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암세포는 정상세포와 달리 성장에 필요한 적당한 환경이 주어질 경우 무한대로 증식하는 특징이 있습니다.
 
이 때 공간이 부족해지면 암세포는 기질금속단백질가수분해효소를 분비해 주변 조직을 제거해 공간을 확장합니다.

따라서 이 효소의 미세한 농도 차이를 감지하고 특성을 분석할 수 있는 기술이 개발되면 암세포와 정상세포를 쉽게 구분하여 암을 조기에 진단할 수 있게 됩니다.

또 왕성한 세포분열이 지속되면 혈관벽이나 조직을 파괴하여 내부로 침투하는데, 이 때 혈액 등을 타고 다른 장기나 조직으로 이동하는 '암 전이'가 발생합니다.

특히 이 효소는 암 전이에도 매우 밀접한 관련이 있어, 이 효소의 특성을 분자적 수준에서 규명하는 것이 매우 필요합니다.

■ 연세대 윤대성 교수와 권태윤 교수 팀이 암 전이와 밀접한 관련이 있는 침습성 암세포의 표지단백질 효소를 정량적으로 검사하여 암세포와 정상세포를 구분하는 기술을 개발했습니다

연구팀은 원자힘현미경(AFM)으로 침습성 암세포 표면의 효소가 반응하는 현상, 특히 특정 펩타이드 서열이 가수분해되는 현상을 실시간 관측하는 방식으로 암세포와 정상세포를 구분했습니다.

연구팀은 AFM 캔틸레버가 공진하는 특성을 이용해 암세포 표면에 있는 효소에 의해 주변 조직을 구성하는 대표적인 펩타이드 서열이 가수분해되는 현상을 실시간으로 검지해냈습니다.

이 기술은 기존의 형광표지를 이용한 검지방법들과 달리 펩타이드가 가수분해된 양의 정량화가 가능하기 때문에 효소의 활성도를 쉽게 판단하는데 매우 효과적인 것이 특징입니다.

또한 암세포와 정상세포를 구분할 수 있을 뿐만 아니라 유전자 변형에 의해 돌연변이 효소를 발현하는 세포도 진단할 수 있습니다.
 
이번에 개발된 기술은 별도의 까다로운 MEMS(미세전자제어기술) 공정 없이 상용화된 장비(AFM)를 이용했고, 실험방법도 매우 간단하며 결과를 손쉽게 확인할 수 있는 점이 큰 특징입니다.

이 같은 센싱기술로 각 암세포의 특성과 세포 간의 신호전달 경로를 규명함으로써 암을 조기에 진단할 수 있을 뿐만 아니라 맞춤형 치료도 가능할 것으로 기대되고 있습니다.

이번 연구는  연세대 윤대성 교수와 권태윤 교수가 주도하고, 엄길호 교수와 이규도 박사과정생이 참여했습니다.

이번 연구결과는 화학분야의 권위 있는 학술지인 앙게반테 케미 6월 11일자에 속표지논문으로 게재되었습니다.
(논문명 : Real-Time Quantitative Monitoring of Specific Peptide Cleavage by a Proteinase for Cancer Diagnosis)

침습성 암세포의 표면에 막단백질 형태로 분포된 표지단백질(MMP)이 세포용해(Cell Lysis) 과정을 통해 구속에서 풀려나 자유롭게 이동하게 되면(미사일로 묘사), 캔틸레버 표면(인공위성 날개로 묘사)에 고정화된 펩타이드 서열의 일부를 단백질 가수분해 작용을 통해 절단시킨다. 시간이 지남에 따라, 절단되어지는 펩타이드의 양을 실시간으로 모니터링(신호를 전달 받는 우주비행사로 묘사)하게 됨으로써, 암세포와 정상세포와의 구분 및 암세포의 활성화 정도를 쉽게 진단할 수 있다.

<연 구 개 요>

세포로 구성된 생명의 출현과 함께 시작된 암세포와의 전쟁 역사는 지구상 가장 고등한 생명체인 인간에게 맡겨진 가장 큰 숙제 중 하나이다.
이 문제는 우리 인류 자신에게도 반드시 해결해야만 하는 숙원으로, 전 세계 의학·생명 분야의 연구자들이 해결책을 찾고자 주야불사(晝夜不舍)하고 있다. 

암세포 정복을 위해서는 암세포의 자체 특성 분석 및 암세포 기능에 중요한 역할을 하는 단백질의 특성을 규명하는 일이 필수적이다.
인체 내에 암이 발병했을 때 가장 위험한 요인 중 하나는 암 전이(metastasis) 여부이다. 암 전이에 밀접한 관련이 있는 표지 단백질 중 하나로 기질금속단백질가수분해효소 (matrix metalloprotease) 는 세포의 표면에 분포하거나 혹은 세포 밖으로 분비되어, 주변 조직을 분해시켜 암세포의 자가증식을 위한 공간 확보에 기여한다.
따라서 이 효소의 검지 및 특성 분석은 암세포의 조기진단 뿐만 아니라, 암 전이에 관련된 암세포의 활성도를 파악하는데 매우 중요한 역할을 할 것이다.
 
