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최근 그래핀의 우수한 전기적 특성을 활용하여 초고속 반도체, 신개념 로직 반도체 등을 구현하기 위해 전 세계적으로 활발한 연구가 전개되고 있지만, 10~20년 후에나 상용화될 수 있는 기초연구가 대부분입니다.

또한 지금까지 그래핀을 현재 세계 반도체 시장의 핵심 주류인 실리콘 기반 전자소자의 한 부분으로서 적용한 사례는 없었습니다.

현재 국내외 기업에서는 20나노미터 이하 급에서 사용될 것으로 예상되는 전하포획방식의 플래시 메모리 소자를 연구 개발 중입니다.

하지만 이 방식의 플래시 소자는 데이터 보존 특성이 시장의 요구조건(멀티비트 동작 시 섭씨 150도에서 10년 이상 데이터 보존 등)을 아직 충족시키지 못해 현재까지 대량으로 상용화되지 못하고 있습니다.

이런 가운데 KAIST에서 금속 전극을 그래핀으로 대체하면 기존의 플래시 메모리 소자의 성능과 신뢰도가 획기적으로 개선된다는 사실을 규명했습니다.

KAIST 조병진 교수팀은 기존 실리콘 기반의 반도체 소자(전계효과 트랜지스터)에서 금속 게이트 전극을 그래핀 전극으로 대체하면, 미래의 반도체 시장에서 요구하는 성능과 신뢰도를 확보할 수 있다는 사실을 밝혀냈습니다.

기존 실리콘 기반 전하포획방식 플래쉬 메모리 소자에 그래핀 전극이 도입된 모식도

이번 연구성과는 그래핀이 먼 미래의 반도체 소자가 아닌 현재 양산 중인 반도체 소자에도 바로 활용할 수 있는 소재인 점을 증명한 첫 사례입니다.

이 기술은 기존의 반도체 제조 공정에서 크게 바뀌는 부분이 없어서 머지않아 양산에 적용할 수 있습니다.

이번 성과는 현재 국내외 기업들이 집중적으로 연구개발하고 있는 전하포획방식의 플래시 메모리 소자에 그래핀 전극을 사용하면 데이터 보존 특성이 바로 시판할 수 있는 성능과 신뢰도로 크게 개선(데이터 10% 손실시간 기준으로 기존 소자에 비해 1만 배 개선)될 뿐만 아니라, 데이터 씀과 지움 간의 전압차이가 70%나 개선되는 등 20나노미터 이하의 플래시 메모리 소자의 상용화에 가장 큰 기술적 장벽을 극복할 수 있음을 실험으로 증명한 것입니다.

이것은 그래핀이 세상에서 존재할 수 있는 가장 얇은 단원자층 물질이고, 신축성과 유연성이 뛰어나, 기존의 금속 전극과는 달리 전극 아래에 위치한 게이트 유전막에 기계적 스트레스를 발생시키지 않기 때문인 것으로 확인됐습니다.

또한 이번 연구를 통해 그래핀이 갖는 큰 일함수도 데이터 보존 특성을 향상시킬 수 있는 또 다른 장점으로 파악됩니다.

이번 연구결과는 나노과학 분야의 권위 있는 학술지인 'Nano Letters'지에 온라인 속보(11월 22일)로 게재되었습니다. 
(논문명 : Graphene Gate Electrode for MOS Structure-based Electronic Devices)

조병진 교수와 함께 이번 연구에 함께 참여한 연구팀 (뒷줄 왼쪽부터) 신우철 학생, 박종경 학생, 송승민 학생

 용  어  설  명

그래핀(Graphene) :
흑연의 표면층을 한 겹만 떼어낸 탄소나노물질로, 높은 전도성과 전하 이동도를 갖고 있어 향후 응용 가능성이 높아 꿈의 신소재로 불린다.

로직(Logic) 반도체 :
기억 기능을 하는 메모리 반도체와 달리 데이터를 연산ㆍ처리하는 반도체다.

플래쉬 메모리(Flash Memory) :
전원이 공급되지 않아도 저장된 정보를 계속 유지하는 컴퓨터 기억 장치의 일종으로 스마트폰, 노트북, 디지털 카메라 등의 전자장치에 폭넓게 사용된다.

전계효과 트랜지스터(field effect transistor) : 
전압(게이트 전압)으로 전류(드레인 전류)를 제어하는 형식의 가장 일반적이고 광범위하게 쓰이고 있는 반도체 소자

일함수(Work function) :
물질 내에 있는 전자 하나를 밖으로 끌어내는데 필요한 최소의 일(에너지)

전하포획 플래시(Charge Trap Flash) 메모리 :
전하를 기존의 도체가 아닌 부도체 물질에   저장하는 방식으로, 새로운 반도체 나노공정을 이용해 개발한 비휘발성 메모리

나노미터(nano meter) :
10억분의 1미터로, 1나노미터는 대략 성인 머리카락 굵기의 10만분의 1

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□ 그래핀은 원자번호 6번인 탄소로 구성된 나노물질입니다. 쉽게 이해하려면 연필심인 흑연을 떠올리면 됩니다.

그래핀은 두께가 0.2nm로 얇지만 물리 화학적 안정성가 매우 높습니다.

특히 구리보다 100배 이상 전도도가 좋으면서도, 반도체 소재인 단결정 실리콘보다 전자를 100배나 빠르게 이동시킬 수 있는데다, 강도는 철보다 200배 이상 강하고, 열전도성은 다이아몬드의 2배 이상입니다.
 
게다가 탄성이 좋아 늘리거나 구부려도 전기적 성질을 잃지 않기 때문에 '꿈의 나노물질'로 불립니다.

□ ETRI(한국전자통신연구원) 그래핀소자창의연구실 김진태 박사와 KAIST 전자공학과 최성율 교수가 공동으로 그래핀 기반의 플라즈몬 광도파(metal strip optical waveguide) 소자를 개발했습니다.

