습

KRISS(한국표준과학연구원) 진공기술센터 강상우 박사 연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 윈도우 오염물질을 제거할 수 있는 진공장비의 오염입자 정밀 측정 제어 및 윈도우 오염방지 모듈을 개발했습니다.

이 기술은 기존의 장치에 맞게 부착만 하면 사용 가능하도록 맞춤형으로 설계된 것이 특징입니다.

이번에 개발한 장치는 오염입자에 대한 측정부터 제어, 제거까지 모든 프로세스가 가능하면서도 가격은 외산 장비에 비해 절반 이하로 낮췄습니다.

강상우 박사

또한 장비의 국산화를 통해 국내 산업체가 기존 장치에 맞게 변형이 가능하고, 수리나 교정 시에도 외산장비에 비해 시간적, 경제적 비용을 크게 줄일 수 있게 됐습니다.


기존의 외산 장비는 오염입자에 대한 측정만이 가능해 기능적인 부분을 만족시키지 못했으며, 제품 가격 또한 높아 활용도가 매우 낮았습니다.

연구팀은 진공상태에서 초음파를 이용해 장비 내부에 퍼져있는 입자의 위치를 제어함으로써 측정효율을 향상시켰습니다.

또한 선택적으로 입자의 거동을 제어해 특정위치에 집속된 입자크기를 측정할 수 있어, 입자의 제어목적과 환경, 조건에 따라 적합한 방법을 제시했습니다.

연구팀은 진공장치의 윈도우에 개발한 오염방지 모듈을 장착해 오염물질이 부착되지 않고, 부착된 오염물질 또한 쉽게 제거되어 레이저 투과율이 완벽하게 유지되는 것을 확인했습니다.

이에 따라 진공장비 내 오염물질로 인해 광학장비의 클리닝 주기보다 센서의 윈도우 교체 주기가 짧아 센서 교체를 위해 산업체의 생산라인 가동을 중지하는 사태를 상당부분 방지할 수 있게 됐습니다.

연구팀은 관련 기술을 반도체나 디스플레이 업체 등 광학 센서를 사용하는 업체에 기술이전 할 계획입니다.

또한 개발한 윈도우 오염방지 모듈이나 집속모듈 크기를 더욱 작게 만들어 장치설치에 대한 제약을 줄이고, 초음파의 전달 효율을 극대화 할 수 있는 기술 개발도 추진할 예정입니다.

posted by 글쓴이 과학이야기

전 세계적으로 매년 600만 ㏊(헥타아르), 즉 우리나라 전체 면적의 2.7배에 해당하는 지역이 사막으로 변하고 있다.

또 현재 세계 인구의 절반인 30억 명이 식량 부족을 경험하고 있으며, 이 중 10억 명은 ‘절대기아자’다.

사막화와 식량부족은 불가분의 관계다.

우리나라에 사막화 방지를 통해 인류의 식량문제를 해결하려는 과학자가 있다.

그 주인공은 일명 ‘고구마 박사’로 잘 알려진 한국생명공학연구원 책임연구원인 곽상수 박사다.

◆식량문제 극복 위해 시작한 고구마 개량 연구

우리나라 살림살이가 넉넉치 않았던 1960년대, 곽 박사는 어린 시절 주변 사람들이 혹독한 보릿고개를 겪는 모습을 보면서 식량문제에 관심을 갖게 됐다.

대학 입학 당시 주저 없이 농학과를 선택한 그는 1988년 일본 동경대 유학시절 이화학연구소(RIKEN)에서 식물의 키를 크게 하는 호르몬을 연구하며 식량 증산에 대한 지식을 축적했다.

1990년 생명연에 첫 발을 디딘 곽 박사는 처음 4년 동안은 식물에서 발현되는 고부가가치 항암제나 친환경 배양세포 생산에 관한 연구를 수행했다.

그러나 곽 박사는 이 같은 연구는 제약회사나 대학 연구실에서 진행돼야 하고, 정부출연연구기관은 보다 큰 가치의 일을 해야 한다고 생각했다.

어려서부터 식량 문제에 대한 관심이 남달랐던 곽 박사는 1995년부터 본격적인 고구마의 항산화 연구를 시작했다.

고구마는 척박한 환경에서도 최소한의 수확이 보장되는 작물이다.

당시 고구마는 단순히 구황작물로만 여겨져 주목받지 못했지만, 미래 식량 해결에 굉장히 기여할 것이라고 그는 확신했다.

이 같은 그의 확신은 지난 2007년 미국의 공익과학단체가 발표한 최고의 건강식품 10개 가운데 첫 번째로 등장하면서 입증됐다.

곽 박사는 이미 2001년에 세계 최초로 고구마가 스트레스를 받을 때 발현되는 스트레스 유도성 항산화 유전자 프로모토 발견하면서 관련 연구를 선도하고 있었다.