본 연구에서는 침습성 암세포의 표면에 발현된 기질금속단백질가수분해효소를 정량적으로 검지하고, 약물 반응성 테스트를 시행하여 암세포 조기 진단 및 맞춤형 치료를 위한 새로운 패러다임을 제시한다.
구체적으로, 나노역학적 방법으로 매우 높은 민감도로 센싱이 가능한 원자힘현미경(Atomic Force Microscopy)의 마이크로 캔틸레버의 공진특성을 이용하여, 해당 효소의 작용(단백질 가수분해)에 의해 특정 펩타이드 서열이 가수분해되는 현상을 실시간으로 검지하는데 성공하였다.
기존의 형광표지를 이용한 검지방법들과는 달리, 마이크로 캔틸레버의 공진특성을 이용하게 되면 펩타이드가 가수분해된 양의 정량화가 가능하고, 이를 통해 효소의 활성도를 판단하는데 매우 효과적임을 밝혔다.
또한 실제 암세포를 대상으로 수행된 실험을 통해 정상세포와 구별이 됨뿐만 아니라, 유전자 변형에 의해 돌연변이 효소를 발현하는 세포의 경우도 진단이 가능함을 확인하였다.
이번 연구를 통해 암세포의 조기 암 진단 기술에 새로운 방법을 제시하고, 다양한 암세포간 신호전달 체계 파악 및 암세포 맞춤형 치료의 목적에 있어 혁신적인 기술이 될 것으로 기대한다.



 용  어  설  명

원자힘현미경 (atomic force microscopy)
나노크기의 탐침이 있는 마이크로 캔틸레버를 이용하여, 나노 단위의 샘플 표면을 이미징할 수 있는 장비이다. 캔틸레버를 기본으로 구성된 장비이기 때문에, 단순히 이미징 뿐만 아니라, 캔틸레버를 이용한 생체분자 센싱, 분자간 상호작용 분석 등의 연구에 매우 유용하다.

암세포 전이 (metastasis)
암세포가 일정 수준이상 성장하게 되면, 주변 조직(혈관)을 궤사시키거나 분해하여, 림프액 또는 혈액을 타고 다른 조직 및 장기로 이동하게 된다. 이는 암세포가 정상세포에 비해 주변조직을 와해시키는 능력이 뛰어남을 의미한다.

단백질 가수 분해 (proteolysis)
단백질의 펩티드 결합을 분해하여 아미노산 또는 펩티드를 생성하는 화학반응을 의미한다. 일반적으로 산, 알칼리에 의해, 생리적으로는 단백질가수분해효소에 의해 반응이 촉매된다.

기질금속단백질가수분해효소 (matrix metalloproteinase, MMP)
금속이온에 의해 활성화되는 단백질가수분해효소의 한 종류로서, 세포에서 분비되거나, 세포막에 막단백질 형태로 분포하여 주변조직을 와해시킨다. 따라서 암세포의 경우 표지단백질로 인식되어진다.

캔틸레버(Cantilever)
길이가 100μm(마이크로미터), 폭 10μm, 두께 1μm로 아주 작아 미세한 힘에 의해서도 아래위로 쉽게 휘어지도록 만들어짐

공진(resonance)
특정 진동수를 가진 물체가 같은 진동수의 힘이 외부에서 가해질 때 진폭이 커지면서 에너지가 증가하는 현상

침습(浸濕)성 암세포
스며들 듯 퍼져나가는 암세포

<윤대성 교수>(교신저자)

1. 인적사항
 ○ 소 속 : 연세대학교 의공학부
 
2. 학력
○ 1996     한국과학기술원 재료공학과 공학박사
○ 1991     연세대학교 세라믹공학과 공학사
 
3. 경력사항
- 2010.03 - 현 재 : 연세대학교 보건과학대학 의공학부 교수
- 2009.03 - 현 재 : BK21 의료공학신기술사업단 사업단장
- 2008.08 - 현 재 : 연세대학교 의료공학교육센터 센터장
- 2009.01 - 현 재 : 한국바이오칩학회 홍보이사
- 2006.04 - 2009.12 : 한국바이오칩학회 학술/교육, 기획이사
- 2003.08 - 현 재 : 산업자원부 전자부품개발사업 평가위원
- 2003.08 - 2007.02 : 한국과학기술연구원 선임연구원
- 1995.09 - 2003.08 : 삼성전자 종합기술원 책임연구원
- 1999.06 - 2000.08 : 펜실베니아 대학교 박사후 연구원

<권태윤 교수>(교신저자)

1. 인적사항
 ○ 소 속 : 연세대학교 의공학부

2. 학력 및 경력
 - 2009-현재 : 연세대학교 의공학부 연구교수
 - 2008-2009 : 매사추세츠 공과 대학 (MIT) 박사후 연구원
 - 2007-2008 : 고려대학교 기계공학과 박사후 연구원
 - 2002-2007 : 한국과학기술연구원 (KIST) 연수생
 - 2001-2007 : 연세대학교 신소재공학과 박사

<엄길호 교수>(공동 제1저자)