플라스몬(plasmon)이란 금속 내의 자유전자가 집단적으로 진동하는 유사 입자를 말하는데, 금속의 나노 입자에서는 플라스몬이 표면에 국부적으로 존재하기 때문에 표면 플라스몬(surface plasmon)이라고도 합니다.


연구팀은 화학기상증착(chemical vapor deposition: CVD)법을 통해 성장한 그래핀을 기반으로 집적 광회로 구현이 가능한 그래핀 플라즈몬 광도파로 기술을 개발했습니다.

‘그래핀 기반 플라즈몬 광도파로 및 광회로’ 개념도

금속-유전체 경계면에서 발생되는 표면 플라즈몬 폴라리톤(surface plasmon polartion: SPP)의 특성과 응용을 연구하는 플라즈모닉스(plasmonics) 분야에서는 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu) 등의 금속을 이용하는 금속선 광도파로에 대한 연구를 오랫동안 진행했습니다.

하지만, 금속의 전도도는 외부의 자극(전기장 등)을 통해 변화시킬 수 없어, 금속을 기반으로 하는 플라즈몬 광도파로의 응용은 한계에 다다르고 있습니다

반면, 반도체 특성을 갖는 그래핀의 전도도는 화학적 도핑(doping), 전기장, 자기장 그리고 게이트 바이어스(bias) 전압 조절 등을 통해 변화시킬 수 있어, 기존에 금속이 갖는 한계를 극복하는 신개념의 광전자소자를 개발할 수 있는 무한한 가능성을 갖고 있습니다.
 
이번에 개발한 그래핀 광도파로 기술은 기존에 이론적으로만 연구되고 있는 그래핀을 통한 광도파 특성을 실험적으로 증명한 것입니다.

특히 그래핀을 통한 광통신 성능을 확인함으로써, 그래핀 광도파로를 기존의 반도체 소자와 결합하여 광통신 및 전기통신이 동시에 가능한 차세대 광 반도체 융합 신소자로서의 개발 가능성을 크게 열었습니다.

연구진은 그 동안 금속 플라즈모닉스 기반의 나노 집적 광전자 소자를 연구해 '옵틱스 익스프레스(Optics Express)', '어플라이드 피직스 레터스(Applied Physics Letters)' 등 저명 학술지에 10 여 편의 관련 논문을 게재했습니다.

관련 논문은 광학분야 최고 권위의 저널인 '옵틱스 익스프레스(Optics Express)' 11월호에 게재됐습니다.
(논문명 : Graphene-based plasmonic waveguides for photonic integrated circuits)

 용  어   설  명

광도파 :
광파를 단면이 국한된 투명매질내에 가두어 놓고 매질의 축방향으로 전파시키는 것

표면 플라즈몬 폴라리톤(surface plasmon polartion: SPP) :
금속의 자유전자 진동과 광이 결합된 양자 입자

전도도 :
전류가 통과하기 쉬운 정도로 전류를 전압으로 나눈 값
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인체는 어떤 메커니즘에 따라 외부침입자에 대해 면역반응을 보일까?

지금까지 과학계는 면역계에 있는 T임파구가 이러한 기능을 담당하여 면역반응을 조절하고 있는 것으로 파악하고 있습니다.

이것은 마치 군에서 최고 사령관이 지휘권을 갖고 체계적으로 군을 통솔하여 적과 싸워 무찌르는 것과 같습니다.

그러나 정작 최고 사령관 T임파구의 지휘권은 어떻게 조절되는지는 여전히 명쾌하게 규명되지 않았습니다.

이 수수께끼에 대한 해답은 자가면역질환이나 장기이식 분야 정복에 혁명을 가져올 수 있습니다.

왜냐하면 류마티스성 관절염, 아토피, 천식, 궤양성 대장염 등 수 많은 자가면역성질환이 바로 사령관 T 임파구의 지휘권 남용(또는 약화)에 의해 발생하기 때문입니다.

장기이식에 대한 부작용이나 선천성(또는 후천성) 면역 결핍증도 T임파구의 작용으로부터 발생됩니다.

따라서 T임파구의 지휘권을 조절할 수 있다면, 면역관련 질환에 대한 근본적인 치유가 가능한 것입니다.

T임파구는 우리 몸의 면역을 담당하여 면역 조절 사령관이라고도 불립니다.

□ T임파구(면역세포)의 기능을 조절하는 핵심 생체인자가 국내연구진에 의해 밝혀졌습니다.

광주과기원 전창덕 교수팀은 수용체(TCR)와 직접 결합하면서 TCR을 통해 외부물질 인식과 신호전달에 관여하는 새로운 단백질 IGSF4를 찾아내고, 이 단백질이 T 임파구의 지휘권을 조절한다는 사실을 규명했습니다.

<그림 A>
상) IGSF4 단백질이 T 임파구 항원수용체의 한 구성인자인 TCR ζ 사슬과 결합하는 것을 공초점현미경으로 관찰한 사진
하) IGSF4 단백질이 직점 TCR ζ 사슬과 결합하는 것을 보여주는 연구결과임
<그림 B>
상) IGSF4가 결핍된 실험생쥐의 간단한 기술도 및 출생 후 4주된 생쥐의 모습
하) IGSF4가 결핍된 실험생쥐에서 자가면역반응이 감소함을 보여준 사진

이번 연구결과는 생체면역반응의 기초가 되는 원천 생체인자의 발견으로 주목받고 있습니다.


생체인자는 면역강화와 면역조절 등 생체반응에 관여하는 물질입니다.

TCR은 면역 사령관 T임파구가 외부에서 침입한 물질을 인식하게 하는 가장 중요한 수용체로서, 두 개의 사슬을 가진 단백질 구조체입니다.

IGSF4는 세포와 세포간의 부착을 유도하는 분자로, T임파구의 표면에서 항원인식을 도와 T 임파구의 활성을 조절하는 기능을 수행합니다.

연구팀은 쥐를 대상으로 IGSF4를 만들게 하는 유전자를 임의로 제거하면, 생성되는 사령관 T 임파구의 수가 줄어들 뿐만 아니라 만들어진 T임파구도 제대로 활동하지 못하고, 류마티스성 관절염, 아토피 등 자가면역성질환이 크게 억제된다는 사실을 확인했습니다.

