기술동향
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창어 4호, 달 맨틀의 광물 성분 획득

2019년 5월 16일, 중국과학원 국가천문대 리춘라이(李春來) 연구팀은 창어 4호가 달뒷면에서 획득한 탐사 데이터를 이용해 달 표면에서 약 60~1,000km 깊이의 달 맨틀 물질의 구성을 파악하는데 직접적인 증거를 제공함으로써 달의 형성 및 진화 모델을 보완하는데 일조했다. 해당 연구성과는 "Nature"에 온라인으로 게재되었다. 연구팀은 달뒷면 착륙지역에서 창어 4호가 획득한 원위치 스펙트럼 탐사 데이터 분석을 통해 착륙지역 달토양 물질에서 감람석의 상대적 함량이 가장 높고 그 다음으로 저칼슘 휘석이며 고칼슘 휘석은 매우 적게 함유함을 발견했다. 창어 4호 착륙지역은 달에서 가장 오래된 충돌분지에 위치하는데 동 지역의 지각은 훨씬 전에 얇아졌거나 또는 완전히 박리된 상태다. 창어 4호의 분석대상은 소천체 충돌로 밖으로 튀어나온 달 맨틀 물질임을 뒷받침한다. 따라서 분석을 통해 발견된 광물 조합은 아마도 달 맨틀 심부에서 유래한 물질을 대표하며 달 맨틀은 감람석을 풍부히 함유한다는 입증이다. 달의 기원과 관련한 중요한 가설인 달의 마그마 오션(magma ocean) 이론에 근거하면 마그마가 변화함에 따라 가벼운 사장석(plagioclase) 성분은 위로 부상·결정화되어 달의 지각을 형성하고 감람석, 휘석 등 철과 마그네슘 원소를 풍부히 함유한 무거운 광물은 아래로 침강·결정화되어 달 맨틀을 형성한다. 하지만 달 맨틀 물질의 구성에 관한 추론은 입증된바 없다. 창어 4호 탐사기는 2019년 1월 3일에 달뒷면의 폰카르만 충돌구에 착륙했다. 뒤이어 위투(玉兔) 2호 탐사차가 달 표면에 발자국을 남겼다. 연구팀은 탐사차에 탑재된 적외선영상분광측정기로 착륙지역 탐사점에서 고퀄리티 스펙트럼 데이터를 획득했다.

중국산 "지구 CT" 기술, 세계 선진 수준에 도달

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다칭(大慶)유전 위청예(於承業) 연구팀이 자체적으로 개발한 천부혼합층 파동임피던스 Z 역산기술이 중국석유기술감정센터 전문가위원회로부터 세계 선진 수준에 도달했다는 평가를 받았다. 해당 기술은 중국 내 지진해석 분야에서 30년간 이어진 미국과 유럽국가의 기술독점을 깨뜨렸다. 뿐만 아니라 천부혼합층 저류층 지진예측 분야에서 미국과 유럽을 제치고 2.6억 위안(한화로 약 441억 5,840만 원)의 경제효익을 창출할 전망이다. 천부혼합층 파동임피던스 Z 역산기술은 일종의 지진처리 해석기술로서 인공 반사파에 대한 정밀 해석을 통해 지구 "혈관"속 석유의 분포를 분석하는 "지구 CT" 기술이다. 해외 지진 역산(Seismic inversion) 소프트웨어는 20세기 90년대부터 중국 지진탐사 분야에 도입되기 시작해 장기간 중국 지진 역산 시장을 독점했다. 경제적인 면에서 프랑스 소프트웨어는 가격이 거의 400만 위안(한화로 약 6억 7,936만 원)에 달하며 30년간 중국시장에서 10억 달러 이상의 판매액을 올렸다. 기술적인 면에서 전형적 육지상 퇴적인 다칭유전은 국외 해양상 퇴적에 비해 저류층이 얇고 연속성이 좋지 못하며 횡적 변화가 복잡하다. 아울러 2~3m 박층 탐사·개발이 세계적인 난제이고 또한 해외기술이 중국내 유전식별 수요를 충족시키지 못하는 점을 감안하면 시장경제적으로나 기술수요 차원에서 중국만의 지진 역산 소프트웨어 개발이 필요하다. 연구팀은 2006년부터 관련 연구를 시작해 결과적으로, 기존 지진 주파수대에서 유정-지진 부합 오류를 10~15%에서 1~2%로 낮추고 천부혼합층 고정밀도 역산을 달성함과 아울러 Z 역산 저류층 예측 소프트웨어를 형성했다. 2016년 초에 수행한 현장 논증에서 해당 소프트웨어 예측 결과는 상업 소프트웨어에 비해 평균 12.2 %p 향상되었고 사암 시추 성공률은 91.1%에 도달했다. 2018년에 Z 역산기술은 룽핑(隆平) 1호 유정 심부 화산암 풍화각 예측에 성공적으로 응용되어 67%의 부합률을 기록했다. 이는 해외 동일 유형 제품에 비해 훨씬 높은 수준으로서 수입 저류층 예측제품의 거품을 뺐다. 현재 Z 역산기술은 자오핑(肇平) 12호 등 40여 개 천부층·중층 지괴에 응용되고 있다.

