다아라매거진 _ 2017.08

기술뉴스

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[Technical News]메타표면 이용해 적외선카메라 센서 반응속도 3배 더 빠르게

시각화 기술이 발전하면서 눈에 보이는 가시광선뿐 아니라 우리 눈에 보이지 않는 적외선 영역을 가시화할 수 있는 기술도 발전하고 있다. 한국기계연구원(이하 기계연, 원장 박천홍)이 비냉각 적외선 카메라 이미지센서에 메타표면 흡수체를 적용해 센서의 반응 속도를 3배 이상 향상시키는데 성공했다. 특히 드론이나 자동차 등 빠르게 움직이는 이동체에서 영상을 잔상 없이 포착하기 위한 기술의 필요성이 대두되고 있지만, 아직 만족스러운 기술이 나오지 않는 실정이다. 크게 냉각형과 비냉각형으로 나뉘며 냉각형은 주로 군사용으로, 일반적인 센서에는 비교적 가격이 저렴하고 크기가 작은 비냉각형이 쓰인다. 기계연 나노공정연구실 정주연 박사 연구팀은 비냉각 적외선 이미지센서의 반응속도를 높이기 위해 흡수체의 열 질량을 획기적으로 줄이는 기술을 개발했다. 흡수체는 적외선 에너지를 받아 이미지센서에 전달하는 역할을 하는데 이때 흡수체가 열을 받아들이는 정도를 열 질량이라고 한다. 200cc컵과

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[Technical News]표준연, ‘달걀프라이 나노입자’반도체 제작기술 기반으로 이뤄져

국내 연구진이 주사 한 번으로 다양한 영상진단장비에 동시 적용 가능한 ‘맞춤형 나노조영제’의 합성기술을 기존 반도체 제작기술을 기반으로 개발했다. 한국표준과학연구원(KRISS, 원장 박상열) 나노바이오측정센터 위정섭, 이태걸 박사 연구팀은 반도체 제작 공정을 응용해 금 나노입자를 달걀프라이 형태로 적층하는 합성기술을 개발했으며, 합성된 나노입자를 조영제로 사용해 다양한 방식의 바이오이미징에 적용할 수 있음을 증명했다. 영상진단장비는 종류마다 측정되는 신호 생성의 원리가 다르기 때문에 조영제 또한 기존에는 다르게 제작됐다. 따라서 다수의 장비를 활용한 복합 바이오이미징에서는 환자에게 조영제를 여러 번 투약해야 하는 불편함과 위험성이 있었다. 또한 다른 특성을 가진 나노입자들을 결합해 조영제를 개발하면 하나의 조영제로 복합 바이오이미징을 수행할 수 있다. 하지만 용액상에서 핵을 성장시켜 나노입자를 합성하는 기존의 화학적인 방법으로는 입자의 외부 형태나 내부 구조, 물질 조

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[Technical News]표준연, SQUID 센서 이용해 ‘소동물 생체자기 측정장치’ 만들어

국내 연구진이 신약 개발이나 뇌 연구 등에 활용되는 실험쥐를 희생하지 않고, 생체기능의 변화를 측정하는 기술을 개발했다. 한국표준과학연구원 생체신호센터 연구진은 실험쥐를 해부하지 않고 비접촉적 방식으로 뇌와 심장의 신호를 측정하는 ‘소(小)동물 생체자기 측정장치’를 초전도 양자 간섭 소자(SQUID)를 이용했다고 밝혔다. 실험쥐는 유전자나 장기 구조가 사람과 유사해 전 세계 동물실험의 97% 이상에 활용되고 있다. 문제는 연구과정에서 수천수만 마리의 실험쥐가 희생된다는 점이다. 생체기능의 변화를 보기 위해 동일하게 처리한 여러 마리의 실험쥐들을 시간경과에 따라 해부하는 기존 방법은 생명윤리부터 효율성·정확성 등에 대한 문제를 끊임없이 야기해 왔다. 특히, 뇌파를 측정하기 위해서는 수술로 실험쥐의 두개골 윗부분을 제거한 뒤 뇌에 전극을 삽입해야만 했다. 이 경우 수술로 인한 뇌의 오류 반응, 체내 분비물로 전극이 산화됨에 따라 생기는 신호 잡음 등으로 정확하게 뇌파를 측