고구마는 다른 작물에 비해 형질전환이 어렵고, 때문에 그동안 적지 않은 다른 연구자들이 연구를 포기했었다.

곽 박사의 연구 성과는 감자와 포플러 등 다른 식물의 환경 스트레스 극복 연구에 활용되고 있다.

◆인류를 위협하는 사막화와 식량문제를 동시에 해결

2000년 초 곽 박사는 중국과의 협력연구를 수행하던 중 중국에서 진행 중인 사막화를 목격했다.

이는 비단 중국만의 문제가 아닌 인류 전체가 직면한 문제였다.

UNEP(유엔환경계획)에 따르면 세계의 토지면적인 149억 ㏊ 가운데 이미 1/3에 해당하는 51억 ㏊가 사막으로 변했다.

이 가운데 아시아가 32.3%, 아프리카 24.9%, 아메리카 24.2%, 호주 12.8% 등으로, 인구밀도를 고려할 때 특히 아시아 지역의 사막화가 심각했다.

곽 박사는 “사막화는 곧 인근 지역민들의 가난으로 직결되며, 가난으로 인한 환경 훼손은 다시 사막화를 불러오는 악순환을 가져 온다”고 말했다.

때문에 사막화 방지를 위해서는 기본적으로 극한 환경에 견딜 수 있는 나무를 심어야 하는데, 이를 소득 작물로 대체할 경우 사막화 방지와 식량문제 해결이라는 두 가지 당면과제를 동시에 해결할 수 있다고 곽 박사는 생각했다.

이렇게 해서 한국과 중국의 작은 공동연구가 시작됐다.

중국의 현지 품종을 개량해 사막에서도 자랄 수 있는 작물을 개발하기 시작했고, 서서히 긍정적인 결과가 나오기 시작했다.

그러나 이 같은 문제는 국가 차원에서 추진돼야 하는 문제였다.

곽 박사를 비롯한 뜻 있는 연구원들의 작은 연구는 결국 2008년 큰 결실을 이뤘다.

이 해 8월 후진타오 중국 국가주석이 우리나라를 방문한 자리에서 양 국은 사막화 방지 공동협력을 위한 양해각서를 체결했다.

이를 통해 ‘한중 사막화 방지 생명공학 공동연구센터’가 설치됐고, 생명연은 책임 기관이 됐다.

센터장이 된 곽 박사는 중국 연구소를 설득해 지금까지 고구마를 심어본 적이 없는 내몽골 자치국 사막에 자신의 연구를 접목시킨 고구마를 심었고, 지난해 1차 재배에 성공했다.

현재는 식재 품종을 확대하는 연구를 진행 중이다.

그는 미래에 대한 확신이 있다.

“방향성은 이미 제시돼 있고, 꿈을 실현하는 것도 우리의 몫”이라고 그는 생각한다.

곽 박사는 “우리는 BT(바이오테크놀로지)를 사막에 접목하는 새로운 영역을 만들고 있다”며 “사막화 방지와 식량문제 해결에 많은 사람이 동참할 수 있게 글로벌 녹색성장 관점에서 보다 많은 관심을 가져주면 결과도 비례할 것”이라고 확신했다.

<이재형 기자>

<곽상수 박사 1문 1답>

-세계 식량문제 해결에 관심이 많은데, 계기가 있다면?
"내가 어릴 때인 1960년 대는 먹는게 힘든 시절이었다. 난 비록 공무원의 아들이었지만 주위 친구들이나 다른 사람들 혹독한 보리고개를 볼 수 있었다. 이 때부터 농촌 식량 문제에 관심을 갖게 됐다."

-특히 고구마를 연구하게 된 배경은?
"고구마는 척박한 환경에서 최소한의 수확이 보장되는 식물로, 대표적인 구황작물이다. 그러면서도 좋은 영양분도 많이 함유하고 있다. 특히 고구마는 환경스트레스에 강한데, 대표적으로 고구마에는 자색 안토시안 성분과 노란색 베타카로틴이 동시에 많이 포함돼 있다. 한 품종에서 이 두 성분을 많이 생산하는 것은 고구마 밖에 없다. 이 것들은 나쁜 환경에서 잘 견디면서도 부가가치를 높일 수 있는 성분이다."

-고구마 연구에 대해 좀 더 설명한다며?
"고구마는 다른 작물에 비해 형질전환이 어렵다. 그동안 적지 않은 연구자들이 이를 연구하다가 대부분 포기했었고, 나 역시 5년이나 걸렸다. 그러나 이 연구를 안하면 다른 것을 할 수 없기에 결국 완성을 했고, 이를 시스템화 했다."

-사막화 방지와 고구마는 밀접한 관계가 있다는데?
"사막화 방지를 위해서는 나무를 심어야 하지만, 소득이 나오는 작물이 더 좋다고 생각한다. 사막화는 지역민의 가난으로 직결되고, 또 가난이 사막화를 불러오기도 한다. 때문에 사막에는 소득 작물을 심어야 하는데, 고구마는 여기에 좋은 조건을 갖고 있는 작물이다."