1. 인적사항

 ○ 소 속 : 연세대학교 의공학부

2. 학력
 ○ 2005    Univ. of Texas at Austin 응용역학 박사
 ○ 2003    Univ. of Texas at Austin 응용역학 석사
 ○ 2000    한국항공대학교 항공우주공학 학사
                  
3. 경력사항
 - 2011.12 - 현 재 : 프라운호퍼·연세대 공동연구센터, 연구교수
 - 2011.07 - 현 재 : ISRN Computational Mathematics 저널 편집위원  
 - 2008.11 - 2011.11 : 고려대학교 기계공학과 연구교수
 - 2008.03 - 2008.10 : 한국과학기술연구원(KIST) 선임연구원
 - 2005.09 - 2008.02 : 한국과학기술연구원(KIST) 연구원

<이규도 박사과정>(공동 제1저자)

1. 인적사항
 ○ 소 속 : 연세대학교 의공학부
 
2. 학력
 ○ 2008 ? 현재    연세대학교 의공학과 석·박사 통합과정
 ○ 2004 ? 2008    연세대학교 의공학과 학사

 

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“과학기술이 지향해야 할 정말 중요한 포인트, 그것은 따뜻한 과학입니다.”
강대임 박사(한국표준과학연구원(KRISS) 휴먼인지환경사업본부장)는 지난 2009년 국책 과제인 '신경모방소자 및 인지시스템 융합연구단 사업'을 시작하면서 그동안 갖고 있었던 그의 생각에 큰 변화를 맞는다.

바로 ‘따뜻한 과학’이다.

“이전까지는 과학기술을 비즈니스라고 생각했었습니다. 그러나 인지시스템 융합연구단을 맡으면서 과학이 세상을 얼마나 따뜻하게 할 수 있고, 또 필요로 하는 사람들이 많다는 사실을 깨달았지요.”

제1회 TEDxDaedeokValley에서 따뜻한 과학을 주제로 강연하고 있는 강대임 박사.

이 사업은 청각자애인과 시각장애인들을 위한 감각센서를 개발하고, 이를 디스플레이나 마이크로폰 등을 통해 사용자에게 전달함으로서 이들이 눈과 귀가 되는 첨단 보조장치를 개발하는 것이다.

이를 통해 궁극적으로는 지능로봇에 사용되는 소자 및 인지시스템 개발로도 이어지게 된다.

연구 수행에 앞서 수요자 설문조사에 나섰던 강 본부장은 많은 장애인들의 사연과 불편한 점을 접하면서 이전과 다른 과학관을 갖게 됐다.

그는 이 연구를 통해 과학과 사회 시스템의 융합에 대해 새로운 안목을 찾게 된것이다.

부분적인 과학기술이 개발되더라도 이것이 사람들에게 적용되기 위해서는 사회 인프라가 조성돼야 하는데, 이것은 국가 차원의 일이지만 동시에 다른 사회구성원들의 관심이 절대적으로 중요하다는 것을 그는 깨달았다.

때문에 그는 ‘따뜻한 과학’은 장애인 등 수요자 뿐만 아니라 우리 사회 전체가 따뜻해질 때 비로소 그 완성을 볼 수 있다고 생각한다.

강 본부장은  “나아가 따뜻한 과학기술의 대상을 수요자는 물론 넓은 의미에서 과학기술을 실행하는 사람들의 마음까지도 따뜻해지게 하는 것을 고민 중”이라고 말했다.

“이번 연구 내용이 필요한 사람들에게 보급되기 위해서는 과학기술자들의 역할도 중요하겠지만 정부·사회와의 충분한 교감이 있어야 합니다.”

◆KRISS 발전과 함께 한 연구 인생

그의 과학자 인생은 1982년 KRISS에 입사하면서 시작됐다.

강 본부장은 입사 3년 후 그동안 개발한 ‘힘 센서’ 평가를 위해 일본에 두 달간 머무르면서 적지 않은 충격을 받았다.

당시 우리나라에는 변변한 평가 장치가 없던 시절, 그가 일본에서 본 시설들은 실로 어마어마했고 분야의 다양성도 놀라웠다.

강 본부장은 당시를 회상했다.

“그 때 큰 충격을 받고 생각을 많이 했다. 어떻게 일본 만큼 갈 수 있을지…, 세계 최고가 되자고 다짐했죠.”

기술도 부족했고, 연구 예산도 적었던 당시였지만, 강 본부장이 있던 힘 연구실은 각종 표준 연구기를 하나하나 자체 개발하기 시작했다.

그러던 중 큰 기회가 생겼다.

당시 국내 굴지의 건설사에서 측정용량 3000t 규모의 초대형 교량 포트 받침의 성능 시험기를 개발해달라는 부탁이 들어왔기 때문이다.

이 때 연구팀은 그 건설사에 시험기의 성능을 테스트할 표준기가 없어 일본까지 다녀와야 하는 현실을 알리며 이를 같이 개발해야 할 필요성을 역설했고, 결국 이에 대한 연구 지원까지 얻어냈다.

이렇게해서 연구팀은 국내 최초로 10MN(메가뉴튼) 급 표준기를 개발했다.