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[Technical News]한국연구재단, 실크 단백질로 광학 인공생체조직 최초 개발

인체친화적이고 유연한 안구용 나노광학소자가 최초로 개발됐다. 한국연구재단(이사장 조무제)은 김성환 교수(아주대) 연구팀이 “누에고치에서 추출한 천연 실크 단백질을 활용해 생체 조직과 유사한 물성을 가진 무해하고 안구에 안정적으로 삽입할 수 있는 3차원 광자결정 소자를 최초로 개발했다”고 밝혔다. 최근 인체 조직에 부착하거나 삽입 가능한 광학 소자 및 전자 소자 연구가 각광을 받고 있다. 특히 누에고치 단백질은 생체친화적이고 물리적·화학적 물성이 우수하기 때문에 최근 주목 받는 바이오 고분자 소재다. 그러나 이 천연 단백질을 활용해 인체조직에서 작동하는 소자를 구현하는 것은 어려웠다. 연구팀은 스틸벤 염료를 실크 피브로인 단백질 수용액에 혼합한 뒤 자외선 광중합 반응을 통해 유연한 실크 단백질 기반의 3차원 광자결정을 만들었다. 이 광자결정 구조는 생체 조직과 이질감 없이 결합할 수 있다. 이는 습윤한 환경에서 물에 녹지 않으면서 수분을 머금고 있어(수화젤화) 구부려도 원

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[Technical News]광역학치료제, 암세포 표적률 높인다

광역학치료 후 발생할 수 있는 암 재발 한계를 넘어설 새로운 표적치료제가 개발됐다. 한국연구재단(이사장 조무제)은 “김종승 교수·김종훈 교수(고려대)·이진용 교수(성균관대)·조나단 세슬러 교수(미국 텍사스대) 공동연구팀이 종양을 표적해 암 조직이 새로운 혈관을 만드는 능력을 억제시키는 광역학치료제를 개발하는 데 성공했다”고 밝혔다. 광역학치료는 인체에 무해한 근적외선 영역의 빛을 이용한 암 치료법이다. 수술, 방사선 치료, 화학요법 등에 비해 부작용이나 후유증이 적어 많은 관심을 받고 있다. 하지만 암세포에 대한 선택성이 낮아 정상세포에 손상을 유발하거나, 재발 가능성이 크다는 단점이 있다. 연구팀은 학계에 알려진 혈관생성억제 물질인 아세타졸아미드가 암세포에 과발현 돼 있는 탄산탈수소효소9 단백질과 선택적으로 강력하게 상호 결합한다는 특성을 이용해 암세포 표적화를 유도했다. 개발된 광역학치료제를 사람의 유방암 세포가 사용된 동물 모델에 투여한 결과, 아세타졸아미드가 없

[Technical News]메타물질로 광전소자 전력효율 개선 세계 최초 성공

미래창조과학부(장관 최양희)가 이화여자대학교 우정원 교수 연구진이 메타물질로 전하이동을 제어해 광전소자의 전력생산 효율을 높이는 원천기술을 세계 최초로 개발했다고 밝혔다. 기존에는 광전소자의 전력 효율을 높이기 위해 소자의 구조 자체를 조절하는 세밀한 광학 설계 기술을 이용해왔는데 이와 같은 기술은 실제로 구현하기 쉽지 않고 소자의 구조에 민감하기 때문에 안정적인 효율 향상을 얻기 어려웠다. 이번 우정원 교수팀은 복잡한 공정 없이도 광전소자에서 발생하는 전하 이동 현상을 메타물질로 제어해 광전소자의 전력생산 효율을 획기적으로 높아지게 했다. 차세대 에너지 소자로 주목을 받고 있는 유기 태양전지는 1세대 태양전지(실리콘계 태양전지)와 2세대 태양전지(박막 태양전지)보다 가공이 쉽고 재료가 다양하며 저렴한 가격으로 제작 가능하다. 또한 발전효율 향상이 빠르며 유연소자로 개발 가능해 3세대 태양전지로 기대를 받고 있으나 아직은 낮은 효율과 짧은 수명으로 인해 응용에 제한