중국과기대, 최초로 12개 초전도 큐비트의 실제 얽힘 제조

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최근, 중국과기대 판젠웨이(潘建偉) 연구팀은 최적의 종합성능을 보유한 양자점 확정성 얽힘 광원 및 세계 최대 규모 초전도 큐비트 얽힘 상태 12 비트 "클러스터 상태(Cluster state)" 제조를 구현하였다. 해당 연구성과는 "Physical Review Letters"에 게재되었다. 확장성 및 고정밀도 기반 양자상태 제조 및 제어 구현은 대규모 양자컴퓨팅 기술의 주요 어려움이다. 멀티 비트(Multibit) 양자얽힘은 양자컴퓨팅 기술의 핵심 지표이다. 쌍광자 얽힘은 확장성 양자 정보 처리의 핵심 자원으로서 그 성능의 주요 평가 지표는 충실도, 생성 및 추출 효율, 광자 동일성 등을 포함한다. 연구팀은 자기조립 반도체 인듐갈륨비소(InGaAs) 양자점을 이용하여 현재 종합성능이 가장 우수한 확정성 얽힘 광원을 구현하였으며 광대역 "타깃 아이(Target eye)" 공진 공동(Resonant cavity)을 설계함과 아울러 쌍광자 펄스 공명 활성화를 이용하여 최초로 충실도가 90%, 생성 효율이 59%, 추출 효율이 62%, 광자 비식별성이 90%인 얽힘 광원을 구현하였다. 해당 실험에서 개발한 고품질 얽힘 광원 기술은 향후 고효율 다광자 얽힘 실험 및 원거리 양자통신 등 분야에 이용될 전망이다. 더욱 큰 규모의 얽힘 상태 제조는 초전도 양자컴퓨팅 시스템의 종합성능 평가 주요 지표이다. 연구팀은 최초로 12개 초전도 큐비트의 실제 얽힘을 제조하였다. 검증 결과, 충실도가 70%에 달하여 기존의 10개 초전도 큐비트 얽힘 기록을 갱신하였다. 이는 현재까지 고체 양자 시스템에서 규모가 가장 큰 다광자 얽힘 상태로써 다음 단계에 대규모 무작위 채널 샘플링 및 확장성 단방향 양자컴퓨팅 구현에 기반을 마련하였다.

자율주행 시뮬레이션 테스트 기술로 실제 거리장면 시연

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최근, 난징(南京)항공항천대학 박사연구생 리웨이(李偉)가 연구개발한 자율주행 시뮬레이션 시스템은 야외 장면 스트리트 뷰(Street view) 합성 등 분야에서 기존의 시뮬레이션 기술의 한계를 극복하였다. 해당 연구성과는 "Science" 자매지인 "Science Robotics"에 게재되었다. 자율주행은 최근 핫이슈로 떠오르고 있는 연구개발 프로젝트로서 출시 전 시뮬레이션 테스트를 통하여 안전성을 평가하고 개선할 경우 연구개발 가속화에 도움이 된다. 해당 시스템은 기존의 시뮬레이션 기술과는 다른 더욱 현실적이고 정확한 자율주행 시뮬레이션 시스템(AADS)이다. AADS로 현실에 접근하는 도로 장면을 자동으로 형성하여 자율주행 차량에 더욱 신뢰적이고 저렴한 실험실 시뮬레이션 방법을 제공할 수 있기에 자율주행 시스템의 경로 계획 및 의사결정 알고리즘 훈련 및 테스트 평가에 광범위하게 이용될 수 있다. 기존의 시뮬레이션 시스템으로 실제 교통류(Traffic flow), 운전사와 행인의 상호작용 등 장면을 나타낼 경우 실제 환경과 비교적 큰 차이가 존재한다. AADS 과정에서 도로의 실제 상황에 대한 시뮬레이션 합성이 가장 큰 어려움으로 되고 있다. 연구팀은 비디오 및 사진을 이용하여 현실 세계의 도로 및 동작을 시연하였는데 해당 데이터 구동 방법은 더욱 현실적이고 유익한 교통 시연 모델을 제공하였다. AADS는 현실 환경과의 차이를 보완하였기에 현실에 더욱 접근한다.