반면 IGSF4가 많이 발현하면, 쥐는 오히려 T임파구의 기능이 비정상적으로 증진되어 지휘권 남용으로 면역질환이 발병할 수 있는 가능성이 증가된다는 사실도 밝혀졌습니다.

현재 IGSF4의 기능을 자유자재로 조절할 수 있는 인간 맞춤형 약물을 개발하고 있는 전창덕 교수는 이 물질이 개발되면 자가면역질환의 치료와 장기나 조직이식 등에서 나타나는 부작용을 제어할 수 있는 획기적인 치료제가 될 것으로 기대하고 있습니다.

이번 연구는 전창덕 교수와 김혜란 박사과정생(제1저자)이 주도했으며,  연구결과는 의학 분야의 권위 있는 학술지 '실험의학저널(Journal of Experimental Medicine)'에 11월 14일자(온라인)에 게재되었습니다.
    (논문명 : IGSF4 is a novel TCR ζ-chain-interacting protein that enhances TCR-mediated signaling)

왼쪽부터 이현수 박사과정생(공저자), 김혜란 박사과정생(제 1저자), 전창덕 교수(연구책임자)


 용  어  설  명

TCR (T-cell Antigen Receptor) :
면역 사령관 T 임파구가 외부에서 침입한 물질을 인식하는 유일한 수용체가 T-cell antigen receptor 즉, TCR이다.
이 수용체는 T 임파구의 생성, 발달, 분화 및 효과작용에 있어서 없어서는 안 될 매우 중요한 수용체이며 모든 면역반응은 TCR이 외부항원을 인식하면서 시작된다고 할 수 있다.
그러나 아직도 TCR이 외부의 항원을 인식한 후 어떻게 T 임파구 내부로 신호를 전달하는 지에 대해서는 아직도 이론만 존재할 뿐 정확한 실험적인 증거가 제시된 바가 없다. 

IGSF4 (immunoglobulin superfamily member 4) :
면역 사령관 T 임파구와 항원표지세포 (antigen presenting cell)간의 세포-세포 부착을 유도하는 분자로 처음 규명하였으며, T 임파구의 표면에서 항원인식을 도와 활성을 조절하는 기능을 수행한다.

자가면역성질환 :
외부로부터 내 몸을 지켜야할 면역계가 여러 원인에 의해 이상이 생겨 오히려 내 몸의 세포를 공격하는 질병
  

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현대인의 대표적 질환인 심장병, 협심증 및 뇌졸중의 원인이 되는 동맥경화를 억제하는 면역세포(Flt3 의존성 수지상세포)가 국내 연구진과 고 랄프스타이먼 교수(미국 록펠러대) 연구진의 공동연구로 밝혀졌습니다.

수지상세포는 면역반응이 일어날 때 매우 중요한 역할을 하는 세포로, 다양한 질병 치료제로 활용됩니다.

Flt3는 면역세포들의 생존, 증식 및 분화에 중요한 역할을 하는데, 특히 수지상세포 중 일부의 생성에 매우 중요한 역할을 합니다.

공동연구팀은 일반 면역장기에만 존재하는 것으로 알려진 Flt3 의존성 수지상세포가 혈관에도 상존하는데, 이들이 면역반응을 조절하는 림프구를 증가시켜 동맥경화병변을 억제한다는 새로운 메커니즘을 규명했습니다.

백혈구의 하나인 림프구는 골수와 림프조직에서 만들어진 세포로, 면역반응에 직접적인 작용을 합니다.

연구팀은 Flt3 유전자가 결핍된 생쥐(유전자변형생쥐)에는 혈관 내에 정상적으로 존재하는 Flt3 의존성 수지상세포가 결핍되어 있고, 이 Flt3 의존성 수지상세포가 결핍된 생쥐는 동맥경화증이 촉진된다는 사실을 밝혀냈습니다.

정상적인 혈관내에 두 가지의 수지상세포군이 존재하고 있으며, 이중 Flt3의존성 수지상세포는 조절 림프구를 증가시켜 동맥경화를 억제한다는 구체적인 작동 메커니즘을 밝힌 본 연구 결과를 모식도로 나타낸 것.

. 동맥경화증이 발생하는 생쥐인 LDL 수용체 유전자 적중생쥐(Ldlr-/-)에서 Flt3 유전자가 발현하지 못하도록 한 이중유전자 적중생쥐(Flt3-/-Ldlr-/-) 경우, 대조군 생쥐(Flt3+/+Ldlr-/-) 보다 동맥경화증이 촉진되어 Flt3의존성 수지상세포가 동맥경화증을 억제한다는 사실을 알 수 있었다.

즉, 동맥경화증이 발생하는 생쥐(LDL수용체 유전자 적중 생쥐)에게 Flt3 유전자가 발현하지 못하도록 하여 Flt3 의존성 수지상세포를 결핍시키면, 동맥경화증이 촉진된다는 것입니다.

이것은 살아있는 동물을 이용해 Flt3 의존성 수지상세포의 동맥경화 억제 촉진기능을 명쾌하게 규명한 연구결과로서, 앞으로 수지상세포를 이용한 신약개발에 새로운 토대를 마련했다는 점에서 의의가 있습니다.

이번 연구에는 이화여대 오구택 교수와 한양대 최재훈 교수, 올해 노벨 생리의학상 수상자인 고 랄프스타이먼 교수(미국 록펠러대), 정철호 박사(미국 록펠러대) 등이 참여했습니다.