그 크기가 3층 건물 높이에 해당하는 초 대형 기기였다.

최초의 표준기 개발을 수행한 연구팀은 곧바로 측정기의 콤팩트화라는 새로운 도전장을 냈다.

이 도전은 곧 한발 한발 나아가는 연구팀에게 성과로 돌아왔다.

“1990년 대 중반을 넘어서면서 일본 내에서도 한국이 일본을 넘어섰다는 얘기가 나왔습니다."
“한 번은 독일 표준연구소 관계자가 KRISS를 방문했다가 우리가 만든 소형 표준기의 정확도에 깜짝 놀라기도 했지요.”

1990년 대 후반에는 표준연구 분야 선진국이었던 일본에서 오히려 기술을 보고 배우기 위해 우리나라를 찾게 되면서 새로운 위상을 정립할 수 있었다.

이즈음 강 본부장은 KRISS의 힘 연구 분야를 세계 최고인 미국과 독일과 함께 트로이카 체제로 만들기로 마음먹었다.

특히 나라별로 산업체계가 다르고 요구하는 측정 용량도 다른 현실에서 특화된 분야의 일등 전략이 규모화의 부족을 극복할 수 있는 길이라고 강 본부장은 생각했다.

이를 통해 국제 사회에서 KRISS의 위상은 더욱 높아졌고, 강 본부장은 지난 2009년부터 국제측정연합(IMEKO) 의장직에 선임되는 영예까지 안았다.

강 본부장은 “현대 과학은 표준과 응용, 기초연구와 산업연구가 적절한 조화를 이루워야 한다”고 말한다.

특히 강 본부장은 “따뜻한 과학기술이 왜 필요한지를 국민들에게 알려 연구자나 정부 뿐만 아니라 국민들도 따뜻한 과학기술에 관심을 갖도록 하는데 작은 역할을 하고 싶다”고 뜻을 내비쳤다.
                                                                                                    <이재형 기자>

장애인들을 위한 과학, 이어헬퍼, 아이헬퍼

휴먼인지환경사업본부는 소자 및 인지시스템 융합연구단(KRISS), 의료인지 융합연구단(ETRI), 실내공기청정 융합연구단(KIST) 등 세 가지 파트로 나뉘어 연구를 수행 중이다.

한국표준과학연구원(KRISS) 강대임 박사는 이를 총괄하는 휴먼인지환경사업본부장을 맡고 있으면서 동시에 소자 및 인지시스템 융합연구단장직을 겸하고 있다.

소자 및 인지시스템 융합연구단은 생명체를 모사한 센서와 인간의 인지·감정 시스템 개발을 통한 복합형 감각 도우미 기술을 개발한다.

이를 통해 시각·청각·촉간 센서의 복합 처리로 청각장애인의 귀가 되어주는 이어헬퍼(Ear helper)와 시각장애인을 위한 아이헬퍼(Eye helper)를 상용화하고, 나아가 미래 로봇에 적용될 감각센서 개발 기술을 확보하는 것이 목표다.

이어헬퍼는 특수 안경에 탑재된 청각 센서인 초소형 미세전자기계(MEMS)가 소리를 감지해 이를 그래픽 디스플레이를 통해 위치와 크기 등으로 전달해준다.

아이헬퍼는 GPS 신호와 적외선, 초음파 등을 활용해 얻은 시각 정보를 음성 및 촉각으로 변환해 시각장애인에게 전해줌으로써 길 안내는 물론 상대방의 표정까지 느낄 수 있도록 정밀한 전달장치를 개발하는 것이 목표다.

연구단은 이 같은 감각도우미에 활용되는 소자의 핵심 원천기술을 개발하고 있다.

특히 청각도우미 안경과 시각도우미 지팡이에 감정인식 알고리즘을 장착해 상대방의 감정인식에 도움을 줄 수 있도록 인지-감성 통합 모델을 개발 중이며, 다중감각 정보처리와 인지기능 향상을 통한 휴먼인터페이스 시스템 성능 향상에 대한 기초 연구도 진행 중이다.

강 본부장은 “복합 감각을 이용한 감각도우미는 국내외에서 최초로 시도되는 기술”이라며 “단지 기술개발에만 몰입하지 않고 어떻게 성과를 만들어 낼 것인지에 대해서도 노력할 것”이라고 밝혔다.

                                                                                                                                <이재형 기자>



강대임 박사 TEDxDaedeokValley 강연 동영상 보기
http://www.youtube.com/watch?v=FhUaKyyYSQE
TEDxDaedeokValley 강연자료

조금은 특별한 나의 따뜻한 과학기술 이야기
(2011/05/07 강대임)

슬라이드 1: 안녕하세요. 강대임 연구원입니다. 테드 강연 발표자들과 테드을 주관하시는 분들과의 사전 만남이 있었습니다. 주관하시는 분들이 발표자들에 요청한 것은 세상을 깜짝 놀랄게 할 만한 강연, 청중들이 영원히 잊을 수 없는 그런 강연을 해 달라는 것이었습니다. 아마 오늘 발표하시는 연사분들이 여러분들을 깜짝 놀라게 할 내용들을 주로 들려 주실 것입니다. 여러분들이 오늘 너무 많이 놀라서 쇼크를 받을까봐, 저는 평범한 내용이지만 그러나 조금은 특별한 저의 따뜻한 과학기술에 대해서 말씀드리고자 합니다.

