우리얘기

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.

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)

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

이건재 교수

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

암은 현대 인간에게  가장 높은 사망 원인을 제공하는 질병입니다.

인체 내에 존재하는 면역세포를 이용한 암 치료 기술은 2010년 4월 최초로 미국 덴드리온사가 FDA의 승인을 받은 바 있습니다.

그러나 이 치료법은 환자에서 약 40일정도의 생존 연장을 주는 것에 만족해야 합니다.

이런 가운데 나노융합기술 기반의 신개념 항암 면역세포 치료기술로 항암 치료 능력을 획기적으로 높일 수 있는 기술이 고려대 김영근 교수팀과 서울대병원 박영배 교수팀으로 구성된 공동 연구팀에 의해 개발됐습니다.

복합기능 산화철-산화아연 나노입자 모식도, 투과전자현미경 사진 및 자기적, 광학적 특성

개발된 산화아연 결합 펩타이드와 나노입자의 친화도 분석 결과.

암 항원과 나노입자의 수지상세포 내 도입 효율을 분석 결과.

MRI를 이용한 세포 및 생체내 나노입자 영상 분석 결과.

이번 연구결과는  '나노기술 분야의 최고 권위의 학술지인 영국의 '네이쳐 나노테크놀로지(Nature Nanotechnology)' 9월 11일자 온라인 판에 "A multifunctional core-shell nanoparticle for dendritic cell-based cancer immunotherapy"란 제목으로 게재됐습니다.

이번 연구에는 국립암센터 이상진 박사 , 김대홍 박사, 포항공대 생명과학부 양재성, 김상욱 교수가 참여하였고, 서울대 박사과정 정택진 학생, 고려대 박사과정 민지현 학생, 고려대 우준화 연구교수가 실험을 진행했습니다.

현재 본 연구와 관련한 나노입자 제조기술은 이미 우리나라, 일본, 미국 특허가 등록된 상태이며, 펩타이드를 포함하는 산화아연 복합체 기술은 PCT 특허를 출원한 상태입니다.


 용  어  설  명
 
복합기능 나노입자 :
MRI촬영에 활용 가능한 자기적 특성, 형광영상 촬영에 가능한 광학적 특성, 암항원의 수지상세포내 전달에 필요한 생체기능성 등 두 가지 이상의 기능을 동시에 구현할 수 있도록 고안된 나노입자.

펩타이드 서열 :
여러 개의 아미노산이 공유결합으로 연결된 중합체. 일반적으로 크기가 작은 단백질을 일컬음.

수지상세포 기반 항암 면역치료기술 :
선천면역계화 후천면역계를 기능적으로 연결하여 면역반응을 활성화 시키는데 핵심적인 역할을 수행하는 면역세포인 수지상세포를 인위적으로 조절하여 암에 대한 면역반응을 증강시킴으로서 암을 치료하는 환자 맞춤형 의료 신기술. 미국 FDA는 2010년 덴드리온사의 전립선암에 대한 수지상세포 치료제를 최초로 허가하였다.

일반적으로 물질은 압력이 높아지면 더욱 빽빽하고 규칙적인 고체 결정질이 됩니다.

그런데 리튬은 초고온, 초고압 같은 극한 환경에서 기존에 알려지지 않았던 새로운 비결정질로 상전이(phase transition) 현상을 일으킬 수 있다는 새로운 사실이 규명됐습니다.
 
상전이는 물질의 상태가 온도, 압력, 전자기장 같은 외부 조건에 따라 한 상(phase)에서 다른 상으로 변하는 현상을 의미합니다.

김형준 박사

초고온, 초고압 조건 내에서 형성되는 리튬의 비결정질 구조의 원자 수준 구조 모형

 용 어 설 명

상전이(phase transition) :
물질의 상태가 온도, 압력, 혹은 전기장/자기장과 같은 외부 조건에 따라 한 상(phase)에서 다른 상(phase)으로 변하는 현상을 말한다. 흔한 예로는 온도가 높아짐에 따라 얼음에서 물로(기체가 액체로 변하는 액화), 물에서 수증기로(액체가 기체로 변하는 기화) 변하는 현상을 들 수 있으며, 드라이아이스에서 일어나는 고체가 액체 과정을 거치지 않고 기체로 변하거나 기체가 바로 고체가 되는 승화도 상변이의 한 형태이다.

