목원대 김문자 교수팀
대전 목원대 김문자 교수팀이 국내에서 처음으로 꽃가루 형질전환 실험에 성공해 우리나라도 꽃가루를 이용해 농작물 등을 우수한 품종으로 개량하는 원천 기술을 갖게 됐다.
김 교수팀은 최근 단세포인 고추의 미성숙한 꽃가루를 채취해 배양 과정을 거쳐 배(胚)로 발달시킨 뒤, 염색체 수가 정상 고추묘의 절반인 반수체 고추묘로 키우는 실험에 성공했다고 밝혔다. 김 교수팀은 멸균한 고추 꽃 봉오리에서 미성숙한 꽃가루를 채취해 전처리 과정을 거쳐 발아시켰다. 전처리 과정은 미성숙한 꽃가루가 죽거나 성숙한 꽃가루로 발달하지 않도록 하면서, 분열 과정을 거쳐 발아의 전 단계인 배로 발달시키는 것을 말한다.
김 교수는 “전처리를 위해 배양과 배 발아 단계에 맞는 온도·빛 조건과 배지를 각각 개발했다”며 “이를 이용해 직경 6.5cm인 배양접시에 25만개의 고추 꽃가루를 배양했더니 50~100개의 배가 생산됐다”고 밝혔다. 꽃가루 배양은 단세포를 이용한 형질전환을 통해 유용 형질만을 가진 완전한 우수 품종을 개발하는 식물 생명공학 분야의 최첨단 기술로, 세계적으로도 유채와 밀, 보리, 벼, 담배에 이어 여섯번째 성과다.
김 교수팀은 관련 기술 2건을 특허 출원하는 한편, 식물 생명공학 분야 연구기관들과 함께 세계적으로 경쟁력 있는 화훼, 채소, 과수 농업 등 농작물 품종 개발 등 유용한 유전자가 들어간 우수 형질의 식물체를 개발하기 위한 공동 연구를 진행할 예정이다.
김 교수는 “그동안 형질전환은 다세포 조직인 체세포를 키운 캘러스(callus)를 이용했으나 이번 실험 성공으로 유용 형질을 가진 식물체 개발에 획기적인 전기를 마련할 수 있게 됐다”며 “세포의 분화 발달 연구에도 도움을 줄 것”이라고 말했다.
▲ 국내 최초, 3만 5천 마우스 DNA칩 개발 성공
국내 의과대학 연구진이 마우스(생쥐)의 유전자 3만 5천개로 구성된 올리고 타입의 유전자(DNA)칩을 개발하는데 성공하여 유전체 연구의 새장을 열었다.가톨릭대학교 의과대학 미세절제유전체학연구소 이정용·남석우 교수(병리학교실)팀은 3만 5천 개의 마우스유전자 발현을 칩 한 개로 한번에 검사가 가능한 DNA칩을 국내 최초로 생산하는데 성공했다. 연구팀은 이번에 개발한 제품의 명칭을 35K 가톨릭마우스올리고칩으로 명명하여 국내·외 연구자들에게 공급을 시작했다고 밝혔다.
35K 올리고DNA칩은 미국 illumina사의 마우스 유전자 셋트를 기본으로, 그 중 핵심 올리고 probe만을 선정하여 미세절제유전체학연구소에 설치된 초정밀, 초고속 유전자 마이크로칩 제조 시스템을 이용하여 만들어진 35,000 여개의 마우스 유전자정보를 함유하는 초고밀도 칩이다. 이는 마우스 전체 유전체 발현정보를 포괄적으로 분석할 수 있는 마우스 유전자칩으로서 앞으로 동물모델, 특히 마우스를 이용한 다양한 유전체학 기법연구에 지대한 공헌을 할 것으로 기대된다.