오구택 교수

정철호 박사

최재훈 교수



이번 연구결과는 세계 최고 권위의 생명과학분야 학술지 '셀(Cell)'의 자매지인 'Immunity'지 온라인(11월 10일)에 게재되었습니다.
     (논문명 :Flt3 Signaling-Dependent Dendritic Cells Protect against Atherosclerosis)

 용  어  설  명

수지상세포 (Dendritic cell) :
수지상세포는 올해의 노벨상수상자인 고(故)랄프스타인먼교수가 1973년도에 생쥐의 면역장기에서 발견하여 최초로 명명한 세포로서, 면역반응이 일어날 때 매우 중요한 역할을 수행한다.
세균이나 미생물감염시에는 적절하게 면역반응을 유도하여 방어하는 역할을 수행하기도 하고 체내 자가 항원에 대해 내성을 유도하여 자가면역성 질환을 억제하기도 한다.
현재까지 알려진 면역세포 중 가장 강력하게 림프구들의 활성을 높일 수 있는 것으로 보고되었으며, 이를 이용하여 다양한 질병에 대한 면역치료제가 개발되고 있다.
 
Fms-like tyrosine Kinase receptor-3 (Flt3) :
Flt3는 다른 말로 CD135라고도 하고, 조혈전구세포의 표면에 발현되는 수용기로서 면역세포들의 생존, 증식 및 분화에 중요한 역할을 수행하는 것으로 알려져 있다.
특히 수지상세포의 전체 세포군중 일부 군의 생성에 매우 중요한 역할을 수행한다.
이번 연구에서는 Flt3가 결핍된 생쥐를 이용하여 Flt3에 의존적인 수지상세포가 선택적으로 결핍된 동맥경화모델 생쥐를 제작하여 동맥경화병변의 형성정도를 분석하였다.

유전자변형생쥐(GEM, Genetically Engineered Mouse) :
첨단생명공학기술인 유전자조작기술을 이용해서 전체 유전자 중 특정 유전자만을 변형 혹은 제거한 생쥐를 말함.
이러한 변형에는 생쥐의 본래 유전자 중 특정 유전자만을 더하거나 제거하는 방법에서부터 특정 유전자의 발현정도를 인위적으로 조절하거나 인공적으로 제작된 유전자를 추가하는 기술 등이 포함된다.

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해저열수광상은 수심 1000~3000m에서 마그마로 가열된 열수(熱水)가 해저암반을 통해 방출되는 과정에서 형성되는데, 금, 은, 구리, 아연 등 중요 전략금속을 함유하고 있습니다.


열수플룸(좌측화살표)과 열수광체(우측)


한국해양연구원이 남서태평양 피지공화국으로부터 피지 배타적 경제수역(EEZ) 내에 여의도 면적의 350배에 달하는 약 3000㎢ 규모의 해저열수광상 독점 탐사광구를 확보했습니다.

이를 20년간 개발할 경우 연 30만 톤, 약 65억 달러(연간 3.2억달러)의 수입대체효과가 예상되는 차세대 전략광물자원입니다.

이번 피지 독점 탐사광구 확보는 지난 2008년 남서태평양 통가왕국 EEZ 내에서 독점 탐사광구(약 2만 4000㎢)를 확보한 이후 두 번째 성과입니다.

남서태평양 도서국가 인근 해역은 해저광물자원이 풍부하게 분포되어 있어 다국적 민간 광물자원개발기업들이 탐사광구 확보를 위하여 치열하게 경쟁하는 지역으로서, 이번 피지 광구 확보과정에서도 민간기업 Nautilus社와 치열한 경쟁이 있었습니다.

이 과정에서 피지 정부가 최종적으로 우리 정부에 독점 탐사를 허가한 것은 채광, 조선, 제련 등 우리나라의 심해저 광물자원 개발 관련 연구개발 성과 및 기술 우위를 인정하였기 때문으로 풀이됩니다.

한국해양연구원은 2017년 이후 해저열수광상의 본격적인 채취 개발을 위해 앞으로 민간 참여기업을 모집한 후, 참여기업과 공동으로 광구 내 해저열수광상 개발유망지역에 대한 정밀 해저면 탐사와 자원량 평가를 실시할 계획입니다.

 □ 광구 개요
 ㅇ 위  치 : 피지 배타적 경제수역(EEZ)
 ㅇ 면  적 : 총 2,948.4㎢
 ㅇ 탐사유효기간 : 6년 (‘11~’17)
 

지  역

면적()

블록수

KF-1

1,297.3

11

KF-2

707.6

6

KF-3

943.5

8

합  계

2,948.4

25

해저열수광상의 경제적 가치

ㅇ 20년간 연 30만톤 채광시 약 65억 달러(연간 3.2억달러)의 금속자원 수입대체 효과

금  속

해저열수광상 금속 함량(A)1)

연간 생산 가능 금속량(B)

톤당 금속가격

(C, US$)2)

가    치

(D, 백만US$)3)

Cu(구리)

6.67%

15,605톤

7,900

123.3

Pb(납)

0.78%

1,379톤

1,981

2.7

Zn(아연)

14.95%

28,918톤

1,918

55.5

Au(금)

6.38ppm

1톤

55,235,829

55.2

Ag(은)

391.8ppm

80톤

1,100,858

88.1

 

 

 

324.8


   1) 일본 선라이즈(Sunrise) 광체 평균 품위
   2) 구리, 납, 아연 : 2011.10.31 LME(런던금속거래소) 거래가격
     금, 은 : 2011.10.31 LBMA(런던금시장연합회) 거래가격   
   3)
D(연간 개발가치) = B × C  (B = 30만톤 × A)

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이제 음악도 사용자의 다양한 요구에 맞추어 정확하게 검색 및 청취할 수 있게 됐습니다.

기존의 음악 검색 서비스가 노래 제목이나 가수 이름 등의 키워드 중심으로 제공됐다면, 앞으로는 듣는이의 감성과 취향에 따라 음악이 선곡되는 서비스가 가능해졌습니다.

해외에서는 음악을 분위기에 따라 선곡해 사용자에게 제공하는 서비스들이 등장했고, 국내에서도 일부 음원 제공 회사들이 인터넷을 통해서 유사한 서비스를 제공하고 있습니다.