비결정질 고체(amorphous solid) :
원자들의 위치에 장거리 질서가 존재하지 않는 고체를 뜻한다. 액체와 고체의 중간적인 형태를 띠고 있으며, 비결정질 고체에 속하지 않는 고체를 결정질이라 한다. 일반적으로 대부분의 고체는 결정질 고체이지만, 비결정질 고체도 주위에서 쉽게 찾아볼 수 있다. 가장 흔한 예로는 유리창을 들 수 있고, 폴리스틸렌 등의 중합체도 이에 속한다.

전자전이 (electron excitation) :
원자와 분자에서, 전자가 가장 안정한 상태인 바닥 배치상태에서 에너지가 높은 들뜬 전자 배치상태로 변이하는 것을 일컫는다. 이러한 전이는 외부에서 에너지가 주어지는 경우에 일어나게 되는데, 주로 빛의 흡수에 따른 빛에너지의 주입이 한 예이고, 본 연구의 경우에는 고온/고압에 의해서 전자전이가 일어나게 되는 것이다. 물질 특성, 특히나 금속의 물질 특성은 전자에 의해서 좌우되는데, 전이 후에 들뜬 상태의 전자는 바닥상태의 전자와는 그 성격에 매우 다르기 때문에 특이한 성질을 보이는 주원인이 된다.

지금까지는 신약 후보물질을 몸속으로 투여하고 세포를 추출한 후 효과를 분석했습니다.

그러나 세포를 용해한 후 세포의 기능이 정지된 상태에서 분석하기 때문에 예상치 못했던 부작용으로 대부분의 후보물질이 탈락하게 되는 단점이 있습니다.

이 때문에 엄청난 비용과 노력을 들이더라도 신약개발을 성공하기가 매우 어려웠습니다.

신약 효능을 분석하는 새로운 기법의 기술을 개발됐습니다.

KAIST 생명과학과 이상규 교수는 생체나노입자를 사람세포에 적용해 살아있는 세포에서 신약의 효능을 실시간으로 모니터링 하는 기술을 개발했습니다.

이 기술을 이용하면 사람 몸속에서도 신약의 효능을 보다 정확하게 파악할 수 있을 것으로 기대됩니다.

약물타겟 A 또는 B가 발현되어 있는 사람세포에 약물을 처리하면 세포 내에서 약물과 약물타겟이 서서히 결합되면서 스마트 나노센서에 의해 이러한 스팟 (같은 나노클러스터) 형태로 실시간으로 센싱-감지된다. 따라서 살아 있는 사람세포 안에서 신약의 효능작용을 실시간으로 마치 비디오를 보는 것처럼 라이브로 모니터링 할 수 있는 나노-바이오-영상-분자화학 등이 융합된 차세대 원천기술이다

형성된 복합체는 나노센서 역할을 하게 돼 약물이 세포 내에 투여되는 과정에서 약물 타겟과의 결합을 실시간으로 관찰할 수 있습니다.

연구팀은 이 나노센서 기술을 '스마트한 눈(InCell SMART-i)'이라고 명명했습니다.

살아있는 세포 안에서 일어나는 신약의 효능작용을 한 눈에 볼 수 있기 때문입니다.

이 기술은 나노-바이오-영상-분자화학 등이 융합된 차세대 원천기술로 신약개발에 효과적으로 적용 가능한 매우 중요한 기술로 평가받고 있습니다.

이 기술은 최근 세계적인 화학지인 '앙게반테 케미(Angewandte Chemie International Edition)' 지 9월호에 주목받는 논문(Hot Paper)으로 선정됐습니다.

사람 세포 내에 도입된 스마트 나노 센서가 약물과 약물 타겟 간의 결합에 따라 세포 내에 스팟(같은 나노클러스터)을 형성하고 이를 실시간으로 탐지해 낼 수 있는 원천기술의 모식도