슬라이드 2 : 여러분 과학기술하면 어떤 것이 생각나십니까 ? 고등학교 과학실험실에서 접했던 비커와 장비들, 아니면 20세기 최고의 과학자 아인슈타인 , 발명왕 에디슨

Science는 라틴어 Scire(싸이어리)에서 유래된 단어로 “어떤 사물을 안다”라는 뜻입니다. 무엇을 안다. 여기에서 “안다”라는 것은 무슨 의미일까요 ? 나와 여러분들이 알고 있는 A라는 사람이 있다고 합시다. 내가 A에 대해 알고 있는 내용과 여러분이 알고 있는 내용이 같을까요 ? 다를까요 ? 질문을 던짐. 예. 같을 수도 있고 다를 수도 있겠죠. 여기에서 안다는 의미는 과학을 뜻하지 않습니다. 즉 과학이란 검증 가능한 방법으로 얻어진 자연체계에 대한 지식을 말합니다. 따라서 과학은 반복적인 실험을 통해서 보편성을 확보해야 합니다. 즉 반복성이 있어야 한다는 뜻이죠. 그러다 보니 과학하면 많은 사람들에게 딱딱한 것이란 이이미지를 주는 것입니다. 오늘의 제 주제와 정 반대 의미죠 ?

슬라이드 3: 그러면 과학은 왜 연구하는 것일까요 ? 첫 번째는 호기심 때문일 것입니다. 여기 20세기 대표적 발견들이 있습니다. X레이, 비행기, 페니실린, 이중나선 등이죠. 예를 들어 엑스레이는 독일의 물리학자 뢴트겐이 우연히 발견했습니다. 렌트겐은 음극관을 이용한 실험중 눈에 보이지 않는 특성광선이 물질을 투과하는 성질은 발견했고 미지의 광원이란 의미로 엑스레이란 이름을 명명했습니다. 두 번째는 우리의 삶을 편리하게 해 주기 위해서 일 것입니다. 20세기 최고 발명품중의 하나로 평가받는 나일론은 1938년 미국 듀폰사가 개발한 것입니다. 나일론은 거미줄보다 가늘고 철선보다 강한 최초의 합성수지입니다. 나일론으로 만든 첫 번째 상품인 여성용 스타킹이었는데 1940년 출시 첫해 6400만 켤레가 팔렸다고 합니다. 컴퓨터, 인터넷, 요즘 돌풍을 일으키고 있는 스마트폰도 다 비슷하죠. 우리의 삶을 바꾸어 놓고 있습니다. 

슬라이드4 : 21세기 들어와서 과학기술을 하는 이유로 단순한 호기심 연구에 그치지 않고 첨단산업과의 접목을 통해서 고부가가치를 만들어 내고 있습니다. 요즘 아이폰과 아이패드로 잘 나가는 애플을 한번 봅시다. 2010년 애플의 총 매출은 763억달러이고 이익이 116억달러입니다. 우리나라의 국가 연구개발 투자액이 137억불임을 감안하면 대단한 성과입니다. 글로벌 기업뿐만 아니라 대부분 기업들이 기업의 생존을 위해서 과학기술에 매달리고 있습니다.

슬라이드 5 : 그러면 과학기술을 하는 이유가 이게 전부일까요 ? 

슬라이드 6 : 1999년 헝가리 부다페스트에서 열린 유네스코 ‘세계과학회의’가 채택한 선언문을 주목할 필요가 있습니다. 선언문에서 과학과 공학의 중요한 목표중 하나로 “사회안의, 사회를 위한 과학기술(Science in society and science for society)"입니다. 내용중 일부를 직접 읽어 보겠습니다. ”과학연구의 실행과 그 결과로부터 나온 지식의 이용은 항상 인류의 빈곤의 감소를 포함하는 복지를 목표로 해야 한다. 이 선언문에서 저는 복지에 방점을 찍었습니다. 따라서 미래의 과학기술은 복지를 지향하는 따뜻한 과학기술이어야 할 것이다. 

슬라이드 7 : 그러면 따뜻한 과학기술이 무엇이냐 ? 사전적 정의는 아니지만 따뜻한 과학기술이란 수익성이 없다는 이유로 과학기술이 개발, 적용되지 않는 일종의 과학기술 사각지대를 메우기 위해 노력하는 것이라고 말할 수 있지 않을까요 ?  

슬라이드 8 : 따뜻한 과학기술에는 Low tech을 활용하여 소외계층의 소득증대나 삶의 질을 높이는 일입니다. 예로서 베스트가르드사가 개발한 휴대용 정수기입니다. 단 돈 2달러에 매일 2리터씩 물을 일년간 정수할 수 있습니다. 전 세계적으로 오염된 물로 인하여 매일 6천명씩 사망하고 있습니다. 또한 장애우나 노약자 등 소외계층의 불편을 줄이고 생활을 도와주는 quality of life tech 이 있으며, 소외계층과 지역에 과학기술 강연을 제공하여 과학기술 정보를 공유하는 것도 넓은 의미의 따뜻한 과학기술이 아닐까 생각합니다.  