중국 궤도교통, 세계 최초로 5G 시대 진입

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최근, 중처(中車)주저우(株洲)전기기관차연구원 산하 스다이(時代)전기주식유한회사에서 자체로 개발한 5G 통신기술 기반 대용량 데이터 덤프(Dump) 시스템(이하 "5G 덤프 시스템")이 청두(成都)기관구에서 열차 탑재 데이터 고속 다운로드를 성공적으로 구현하였다. 이는 중국 궤도교통이 세계 최초로 5G 시대에 진입하였음을 의미한다. 열차 운행 과정에서 생성되는 대량의 모니터링 데이터는 기관구에서 열차의 운영 유지보수를 연구 분석하는데 제공된다. 열차 장거리 라우팅(Routing), 승무교대제(Crew shifting system) 시행에 따라 열차 탑재 데이터 특히 열차 탑재 비디오 데이터가 급증되고 있다. 그러나 기존에 열차 탑재 비디오 데이터는 승무원이 USB 메모리를 이용하여 인공적으로 덤프하는 방식을 이용하였기에 USB 메모리 파괴, 비디오 데이터 분실 또는 인위적 피괴 등 문제가 발생하여 기관구에서의 운용 안전에 아주 큰 잠재위험을 가져다준다. 열차 탑재 비디오 데이터의 자동 무선 고속 다운로드를 구현하기 위해 중처주저우전기기관차연구원은 화웨이(華為)회사와 공동으로 궤도교통 응용에 적합한 5G 덤프 시스템을 개발함과 아울러 2018년 11월, 청두기관구에서 열차 탑재 응용을 구현하였다. 응용 결과, 해당 시스템은 10분 내에 55GB의 열차 탑재 데이터 쾌속 덤프를 완료할 수 있는데 이는 현재 표준 WLAN 동일한 작동상태 조건에서 전송 속도의 100배 이상에 달한다. 이로써 기존에 수동 조작 과정에서 나타나는 데이터 손실 및 이상 문제를 효과적으로 해결하여 기관차에 대한 응용 분석에 풍부한 데이터 지원을 제공함과 아울러 기관차 운행 안전을 효과적으로 보장할 수 있다. 현재 세계에서 일반적으로 사용되는 열차 탑재 데이터 덤프 시스템은 3G 또는 4G 통신으로 전송하기에 덤프 전송 효율이 비교적 낮다. 5G 덤프 시스템의 개발 성공은 빅데이터 지능 운영 유지보수 응용 조건에서의 데이터 전송에 존재하는 문제점을 해결하여 간선 기관차, 고속열차 및 도시철도 열차에 광범위하게 응용될 수 있을 뿐만 아니라 풍력, 전기 자동차 등 기타 영역에 응용되어 광대역 데이터 전송을 구현할 수 있기에 중국이 5G 시대에 국제 궤도교통 첨단 기술 시장을 선점하는데 강대한 기술 지원을 제공할 전망이다.