-사막화의 심각성을 설명한다면?
"현재 70억 인구 중 10억 명이 먹는 것으로 고통받고 있다. 2050년에는 세계 인구 90억 명 이상이 되고, 식량은 지금의 두 배가 필요할 것이다. 이는 아무리 과학기술 발전해도 감당하기 힘든 수준이다. 즉 앞으로 더 참혹한 보리고개가 올 수도 있는 것이다. 사막과 같은 생산성이 낮은 땅을 생명과학기술을 이용해 더 잘자라고 부가가치를 향상시키는게 앞으로 인류가 죽느냐 사느냐와 직결된 식량문제 해결의 실마리가 될 것이라고 생각한다."

-특히 중국의 사막화 방지에 깊은 관여를 하고 있는데?
"중국은 역사적으로나 앞으로나 우리나라에게 가장 중요한 나라이다. 40여 차례 중국을 방문하면서 중국에 대해 권역과 분야를 다투지 않고 사막화를 방지한다면, 식량과 바이오, 에너지 등 고부가가치 창출하면서 황사도 저감시킬 수 있다고 생각한다. 또 여기서 나온 노하우가 중앙아시아나 아프리카 등 세계 전역에 퍼질 수 있을 것이다. 특히 중국은 전세계 고구마 생산량의 80%를 차지하고 있다."

-사막화 방지를 위한 사회적인 해결책을 제시한다면?
"기업이 나서야 한다. 돈이 되면 기업들도 관심을 가질 것이다. 좋은 땅은 임대하기 힘들지만, 사막은 다르다.
사막과 농지의 중간지대 등을 장기 임대해서 투자하면 성공할 것이라고 기업을 설득해야 한다. 만약 기업이 내게 개발하고 싶은 땅과 용도를 정해주면, 나는 그곳에 맞는 고구마나 식물 등을 빠른 시간 내에 만들어주겠다.]

-자가용 안타기 등 환경운동에도 열심히라는데?
"대덕 연구단지는 대중교통 수단이 적어 자가용이 없으면 고립되는 곳이다. 예전에 차 없는 대학원생은 밥먹기도 힘들었다. 그래서 2006년에 생명연구원 자전거 동호회를 만들었다. 지금도 차가 없다. 차가 없으니까 너무 좋다. 휘발유 1리터가 이산화탄소 2.3킬로그램 생산한다. 이를 알고 있는 과학자가 솔선수범 안하면 누가 하겠나. 실천하는 차원에서 고집아닌 고집을 부렸다. 지금은 오히려 너무 편하다."

-정부의 연구 지원은 어떤가?
"항상 연구비에 대한 불안감이 있었다. 생명연에서도 농업은 소외 분야다. 또 사막이 없는 나라에서 왜? 사막화방지를 해야 하는가 등의 소리도 들렸다.  그러나 쉽지 않은 고구마와 사막화 연구를 10년 넘게 하면서 현 시대가 그 방향으로 가는 것을 보고 있다."

-앞으로의 계획은?
"지금 하는 일을 열심히 하겠다. 현재는 과거의 연속이고, 또 미래의 연속이다. 방향성은 이미 제시돼 있다. BT를 사막에 접목하는 것은 새로운 영역을 만드는 것이다. 우린 젊으니까 꿈을 실현하는 것도 우리의 몫이다. 많은 사람이 동참할 수 있도록 정부가 보다 관심을 가져주면 글로벌 녹색성장 관점에서, 또 식량을 확보한다는 차원에서, 결과도 비례할 것이다."


<관련><사막에서도 생존, 토양 정화 식물 포플러>

포플러는 바이오매스 생산량이 ha 당 17t에 이르는 속성수로, 환경재해 내성이 강해 폐광지 정화나 바이오에너지원으로 중요성이 부각되는 식물이다.

병충해에도 강하고 매년 식재하는 1년생 식물과는 달리 한번 식재로 10년 이상 유지가 가능할 뿐만 아니라 유지관리비도 거의 들지 않는다

이를 사막과 같은 조건이 불리한 지역에 심을 수 있다면 사막화를 방지할 수 있고 사막에서 생산성까지 유발할 수 있다. 한국생명공학연구원(이하 생명연) 곽상수 박사팀은 지난해 국립산림과학원 및 경상대 등과 공동으로 환경스트레스에 강한 친환경 형질전환 SN포플러를 개발했다.

연구결과 형질전환 SN포플러는 증식과정에서 산화스트레스에 내성을 나타냈을 뿐만 아니라 식물 생장호르몬인 옥신 합성유전자의 활성을 촉진해 생장 촉진효과를 나타냈다.