<한국천문연구원 제공 동영상>

<사진>

우주환경 경보	R3
플레어 발생 시점					2011년 9월 7일 07:12 (KST)
플레어 종료 시점					2011년 9월 7일 07:24 (KST)
플레어 최대 세기					X2.1
프로톤 이벤트 발생 시점					해당없음
프로톤 이벤트 종료 시점 (예상치)					해당없음
프로톤 이벤트 최대 세기 (예상치)					해당없음
CME 속도 917km/sec			예상 지구 도달시간 9월9일 19시–9월10일 05시 (KST)
우주환경 3일예보 (UT)		9월 8일		9월 9일	9월 10일	9월 11일
		R2~R3 S1~S2 G0~G1		R1~R2 S1~S2 G0~G1	R0~R1 S0~S1 G1~G2	R0~R1 S0~S1 G0~G1
개 요
2011년 9월 7일 07:12 (KST) 에 X2.1급 플레어가 발생하였다. 플레어는 AR1283(N13W11) 지역에서 발생하였으며 CME를 동반하였다. 분석 결과 CME 속도는 약 900 km/sec이지만 진행방향이 지구를 비껴가기 때문에 지구에 미치는 영향이 미미할 것으로 예상된다.
작성자  조경석 / 작성일시 9월 7일 11:05

-역대 플레어와의 비교- 2011. 2/15  10시 44분   X2.2등급 지자기폭풍 발생 안함 2011. 3/8   05시 12분   M3.7등급 2011. 3/10  08시 23분   X1.5등급 2011. 8/9   16시 48분   X6.9등급 2011. 9/7   07시 12분   X2.1등급 (가장 큰 폭발 : 2003. 11. 4 X28 --> X45  최대규모)

<태양폭발에 대해 더 알아보기>

가상이 현실을 제어하고, 현실이 가상을 제어하는 세상이 펼쳐지고 있습니다.

ETRI(한국전자통신연구원)가 가상세계와 현실세계 간 소통을 위한 인터페이스 규격인 'ISO/IEC 23005'에 기고한 6종 기술이 최근 국제표준으로 승인됐습니다.

멀티미디어 콘텐츠 분야 대표적인 국제표준화 전문기구인 MPEG(Moving Picture Experts Group)에서는 2007년 10월부터 'MPEG-V' 프로젝트를 통하여 가상세계 간 또는 가상세계와 현실세계 간 연결을 위한 인터페이스 규격을 정의해 왔습니다.

이번에 국제표준으로 승인된 분야는 MPEG-V 6개 파트를 모두 포함한 것으로 ▲ 다양한 실감효과 정보 표현 기술 ▲ 다양한 센서들의 센싱 정보 표현 기술 ▲ 아바타 및 가상 오브젝트 표현 기술 ▲ 가상세계와 현실세계와의 연동을 위한 장치 제어 명령 ▲ 실감효과 및 센싱 정보에 대한 사용자 선호도 정보 표현 기술 등입니다.

ETRI는 지난 2007년 10월 시청각 효과 이외에도 바람, 향기, 진동 등의 실감효과를 팬과 발향기, 진동의자 등의 다양한 디바이스와 연동시켜 실감효과를 극대화하는 'RoSE(Representation of Sensory Effects)'를 표준화 했고,  MPEG-V 표준과의 통합 절차를 거쳐, 지난 4년간 총 23건의 기술을 기고했습니다.

이 중 22건이 이번에 6개 파트로 통합 분류되어 국제표준으로 승인된 것입니다.

또 ETRI는 MPEG-V 분야 내에서도 실감효과 정보 표현 기술 및 실감효과 기반의 디바이스 제어 분야를 선도하고 있있다는 평을 받고 있습니다.

이 기술은 가상세계 안에서의 실감효과를 현실세계 디바이스를 통해 재현함으로써 미디어의 효과를 극대화시킬 수 있고, 현실세계의 온도, 조명 등의 환경정보를 가상세계에 반영하는 등의 다양한 응용서비스들을 가능케 해 향후 새로운 미디어 시장을 창출하는 핵심기술이 될 것으로 전망됩니다.

ETRI는 이번 MPEG-V 관련 기술의 국제표준 승인으로 미래 고부가가치 산업인 실감미디어 산업을 우리나라가 주도할 수 있을 것으로 전망했습니다.

실감미디어 산업은 방송, 영화, 콘텐츠, 기기제조업체와의 연계를 통한 서비스 창출로 관련 산업과의 고부가가치 실현을 통한 동반 성장이 가능합니다.

특히 차세대 성장동력과 연계한 산업간 파급효과가 매우 클 것으로 예측되고 있습니다.

ETRI에서 발간한 '전자통신동향분석(2009년 4월)' 자료에 따르면 국내 실감미디어 산업의 경제적 기대효과는 2013년부터 2017년까지 약 14조 1000억 원의 생산 유발효과와 약 5조 1000억 원의 부가가치 유발효과를 가져올 것으로 전망됩니다.