창어 4호, 달 맨틀의 광물 성분 획득

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2019년 5월 16일, 중국과학원 국가천문대 리춘라이(李春來) 연구팀은 창어 4호가 달뒷면에서 획득한 탐사 데이터를 이용해 달 표면에서 약 60~1,000km 깊이의 달 맨틀 물질의 구성을 파악하는데 직접적인 증거를 제공함으로써 달의 형성 및 진화 모델을 보완하는데 일조했다. 해당 연구성과는 "Nature"에 온라인으로 게재되었다. 연구팀은 달뒷면 착륙지역에서 창어 4호가 획득한 원위치 스펙트럼 탐사 데이터 분석을 통해 착륙지역 달토양 물질에서 감람석의 상대적 함량이 가장 높고 그 다음으로 저칼슘 휘석이며 고칼슘 휘석은 매우 적게 함유함을 발견했다. 창어 4호 착륙지역은 달에서 가장 오래된 충돌분지에 위치하는데 동 지역의 지각은 훨씬 전에 얇아졌거나 또는 완전히 박리된 상태다. 창어 4호의 분석대상은 소천체 충돌로 밖으로 튀어나온 달 맨틀 물질임을 뒷받침한다. 따라서 분석을 통해 발견된 광물 조합은 아마도 달 맨틀 심부에서 유래한 물질을 대표하며 달 맨틀은 감람석을 풍부히 함유한다는 입증이다. 달의 기원과 관련한 중요한 가설인 달의 마그마 오션(magma ocean) 이론에 근거하면 마그마가 변화함에 따라 가벼운 사장석(plagioclase) 성분은 위로 부상·결정화되어 달의 지각을 형성하고 감람석, 휘석 등 철과 마그네슘 원소를 풍부히 함유한 무거운 광물은 아래로 침강·결정화되어 달 맨틀을 형성한다. 하지만 달 맨틀 물질의 구성에 관한 추론은 입증된바 없다. 창어 4호 탐사기는 2019년 1월 3일에 달뒷면의 폰카르만 충돌구에 착륙했다. 뒤이어 위투(玉兔) 2호 탐사차가 달 표면에 발자국을 남겼다. 연구팀은 탐사차에 탑재된 적외선영상분광측정기로 착륙지역 탐사점에서 고퀄리티 스펙트럼 데이터를 획득했다.

중·일공동연구팀, 최초로 중원소로 구성된 항성 발견

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최근, 중국국가천문대(NAOC)/일본국립천문대(NAOJ) 공동연구팀은 은하계에서 많은 중원소를 함유한 특수한 항성 "J1124+4535"를 발견하였으며 은하계 탄생·성장 과정에서 소항성계와 합체된 흔적을 보여주었다. 해당 연구성과는 "Nature Astronomy"에 게재되었다. 해당 노년기 항성은 지금까지 최초로 발견된 많은 중원소를 함유한 특징적인 항성이다. 해당 항성과 유사한 항성은 은하계 부근의 왜소 항성계에서 많이 발견되었다. 이를 근거로 연구팀은 이번에 발견된 항성은 1개 왜소 항성계에서 탄생되었으며 해당 왜소 항성계와 은하계가 충돌하여 합체된 후 은하계의 구성원으로 되었다고 주장한다. 은하계에 합병된 왜소 항성계는 완전히 형태를 상실하였으며 기존의 항성은 은하계에 흩어져 있었지만 흩어진 항성의 궤도운동 및 화학적 구성(원소 구성)은 합병 이전의 상태로 남아있다. 이번 관측 결과는 은하계와 같은 비교적 큰 항성계는 여러 차례의 소항성계와의 충돌, 합체를 경과한 후 현재의 항성계로 성장되었음을 입증한다. 인간이 거주하는 은하계는 나선형 원반 구조, 항성이 드물게 존재하는 "헤일로 구조"이다. 대부분 항성은 은하계 형성 과정의 초기에 탄생되었고 일부분은 기체가 은하계에 응집되어 탄생되었으며 일부분은 왜소 항성계에서 탄생된 후 은하계에 의하여 흡수되었다. 해당 과정은 이미 컴퓨터 시뮬레이션에 의하여 예측되었다. 2014년부터 중·일공동연구팀은 중국 궈서우징(郭守敬) 천문망원경(LAMOST, 대형 천체 다목적 광섬유 분광망원경)으로 금속 원소 함량이 비교적 적은 항성을 선별하였으며 일본 수바루망원경(Subaru telescope)에 탑재된 고분산 분광기(HDS)를 이용하여 선별한 항성을 상세히 관측하였다. 지금까지 이미 400개 이상의 천체에 대한 상세한 구성 원소 측정을 수행하였다. 이번에 연구팀이 발견한 "J1124+4535" 천체는 마그네슘, 철 비중이 비교적 낮고 철보다 무거운 중원소가 상대적으로 많았다. 이는 은하계에서 최초로 관측한 극단적인 원소로 구성된 항성이다. 해당 항성과 유사한 항성은 은하계 주위의 왜소 항성계에서 수차례 발견되었는데 이는 해당 항성은 왜소 항성계에서 탄생된 후 은하계에 의하여 흡수되었음을 입증한다.