공동 연구팀은 곽 박사팀이 개발한 산화스트레스 유도성 식물유전자(SWPA2) 프로모터와 경상대 윤대진 박사팀이 개발한 복합환경스트레스 내성 유전자(AtNDPK2)를 국립산림과학원이 육성한 불개화(不開化) 포플러에 접목시켜 연구성과를 달성했다.

곽 박사는 “형질전환 SN포플러를 사막과 오염지역 등 국내외 조건불리지역에 대량으로 식재하면 바이오매스 증대를 통한 탄소배출권 확보는 물론 오염지역 토양정화 등의 효과도 얻을 수 있을 것”이라고 밝혔다.

<이재형 기자>

 용  어  설  명

불개화(不開化) 포플러 :
산림청 국립산림과학원이 1996년 자연상태에서 20년 이상 수령의 포플러 가운데 꽃이 피지 않는 개체를 선발한 것으로 불개화 포플러를 이용하여 형질전환 포플러를 만들면 화분발생으로 인한 환경위해성을 최소화할 수 있는 장점이 있다.

NDPK2 유전자 :
경상대 윤대진교수가 애기장대 식물체에서 분리한 복합 환경스트레스에 내성을 갖는 유전자로 NDPK2 유전자를 형질전환식물에서 과량으로 발현시키면 각종 항산화유전자의 발현과 식물생장촉진 호르몬인 오옥신(auxin) 생합성 유전자의 발현을 활성화시켜 환경스트레스에 내성과 생장촉진효과를 기대할 수 있다. 
 
SWPA2 프로모터 :
생명연 곽상수박사팀이 고구마 배양세포에서 분리한 퍼옥시다제 유전자 (SWPA2)의 프로모터로서 각종 산화스트레스에 의해 강하게 발현이 유도되는 특징이 있어 환경스트레스 내성식물체 개발에 이용되고 있다. SWPA2 프로모터는 미국, 중국 등 6개국에 특허등록 되어 있다.

산화스트레스와 항산화물질 :
"산화스트레스"는 노화와 질병을 유발시키는 활성산소에 의해 세포가 받는 스트레스를 말하며 "항산화물질"은 활성산소를 제거하여 산화스트레스를 극복하는 물질로서 다양한 고분자 항산화효소와 저분자 항산화물질이 있다. 

한중사막화방지생명공학공동연구센터 :
2008년 8월 서울에서 개최된 한중정상회담에서 사막화방지 과학기술협력 양해각서에 근거하여  2009년 12월 한국 교육과학기술부와 중국 과학기술부 합의에 의해 설립된 것으로 한국은 한국생명공학연구원에, 중국은 중국과학원 물토양보존연구소 (Institute of Soil and Water Conservation)에 각 공동센터를 두고 협력연구를 수행하고 있다.   

posted by 글쓴이 과학이야기

KAIST 건설 및 환경공학과 손훈 교수가 최근 미국 스탠포드대에서 열린 제8차 국제 구조물 건전도 모니터링 학회에서 한국인 최초로 ‘구조 건전성 모니터링 올해의 인물상’을 수상했습니다.

손 교수는 2007년 KAIST에 임용된 이후 SCI(E)급 논문 42편, 17개의 국내외 특허 출원 및 등록, 100편 이상의 국제 학회지 논문발표 등 그동안의 연구업적을 인정받았습니다.

특히 손 교수는 확률론적 패턴 인식을 기반으로 한 구조물 모니터링 기법에 관한 세계적인 권위자로서 스마트센서를 이용한 ‘무기저 손상 진단(Reference-free damage diagnosis)' 방법을 지난 2007년 세계 최초로 개발했다.

이 기법은 구조물 초기 단계에서 취득한 기저 신호를 사용하지 않고 손상을 감지하는 방법으로, 구조물에 설치된 스마트 센서로부터 취득된 응답에 포함돼 있는 온도변화 및 외부 하중 변화 등의 주변 환경 요인을 배제해 구조물 건전성 진단의 신뢰도를 향상시키는 데 크게 기여했습니다.

손 교수는 현재 보잉, 미 공군 연구소, 한국연구재단, 국방연구소, 한국도로공사, POSCO 등 유수의 국내외 기관들과 협력해 항공기, 교량 구조물 등의 기반 시설물과 원자력 시설물, 초고속철도, 풍력발전기 등 시설물 건전성 모니터링 시스템 개발 연구를 수행 중입니다.

아울러 올해 6월에는 미국연방도로관리국이 실시하는 장기 교량 성능 평가 프로그램(Long Term Bridge Performance Program)에서 미국 뉴저지에 위치한 교량에 스마트 압전 센서를 활용한 국부 모니터링 기법을 적용해 검증에 성공했습니다.