슬라이드 9 : 나는 누구인가 ? 

슬라이드 10 : 저는 1982년부터 한국표준과학연구원에서 힘의 측정표준을 연구해 왔습니다. 우리나라 힘의 기준이 되는 힘표준기 개발연구와 여러 가지 힘을 측정하는 힘측정센서 개발도 하였으며 특히 손의 촉감을 감지하는 기능을 가진 촉각소자 개발을 하였습니다. 딱딱한 과학기술을 오랫동안 해왔습니다.  

슬라이드 11. 촉각소자를 개발한 경험으로 저는 2년 전부터 신경모방소자 및 인지 시스템 연구단 단장을 맡아 타 연구소와 대학들의 연구원들과 융합연구를 시작했습니다. 연구단은 시각, 촉각, 청각 소자와 인지/감성시스템 개발과 함께 이것들을 융합하여 청각장애우용 도우미와 시각장애우용 도우미를 개발하고 있습니다. 

슬라이드 12 : 여러분 ! 글러브란 영화 보셨나요 ?  

슬라이드 13 : 청각장애우들이 가장 듣고 싶어하는 소리가 무엇일까요 ? 저희가 설문조사한 결과에 의하면 자동차 경적소리 등 위험상황을 알고 싶어 합니다. 소리가 안 들리기 때문에 어떤 상황이 위험한 상황인지 일상적인 상황인지가 잘 구분하지 못하기 때문입니다. 그 다음으로 애를 키우는 엄마의 경우 애의 울음소리를 듣고 싶어 하구요. 파도소리, 새소리 등 자연음도 듣고 싶어 합니다.  

슬라이드 14 : 저희 연구팀에서는 소리의 전달을 안경에 장착된 마이크로폰으로 소리를 감지하여 안경에 위험상황을 표시하여 주는 장치를 개발하고 있습니다.  

슬라이드 15 : 그러면 청각장우들에게 소리의 감성을 어떻게 전달할 수 있을까요 ? 우리가 내는 소리는 음향학적으로 주파수 분석을 통하여 loudness(소리의 강도), Sharpness(날카로움), fluctuation, 순음성, 거침성 등의 물리량으로 표시할 수 있습니다. 예를 들어 아기 웃음의 소리의 경우, loudness 31, sharpness 3.2, fluctuation 4 등으로 표시할 수 있습니다. 아기 웃음소리, 울음소리, 파도소리 등 여러 가지 소리를 사람들에게 들려 주고 그 소리가 기쁜 소리인지, 슬픈소리인지, 분노를 느끼게 하는 소리인지에 대해 주관적 평가를 합니다. 이것을 소리감성모델이라고 합니다. 소리를 청각장애우에게 직접 전달할 수가 없기 때문에 우리는 촉감을 통하여 소리의 감성을 전달하고자 합니다. 즉 위와 같은 표면 자극기에 표면의 거친 정도, 떨어주는 주파수, 누르는 압력, 따뜻함의 정도를 조절하여 청각장애우들이 소리의 감성을 느끼게 하는 것입니다. 예를 들어 솜털같은 표면을 따뜻하게 한 후 적당한 힘과 주파수로 떨어주면 우리는 기분이 좋아집니다. 이것을 구현하는 것입니다. 

슬라이드 16. 본 연구팀에서 개발하는 청각도우미 동영상을 잠깐 시청하겠습니다. 

슬라이드 17. 다음은 시각장애우용 도우미에 대해 말씀드리겠습니다. 시각장애인들이 가장 원하는 것은 버스나 지하철을 타고 원하는 장소를 찾아 가는 것입니다. 더 나아가 상대방을 인식하고 그 사람이 누구인지, 그 사람의 감정 상태는 어떤지를 알 수 있다면 금상첨화겠죠. 여러분! 자동차의 위치를 알려 주는 GPS기반 위치정보 시스템을 많이 사용하고 있으시죠 ? GPS는 실외환경에서 사용할 수 있으나 실내나 지하에 가면 먹통이 됩니다. 그래서 우리는 초음파와 IR 송수신기를 이용하여 실내에서 원하는 위치를 찾아 갈 수 있도록 하고 있습니다. 여기 그림에서 보이는 것이 시각 도우미용 하드웨어인데 필요한 여러 가지 소자와 프로세스를 통합하여 스마트폰과 같은 단말기 형태로 만들어 질 것입니다.  

슬라이드 18. 실내에서 장애물을 인지하거나 화장실, 출구번호 등을 찾기 위해서 안경에 있는 카메라로 영상을 인식하여 여러 가지 프로세스를 거쳐 이 정보를 음성과 바로 전에 보여 드렸던 하드웨어의 촉각제시 장치를 이용하여 알려 주게 됩니다. 또한 카메라로 상대방 얼굴을 인식하여 누구인지 알려 주는 기능을 갖고 있습니다.  