국가천문대, 은하계에 이민한 왜소은하 유래 고중원소 항성 발견

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최근 중국과학원 국가천문대 자오강(趙剛) 연구팀은 최초로 은하계 내 중금속원소(은, 유로퓸, 금, 우라늄 등 포함) 함량이 매우 높은 한개 항성에 대한 상세 화학특성 분석을 통해 해당 항성의 "일생"에 관한 수수께끼를 풀었다. 해당 별은 최초 은하계 부근의 왜소은하에서 유래했고 그 후 은하계에 "흡입"되어 은하계의 "이민"이 되었다. 항성 스펙트럼은 항성의 지문과도 같은데 스펙트럼 분석을 통해 항성의 화학성분을 확정할 수 있고 나아가 그 기원을 밝힐 수 있다. 연구팀은 중국의 중대과학기술인프라시설 LAMOST 망원경으로 수집한 대량 스펙트럼 데이터에 기반해 은하계헤일로 내부에서 매우 특수한 항성 1개를 발견했다. 동 항성의 중원소 함량은 동일 유형 항성의 평균치를 훨씬 초과한 반면 마그네슘 원소 함량은 동일 유형 항성의 5분의 1로 매우 낮았다. 이는 은하계에서 세계 최초로 발견한 저마그네슘 고중원소 항성이다. 그 후 연구팀은 일본국립천문대와의 8m 광학망원경 고해상도 광스펙트럼 연합관측을 통해 동 항성에 존재하는 24종 원소의 함량을 확정지음과 아울러 왜소은하 항성과 은하계헤일로 영역 내 별을 상세히 비교했다. 비교를 통해 해당 항성의 화학성분은 은하계헤일로 종족 별과 분명히 다른 한편 은하계 주위 왜소은하 항성과 매우 흡사함을 발견했다. 이는 해당 항성이 은하계에 의해 붕괴된 왜소은하에서 유래했음을 설명한다. 이 또한 은하계 병합 사건을 입증하는 확실하고 신뢰성 있는 화학증거이다. 심층적 분석 결과, 해당 항성은 원래 소속된 왜소은하에서 극히 드문 중성자별 병합 사건을 겪은 후에 형성된 것으로 나타났다. 천문학계는 왜소은하가 은하계에 "삼킨" 증거를 찾는데 노력했다. 이 면에서 해당 연구는 은하계 병합 사건과 관련한 확실하고 신뢰성 있는 화학증거를 제공함과 아울러 항성 광스펙트럼 기반 은하계 외래 이민 식별에 새 실마리를 제공하는 등 실질적 연구진전을 거두었다.

"1개 로켓 2개 위성 발사" 방식으로 톈후이 2호 위성 발사 성공

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2019년 4월 30일 6시 52분, 중국은 타이위안위성발사센터에서 창정 4호 을(長征四號乙) 운반로켓으로 중국항천과기그룹(CASC) 제8연구원이 개발한 톈후이(天繪) 2호 01그룹 위성을 성공적으로 발사해 예정궤도에 진입시켰다. 동 위성은 주로 과학실험연구, 국토자원일제조사, 지리정보측량 및 지도제작 등 분야에서 중국의 과학연구 및 국민경제 건설에 사용된다. 이번 발사는 창정계열 운반로켓의 303번째 발사이자 제8연구원이 개발한 창정계열 운반로켓의 104번째 발사이다. 뿐만 아니라 제8연구원이 추진 중인 2019년 우주제품 모델의 첫 발사 임무이다. 창정 4호 을 운반로켓은 상온 액체 운반로켓으로서 다양한 위성 발사, 궤도별 단일 위성 및 다중 위성 발사 능력을 갖추었다. 이번에 1개 로켓으로 2개 위성 발사를 위한 직렬 배치 및 위성 포락의 요구를 충족시키기 위해 최초로 지름 3.35m 페어링에 지름 3.35m 아답터 모듈을 덧붙여 2개 위성을 직렬 배치시키는 형태를 채택했다. 창정 4호 을(乙)/병(丙) 두 가지 모델 운반로켓은 2018년에 도합 6차 발사되었고 2019년에 도합 약 10차 발사 예정이다.

