바이오이미징

2021 연구장비산업 페스티벌

현대 과학기술의 발전과 원천기술 확보를 위해 연구장비산업의 중요성이 나날이 커지고 있습니다. 정부의 R&D 예산은 지난 10년간 두 배 가까이 증가하며 양적 성장을 이루었으나, 핵심 연구장비의 대외 의존도는 여전히 높은 실정입니다. 이에 정부는 '연구장비산업 혁신 성장 전략'을 수립하고 관련 법령을 정비하며 독자적인 생태계 조성을 추진하고 있습니다. 이는 단순한 장비 도입을 넘어 국내 기업의 기술력을 강화하고 중소기업 중심의 산업 구조를 체계적으로 육성하여 국가 과학기술 경쟁력의 토대를 마련하려는 의지를 담고 있습니다. 지속 가능한 연구장비 생태계를 위해서는 전문인력의 양성이 무엇보다 중요합니다. 우리나라는 연구장비의 증가 속도에 비해 이를 운용하고 관리할 전담 인력이 부족하여 장비 방치나 관리 소홀의 문제를 겪어왔습니다. 이를 해결하기 위해 이공계 전공자를 대상으로 장비 운영, 유지보수, 하드웨어 및 소프트웨어 개발 등 6개 전문 과정을 운영하고 있습니다. 이러한 현장 맞춤형 교육은 높은 취업률로 이어지며, 청년 과학기술인들에게는 새로운 기회를 제공하고 산업계에는 숙련된 인력을 공급하는 선순환 구조를 만들어내고 있습니다. 최근의 연구장비 기술은 미세 가공과 분석의 한계를 극복하는 방향으로 진화하고 있습니다. 특히 펨토초 레이저와 집속 이온 빔(FIB)을 결합한 기술은 기존에 수일이 걸리던 샘플 전처리 과정을 단 몇 분으로 단축시켰습니다. 마이크로미터 단위에 머물렀던 가공 범위를 밀리미터 단위까지 확장하면서도 나노 수준의 정밀도를 유지할 수 있게 된 것입니다. 또한 2차원적인 평면 정보에 국한되지 않고 시료 내부의 3차원 볼륨 정보를 획득하는 나노 토모그래피 기술은 재료 과학 연구의 새로운 지평을 열며 정밀한 데이터 분석을 가능하게 합니다. 생명과학과 화학 분야에서는 고해상도 분석 장비인 NMR과 질량분석기가 핵심적인 역할을 수행합니다. 차세대 단백질 구조 연구인 프로테오믹스와 표현체 분석인 피노믹스는 인류의 질병 치료와 생명 현상 이해를 위한 필수적인 영역입니다. 특히 아시아 최초로 국내에 도입될 예정인 1.2GHz 초고해상도 NMR 장비는 기존에 도달하지 못했던 정밀한 분석을 가능하게 할 것입니다. 이러한 첨단 분석 솔루션은 식품의 진위 판별부터 외계 생물체 연구에 이르기까지 폭폭하게 활용되며 우리 삶의 질을 높이고 과학적 난제를 해결하는 데 기여하고 있습니다. 원자현미경(AFM)은 시각을 넘어 촉각을 극대화한 기술로, 나노 세계의 3차원 형상뿐만 아니라 전기적, 자기적 성질까지 측정할 수 있는 혁신적인 도구입니다. 특히 반도체 공정이 미세화됨에 따라 기존 전자현미경의 한계를 넘어서는 정밀 계측이 요구되면서 원자현미경의 중요성은 더욱 부각되고 있습니다. 이제는 인공지능 기술이 접목되어 숙련도와 관계없이 버튼 하나로 자동 측정이 가능한 수준에 도달했습니다. 세계 시장을 선도하는 국내 원자현미경 기술은 글로벌 반도체 기업들의 공정 관리에 필수적인 솔루션으로 자리 잡았습니다. 살아있는 세포를 염색이나 전처리 없이 3차원으로 관찰하는 홀로토모그래피 기술은 바이오 연구의 패러다임을 바꾸고 있습니다. 세포 내부 물질의 굴절률을 측정하여 엑스레이 CT처럼 내부 구조를 시각화함으로써, 면역 세포의 암세포 공격 과정 등을 실시간으로 정밀하게 분석할 수 있습니다. 여기에 인공지능 기반의 자동 분석 기능이 더해져 방대한 영상 데이터에서 유의미한 수치를 빠르게 추출해냅니다. 이러한 기술은 질병 진단, 항생제 내성 테스트, 그리고 바이오 의약품 생산 공정의 수율 관리 등 의료와 산업 전반에 걸쳐 광범위하게 확장되고 있습니다. 국산 연구장비의 신뢰도 향상과 활용 확산은 국가 기술 자립을 위한 필수적인 과제입니다. 외산 장비에 대한 의존도가 높았던 과거에서 벗어나, 이제는 우리 기술로 만든 장비들이 국제 학술지에 인용되고 글로벌 시장에서 그 우수성을 인정받고 있습니다. 연구 현장에서 국산 장비를 적극적으로 활용하고 그 성과를 공유하는 문화가 정착된다면, 우리나라는 연구장비 수입국에서 선도국으로 도약할 수 있을 것입니다. 정부와 기업, 연구기관이 유기적으로 협력하는 생태계의 성장은 대한민국 과학기술의 미래를 밝히는 든든한 등불이 될 것입니다.