이정용 교수는 “그동안 국내에서 유전자 마이크로칩 제조 시스템(마이크로어레이)을 이용한 연구가 극히 일부 연구자에게만 국한될 수밖에 없는 현실이었으나, 이번에 개발에 보급되는 35K 올리고DNA칩은 가격이 저렴하면서도 고품질의 학술적인 용도의 DNA칩으로 이용되어 국내 유전체 연구를 더욱 대중화하고 활성화하는데 크게 기여 할 것”이라고 밝혔다.
▲ 부품 결함 측정용 초음파 현미경 출시
반도체 미세용접 부문 등 부품 결함을 잡아내는 초음파 현미경 시스템이 대덕밸리 소재 한 벤처기업에 의해 개발됐다. 비파괴 검사장비 제조 벤처기업 레이나는 1년간의 연구개발 끝에 세계 최초로 초음 표면파를 이용해 기계 부품의 결함을 획기적으로 찾아 낼 수 있는 현미경 시스템을 개발했다고 밝혔다.
표면파를 이용해 부품 결함용 현미경을 개발한 것은 이 회사가 세계적으로 유일하다. 기존의 초음파 현미경 시스템은 초음파를 제품에 발산해 반사된 초음파 신호를 이용, 검사 이미지를 구현했었지만, 부품 크기가 작아질수록 비례가 맞지 않는 등 정확도에 문제점이 제기돼 왔다. 초음 표면파 현미경 시스템은 제품 표면에 흐르는 초음 표면파 신호를 받아 선명한 검사 이미지를 컴퓨터 모니터를 통해 보여준다.
특히 이 현미경 시스템은 제품의 외부뿐만 아니라 내부의 결함까지도 검사가 가능한 장비다. 제품 내외부의 결함 및 모든 형태가 3차원 이미지로 컴퓨터 화면에 그대로 형상화된다. 이번 초음파 현미경 시스템은 스캐너 로봇을 비롯해 신호를 볼 수 있는 제어 화면, 초음파 펄스 리시버 등의 장비들로 구성돼 있다.
스캐너 로봇이 초음파를 대상물에 발사하면, 제어 화면에 표면파의 흐름에 따라 만들어진 물체의 형상을 보여 준다. 사용자는 손쉽게 마우스의 조작만으로도 현미경 시스템을 작동 시킬 수 있으며 스캐너 로봇을 통해 제품 내부까지도 단층촬영을 할 수 있다.
▲ 국내연구진 벼 흰잎마름병균 유전체 해독
국내 연구진이 벼에 발생하는 대표적인 병인 흰잎마름병균의 유전체를 세계 최초로 해독해 저항성 품종 육성에 새 장을 열었다. 농촌진흥청 농업생명공학연구원은 최근 바이오 벤처기업 마크로젠과 공동으로 벼 흰잎마름병균의 유전체 구조를 완전 해독했다고 밝혔다. 연구 내용은 영국에서 발행되는 국제 학술지 ‘옥스포드 유니버서티’ 최신호에 게재됐다.
농업생명연구원 미생물기능팀 이병무 박사팀은 2001년부터 약 494만1,000여쌍의 DNA 염기서열과 4,637개의 유전자 지도 해독작업을 벌여 완벽한 유전체 정밀지도를 작성했다. 미생물 유전체 해독은 1998년 미국 위스콘신대에서 대장균 유전체를 완전 해독하면서 시작됐으며, 현재 세계적으로 모두 216종의 해독을 완료했다. 이번 연구로 우리나라는 세계 9번째로 미생물 유전체 완전 해독국가에 진입했다.
벼 흰잎마름병은 우리나라와 동남아시아에서 주로 발생하며 국내에서만 매년 평균 6,300여㏊의 면적에서 발병, 쌀 품질 저하의 큰 원인으로 작용한다. 저항성 품종 육성이 최선의 방법이지만, 다양한 병원균이 존재하고 유전 양상이 복잡해 변이 품종이 많이 출현하는 것이 문제였다. 농진청은 앞으로 병 발생에 관계하는 유전자의 위치를 정확히 파악해 흰잎마름병의 조기 진단 및 방제약 개발을 추진할 계획이다.