[Technical News]대장균 활용해 플라스틱 원료 생합성 성공

미래창조과학부(장관 최양희) 글로벌프론티어사업(지능형 바이오시스템 설계 및 합성연구단)을 수행한 한국과학기술원(KAIST) 이상엽 교수팀은 세계 최초로 대장균을 이용해 폴리에스터 섬유 등의 주원료로 사용되는 테레프탈산을 생합성하는데 성공했다. 현재 테레프탈산은 산업적으로 화학공정을 통해 제조(생산 효율 95mol%)되고 있으나 이러한 공정은 에너지 소모가 많고 유독성 촉매를 사용함으로써 환경 친화적이지 못한 단점이 있다. 이번에 개발된 대장균을 통한 테레프탈산 생산은 친환경적 방법으로 현 생산효율 이상(생산 효율 97mol%)의 생산이 가능하다. 이번 연구결과는 섬유에서 PET병, 자동차 부품까지 폭넓게 사용되는 테레프탈산을 미생물을 활용한 친환경적인 방법으로 대량생산할 수 있다는 점에서 큰 의미를 갖는다. 연구팀은 파라자일렌을 테레프탈산으로 전환시킬 수 있는 야생형 균주에 관한 초기 연구를 기반으로 해 파라자일렌을 테레프탈산으로 생체전환하기 위한 합성 대사경로를 설계

[Technical News]중이온가속기 라온(RAON) 초전도가속모듈 성능시험 성공

미래창조과학부(장관 최양희)는 기초과학연구원 중이온가속기건설구축사업단(이하 ‘사업단’)이 구축 중인 중이온가속기 라온(RAON)의 저에너지구간 초전도가속모듈(QWR) 성능시험에 성공했다고 밝혔다. 가속기는 원자핵이나 소립자와 같이 작은 입자의 내부구조 등을 밝히기 위해 원자핵 또는 기본입자를 가속, 충돌시키는 장치로서 가속 입자의 종류, 원리, 활용목적에 따라 구분되는 장비다. 중이온가속기란 수소보다 무거운 입자들을 이온화해 가속한 후, 가속 입자와 표적과의 충돌로 핵반응을 일으켜 다양한 희귀동위원소를 생성시키는 장치를 뜻한다. 저에너지구간 초전도가속모듈(QWR)은 중이온가속기의 핵심장치 중 하나로서 가속기의 전단부에 총 22개가 일직선으로 연결돼 중이온을 빛의 속도 대비 10분의 1 이상으로 가속하는 역할을 수행한다. 사업단은 지난 4∼5월 한국과학기술원(KAIST) 문지캠퍼스 시험시설에서 성능시험을 수행했으며, 최근 한국연구재단에서 실시한 전문가 검증 결과, 설계

[Technical News]씨앗 없이 ‘나노꽃’ 피워 방수소재 구현하다

한국표준과학연구원(KRISS, 원장 박상열) 진공기술센터 강상우 박사팀과 미국 일리노이대 어바나-샴페인캠퍼스(UIUC) 남성우 교수팀이 세계 최초로 습윤 특성을 조절할 수 있는 이차원 이황화몰리브덴 나노꽃(MoS₂ nanoflower)을 합성해 방수 기능성 소재를 개발했다. 자연에서 삼차원으로 존재하는 이황화몰리브덴은 최근 그 형태가 ‘꿈의 신소재’ 그래핀과 유사한 이차원으로 존재할 수 있다는 것이 밝혀졌다. 매우 얇은 두께(약 0.6 nm)가 특징인 이차원 이황화몰리브덴은 뛰어난 물리화학적 특성과 신축성을 가져 차세대 신소재로 주목받고 있다. 그동안 이차원 이황화몰리브덴은 합성방법의 한계로 기초 특성 위주의 연구가 이뤄졌으며, 소재의 응용은 반도체와 같은 전자소자에만 국한됐다. 하지만 연구팀은 기존의 연구방식에서 탈피해 새로운 구조의 소재를 합성하고 이를 응용하는 방향으로 초점을 맞췄다. 이차원 이황화몰리브덴의 새로운 기능을 구현하기 위한 필수요소는 나노-마이크로 구