한국기초과학지원연구원

화학
생명과학
융합
공학·기술

[한국화학연구원 탄소중립 연구성과] 네이처 표지논문 2달 연속 게재

한국화학연구원은 최근 세계적인 과학 학술지인 '네이처'의 표지를 두 달 연속으로 장식하며 한국 과학기술의 위상을 전 세계에 알렸습니다. 이는 페로브스카이트 태양전지의 세계 최고 효율 달성과 나노 크기에서의 광사태 현상을 발견한 성과 덕분입니다. 37년간 연구 현장을 지켜온 연구자들의 헌신과 자율적인 연구 환경이 뒷받침되어, 이제 대한민국은 과거의 추격자에서 벗어나 세계를 선도하는 화학 기술 강국으로 도약하고 있습니다. 이러한 성과는 단순한 학문적 발견을 넘어 미래 에너지 문제 해결을 예고하고 있습니다. 태양전지는 빛을 흡수해 전기 에너지를 생성하는 광기전 효과를 이용합니다. 기존의 실리콘 태양전지와 달리 페로브스카이트는 조성을 조절하여 흡수하는 빛의 파장을 자유롭게 제어할 수 있어 효율성이 매우 뛰어납니다. 특히 용액 공정이 가능해 저온에서도 제작할 수 있으며, 가볍고 유연한 특성 덕분에 플라스틱 기판 위에도 구현이 가능하다는 장점이 있습니다. 현재 연구진은 실험실 수준의 고효율을 대면적 상용화 단계에서도 유지하기 위해 결정성을 높이는 연구에 매진하고 있으며, 이는 장기적인 에너지 패러다임을 바꿀 핵심 기술이 될 것입니다. 일반적인 형광 물질은 에너지를 잃으며 낮은 단계의 빛을 내놓지만, 특정 나노 입자는 상향 변환 과정을 통해 들어온 빛보다 더 높은 에너지를 생성할 수 있습니다. 과거에는 이러한 변환 효율이 매우 낮아 실용화에 한계가 있었으나, 최근 연구를 통해 입자의 구조와 조성을 정밀하게 설계함으로써 방출되는 입자의 수를 획기적으로 늘리는 데 성공했습니다. 이는 물리적 한계를 극복한 놀라운 성과로 평가받습니다. 에너지가 증폭되어 쏟아지는 이 현상은 기존의 과학적 상식을 뛰어넘어 다양한 산업 분야에 적용될 준비를 마쳤습니다. 광사태 나노 입자는 특히 바이오 의료 분야에서 혁신적인 변화를 불러올 것으로 기대됩니다. 암세포와 결합하는 성질을 가진 나노 입자를 몸속에 주입한 뒤, 투과력이 좋은 적외선을 쬐어주면 입자가 가시광선을 방출하며 암세포의 위치를 정확히 알려줍니다. 기존 기술보다 훨씬 낮은 세기의 빛으로도 선명한 이미징이 가능해 환자의 신체적 부담을 줄이면서도 정밀한 진단이 가능해집니다. 이처럼 눈에 보이지 않는 미세한 나노 기술은 질병의 조기 발견과 치료 효율을 높이는 데 기여하며 인류의 건강한 삶을 지탱하는 중요한 도구가 될 것입니다. 페로브스카이트 태양전지와 광사태 나노 기술은 서로 독립적인 연구처럼 보이지만, 실제로는 상호 보완적인 관계를 가집니다. 태양전지가 활용하지 못하고 손실되는 특정 파장의 빛을 나노 입자가 유용한 파장으로 변환해 줌으로써 전체적인 발전 효율을 극대화할 수 있기 때문입니다. 화학은 이처럼 우리 실생활의 모든 영역에 깊숙이 자리 잡고 있으며, 지속 가능한 미래를 만드는 근간이 됩니다. 연구진은 앞으로도 한계를 넘어서는 끊임없는 도전을 통해 인류가 직면한 에너지와 질병 문제를 해결하고 삶의 질을 향상하는 데 주력할 예정입니다.