▲ 이노에이스, 세계 최초 차량용 위성 DMB 수신기 개발
이노에이스는 세계 최초로 위성DMB방송을 수신할 수 있는 차량용 수신기 ‘INNST A IDC-1000’ 을 개발, TU미디어에 공급한다고 밝혔다.
이번에 출시되는 이노에이스의 ‘INNSTA IDC-1000’은 Set-top Box형태로 기존 차량용 모니터에 연결하면 바로 위성DMB 방송을 시청할 수 있다. 7인치 Wide LCD 화면의 실감나는 영상을 지원하고 CD수준의 고음질로 오디오 및 비디오 방송을 즐길 수 있는 이 제품은 휴대폰과 달리 차량용 배터리를 이용해 안정된 전원을 공급 받을 수 있기 때문에 장시간 시청이 가능하다.
또한 고감도 전용 안테나를 적용하여 Gap Filler가 없는 지역이나 복잡한 도심, 야외 어디에서나 위성직접수신을 통해 끊김 없는 선명한 화질을 제공한다.
특히, 장거리 운행의 지루함을 달래 줄 수 있는 MP3 Player 및 게임 등 엔터테인먼트 기능을 포함하고 있고 EPG를 이용한 프로그램 요약 및 선택, 예약기능 등을 통해 검색의 편의성을 제공하고 있다. 이 모든 기능은 리모콘으로 구현 가능하다.
▲ 가톨릭대 연구팀, 심장박동으로 신원확인 기술 개발
사람의 심장박동을 이용해 신원을 확인할 수 있는 기술이 가톨릭대 지능시스템 연구팀(김태선 교수)에 의해 국내 최초로 개발되어 차세대 생체인식 기술로 주목 받고 있다.
이번 신기술은 산업자원부 차세대신기술지원사업인 ‘수퍼지능칩 및 응용기술’ (총괄책임자 이종호 인하대 교수)의 연구일환으로 개발이 이뤄졌다.
이 기술은 심장의 수축운동이 만들어내는 활동전류를 보여주는 곡선인 심전도가 사람마다 고유한 파형을 지니고 있다는 사실을 이 연구팀의 민철홍 연구원이 실험을 통해 처음으로 입증하면서 본격적으로 연구가 시작됐다.
그 동안 연령대나 성별에 따른 차이는 학계에서 일부 연구되어 왔지만 개인별 특징을 본격적으로 연구한 것은 이번이 처음이다.
심전도 측정은 측정을 위해 전극을 붙이는 신체 부위에 따라 I, II, III유도(Lead) 등 세가지 방식으로 나뉜다.
가톨릭대 연구팀은 왼손과 왼발에 전극을 붙이는 III유도로 측정했을 때 다른 방식에 비해 항구성 있는 개인별 차이가 나타나는 점에 주목했다. 연구팀은 이를 입증하기 위해 지난 1년간 20~70대 성인 남녀 50명을 대상으로 정상일 때, 커피 담배 술을 섭취했을 때, 운동 직후 등 다양한 신체 상황에서 실험을 진행했다.
이들로부터 얻은 데이터를 자체 개발한 슈퍼지능칩 기술을 이용하여 잡음을 제거한 뒤 데이터를 분석한 결과, 정상인 상태에서는 100%, 신체 변화 상태에서는 92% 개인 인식률을 보였다. 특이한 점은 실험대상자들의 심전도 파형이 크게 4가지 유형으로 구분되어 나타났다는 사실이다.
이번에 개발된 기술로 신원확인에 걸리는 시간은 10~15초. 이러한 개인별 특징은 매우 미세한 것이어서 변조가 원천적으로 불가능하다.
따라서 이러한 생체정보는 유비쿼터스 환경에서 의료뿐 아니라 군사작전, 재난구호, 교육, 오락 등 다양한 분야에서 응용이 가능하다는 것이 연구팀의 설명이다.
