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신문지상에서 흔히 "최초의 인류 조상 화석 발견", "국내에서 제일 오래된 암석", "중생대 공룡 화석 발견" 등등의 기사를 볼 때가 있다. 이때 빠지지 않고 등장하는 것은 해당 암석의 지질연대이다.

일반인들이 듣기에 생소한 지질 연대 측정은 생각 외로 우리 생활과 밀착되어 있다.

지하자원의 조사나, 고고학 유물의 발굴 및 대형 토목 구조물의 지반 안정성 평가에 있어서 정밀한 지질연대 측정 자료의 역할은 크다.

또한 지구 온난화를 비롯한 기후 변화 연구에 있어서도 과거 기후 변화 경향을 알기 위한 중요한 척도 중의 하나로서 연대 측정 자료는 활용된다.

최근 분석 장비들의 발달로 인해 지질 연대 측정용 분석 기기들의 발달도 괄목할 만하다.

지질연대 측정을 위해서 동위원소비를 측정할 수 있는 질량분석기가 필요한데, 국내에 보급되어 있는 것은 열이온화 질량분석기, 불활성기체 질량분석기와 고분해능 이차이온질량분석기이다.

그중 주목할 만한 것은 지난해부터 본격적으로 공동 활용이 진행 중인 고분해능이차이온질량분석기이다.

한국기초과학지원연구원 오창캠퍼스에 전 세계에서 13번째로 설치된 고분해능이차이온질량분석기(SHRIMP)는 광물 표면 수십 마이크로미터의 좁은 영역에 산소 이온빔을 쏘아 튀어나오는 이차 이온을 분석하여 연대 측정에 필요한 우라늄과 납의 동위원소를 측정하는 장비이다.

한국기초과학지원연구원 오창캠퍼스에 설치된 고분해능 이차이온질량분석기


다른 측정법과는 달리 미세 영역에 대한 직접적인 연대 측정 자료를 제공함으로서 기존의 다른 연대 측정법으로 얻을 수 없었던 다양한 지질학적 현상들에 대한 직접적인 시간 정보를 얻을 수 있게 되었다.

이 장비를 이용해 달 암석에 보존된 마그마 활동의 시기, 지구상에서 존재하는 가장 오래된 암석의 시기를 규명하였을 뿐 아니라 국내에서 제일 오래된 암석에 대한 시간 정보들이 얻어진 바 있다.

현재 SHRIMP 장비는 국내외 연구자들에게 공동연구의 형태로 지원되고 있으며, 복잡한 지질역사를 가지는 암석에 대한 자세한 연대 측정 자료를 제공하고 있다.

기존 SHRIMP 장비와는 다르게 산소 안정동위원소 분석이 가능함에 따라 지각의 진화 과정과 운석 연구 또한 가능해졌다.

고정밀 표면 연대/안정동위원소 측정 자료가 양산될 수 있는 인프라가 구축됨에 따라 국내 연구진에 의한 세계적인 연구 성과가 곧 창출될 것이라 기대된다. 

<김정민 한국기초과학지원연구원 환경과학연구부장>

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세포는 생명의 기능적 단위이며 생노병사의 비밀을 간직하고 있다.

인간을 구성하는 약 10조개의 세포들은 끊임없이 외부의 신호를 감지하여 세포가 반응하며 세포의 신진대사를 유지하기 위하여 각종 이온물질들을 세포 안팎으로 수송한다.
또한, 영양물질을 흡수하며 노폐물을 포함한 독성물질은 계속해서 세포 밖으로 배출한다.
  
이러한 세포들의 능동적인 행동은 바로 세포막상에 존재하는 세포막단백질에 의해 이루어지는데, 세포막단백질의 종류는 수용체, 이온채널, 트랜스포터 그리고 효소 등이 있다.

세포막단백질은 인지질막에 박혀있으며 막관통 도메인을 1개에서 최대 33개까지 가지고 있기 때문에 물에 녹지 않는 소수성을 띄고 있어  분석하기가 매우 어렵다.

현재 알려진 막단백질 구조는 약 200개 정도로서 전체 밝혀진 단백질 구조의 0.4%정도에 지나지 않을 뿐 아니라 5539개 정도로 예측되고 있는 인간 막단백질의 발굴과 기능이 알려진 것은 1천개 미만이다.

따라서 효과적인 막단백질 발굴방법의 개발은 질환의 마커가 될 수 있는 막단백질 개발에 필수적이며 약물표적으로서의 산업화에 적용할 수 있다.