하지만 외국은 해외 음악 위주로 서비스가 제공되어 국내 사용자는 국내 음악을 선택하여 청취할 기회가 없었고, 국내 서비스는 감성 평가를 활용한 기초적인 서비스 제공에 머물러 양질의 감성기반 음악 서비스를 기대하는 사용자들의 요구를 만족시키지 못했습니다.

ETRI(한국전자통신연구원)는 사람이 느끼고 반응하는 감정별로 음악을 분류하고, 사용자가 원하는 감정에 따라 음악을 검색 및 추천할 수 있는 '감성 기반 뮤직 내비게이션 기술'을 개발했습니다.

뮤직 내비게이션 기술을 이용할 경우 사용자는 듣고자 하는 노래나 가수를 모르더라도, 본인이 처한 감정 상태와 선호하는 취향에 적합한 다양한 음악을 검색해 추천받을 수 있습니다.

사용자는 'Sad(슬픈)', 'Delightful(즐거운)', 'Bright(밝은)', 'Soft(부드러운)' 등과 같은 단일 감정 상태를 선택하거나,  'Bright'와 'Soft'를 동시에 선택해 복합 감정의 음악을 선곡할 수도 있습니다.
 
또 특정 음악을 들으면서 그와 유사한 선율의 음악을 검색하거나, 하이라이트 구간만을 미리 들을 수 있는 편의 기능도 제공됩니다.

시제품으로 제작한 ‘태블릿PC용 뮤직 내비게이션’

이번에 ETRI가 개발한 기술은 감정 평면과 감정 어구를 동시에 제공하여 사용자가 원하는 음악을 쉽게 검색하고 추천할 수 있으며, 복합 감정을 통한 검색과 추천이 가능해 사용자에게 높은 만족감을 제공합니다.

ETRI는 이번 기술이 국내 음악 콘텐츠 산업을 활성화하는데 크게 기여할 것으로 전망하고 있습니다.

특히 잘 알려지지 않은 음악을 잠재적 선호 사용자들에게 알려줌으로써, 저작권 음악 콘텐츠의 합법적인 소비 유도 및 이용 활성화에 기여할 것으로 기대됩니다.

현재 국내 음악 산업은 특정 장르와 젊은 층을 겨냥한 일부 인기곡 위주로 시장이 형성돼 있어, 음악적 완성도는 높지만 대중적 인지도가 낮은 음악들은 음악 시장에서 살아남기가 어려웠습니다.

하지만 이번 기술 개발로 음악의 다양성과 저작권자의 창작 의지를 장려하고, 음악의 소비 구조도 롱테일(long-tail) 시장으로 개선하는데 기여할 것으로 보입니다.

특히 뮤직 내비게이션 기술은 음악 콘텐츠 산업의 세 주체인 사용자, 권리자, 서비스사업자 간 이해 상충을 상당부분 해소할 수 있는 기술로 평가되고 있습니다.

사용자 측면에서는 보다 똑똑한 음악 검색 서비스를 통해 원하는 음악을 보다 쉽고 정확하게 청취할 수 있게 되는 등 음악 콘텐츠에 대한 접근성과 편의성이 강화될 것이며, 권리자 측면에서는 사용자의 음악 콘텐츠 이용 활성화에 따른 정당한 저작권 수입 확보의 이점을, 서비스사업자에게는 기존 음악 서비스에 대한 부가가치 확보 및 모바일 단말, 자동차, 가전, 스마트TV 등과 결합된 새로운 융합서비스의 발굴 기회가 확대될 것으로 전망됩니다.

ETRI는 이번 개발 기술을 최근 상용서비스를 시작한 KT뮤직 『올레(olleh)뮤직』(www.ollehmusic.com)을 통해 일반인에 처음 선보였습니다.

베타서비스 중인 KT뮤직 『올레(olleh)뮤직』내 ‘감성추천’ 서비스


KT뮤직은 뮤직 내비게이션 기술이 적용된 '감성추천' 코너를 통해 컬러와 시간, 날씨에 따른 각기 다른 감성 키워드별 추천 음악 서비스를 제공합니다.

이 서비스는 PC버전뿐만 아니라 스마트폰, 태블릿PC 등 모바일 사용자를 위한 앱(app)도 제공할 예정입니다.

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BT, IT, NT의 융합이 가속화되고 있습니다.

이 가운데 환경 감시용 바이오 센서 제품의 시장 성장률이 높을 뿐만 아니라 진입 장벽도 비교적 낮은 것으로 분석됐습니다.

바이오 센서는 생체감지 물질이 특정 물질과 선택적으로 반응 결합하는 성질을 이용해 분석 물질의 존재 여부를 신호 변환기로 확인할 수 있는 장치 및 소자입니다.

한국기계연구원 곽기호 연구원은 '바이오 센서 글로벌 시장 동향분석'을 통해 바이오 센서의 글로벌 기술 및 시장 트렌드, 세계 시장 구조 및 규모, 분야별 시장 동향 등을 분석했습니다.
 
보고서에 따르면 바이오 센서는 분석 물질에 대한 선택적 반응(Selectivity), 극미량도 측정할 수 있는 측정 한계(Detection Limit), 검출 기능의 재현성(Reproducibility), 측정에 소요되는 반응 시간(Response Time), 생채감지 물질의 수명(Life Time Limits) 확보 등이 핵심 성공 요인으로 고려되고 있습니다.

바이오 센서의 활용 분야로는 크게 의료(POC, Home Diagnostic), 산업 공정(Process), 환경 모니터링, 군사, 연구(실험) 등으로 구분할 수 있으며, 시장 규모는 2009년 말 현재 약 67.3억 달러로 추정되는 가운데 2016년까지 연평균 11.5%의 높은 성장(144.2억 달러)이 예상되고 있습니다.
 
이중 혈당 센서, 심장 관련 질환 바이오 마커 등 의료(POC, Home Diagnostic) 분야의 시장 규모가 70%에 육박하고 있고, 향후 환경 감시용 바이오 센서 시장도 높은 성장세를 보일 것으로 예상됩니다.