포유동물의 고온 감지 메커니즘 규명

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최근 중국과학원 쿤밍동물연구소, 저장대학, 미국 캘리포니아대학 데이비스캠퍼스 공동 연구팀은 포유동물 체내 주요 "온도 응답 요소"가 특수 메커니즘을 통해 포유동물의 환경온도 응답, 특히 고온 보호에 영향을 미친다는 것을 발견했다. 이는 포유동물의 고온 적응성 진화를 심층적으로 이해하는데 일조할 전망이다. 해당 연구성과는 "Nature Communications"에 게재되었다. TRPV1은 포유동물의 말초신경에 분포한 세포막이온통로이다. TRPV1은 캡사이신 등 화학자극에 의해 활성화되어 "맵다"는 통증 감각을 발생하므로 캡사이신 수용체라 불린다. 한편 TRPV1은 40℃ 이상의 고온에 의해 활성화될 수 있기에 포유동물이 외부 환경온도 변화에 응답하는 중요한 분자 요소로 알려지고 있다. 활성화 상태 TRPV1은 활동전위를 발생해 "열적 통증"을 전달한다. 하지만 TRPV1은 고온 활성화 후 신속하게 고온 매개성 불활성화를 발생하며 10여 초 이내에 활성화 상태가 불활성화 상태로 바뀌면서 더 이상 열자극에 응답하지 않는데 이를 "열불활성화"라 한다. TRPV1 열활성화와 열불활성화의 고도 커플링 관계는 열불활성화 연구를 어렵게 한다. 연구팀은 종의 진화 분석 및 기능 연구에 기반해 열활성화만 발생하고 열불활성화는 발생하지 않는 오리너구리 TRPV1를 획득함과 아울러 TRPV1 열불활성화의 분자 메커니즘을 규명했다. 오리너구리는 완전 진화가 되지 않은 가장 원시적인 포유동물이다. 연구에 의하면 TRPV1 열불활성화 발생은 세포막 내측 N-말단과 C-말단의 상호작용에 의존하며 나아가 TRPV1 기공(pore) 영역의 구조변화 및 개폐를 이끌어낸다. 뿐만 아니라 연구팀은 형질전환 기술을 통해 오리너구리 TRPV1을 생쥐에 형질 주입했다. 그 결과 야생형 생쥐는 열불활성화를 발생하지 않는 오리너구리 TRPV1을 담지한 생쥐에 비해 장시간 열자극에 보다 내성을 보임을 발견했다. 이는 TRPV1 열불활성화는 포유동물의 고온환경 적응성을 강화한다는 것을 설명한다. 해당 연구는 TRPV1 통로 열불활성화의 구조적 기초, 분자 메커니즘 및 포유동물 진화에서 가지는 중요한 생물학적 의미를 규명했다. TRPV1 열불활성화는 고급 포유동물에 한해 매우 중요한 고온 보호 메커니즘이다.

푸젠농림대학, 세계 최초로 4배체 재배종 땅콩의 전장유전체 해독

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최근 푸젠농림대학 좡웨이젠(莊偉建) 연구팀은 세계 최초로 4배체 재배종 땅콩의 전장유전체를 해독하였다. 이는 재배종 땅콩 게놈 연구에서 중국이 세계 선두에 섰음을 의미한다. 해당 성과는 전세계 땅콩 유전적 개량에 기여할 뿐만 아니라 중국과 세계의 농업 기초연구에 중요한 의미를 지닌다. 해당 연구성과는 "재배종 땅콩 게놈을 통한 콩과식물의 핵형, 다배체 진화 및 작물 순화 해석"이란 제목으로 "Nature Genetics"에 온라인으로 게재되었다. 중국은 세계 최대 땅콩 재배 국가이다. 중국의 땅콩 재배 면적은 500여만 헥타르이고 생산량은 1,700만 t으로 세계 총생산량의 약 40%를 차지한다. 또한 대두를 제외한 중국 유료작물(oil crops) 총생산량의 약 50%를 차지해 재배업에서 1,200억 위안(한화로 약 20조 6,772억 원)의 생산액을 창출하고 있다. 이는 중국 농작물에서 벼, 밀, 옥수수 다음으로 네 번째를 차지하는 규모이다. 현재 중국은 심각한 유료 부족을 겪고 있고 식용유의 66%를 수입에 의존하는 상황에서 땅콩 생산은 국가경제와 국민생활에 매우 중요하다. 땅콩이 갖는 중요한 경제적 가치로 인해 최근 10년간 전세계적으로 땅콩 게놈 연구가 진행되었지만 4배체 재배종 땅콩 게놈은 크고 복잡할 뿐만 아니라 A, B 두개 서브게놈의 유사성이 높아 뚜렷한 성과를 거두지 못하고 있다. 재배종 땅콩의 게놈을 해독하기 위해 연구팀은 전중국의 70% 육성품종 혈통을 보유한 스터우치(獅頭企)를 재료로 3세대 단일분자 염기서열분석 기술, 염색체 구조 포착 기술, 초고밀도 유전자지도 외에 생물정보학, 유전학, 기능유전체학 등 수단을 사용해 복잡 게놈 조립의 어려움을 극복함과 아울러 고질량의 콘티그(contig) 및 게놈 스탠드를 획득해 땅콩 게놈 전장의 94.1%에 해당하는 2.54Gb를 조립하였고 최종적으로 20가닥 염색체 수준(전장 2.51Gb)의 고질량 4배체 땅콩 게놈을 정확하게 조립했다. 이는 세계 최초로 땅콩 전장유전체 서열분석 및 염색체 미세 구조틀 해석을 완성한 땅콩 게놈으로서 유전자 기능, 발현, 유전자량효과 및 유전패턴 정밀 연구를 위한 기반을 마련했다. 이외, 해당 연구는 최초로 땅콩 및 기타 콩과작물의 염색체 기원, 핵형 진화, 재배땅콩 게놈 구조 변이를 전반적으로 규명했다. 또한 땅콩 게놈 함량 변화 그리고 종자 크기, 내병성, 유지질 대사, 질소고정 등과의 관계를 심층적으로 규명했다. 뿐만 아니라 재배땅콩의 기원, 종의 진화, 재배 순화도 규명했다. 그리고 땅콩 분자육종 및 기초생물학 연구에서 땅콩 게놈의 중요 역할을 분명히 했다. 해당 성과는 땅콩 기초연구 및 응용연구를 크게 촉진하여 향후 땅콩 전장유전체 선발육종, 정밀육종이 가능해졌고 땅콩 생산량, 품질, 내성, 안전한 새 품종 육종효율을 대폭 향상시킬 전망이다. 해당 성과는 중국과 세계의 땅콩산업 지속가능한 발전에 중대한 의미가 있다.