세포막 성질을 이용한 단백질-단백질 결합 분석장비, LSM710-FCS

한국기초과학지원연구원은 이러한 목적에 부합하고자 '세포막단백질 분석기술개발 사업'을 Top Brand Project로 시작하였다.

현재 생명과학연구부는 세포막단백질을 효과적으로 발굴할 수 있는 화학제/단백질분해효소 혼용처리 방법을 이용한 '샷건 막단백질분석기술'을 개발하였다.

또한, 기능성 막단백질 연구를 위하여 대표적인 항생제내성균인 아시네토박터 바우마니 (Acinetobacter baumannii)의 세포외막 소포체를 분리하여 구성 막단백질들을 발굴하였다.

마지막으로 세포막의 특성을 이용한 특정 단백질의 막이동 현상을 이용하여 세포내 신호전달 단백질-단백질 결합 및 단백질 복합체를 입체적으로 분석할 수 있는 '큐피드' 분석기술을 개발하였다.
 
이 기술은 약물의 작용점을 단백질 약물표적에서 빠른 시간 내에 추적할 수 있는 막단백질을 응용한 신기술이다.
  
세포의 마지막 불모지인 세포막 단백질에 대한 효과적인 분석기술개발은 차후에 단백질의약품 개발 산업에 중추적인 역할을 할 것이다.

<최종순 한국기초과학지원연구원 생명과학연구부장>

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전자입찰이나 스포츠 경기에서야 100분의 1초를 다툴 정도로 정확한 시간이 필요하겠지만 우리의 일상생활에서야 정확한 시계가 필요할까?
하지만 시간은 우리 주변에서 매우 중요하게 사용되고 있다.
표준시 보급이 각 산업에 미치는 파장은 막대하다.

이동통신의 경우 시계가 정확하지 않으면 혼선이나 통신장애가 발생하며 원활한 통신을 하기 위해서는 통신망에서 사용되는 시계의 오차가 100만 분의 1초 보다 작아야 한다.
이외에도 교통체계 관리시스템의 시간오차는 1000분의 1초, 위성항법장치(GPS)의 시간오차는 10억분의 1초를 넘으면 안된다.

시간의 표준을 세우기 위해서는 정확한'1초의 측정이 필수적이다.
1초는 세슘(Cs)원자에서 나오는 복사선이 91억 9263만 1770번(고유진동수) 진동할 때 걸리는 시간으로 정의한다.

KRISS-1

현재 우리나라에서 1초를 가장 정확하게 만들어내는 시계는 대한민국 표준시계'KRISS-1'이다.
이 시계는 오차가 30만년 동안 1초 이내로 유지되는 정확한 시계이다.
KRISS(한국표준과학연구원) 는 이 시계로 우리나라 시간의 표준을 만들어 정밀한 표준시간정보가 필요한 방송국, 은행, 통신사 등에 제공하고 있다.

대한민국표준시의 보급 방법은 KRISS 내에 설립되어 있는 단파 방송국(HLA)을 이용한 방식과 인터넷망을 이용해 UTCk 프로그램을 다운로드 받아 표준시를 공급받을 수 있다.
하지만 단파방송의 경우 전리층 반사를 이용하기 때문에 정확도가 높지 않고 기상상태와 실내외 상태에 따라 수신율에 영향을 많이 받는다.

세슘원자광펌핌시계 실험

인터넷망도 통신장애 등의 이유로 안정적인 시간 전달에 어려움이 있다.

이러한 단점을 극복하고 높은 정확도의 표준시 보급을 가능하게 해주는 새로운 방법이 바로 장파방송이다.
장파방송은 수신가능 지역이 넓고 건물 밀집 지역이나 건물 내부에서도 소형의 수신기로 수신이 가능하다.
특히, 한반도 중부에 설치될 경우 북한을 포함한 한반도 전역에서 수신이 가능하다.

장파 표준방송 수신 칩을 가전제품에 내장해 홈오토메이션을 구현하거나 미래 첨단시스템인 유비쿼터스에 응용하는 등 미래 첨단산업에도 활용할 수 있다.
세계적으로도 장파방송의 활용범위가 증가하고 있으며 이미 선진국에서는 장파방송을 활용하는 제품생산과 관련 산업이 발전하고 있다.

이를 위해 KRISS는 새로운 산업 창출과 국가의 신성장 동력 창출을 위해 장파방송국 설립을 계획 하고 있다.

<우삼용 한국표준과학연구원 기반표준본부장>

<관련 글> : 가장 정확한 대한민국 표준시계의 2011.11.11.11:11 
http://daedeokvalley.tistory.com/217

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