슬라이드 19. 상대방의 감정인식을 하는 프로세스에 대해 말씀드리겠습니다. 카메라를 이용하여 상대방의 얼굴표준을 인식하고 피부온도 등 생리신호를 감지하여 상대방의 감정 상태를 인식하게 됩니다. 이 감정을 시각장애우에게 청각이나 촉각으로 전달하는 것이죠. 

슬라이드 20. 우리 팀이 개발중인 시각도우미 동영상을 보시겠습니다. 어떻습니까 ? 여러분들이 시각장애인이라면 이 장치를 사시겠습니까 ?  


슬라이드 21. 이 따뜻한 과학기술 연구를 하면서 느낀 점을 정리하면 첫째, 이런 연구는 돈이 되지 않는다 즉 비즈니스 모델로는 별로다 라는 것입니다. 둘째, 장애우나 노약자들이 이런 장비를 살만큼 경제적 여유가 없다는 것이다. 셋째는 이런 장비들을 운영하기 위해서는 사회적 인프라가 갖추어져야 한다는 것이다. 예를 들어 초음파 인식장치로 화장실을 찾아 가기 위해서는 화장실마다 초음파 송신 장치를 부착해야 합니다. 즉 사회적 인프라 구축비용이 많이 소요된다는 것입니다. 따라서 오늘 강연을 마무리하면서 저는 몇 가지 제안을 하고자 합니다. 첫째, 따뜻한 과학기술이 비즈니스 모델이 될 수 있도록 국가적으로 정책적 지원을 해달라는 것입니다. 둘째, 우리 과학기술자나 기업들이 노블리제 오블리제 정신을 가지고 따뜻한 과학기술을 개발하고 상용화하여 우리 사회의 낮은 곳을 따뜻하게 품어 줄 것을 제안합니다. 마지막으로 이 사업에 대해 여기 계신 여러분의 관심과 응원을 요청합니다. 여러분 ! 따뜻한 과학기술 밀어 주실거죠 ? 감사합니다.







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나노측정기술은 나노 크기 소재의 기계적, 전자기적, 광학 물성 등을 측정하고 평가하는 기술로, 나노공정기술을 실제 제품 생산에 적용할 때 필수적입니다.

한국기계연구원이 개발한 나노측정기술이 국제전기기술위원회(International Electrotechnical Commission, IEC)의 국제표준 기술로 채택됐습니다.

이학주 박사

IEC는 한국기계연구원 이학주 박사팀이 개발한 나노측정기술 '띠굽힘시험법'이 미세전자기계시스템(MEMS) 분야 국제표준으로 선정하고, 이를 홈페이지(http://www.iec.ch)에 사전공표했습니다.

IEC 국제표준은 세계 3대 국제표준기구 중 하나인 국제전기기술위원회(IEC)에서 제정하는 통일된 국제 표준으로, 각국이 국가 표준을 제정할 때 이에 준거하도록 권고하고 있습니다.
 
우리나라에서 개발된 나노측정기술이 국제표준으로 공표된 것은 이번이 처음으로, 나노측정 원천기술의 국제표준 선취권을 확보함에 따라 우리나라가 세계 나노기술 기반 확립을 주도하는 계기를 마련하게 됐습니다.
   
IEC 국제표준명은  '띠굽힘 시험법을 이용한 박막의 인장물성 측정'(IEC 62047-8 Ed. 1.0)으로, 오는 4월 책자로 발간됩니다.

'띠굽힘시험법'은 길이가 길고 두께가 얇은 마이크로·나노 구조물을 변형시키며 하중 등을 간편하고 정확하게 측정하는 방법으로, 측정의 자동화는 물론 관련 제품들의 신뢰성 향상에 크게 기여할 수 있습니다.

이학주 박사는 "지금까지는 나노 구조물의 측정이 어려워 마이크로·나노 구조물 상용화에 걸림돌이 돼왔으나, 이번 국제표준 채택으로 신뢰성 문제 해결은 물론 우리나라가13조 5000억 원 규모의 세계 나노측정기술 산업을 주도하는 계기를 마련하게 됐다"고 밝혔습니다.

이학주 박사팀은 10 ㎚급 나노측정 원천기술을 보유하고 있으며, 이외에도 미소 기둥 압축시험법, 박막의 열팽창계수 측정법을 개발하는 등 박막의 기계적 물성 측정법 분야에서 기술표준원의 협조로 국제표준을 주도하고 있습니다.

                               <띠굽힘시험법>
 
○ 띠굽힘시험은 길이가 길고 두께가 얇은 구조물을 변형시키면서 하중과 변형을 측정하는 시험이다. 띠굽힘시험에서 사용하는 구조물은 축방향의 하중만 지탱하고 구조물의 길이에 비해 너비가 매우 작기 때문에 3차원적인 변형 대신 2차원적인 변형으로 단순화할 수 있는 형상을 지닌다. 