한국화학연구원

화학
생명과학
융합
공학·기술

[WMD 2021] 2021년 세계측정의 날: KRISS 연구성과

바이오 측정 표준은 현대 의학에서 질병의 정확한 진단과 치료를 위한 핵심적인 기초 기술입니다. 핵산인 RNA와 DNA를 정밀하게 정량하는 기술은 특히 감염병 진단이나 암 판별에서 중추적인 역할을 수행합니다. 한국표준과학연구원(KRISS)에서는 세계 유일의 핵산 카운팅 장비를 자체 개발하여 기존 상용 장비가 제공하지 못하는 정밀한 측정값을 도출하고 있습니다. 이러한 독보적인 기술력은 국내외 다양한 연구 기관들과의 협업을 이끌어내며, 바이오 측정 표준의 새로운 기준을 정립하고 정밀 의료를 실현하는 데 크게 기여하고 있습니다. 최근 전 세계를 휩쓴 팬데믹 상황은 바이오 측정 표준의 중요성을 대중에게 널리 각인시키는 계기가 되었습니다. 정확한 기준값을 가진 코로나19 표준물질이 제작됨으로써 진단키트의 신뢰성이 확보되었고, 이는 한국의 기술력이 국제적으로 인정받는 중요한 발판이 되었습니다. 바이오 물질의 정량화 기술은 단순히 수치를 재는 것을 넘어 국민 건강을 지키는 가장 앞선 방어선 역할을 합니다. 연구진은 핵산뿐만 아니라 단백질과 대사 물질 등 다양한 영역에서도 정밀 표준을 구축하여 건강 수명 연장을 위한 노력을 지속하고 있습니다. 의료 현장에서 필수적으로 사용되는 초음파 의료기기 또한 안전하고 정밀한 측정이 뒷받침되어야 합니다. 초음파 출력을 정확하게 제어하지 못하면 환자의 안전에 위험을 초래할 수 있으므로, 기기 승인을 위한 정밀한 교정 서비스는 필수적입니다. 특히 고강도 초음파 출력을 측정하기 위해서는 특수한 장비가 필요한데, 한국은 300 W급의 초음파를 견디는 구리 표적을 보유한 전 세계 유일의 국가로서 독보적인 경쟁력을 갖추고 있습니다. 이러한 기술력은 하이드로폰과 같은 초음파 센서의 성능 교정 수요에 대응하며 국내 의료기기 시장의 신뢰도를 높이고 있습니다. 바이오 이미징 기술은 세포부터 조직 단위까지 다양한 스케일에서 질환을 진단하고 치료 예후를 모니터링하는 데 활용됩니다. 단순히 이미징 장비를 개발하는 것을 넘어, 장비의 성능을 객관적으로 입증하기 위한 팬텀과 표준 측정 프로토콜을 함께 연구하는 것이 표준 연구의 핵심입니다. 이는 백신이나 치료제의 안전성과 효능을 검증하는 과정에서 필수적인 데이터 신뢰도를 제공합니다. 과학적인 검증 절차를 통해 개발된 기술들은 의료진이 보다 정확한 판단을 내릴 수 있도록 돕는 시각적 지표가 되어 질병 극복에 기여합니다. 첨단 측정 기술이 실질적으로 국민에게 닿기 위해서는 산업계와의 긴밀한 협력이 무엇보다 중요합니다. 중소기업들이 고성능 의료기기를 상용화하고 제품 인증을 획득할 수 있도록 성능 평가 절차와 기술적 지원을 제공하는 것은 건강한 생태계 조성의 핵심입니다. 세계 측정의 날을 맞아 건강이라는 주제로 모인 연구자들의 노력은 앞으로도 다양한 측정 방법론의 개발로 이어질 것입니다. 더 정밀하고 신뢰할 수 있는 표준을 잡아나가는 과정은 결국 국민 모두가 안심하고 양질의 의료 서비스를 누릴 수 있는 미래를 앞당기는 원동력이 됩니다.

한국표준과학연구원KRISS 행사

생명과학
융합
공학·기술