▲ 재생가능 이산화탄소 회수용 건식흡착제, 세계 최초 개발
산업설비에서 배출되는 이산화탄소를 잡아 대기배출을 막아주는 고체성분의 건식흡착제가 세계 최초로 개발됐다.
과학기술부 프런티어 이산화탄소저감 및 처리기술개발사업단 소속 류청걸 박사팀(한전 전력연구원)은 발전소쪾철강쪾시멘트 등 산업설비에서 나오는 배출가스 중 이산화탄소를 가장 경제적이며 효과적으로 분리할 수 있는 고형성분의 ‘건식재생 이산화탄소 흡착제’를 세계 처음으로 개발했다고 밝혔다.
이 흡착제는 이산화탄소를 잡아먹고 열을 가하면서 털어주면 이산화탄소를 내뱉는 일종의 세라믹스폰지 역할을 한다.
류 박사팀의 흡수제는 빵을 부풀릴 때 쓰기도 하는 소다회 를 주성분으로 한다. 연구팀은 소다회에 값싼 세라믹재료를 결합시켜 분필가루 크기의 일정 밀도를 갖춘 둥근 알갱이로 가공처리를 했다.
그리고 이산화탄소가 포함된 화력발전소 배출가스를 이 흡착제로 채워진 밀폐형 상하회전 공정으로 내보내면 공정의 하나인 흡수탑에서 배출가스 중 이산화탄소만 흡착제와 결합한다.
그러면 이산화탄소를 제외한 나머지 배출가스는 다른 곳으로 빠져나가고 이산화탄소를 머금은 흡착제는 재생탑으로 넘어간다. 그곳에서 발전소 보일러에서 나오는 열을 끄집어내면 별도의 열공급시설 없이 120도 온도에서 흡착제를 털어주면 이산화탄소는 떨어져나와 배송관을 타고 다른 곳으로 이동된다.
분리된 흡착제는 다시 흡수탑으로 건너가 새로 유입되는 배출가스 내 이산화탄소와 만나 결합한다. 이 건식 흡착제는 건조중량 100g 당 이산화탄소 8-10g과 반응한다.
따라서 시스템의 회전율을 높이면 이산화탄소 처리율 90%이상도 가능할 것으로 연구팀은 기대하고 있다. 실제로 연구팀 모의실험에서는 일정시간 동안 100% 처리율을 보여 이산화탄소 완전처리 잠재력을 보여주었다. 류 박사는 “건식흡착제는 주성분이 소다회여서 처리에 큰 문제가 없는 환경친화적이며 이산화탄소 흡수력이 습식보다 강하다”고 설명했다.
▲ 보안용 ‘손’ 형체인식프로그램 국내 첫 개발
‘손바닥’을 통해 사람을 구별할 수 있는 프로그램이 나왔다. 서울시립대 전자전기컴퓨터공학부 김희식교수팀은 손 형체를 생체정보로 인식하는 프로그램을 국내에서 처음으로 개발했다고 밝혔다.
따라서 주요시설 출입 등 보안에 이용되고 있는 생체정보 인식기술이 지문, 홍체, 얼굴인식에서 ‘손’ 형체인식으로 확대될 전망이다. 김 교수팀은 손 형체인식이 지문보다 많은 양의 정보가 담겨있고 상용화때 홍체인식 시스템보다 저렴하게 제작할 수 있다는데 착안해 지난 2003년부터 손 형체인식 개발에 들어가 이같은 성과를 얻었다.
손에는 손금에서부터 손의 크기, 손가락 마디간 손금, 손마디 길이, 손 전체길이 등 다양한 정보가 담겨있어 한두 군데를 다쳐 모양이 바뀌더라고 본인여부 판별이 가능한 것이 장점이라고 연구진은 설명했다.
특히 손금은 변화가능성이 없고 손금의 각도, 손금사이의 거리, 손금모양, 손금의 곡률 등 다양한 정보가 담겨있어 인식율을 향상시킬 수 있는 것도 특징이다.