식물연구소, 글리코실화 및 인산화 수식으로 밀 개화를 유도하는 새 메커니즘 규명

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최근, 중국과학원 식물연구소 중캉(種康) 연구팀은 단백질 글리코실화 및 인산화 수식 기반 오믹스(Omics) 및 분자 생물학적 전략을 이용하여 O-아세틸글루코사민(O-GlcNAc) 수식 및 인산화 수식으로 춘화작용(vernalization)을 동적 제어하여 밀의 개화를 유도하는 메커니즘을 규명하였다. 해당 연구성과는 "Plant Physiology"에 온라인으로 게재되었다. 가을밀(Winter wheat) 개화는 긴 시간의 환경 저온 유도를 요구하는데 해당 과정을 춘화작용이라고 부른다. 다양한 가을밀 품종의 춘화 특성 및 겨울봄 기온 적응성은 수확량에 직접적인 영향을 미친다. 기존에 많은 춘화 관련 유전자 VRNs를 클론·연구했지만 춘화 시간 확정 및 춘화 센싱(Sensing) 메커니즘을 규명하지 못했기에 가을밀 분자육종(Molecular Breeding) 연구에 영향을 주었다. O-GlcNAc 수식 및 인산화 수식으로 식물체의 많은 중요한 생리과정을 수식할 수 있다. 그러나 O-GlcNAc 수식 및 인산화 수식 표적 단백질의 세린 및 트레오닌 사이에 공존과 경쟁의 동적 제어 관계가 존재하며 또한 세포의 활성화 O-결합 글리코실화(O-linked glycosylation) 특성으로 화학적 감정 어려움이 증가되어 O-GlcNAc 수식 및 인산화 수식이 춘화작용에 대한 제어 메커니즘을 아직 규명하지 못했다. 연구팀은 억제제를 이용하여 처리한 결과, O-GlcNAc 신호 변화가 춘화 핵심 유전자의 전사 발현 및 밀 개화에 뚜렷한 영향을 미칠 수 있을 뿐만 아니라 일정한 정도에서 춘화작용을 부분적으로 대체할 수 있음을 발견했다. 생물학적 방법 및 화학적 방법을 결합하여 춘화작용에 참여하는 O-GlcNAc 수식 및 인산화 수식 단백질 스펙트럼을 심층적으로 분리·농축하여 분석한 결과, TaFBA, TaGAPD, TaGRP 2 등은 O-GlcNAc 수식 및 인산화 수식 단백질을 동시에 보유하고 있음을 발견했다. 또한 생물화학 및 유전학적 방법을 이용하여 해당 2종 수식이 춘화 과정에서의 주요 역할을 입증했다. 동 연구는 O-GlcNAc 수식 및 인산화 수식 상호작용 형식으로 밀의 춘화작용을 제어하는 분자 메커니즘을 규명함으로써 가을밀 춘화 육종에 새 아이디어를 제공했다.