한편 손 교수는 2008년 39세의 나이로 KAIST 최연소 종신교수로 선정됐고, 이후 교과부에서 수여하는 '젊은 과학자상' , 'KAIST 석좌교수' 임명, 미국 퍼듀대학교 '에드워드 커티스(Edward M Curtis)' 초빙교수 상을 수상하는 등으로 실력을 인정받은 바 잇습니다.

현재 손 교수는 KAIST 스마트 구조 및 시스템 연구실을 운영하면서, 보다 정확하고 안전하며 경제적인 구조물 진단 시스템을 개발 중입니다.

posted by 글쓴이 과학이야기

양자빔 기반 방사선은 첨단 가속기와및 극초단 레이저 기술에 기반한 극초단, 고휘도, 단색, 편극, 고출력의 특성을 가진 새로운 X-선이나 T-선, 또는 이들을 동시에 동기화시켜서 활용하는 방사선입니다.

이를 통해 나노미터급 공간 분해능과 펨토초 시간 분해능으로 원자, 분자, 거대 생체 분자의 구조를 미세하게 제어하는 동시에 구조 분석도 수행할 수 있습니다.

또 신소재, 고감도 계측, 비파괴 검사 등 원자력 분야와 바이오 메디컬, 반도체, 보안 검색 등에서 새로운 도구로 각광 받고 있습니다.

한국원자력연구원은 지난 9월 23일 본원 국제원자력교육훈련센터(INTEC)에  '양자빔 기반 방사선 연구센터'를 개소했습니다.

'양자빔 기반 방사선 연구센터'는 지난 5월 세계 수준의 연구센터(World Class Institute, WCI)로 신규 선정된 바 있습니다.

'양자빔 기반 방사선 연구센터'는 첨단 가속기와 레이저 기술의 융합 기술 개발을 통해 세계 최초로 소형 극초단 엑스선/테라헤르츠 동시 발생장치 관련 원천기술을 확보할 예정입니다.

이는 향후 원전 사고시 세슘·요오드 등의 방사성 기체 고감도 모니터링, 난치성 질환 치료를 위한 생체 물질 발생 및 변환 메커니즘 규명과 함께 프라이버시 침해 없는 공항·항만용 전신 검색 기술 개발, 테라헤르츠 의료영상 신기술 개발 등의 분야에 사용될 수 있습니다.

센터장은 러시아 부드커핵물리연구소의 고출력 테라헤르츠 자유전자레이저 센터장으로 활동 중인 니콜라이 비노쿠로프(Nikolay A. Vinokurov) 박사가 맡았습니다.

니콜라이 박사는 가속기물리 및 방사선 분야에서 세계 최고 수준의 이론과 실증 연구 능력을 겸비한 세계적 석학으로, 세계 최초로 방사광 가속기 핵심장치의 표준 모형을 개발했고, 이는 현재 전세계 모든 3·4세대 방사광 가속기에서 사용되고 있습니다.

한편  WCI 사업은 정부출연연구기관의 글로벌 경쟁력 제고를 위해 세계 수준의 국내외 우수 연구자를 초빙, 출연연과 공동 연구를 수행하는 개방형 연구체제를 구축해서 세계 수준의 핵심 원천기술을 개발하는 사업으로, 현재 WCI 사업은 한국원자력연구원의 '양자빔 기반 방사선 연구 센터'와  한국생명공학연구원의 'Kinomics 기반 항암 연구센터', 한국과학기술연구원의 '기능 커넥토믹스 센터', 국가핵융합연구소의 '핵융합 이론 센터' 등 4개가 운영되고 있습니다.
WCI 사업에는 2009년부터 2013년까지 5년 동안 총 600억 원이 투자될 계획입니다.

<양자빔 기반 방사선 연구센터 현황>

□ 과제 개요
 ○ 센터명 : 양자빔기반 방사선연구 WCI센터
 ○ 참여 연구원 : 총 13명(해외 연구원 5명, 국내 연구원 8명)
   - 러시아, 미국, 일본 등 해외 연구원 + 원자력연, 서울대, KAIST 등 국내 연구원
 ○ 추진 체계
   - 세계 최초로 방사광 가속기 표준모형을 개발한 러시아 과학자 Nikolay A. Vinokurov를 유치
   - 원자력(연) 및 서울대, KAIST 등 국내 동 분야 연구원들과 국제 공동연구 추진

□ 세부 연구내용
 ○ 첨단 가속기 핵심 기술 및 레이저 가속 기술과의 핵심 융합기술 개발
   - 신개념 교번자장기 개발(방사선 발생 주요 장치)
   - 레이저 가속 전자빔을 이용한 초소형 저장링 입사 기술 개발
 ○ 첨단, 극한 특성의 방사선 발생 및 이용 기술 개발
   - 극초단/고휘도 엑스선, 테라헤르츠 발생 기술 개발
   - 극한 방사선 이용 펌프-프로브 장치 및 기술 개발
 ○ 극한 방사선 이용 원자력/바이오/신소재 분야 응용 기술 개발
   - 세슘, 요오드 등 방사성 물질 기체의 분광 분석 및 고화 기술
   - 원자력 신소재 물성 및 바이오 물성 분석 기술
   - 테라헤르츠 실시간 의료 영상 기술
 ○ 신진 원자력 전문 인력 양성 및 글로벌 공동 연구 네트워크 구축
   - 년 4회 단기 강좌 개설 및 년 2회 국제 워크샵 개최 UST, KAIST 등과 연계)