[Technical News]방사능 물질 원거리 탐지 기술 최초 개발

방사능 물질을 원거리에서 탐지할 수 있는 기술이 최초로 개발됐다. 한국연구재단(이사장 조무제)은 울산과학기술원 물리학과 최은미 교수 연구팀이 “눈에 보이지 않는 고출력 전자기파를 이용해 원거리에서 방사능 물질을 실시간으로 탐지할 수 있는 기법을 최초로 실험적으로 증명했다”고 밝혔다. 연구팀은 원거리에서 방사능 물질을 탐지해 내기 위해 강력한 전자기파 발생장치를 개발했다. 방사능 물질 주변에 고출력 전자기파를 쪼였을 때 발생하는 플라즈마가 해답을 제시했다. 플라즈마 생성 시간을 분석해 방사능 물질 유무를 파악해 내는 원리이다. 연구결과, 기존 기술로는 측정이 불가능했던 원거리에서 방사능 물질을 감지해 낼 수 있는 가능성을 보였으며, 기존 이론 대비 4천800배 높아진 민감도를 통해 아주 소량의 방사능 물질의 탐지가 가능하게 됐다. 현존하는 대표적인 방사능 탐지 기술 중 하나인 가이거 계수기는 방사능 물질로부터 방출된 고에너지 감마선, 알파선 등이 계수기에 직접 도달해

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[Technical News] 태양전지, 면적 증가해도 페로브스카이트 성능 ‘그대로'

페로브스카이트 태양전지는 쉬운 제작이 가능함은 물론, 태양광에너지로부터 전기에너지를 얻어내는 효율이 높다는 장점에 전 세계에서 연구개발이 이어지고 있다. 많은 태양광에너지를 얻기 위해서는 태양전지를 크게 만들어야 하지만 페로브스카이트 태양전지는 크기가 커질수록 효율이 급격하게 감소하는 문제가 있었다. 미래창조과학부 기초연구지원사업(개인연구), 신산업창조프로젝트사업, 기후변화대응기술개발사업, 국가 간 협력기반조성사업으로 연구를 수행한 이광희 교수(광주과학기술원) 연구팀은 큰 효율 저하 없이 기존 1cm2의 소면적 페로브스카이트 태양전지 면적을 10배 이상 크게 제작하는데 성공했다. 기존 대면적의 페로브스카이트 태양전지는 소자 면적이 커짐에 따라 효율이 급격하게 감소한다는 문제가 있었다. 페로브스카이트 필름 형성 시 전체 면적을 덮지 못하고, 곳곳에 발생하는 매우 작은 직경의 구멍인 핀홀 등이 생겨나는 결함 때문이다. 이러한 결함은 페로브스카이트 전구체 용액이 유기전하수

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[Technical News] 코팅 공정 산업 걸림돌 ‘커피링 현상’ 해결

바이오·의료분야, 자동차 도장, 전자소자 인쇄는 무엇보다 정밀한 코팅이 중요하다. 하지만 코팅 과정에서 코팅액이 증발하면서 코팅액에 섞여있는 미세 입자가 외곽 쪽으로만 몰리고 중심부에는 입자가 존재하지 않게 되는 커피링 현상은 코팅의 품질을 떨어뜨려 관련 산업 종사자들의 골칫덩이로 여겨지고 있었다. 이에 미래창조과학부 기초연구지원사업(집단연구), 원천기술개발사업(바이오·의료기술개발사업)의 지원으로 연구를 수행한 고려대 신세현 교수 연구팀이 계면활성제 특성을 가진 폴리머 용액을 이용해 미세입자를 물질 표면에 고르게 코팅할 수 있는 미세입자 코팅 기술을 개발했다. 우연히 모든 입자가 외곽선에 몰리는 커피링 효과를 경험하게 되며 관심을 갖게 됐다는 연구팀은 이러한 현상이 코팅 공정산업 전반에 난제로 작용하고 있다는 점을 접하고 본격적으로 기술개발에 착수하게 됐다고 전했다. 연구책임자인 신세현 교수는 “연구자의 학문적 배경은 기계공학이지만 이번 연구는 표면장력 관련 전문적

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