이같은 손의 특징을 활용해 손 모양중에서 특정위치 27곳을 설정한 후 그 27곳 사이의 거리 등을 계산한 뒤 10여개의 데이터를 얻어 본인여부를 판단하게 된다. 물론 이런 과정은 실시간으로 가능하다. 다만 손의 특정위치 27곳을 통해 얻을 수 있는 데이터가 10여개이고 아직 손금인식 모듈이 개발되지 않아 본인 인식율이 86%에 그치고 있는 것이 단점이다. 김 교수는 현재 10개의 데이터에서 20개로 늘릴 경우 인식율을 95%이상 높일 수 있을 것으로 보고 있다.
김 교수는 “현재 손 형체인식 초기모델을 구축했기 때문에 손금인식 모듈 등을 추가로 개발하면 인식율은 더욱 향상된다”며 “금융분야 및 국가주요기간 시설 등에 출입통제시스템에 응용될 것”으로 기대하고 있다고 밝혔다.
▲ 나노로 코팅하면 ‘돌덩이 → 금덩이’
기존 니크롬선 방식의 발열체를 대체할 수 있는 새로운 개념의 발열 기술이 나왔다. 나노 기술을 접목한 발열체 기술이다.
나노기술 전문업체 아이엔씨기술은 3년간의 연구개발 끝에 세라믹 나노 코팅기술을 이용한 ‘나노 발열체’를 개발했다고 밝혔다.
‘세라믹 나노 코팅 기술’은 세라믹, 금속, 유리, 기타 기구물 등에 세라믹과 금속 합금 물질로 코팅해 발열 효과를 비롯해 원적외선 효과, 음이온 효과, 내구성 강화 등 다양한 효과를 낼 수 있다. 이 기술을 이용해 발열 효과를 낼 경우 기존 니크롬선 방식 발열체에 비해 20-30%가량의 전기 절약과 더불어 10초에 150도까지 승온이 가능해 빠른 온도 상승을 요하는 난방기, 미용기, 전자레인지 등의 다양한 제품에 적용이 가능하다.
▲ 간질환초기인 지방간 적용, 건강식품 개발
각종 간질환의 초기단계인 지방간을 치료할 수 있는 건강기능식품이 국내 연구자에 의해 개발됐다.
경희대 약대 정세영 교수는 식품으로 사용할 수 있는 한약재만을 사용해서 지방간을 해소하는 동물·임상실험에 성공, 지난 연말 식품위생안전성학회가 주최한 정기학회에 연구 결과를 발표했다.
정 교수는 지난해 80여명의 지방간 환자를 대상으로 8개월에 걸쳐 임상실험을 한 결과, 대부분 환자들의 혈중 중성지방 및 콜레스테롤 농도가 30%이상 감소됨을 확인했다.
이런 지방간 개선에 대해 정 교수는 “기능식품 성분들이 간에서 지방을 분해하는 효소의 활성화를 돕기 때문에 축적된 지방들은 빠르게 분해돼 간 밖으로 배출되고 간은 정상으로 회복된다”고 설명했다. 정 교수는 이어 “이 기능식품은 지방간뿐만 아니라 동맥경화나 심혈관계 질환의 원인인 중성지방 및 콜레스테롤의 수치도 낮춘다는 점에서 의미가 있다”고 밝혔다.
▲ 종이 이용한 우주 로봇 개발
인하대학교 기계공학과 김재환 교수는 최근 미국 항공우주국(NASA)과 공동으로 태양풍차단막과 탐사로봇 개발에 사용될 전기작동생체모방종이(EAPap) 개발에 들어갔다고 밝혔다. 김재환 교수는 “지난 여름에 이어 NASA연구팀과 함께 현지에서 특수 종이 재질을 이용한 신개념의 로봇을 연구 중” 이라며 “2005년 상반기중 기어 다니는 종이로봇의 시제품을 선보일 예정”이라고 말했다. NASA는 현재 태양풍 피해로부터 위성을 보호하는 프로젝트를 진행중이다.