□ 연구 기대효과
 ○ 세계 최초로 소형 고강도 엑스선/테라헤르츠 동시 발생장치 원천기술 확보
 ○ 프라이버시 침해 없는 공항/항만용 對테러 전신검색기 신기술 개발
 ○ 유해 방사성기체(세슘, 요오드 등) 고감도 모니터링 및 제거기술 개발
 ○ 난치성 질환치료를 위한 생체물질 발생 및 변환 메카니즘 규명


  <WCI 센터 설치 현황>

센터명

[설치기관]

기능 커넥토믹스센터

[KIST]

KINOMICS 기반
항암 연구센터

[생명연]

핵융합 이론센터

[핵융합연]

센터장

죠지 어거스틴(미국)

(George J. Augustine)

레이몬드 에릭슨(미국)

(Raymond Leo Erikson)

패트릭 다이아몬드(미국)

(Patrick H. Diamond)

센터장

약 력

▪미국DukeUniversity 신경생물학과 교수

Nature․Cell․Science 및 국제 저널에 100편 논문 발표

▪*유전학 연구분야의 세계적 대가

베스트셀러 신경과학 교과서 저자

 

미국 Harvard University **자세포생물학과 교수

Nature․Cell․Science 등 국제 저널에 160여편 논문 발표

연구에서 신호전달체계 최초 발견자

노벨상의 전초인 Lasker Award등 6건의 세계적인 상 수상

미국 UCSD(샌디에고대학) 물리학과 교수

▪SCI급 논문 300여편 이상 발표

핵융합분야에서 세계최고 수준의 기술보유 및 네트워크유지

국 NSF의 Presidential Young Investigator Award수상

연구

목표

뇌 기능적 회로규명을 통한 뇌질환 원인규명 및 치료기술개발

 

미생물․약용식물을 이용한 신개념의 천연 신항암 후보물질 및 *** Peptidomimentics 발굴

핵융합 플라즈마 난류 및 이상 수송현상 규명과 성능의 정량적 예측

 

연구인력

총 46명(해외20,국내26)

총 16명(해외8,국내8)

총 17명(해외7,국내10)

‘10년 연구비

63억원

30억원

27억원

posted by 글쓴이 과학이야기

기존 고출력 증폭기 MMIC는 고전압 환경에서 전력 전달 효율이 낮아 에너지 낭비가 크다는 단점이 있습니다.

이에 전력 전달 효율성이 높은 질화갈륨 등 신소자를 이용한 연구가 주목을 받고 있습니다.

질화갈륨 전력증폭기 기술은 무선통신, 위성통신 및 첨단 레이더 등에 활용되는 차세대  핵심부품 기술로 기존 진행파관(Traveling Wave Tube) 방식의 전력증폭기 기술 대비 저비용, 고신뢰성, 긴 수명, 소형, 경량화의 장점을 가지고 있습니다.
 
특히 갈륨비소(GaAs) 기반 전력증폭기에 비해 높은 전력효율을 가지고 있는 혁신 기술로써 현재 전 세계적으로 극소수의 업체만이 개발에 성공한 첨단 기술입니다.

기존 실리콘(Si)이나 갈륨비소(GaAs) 계열의 반도체는 고출력을 위하여 하이브리드(Hybrid) 형태로 여러 개를 묶어 고출력을 얻었습니다.

그러나 질화물(GaN) 전력증폭기 기술은 하나의 칩으로 고출력을 얻을 수 있어 저가격, 소형화가 가능하고, 실리콘 및 갈륨비소 대비 효율이 10%이상 높일수 있습니다.

K대역 GaN 고출력 MMIC칩(2mm×2mm)

X대역 GaN 고출력 MMIC칩(2mm×2mm)


무선통신기기나 레이더의 핵심부품인 전력증폭기를 설계하는 ETRI의 기술이 관련 세계 최고 기업인 영국 ACEAXIS사로부터 러브콜을 받았습니다.

ACEAXIS사는 이동통신용 원격무선장비인 RRH(Remote Radio Head)를 개발한 것을 비롯해 최근에는 세계적 통신장비 회사인 Notel의 무선통신 기술연구소와 합병하고 4세대 이동통신 시장을 겨냥한 해외 글로벌 메이져 통신업체 노키아지멘스, 에릭슨 등에 제품을 공급하고 있습니다.
 