삶의 질 향상, 환경 규제 강화, 친환경 녹색 성장 트렌드에 따라 환경 물질의 검출을 신속하고 효율적으로 수행해야 할 필요성이 커지면서 환경 감시용 바이오 센서 시장은 2016년까지 연평균 12% 성장하며 시장 규모가 20억 달러를 돌파할 것으로 예상됩니다.

그러나 아직까지 기존 대기업이나 지배적인 제품(Dominant Design)이 자리 잡지 못한 상태로 우리나라와 같이 바이오 센서 후발 주자가 진입하기에 비교적 용이한 것으로 파악됩니다.

실제로 2009년 현재 환경 감시용 바이오 센서 시장의 1위 기업(Strategic Diagnostics, 미국) 점유율은 16%에 불과해 신생 기업의 진입이 활발한 것으로 보고되고 있습니다.

이 보고서는 한국기계연구원이 자체 발간하는 월간 정책분석지 「기계기술정책」 10월호에 소개됐습니다.

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■ 모 엔진부품 전문업체는 미국의 유명 자동차 회사로부터 오스테나이트 함량이 10% 미만인 스텐레스강을 재료로 하는 연료공급펌프 제작을 의뢰 받았지만, 결국 그 기준을 맞추지 못했습니다.

그 이유는 부품 수명에 결정적인 역할을 하는 오스테나이트가 국내 X-선 회절기로 측정했을 때는 10% 미만의 함량이었지만, 미국에서 측정한 함량은 10% 이상으로 나타났기 때문입니다.

이 예에서 보듯 높은 수준의 정확도를 요구하는 대일 또는 대미 부품소재 부문에서 국내 업계는 기술 장벽으로 인해 수출에 어려움을 겪어 왔습니다.

이는 측정에 사용되는 인증표준물질 제조 기술이 미국 등 일부 국가만 보유하고 있었기 때문입니다.

■ 금속 등 모든 물질은 사람의 지문처럼 고유의 원자배열을 갖고 있어, 이를 알아내면 물질의 종류를 정확히 파악할 수 있습니다.

이때 활용하는 장치가 X-선 회절기로, 물질의 종류를 파악하고자 할 때 우선적으로 사용하는 장비입니다.

X-선 회절기는 무엇보다 주기적인 교정을 통해 측정 정확도를 유지하는 것이 관건입니다.

하지만 지금까지 X-선 회절기의 교정을 위해 사용하는 표준물질이 없어 측정결과의 신뢰성을 보장할 수 없었습니다.

KRISS가 개발한 인증표준물질의 입자를 전자현미경으로 관찰한 모습

■ KRISS(한국표준과학연구원) 재료측정표준센터 김용일 박사팀이 사람의 지문처럼 물질의 종류를 파악하는데 필수장치인 X-선 회절기의 정확도를 높이는 기술 개발에 성공했습니다.

개발한 실리콘 인증표준물질과 김용일 박사

이번에 개발한 인증표준물질을 이용해 X-선 회절기를 교정하면 물질의 원자배열 값을 1/10000 수준까지 정밀하게 측정 할 수 있습니다.

이렇게 정밀하게 값을 측정하면 물질의 혼합물 및 화합물의 구분뿐만 아니라 결정 내부의 변형이나 결함구조분석, 촉매 개발에도 활용이 가능합니다.

이번 인증표준물질은 반도체 웨이퍼를 만드는 데 사용하는 실리콘을 이용했고, 제조한 분말의 입자는 2~10 마이크로미터 크기입니다.

연구팀은 덩어리 형태의 실리콘을 1만 분의 1mm까지 분쇄할 수 있는 '제트밀'(Jetmill)이라는 분쇄기를 활용해 이를 잘게 쪼갠 후, 다시 매스실린더를 활용한 자연낙하법으로 맨 밑바닥과 윗부분의 입자는 제거하고 난 뒤 가운데 부분의 원하는 입자만을 얻어냈습니다.

이를 통해 얻어낸 입자는 마지막으로 1000℃ 이상의 열처리 과정을 거쳐 인증표준물질로 만들어졌습니다.

매스실린더를 활용해 1g의 실리콘 입자를 얻기 위해서는 약 12시간 이상이 소요되는데, 시행착오 끝에 균일한 상태의 실리콘 입자를 얻어내는데 성공한 것입니다.

개발한 인증표준물질을 활용해 X-선 회절기를 교정하는 모습

연구팀은 이번에 개발한 인증표준물질을 내년부터 한국원자력연구원 하나로센터, 포항가속기연구소 등 연구 시험기관을 비롯해 산업체, 학교 등에 공급하고, 중국 등 아시아지역 국가에도 수출할 계획입니다.

이번 인증표준물질 개발 성공은 해마다 늘고 있는 부품소재 수출에도 긍정적으로 작용할 전망입니다.

이번 기술 개발은 앞으로 국내 부품소재 업체의 수출뿐만 아니라 신소재 개발 능력제고, 제약업계의 신약 개발 시에도 신뢰성 향상이 기대되고 있습니다.

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■ 근육무력증인 루게릭병은 근 위축성 측삭 경화증이나 ALS(Amyotrophic lateral sclerosis)라고도 하는 희귀 난치병입니다.

이 병은 대뇌 및 척수의 운동신경원이 선택적으로 파괴되기 때문에 '운동신경원 질환'이라고도 하는데, 2130개 연속게임 기록을 보유한 야구선수 '루게릭'이 근위축성 측색 경화증 진단을 받은지 2년 만에 사망하면서 루게릭병으로 불리고 있습니다.

전동휠체어를 타고 다니는 천재 천체물리학자 스티븐호킹도 루게릭병 환자입니다.

루게릭병은 인구 10만명 당 2~3명 발병하며, 점차적으로 발병률이 증가하는 추세입니다.

세계적으로는 약 10만 명, 우리나라에서는 5000명의 루게릭병 환자들이 있지만, 아직까지 탁월한 치료제가 없는 실정입니다.

■ 한국한의학연구원 (KIOM) 양은진 박사팀은 루게릭(ALS) 동물 모델에서 침 자극으로 인한 항염증 치료 효과 및 작용기전을 규명했습니다.