김재환 교수는 2003년부터 창의적연구진흥사업 가운데 하나인 생체모방종이작동기연구단 책임자로 선정됐으며 생체모방공학의 지침서격인 ‘Electroacitve polymer Actuator as Artificial Mucles’에 그의 연구 내용이 실리기도 했다. 생체모방종이작동기란 전기를 흘려주면 내부에 떨림이 발생해 마치 근육처럼 움직이는 종이를 뜻한다. 김 교수팀이 개발한 생체모방종이작동기는 셀룰로오스 함량이 높은 종이에 나노밀리미터 두께의 전극을 입힌 것. 전극에 전기를 흘려주면 떨림이 발생한다.
김 교수팀은 지난 2001년 셀룰로오스 함량이 높은 종이에 전기를 흘려주면 떨림이 발생한다는 것을 처음 발견했다. 연구팀은 이어 종이의 떨림의 원인이 전기를 진동으로 바꿔주는 압전효과와 종이 내부의 결정과 비결정부분을 옮겨 다니는 전하의 움직임이 힘으로 바뀌는 이온전이현상 때문이라는 사실을 규명했다.
이런 성질을 가진 종이 위에 얇은 안테나와 고주파 신호를 전기로 바꿔주는 회로만 덧붙이면 간단하게 ‘종이로봇’이 만들어진다. 이 종이로봇은 무거운 배터리를 싣고 다니지 않고도 10-20기가헤르츠(GHz)의 전파만 쏘여줘도 스스로 움직인다. 수신된 전파를 이용해 이동하는데 필요한 전력과 자신의 정보를 되돌려 보내는데 필요한 신호를 만들어내기 때문이다.
▲ 멸균효과 뛰어난 전자 조사 장치 개발
1회용 의료용기 멸균이나 곡물 표면 살균·도료 경화 등 다양한 분야에 활용할 수 있는 산업용 소형 전자빔 조사장치가 개발됐다.
한국원자력연구소 양자광학기술개발팀 이병철 박사팀은 과학기술부 원자력연구기반확충사업의 일환으로 탄소 나노튜브(CNT)를 전자빔 소스로 이용하는 100keV급 산업용 전자빔 조사장치를 개발했다고 밝혔다.
이 조사장치는 기존 전자빔 조사장치와는 달리 탄소나노튜브(CNT)의 전계방출 효과를 이용하기 때문에 구조가 간단하고 크기도 소형인데다 전자빔 조사선폭도 제한이 없이 늘릴 수 있다는 것이 장점이다.
보통 전자빔 조사장치는 음극에 고전압을 걸어 가열시킨 뒤 나오는 전자를 전자석으로 가속해 주사하는 방식을 쓰는데 이 경우 전원장치가 복잡해지고 전체 시스템 구조도 커지며 조사 선폭도 600㎜이하로 제한된다.
이 박사팀은 티타늄을 코팅한 알루미늄 막대 표면에 이중벽 탄소나노튜브(DWNT)를 수백차례 분무한뒤 열처리하는 방식으로 전자빔 소스인 음극 재료봉을 만들어 냈다.
이 음극재료를 만들면 고전압을 걸었을 때 수십 ㎚크기로 돌출돼있는 탄소나노튜브에 전기장이 집중돼 물질속의 전자가 튀어나오는 전계방출 효과가 발생하기 때문에 손쉽게 전자빔을 얻는다. 또 봉의 길이만 늘리면 손쉽게 조사선폭도 확장할 수 있다.
이 박사팀은 현재 전자빔 조사장치에서 나오는 전자빔이 균질하게 나오도록 탄소나노튜브를 음극봉에 일정하게 배열시키는 보완 연구를 진행중이다.
이병철 박사는 “조사장치 중 핵심인 탄소나노튜브를 활용한 전자빔 소스를 개발했기 때문에 활용분야별로 특화된 시스템을 만드는데는 큰 어려움이 없다”고 밝혔다.
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