이번에 ETRI가 수주받은 과제는 'S대역(2~4GHz) 50W GaN 위상배열 안테나 시스템용 전력증폭기 설계'기술 입니다.

이는 이동통신기기나  레이더 시스템의 출력을 담당하는 반도체 칩을 질화물(GaN) 웨이퍼 위에 설계하는 것이 핵심입니다.

이 기술은 고도의 기술력을 필요로 하기 때문에 소수의 선진국에서만 보유하고 있습니다.

ETRI는 이미 우수한 성능을 가진 X대역(8~12GHz) 및 K대역(18~26GHz) 질화물(GaN) 전력증폭기를 순수 국내 기술로 개발한 바가 있습니다. 

posted by 글쓴이 과학이야기

'최종병기활'에서는 쥬신타가 사용하는 촉이 넙적한 화살의 파괴력을 강조해서 보여줍니다.
이 화살은 사실 우리나라에서도 사용되는 것입니다.
그런데 영화에서는 화력차이를 통한 긴장감 조성용으로 마치 청군만 사용하는 위력적인 무기인 것처럼 묘사했습니다.

저 화살은 '도끼날촉화살-부(斧)형촉' 입니다.
용도는 관통력을 희생하는 대신 넓은 접촉면적을 이용해 표적에게 최대한 많은 혈관, 근육조직,  장기 등에 손상을 주는 것입니다. 
경갑보병이나 말 등에 사용합니다.

오늘은 화살의 종류를 적어봤습니다.

이것은 국립중앙과학관에 전시된 여러가지 종류의 화살입니다.


앞서 설명한 도끼날촉화살입니다.


화전(火箭) 입니다.
이 사진의 것은 우리가 흔히 알고 있는 불화살이 아니라 약포 안에 화약이 내장된 폭발성 화전 사진입니다.

소리화살, 적전(鏑箭) 입니다. 향전(響箭)이라고도 합니다.
흔히 말하는 효시(嚆矢)도 이것입니다.
나무나 쇠뿔 등을 속이 빈 구형으로 만들고 여러 개의 구멍을 뚫어, 날아갈 때 바람이 통과하면서 소리를 내도록 하는 것입니다.
작전 시 신호용으로 사용되며, 사냥에서도 사용합니다.
화살에 소리통만 달아놓은 것도 있지만, 대부분은 살촉 밑뿌리 부분에 소리통을 붙입니다.
'최종병기활'에서도 청군이 소리화살을 이용해 신호를 전달하는 장면이 나옵니다.


신전(信箭) 입니다.
명령을 전달할 때 사용합니다.
5개의 화살이 있는데, 화살촉에 영자를 새겼으며, 각각 오색 비단으로 조그만 표지가 달려있습니다.

영전(令箭) 입니다.

역시 군령을 전달할 때 사용됐습니다.

박두(樸頭) 입니다.
촉이 나무이고 끝이 뭉특한 살상력을 없앤 화살입니다.
무과(武科)에서 시험을 보거나 활쏘기를 배울 때 사용됐습니다.
영화 '왕의 남자'에서는 연산군과 대신들이 남사당패를 대상으로 사냥놀이를 할 때 나옵니다. 
화살깃이 작은 것도 특징입니다.


편전(片箭) 입니다. 애기살이라고도 합니다.
화살의 길이가 보통 화살이 1/3 수준입니다.
화살이 가볍기 때문에 초속도가 더 빠르고 관통력도 증대되며, 몸체가 짧기 때문에 공기저항을 적게 받아 더 멀리 날아갑니다.
그런데 길이가 짧기에 활 시위에 걸 수 없어, 통아라는 대나무통 속에 넣어 쏩니다.

'최종병기활'에서 주인공이 노획한 청군 화살로 편전을 만들어 쏘는 장면입니다.
영화 중 초반 사냥하는 씬에서도 편전이 나오는데, 두 씬 모두 '편전을 왜 사용하는가?'에 대해서는 합당한 이유를 찾기 어렵습니다.
편전의 특징을 살린 장면이라기보다 그냥 '보여준다'는 의미 이상은 없는 것 같습니다.

편전에 대해서는 더 자세히 따로 올릴 예정입니다. 

여기부터는 그림이 없습니다.

유엽전(柳葉箭)이 있습니다.
조선 중기 이후 신설된 무과시험에서 사용되었던 화살로, 촉이 버드나무잎처럼 생겼다고 해  유엽전이라고 불리웁니다.

대우전(大羽箭)은 문자 그대로 깃이 크고 화려한 화살입니다. 
동개살이라고도 불립니다.

육량시(六兩矢)는 무게가 여섯냥인 무겁고 큰 화살입니다.
한 냥이 약 37g이므로 이 육량시는 무게가 200g 정도 되는 것인데, 이는 보통 화살 한 개 무개가 100g 내외 인것보다 두 배 가량 무거운 것입니다.
또 길이도 길어 정량궁(육량궁)이라는 큰 활로 쏴야 합니다.
이 활은 보통 사람이 시위를 당기기도 힘들다고 합니다.