양 박사팀은 루게릭 병 동물 모델 쥐를 이용하여 만성질환에서 면역력을 증가시켜 주는 것으로 알려진 족삼리 혈자리에 침 또는 봉독 약침을 처치함으로써, 루게릭병의 대표적 병리 증상인 근육마비로 인한 운동력 저하를 억제함을 확인했습니다.

ALS 쥐에 봉독 약침 또는 전침 자극을 ST36(족삼리)에 처치 함.

ALS 병리기전의 일부로는 뇌와 척수의 염증 반응에 관여하는 주요인자들이 증가하여 신경세포가 사멸한다고 알려지고 있습니다.

이를 침 또는 봉독약침의 항염증 처치로 뇌와 척수에 있는 염증반응관여 세포 활성화를 억제하여 신경세포 사멸을 억제하는 것입니다.

연구팀은 족삼리 혈자리에 봉독약침을 처리한 ALS 동물 실험군 그룹과 같은 주령(쥐 나이)의 ALS 동물에 식염수를 처리한 대조군 그룹 각 11마리씩의 운동력을 측정했습니다.



7일 후 rota-rod test를 실시한 결과, 봉독약침을 처리한 ALS 동물들이 같은 주령 대조군 ALS 동물보다 1.3배 증가된 운동력이 있음을 확인했습니다.

B:대조군(ALS척수)염색된 미세아교세포 D:대조군(ALS뇌간)염색된 미세아교세포

C:봉독약침 처리된 ALS 동물 척수에서 염색된 미세아교세포E:봉독약침 처리된 ALS 동물 뇌간에서 염색된 미세아교세포


C:대조군(ALS뇌간)TNF-α염색된 세포 E:대조군(ALS척수)TNF-α염색된 세포

D:봉독약침 처리된 ALS 동물 뇌간에서 TNF-α염색된 세포F:봉독약침 처리된 ALS 동물 척수에서 TNF-α염색된 세포


rota-rod test는 쥐의 다리 근육 강도와 균형감을 측정하기 위한 행동학적 실험 방법으로, 쥐들을 돌아가는 원통형 바 위에 올려놓고 걸을 수 있도록 적응 시킨 뒤, 적응이 된 쥐를 10 rpm 속도로 도는 원통형 바에서 쥐가 떨어지지 않고 운동하는 시간을 측정하는 것입니다.

또한 ALS 동물 뇌간과 척수의 염증 반응에 관여하는 미세아교세포(microglial cell)들의 활성화를 조직면역학적 염색법을 통해 확인해 본 결과, 봉독 약침 처치 후 뇌간과 척수에 있는 미세아교 세포수가 약 2.8배 감소되고, 염증 유발의 주요인자(pro-inflammatory factor)인 TNF-α단백질 발현 역시 뇌간과 척수에서 4배 감소됨을 확인했습니다.

rota-rod test 결과 (Con: 대조군 ALS 쥐BV : 봉독약침 처리된 ALS 쥐)결과: 봉독 약침 처리된 ALS 쥐들의 운동력이 더 높음)

이는 한의학의 대표적 치료수단인 침술이 면역력을 증가시킴으로써 뇌와 척수에 있는 신경세포 사멸 억제에 관여하고 있는 것으로 분석되고 있습니다.

한편 양 박사팀의 연구는 세계적 권위의 전문 국제학술지인 J. Neuroinflammation(저널 오브 뉴로인플러메이션) 등에 4편의 논문으로 발표됐습니다.

1. Melittin restores proteasome function in an animal model of ALS. (J Neuroinflammation. 2011 Jun 20;8:69, IF: 5.79)   봉독의 구성성분인 멜리틴이 봉독 약침 처리시 나타나는 항염증 효과 및 프로테아좀 활성도를 50% 증가시킴

2.  Anti-inflammatory effects of electroacupuncture in the respiratory system of a symptomatic ALS animal model. (Neurodegenerative Diseases, IF: 3.79) 전침 자극이 ALS 동물 폐 조직의 염증반응에 관여하는 단백질들 (Iba-1, TNF-a, IL-6)을 감소함.     


3.  Bee venom attenuates neuroinflammatory events and extends survival in amyotrophic lateral sclerosis models. (J Neuroinflammation. 2010 Oct 15;7:69, IF: 5.79) 봉독 약침에 의한 ALS 동물의 근육 마비 현상 지연시키고, ALS 동물의 봉독 약침 처리가 미토콘드리아 손상 및 미세교세포 (microglial cells)의 활성화를 감소시켜 신경세포 사멸을 억제함.


4.  Electroacupuncture reduces neuroinflammatory responses in symptomatic amyotrophic lateral sclerosis model.J Neuroimmunol. 2010 Jun;223(1-2):84-91, IF:3.0) ALS 동물의 족삼리에 전침 자극시 운동력이 향상되고 뇌와 척수에서 염증반응 매개 발현이 감소됨을 확인

<루게릭병, 근위축성 측삭 경화증이란?>

-개요-
근위축증 측삭경화증(Amyotrophic lateral sclerosis, ALS)은 대뇌와 척수의 운동신경 세포가 파괴되는 퇴행성 신경계 질환으로서 점차적으로 근위축과 근력약화를 초래하여 발병 5년내에 사망에 이르는 치명적인 질병이다.
환자의 약 5~10%의 경우는 가족성(familial ALS)으로 이들 대부분은 상염색체 우성(autosomaldominant)유전을 하는 것으로 알려져 있고 나머지 90% 는 산발적(sporadic ALS)으로 발생한다.
가족성의 경우 20% 는 Cu/Zn superoxide dismutase (SOD1) 유전자에 돌연변이가 원인이 된다.
(참고논문 : Cleveland & Rothstein 2001, Wang 2010, Boillee 2006, Swarup 2010)
현재까지 전세계적으로 많은 돌연변이가 알려져 있으며 약140개의 SOD1유전자 돌연변이가 ALS 환자에서 확인되었다 (Prudencio 2010).