○ 띠굽힘시험에서 측정된 하중과 변위는 시편의 기하학적인 형상  정보를 이용해 응력과 변형률로 쉽게 환산된다. 띠굽힘시험에서는 축방향 하중의 영향으로 구조물 전체에 인장 하중이 지배적으로 발생한다. 따라서 인장시험을 모사할 수 있으며, 재료의 응력-변형률 관계를 얻을 수 있다.

○ 띠굽힘시험은 기존의 미소인장시험보다 훨씬 손쉽게 나노스케일에서의 자유지지 박막의 기계적 물성을 측정할 수 있는 방법으로, 현재 30 ㎚ 두께의 박막의 응력-변형률 관계를 성공적으로 측정했다.  


띠굽힘시험법의 개략도

띠굽힘시험용 시험기

띠굽힘시험용 시험편

나노박막의 응력-변형률 측정 결과



○'띠굽힘 시험법'은 2월 18일까지의 사전공표 기간을 마친 뒤 발간 작업에 착수해 오는 4월 1일 책으로 발간될 예정이다.
(참조: http://webstore.iec.ch/Webstore/webstore.nsf/Artnum_PK/999994771)

○'띠굽힘 시험법'은 지난 2007년 열린 IEC MEMS 분야 국제 표준화회의에서 신규 국제표준(안)으로 채택됐으며, 이후 이학주 박사를 중심으로 세계 각국의 전문가들로 구성된 작업반(working group)이 조직돼 지금까지 기술적인 의견수렴과 회원국들의 투표 등을 거쳤다.
(참조: http://www.iec.ch/cgi-bin/procgi.pl/www/iecwww.p?wwwlang=e&wwwprog=pro-det.p&progdb=db1&He=IEC&Pu=62047&Pa=8&Se=&Am=&Fr=&TR=&Ed=1.0)


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최근 신종플루(H1N1)나 사스(SARS) 등 바이러스 감염에 의한 신종 질병이 발생하면서 분자진단 시장에서 유전자 칩과 같은 빠르고 정확한 진단에 대한 요구가 증가하고 있는 추세입니다.

유전자 칩(DNA chip)은 극 미량의 바이러스에도 반응하므로 질병의 초기진단이 가능하고, 환자의 유전정보검사 및 개인 맞춤형 처방에도 활용될 수 있습니다.

이처럼 높은 응용가치에도 불구하고 기존 유전자 칩이 안고 있는 복잡한 전 처리 과정과 다소 약한 탐지신호 등 기술적인 문제로 시장이 확대되지 못하고 있습니다.

전 세계 분자 시장의 규모는 약 35억 달러로 추산되고, 급격한 수요의 증가에 따라 2011년에는 45억 달러, 2013년에는 58억 달러에 이를 것으로 추정됩니다.

관련 업계는 바이오 산업이 가져올 가치 변화와 수익 창출에 대한 기대는 점점 커지고 있어 연평균 15% 가량의 성장률을 감안해 2011년에는 국내에서도 약 660억 원의 시장으로 성장할 것으로 예측하고 있습니다.

국내 분자진단산업이 성장하기 위해서는 무엇보다 원천기술 확보가 관건으로 꼽히고 있습니다.

한 예로 세계 분자진단 시장을 이끈 다국적기업 로슈(Roche)의 경우 원천기술 하나로 20년 동안 매년 수 천억 원의 매출을 올리고 있습니다.

바이오/의료진단 장비 전문기업 케이맥㈜이 건국대학교 산학협력단과 기술이전 협약식을 갖고 동 대학의 의생명과학연구원 채치범 교수팀에서 개발한 자동화 유전자 칩 관련 기반 기술을 이전 받기로 했습니다.

케이맥㈜이 이전 받게 되는 유전자 칩 진단기술은 유전자 분리, 증폭 및 혼성화 등 여러 단계를 통합 한 자동화 기술로 분석에 필요한 모든 복잡한 과정을 한 번에 처리할 수 있고, 민감도를 극적으로 증가시킬 수 있어 정밀한 측정이 가능합니다.

케이맥㈜은 이전 받은 유전자 진단 원천기술을 활용하여 단순화된 칩 형태의 '유전자 진단 장비'와 중형급 병원에서도 운영 가능한 '보급형 유전자 진단장비' 등을 개발할 계획입니다.

케이맥㈜는 1996년 설립 이래 물성분석과 정밀 분석 시스템 제작 노하우를 보유하고 있으며, 유전자 칩 제작에 필요한 필수 요소 기술인 MEMS(Micro Electro Mechanical Systems, 미세전자기계 시스템)을 보유하고 있습니다.
 
이번 기술이전을 계기로 기존 유전자 칩의 단점을 극복한 획기적인 진단장비의 완성이 가능할 것으로 전망되며, 기존의 시장진출 노하우를 기반으로 빠른 사업화와 원천기술의 고부가가치 사업화 실현에 시너지 효과를 기대할 수 있수 있습니다.

이번 기술이전을 기점으로 케이맥㈜은 지난해 출시한 알러지 진단장비의 면역진단 시장 뿐만 아니라 분자진단 시장까지 진출하게 되어 바이오/의료진단 시장의 영역을 더욱 확대할 수 있게 됐습니다.

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