궁중 의식이나 행사에 사용했습니다.

번외로 관이전(貫耳箭)이 있습니다.
전장에서 군율을 어긴 군사를 처형할 때 사형수의 두 귀에 하나씩 꿰는 화살입니다.
길이가 다소 짧고 촉이 특별히 뾰족합니다.

옛날 그림 중 관이전으로 형벌을 받는 그림이 있는데 찾지를 못하겠네요.



현대 군용 총기류에는 다양한 용도의 탄환이 사용됩니다.
인마살상용 보통탄, 신호와 탄적확인에는 예광탄, 화재를 유발하는 소이탄, 관통력을 향상시킨 철갑탄 등이 대표적입니다.
또 특수용도로 인체 조직 안에서 치명적인 미세한 파편을 발생시키는 덤덤탄, 광역제압용 산탄, 회전을 없앤 날개안정탄, 그리고 최신으로는 유도 총알도 개발 되고 있습니다.

우리 선조들이 사용했던 화살의 종류도 현대의 탄환과 매우 유사하게 분류됩니다.
생각해보면 옛날이나 지금이나 투사병기를 이용한 전투의 방법이 도구만 달라졌을 뿐 궁극의 목적은 달라진 것이 없기 때문이겠죠.

화살촉은 신석기시대 돌화살촉을 시작으로 점차 모서리를 연마해 날을 세우면서 치사성을 높이게 됩니다.
이후 날카롭게 깨지는 성질이 있는 흑요석으로 만든 화살촉이 귀하게 사용됐는데, 주로 함경도 지역에서 생산됐다고 합니다.
『진서』 <숙신전>에는 ‘이 나라 동북쪽에 산(백두산)이 있어 돌이 나오는데 쇠를 뚫는다, 이 돌을 캘 때는 반드시 먼저 기도를 한다'는 기록이 있습니다.

화살대는 삼국시대의 경우 고구려가 광대싸리나무를 사용했고, 백제와 신라는 대나무를 사용했습니다.
고려는 버드나무가지를 사용했는데 사거리가 길었다고 합니다.


 

posted by 글쓴이 과학이야기

사람의 몸 속에 치료기기를 넣어 암세포를 죽일 수 있을까?

LED를 뇌나 혈관, 척추 등에 부착하고, 여기에서 발생되는 빛으로 질병을 진단하거나 치료할 수 있는 것을 가능하게 하는 기반 기술이 국내 연구진에 의해 개발됐습니다.

KAIST는 신소재공학과 이건재 교수팀이 최근 질화물 반도체 발광다이오드(GaN-LED)를 휘어지는 기판 위에 구현하고, LED에서 발생되는 빛이 암의 항원-항체반응에 의해 감도 차이가 일어나는 것을 확인했습니다.

또 연구팀은 이를 이용해 전립선암의 항체를 검출하는 실험에도 성공했습니다.

Flexible GaN LED

이번 연구를 토대로 LED에서 발생하는 가시광선 영역은 물론 자외선 영역까지의 다양한 파장대의 강한 빛을 이용할 경우 신경세포를 자극할 수 있어 질병을 치료하는데 응용될 수 있을 것이라고 연구팀은 전망했습니다.

GaN(질화갈륨)은 적은 에너지로 높은 효율의 빛을 낼 수 있는 반도체로, 현재 LED TV나 조명 등 산업 전반에 쓰이고 있지만 깨지기 쉬운 성질이 단점입니다.

이에 연구팀은 딱딱한 기판에서 성장된 얇은 고효율 GaN-LED를 유연한 플라스틱 기판에 전사하고, 생체 친화적인 재료를 사용한 바이오센서를 개발해 인체와 유사한 조건에 적용할 수 있도록 만들었습니다.

이번 연구로 인체에 삽입된 유연한 LED는 인간 생명 연장과 건강한 삶의 중요한 과제를 해결할 수 있는 흥미롭고 새로운 분야로 꿈같은 일들이 실현될 수 있을 것이라고 합니다.

이건재 교수

이번 연구결과는 나노분야 세계 최고 소식지인 ‘나노 에너지(Nano Energy)’ 9월호 온라인 판에 게재됐습니다.


또 관련 연구는 2009년부터 국내외에 다수의 특허가 출원·등록되었고, 지난 3월에는 KAIST를 대표하는 브랜드 과제로 선정되기도 했습니다.

이건재 교수는 논문의 공동책임으로 참여한 ETRI 성건용 박사팀과 생체이식형 라벨프리(Label-Free) LED 바이오센서에 대해 후속 연구를 진행 중입니다.


 

posted by 글쓴이 과학이야기
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