Cu/Zn superoxide dismutase (SOD1) 는 항산화 작용을 하는 효소로써 철, 구리, 아연, 방간 등을 함유하고 있고 과산화 이온을 물로 전환 시켜 산화 작용을 저해하여 세포 손상을 감소시키는 역할을 한다. 

-원인-
루게릭병의 원인은 잘 알려져 있지 않고 있다.
바이러스, 대사성, 감염성, 환경오염으로 인한 중금속 축적설, 면역성, 그리고 특별한 생활사건들로 추정된다.
극히 드물게는 부모로부터 유전된 경우도 있다.
 

-증상-
근력 약화 및 근위축이 발생한다.
사지의 근력 약화와 근위축, 사지마비, 언어장애, 호흡기능 저하로 말미암아 수년 내에 사망하는 만성 퇴행성 질환이다.
초기에 그 증상이 매우 미미하여 간과할 수 있다.
증상의 진행 양상은 팔과 다리의 경련 또는 힘이 빠져 자주 넘어지게 되고, 목소리가 잘 나오지 않게 되어 의사소통이 어려워진다.
말기에는 삼킴 기능 장애로 음식을 삼키지 못하게 되어 사래에 쉽게 걸리게 되고 호흡곤란이 나타난다.
원칙적으로 루게릭병은 운동신경세포가 유일하게 손상받으므로 감각장애, 방광기능장애, 지적기능장애는 거의 나타나지 않는다.

-진단-
루게릭병을 확진하기 위한 특정 검사는 없다.
전기생리학적 검사와 조직병리학적 검사를 시행하는 한편 비슷한 질환을 배제하기 위하여 뇌척수액검사와 근조직검사, X-ray 및 MRI, 근전도검사 등이 시행된다.
 

-경과-
초기 증상이 손 팔의 힘이 떨어지기 시작한 경우와 어눌한 말투, 삼킴 곤란부터 나타나는 경우가 있는데, 일반적으로 후자의 경우 병의 진행이 빠른 것으로 알려져 있다.
하지만 어느 경우나 병이 진행하게 되면 양쪽 증상 모두 나타나 전신근육을 움직일 수 없기 때문에 침대에 누워 지내게 된다.
루게릭병 환자의 약 50%가 3~4년 내에 사망에 이른다.

-치료-
루게릭병을 완치하기 위한 특정 치료법은 현재까지 없다. 
근력약화방지, 영양요법, 통증관리, 호흡재활, 언어재활, 약물 치료 등 다방면에서 이뤄진다.
리루텍정®(Riluzole)이라는 약이 병의 진행을 늦추는 목적으로 사용된다.

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한국에너지기술연구원이 국내 '제주 글로벌 신재생에너지 연구센터'를 개소했습니다.

이 연구센터는 융복합 원천기술 개발과 상용화를 위한 대규모 Test-bed 구축을 통해 청정지역인 제주의 그린에너지 자립을 지원하고 녹색산업 5대 강국 실현을 위해 설치됐습니다.

에너지연은 연구센터를 통해 제주도의 풍부한 육·해상 녹색 자원과 국제적 교류가 가능한 장점을 활용, 녹색성장의 핵심역할을 수행하고 국제적인 에너지기술 융복합 R&DB 허브로 육성할 계획입니다.

또 제주도의 에너지와 물, 바람과 IT 및 스마트그리드를  활용한 창의형 연구를 통해 새로운 육·해상 상용기술을 개발하고, 향후 세계적인 석학들과의 교류 및 공동연구 수행을 통해 신재생 해수담수화, Redox 흐름 배터리, 해수열원 냉난방, 해상풍력발전, 연료전지자동차, 스마트그리드, 농수산물 건조 열교반 히트펌프 등 융복합 원천기술 및 개방형 연구의 중심이 될 것으로 기대하고 있습니다.

<연구센터 개요> 

 ㅇ 소 유 : 한국에너지기술연구원 
 ㅇ 위 치 : 제주시 김녕리 9-2번지 일대, 102,637m2(약 31,048평)
 ㅇ 사업기간 및 총사업비 : 2006년~2011년 (6년), 247억원
   
□ 주요 활용 방안
  ㅇ 개방형 혁신을 통한 그린에너지 융?복합 원천기술 개발
  ㅇ 그린에너지 Test-bed 구축
  ㅇ 그린에너지 국?내외 협력 및 교육/훈련 거점 육성
  ㅇ 제주 청정지역의 그린에너지 자립화 지원

□ 시설개요 및 배치도

분  야

사  업  명

그린에너지
융복합 원천기술

․육/해상풍력 원천기반 기술개발 상업화

  - 2MW급 이상의 대형 신개념 풍력발전 시스템 개발에

    필요한 풍력발전기 블레이드, 진단/제어시스템 개발

․해양 미세조류 이용 바이오 에너지생산 개발

․신재생에너지연계 에너지저장 시스템 개발

신․재생에너지 실증/평가

․연료전지 자동차 기술 시범/상업화

 - 수소 스테이션 및 연료전지 버스 실증기술 확보 및 성능 평가

․청정 바이오연료 스테이션 및 자동차 시범 실증연구

  - 바이오 연료 생산 파일럿 설비, 시범 주유 인프라, 시범 차량에 이르는 실증 연구

․해수 열원 이용 지역 열공급 시스템 개발

  - 해수열을 활용한 히트펌프 냉난방 시스템 개발

․신재생에너지 이용 해수담수화 시스템 개발

  - 풍력, 태양열 및 태양광을 활용한 해수담수화 시스템 개발

스마트그리드
운용시스템 실증 시범화

․스마트그리드 신재생에너지원 운용 시스템 구축 실증

․스마트플레이스 검증 모니터링, 에너지 통합관제 시스템

  - 스마트플레이스(홈,빌딩 등) 기술 확립

  - IT기반 에너지통합관제시스템 운용 등

국내외 협력
교육훈련

그린에너지 국내외 연구개발 협력 및 에너지 전문인력 양성



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