저장대학, 신속하고 강력한 지혈이 가능한 생체모방 하이드로겔 개발

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최근 저장(浙江)대학 의학원 등 기관의 연구팀은 대동맥 손상 및 심장 관통상 출혈을 수십 초 내에 완전 지혈시킬 수 있는 생체모방 하이드로겔 재료를 개발함과 아울러 동물실험을 통해 그 효과를 검증했다. 동 하이드로겔은 향후 임상에 광범위하게 응용될 전망이다. 해당 연구 성과는 "Nature Communications"에 게재되었다. 신속한 지혈 및 상처봉합은 심장외과와 대혈관외과에서 해결해야 할 과제이다. 매년 많은 사람이 효과적인 출혈 통제를 받지 못해 사망하고 있다. 이상적인 접착제는 습조직에 대한 점착력이 강해야 할 뿐만 아니라 높은 혈압 및 격렬한 심장박동에 견딜 수 있는 강도를 보유해야 한다. 하지만 현재 상기 요구를 충족시키는 재료를 찾지 못하고 있다. 연구팀은 자외선 조사 조건에서 신속하게 고화될 수 있는 일종의 세포외기질(단백질 등 분자로 구성된 네트워크) 구성을 모방한 겔을 설계했다. 실험실에서 수행된 1차적 동물실험에서 해당 하이드로겔은 돼지 간의 대면적 상처를 빠르게 폐쇄했다. 이외 연구팀은 돼지 외과수술을 통해 해당 하이드로겔은 돼지 심장 관통상을 봉합하지 않는 상황에서 상처를 빠르게 폐쇄해 출혈을 멎게 함을 검증했다. 향후 연구팀은 임상전 연구를 통해 해당 하이드로겔이 잠재적 독성을 지니는지 여부를 평가함으로써 인체 응용의 안전성을 보장할 계획이다. 해당 신형 재료는 주사가 가능하고 사용이 간편하기에 상처의 신속한 지혈, 개방성 수술 및 최소침습 내시경 수술 지혈, 상처 폐쇄 등 장면에 밝은 응용전망이 있다.

저장대학, 새 촉매 개발로 수소제조 원가를 80% 절감

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최근, 저장(浙江)대학 화학공학·생물공학학원 허우양(侯陽) 프로젝트팀은 고분산 니켈 단일원자를 질소-황 도핑 다공성 나노탄소 기질에 "정착"시키는 방법을 통하여 단일원자 산소 발생 반응(Oxygen Evolution Reaction, OER) 촉매를 설계·개발함으로써 고효율적인 전기/광전기 촉매작용에 의한 물분해 산소 발생 반응을 달성함과 아울러 수소 제조 효율을 향상시켰다. 해당 새 촉매는 수소 제조 원가를 80% 절감시킬 수 있을 뿐만 아니라 OER 반응의 안정성을 대폭 향상시킬 수 있다. 해당 연구성과는 "Nature Communications"에 온라인으로 게재되었다. 물분해에 의한 산소 발생을 통한 수소 제조는 가장 일반적인 수소 제조 방법이다. 해당 과정에서 발생하는 전기/광전기 촉매작용 OER 반응은 전체적인 에너지 전환 효율을 제한한다. 기존에 금속 이리듐을 촉매로 반응 효율을 향상시키는 방법을 연구하였지만 원가가 아주 높다. 그러므로 촉매작용 효과를 보증하고 원가가 낮은 촉매 개발은 학술계의 어려움으로 되고 있다. 프로젝트팀은 생체공학적 방법을 통하여 재료의 원자 구조를 분석하였다. 분석 결과, 엽록체에 금속-질소 배위 포르피린 구조가 존재하여 태양에너지를 수집할 수 있기에 광합성의 산화반응을 이용하여 물을 분해함과 아울러 산소를 발생함을 발견하였다. 프로젝트팀은 또한 분석을 통하여 니켈-질소 배위 도핑된 탄소재료를 발견하였다. 해당 특수한 구조에서 4개 질소 원자는 금속 니켈 원자를 "끌어당기"고 하이드록시기 이온을 흡착하기에 다양한 중간 절차의 전환 어려움을 감소시킴과 아울러 산소 발생을 가속화시킨다. 프로젝트팀은 독창적으로 1개 황 단일원자로 1개 질소 원자를 치환시켜 재료 표면의 전하 분포를 심층적으로 최적화함과 아울러 특수 공법을 이용하여 니켈-질소 재료를 탄소 기질에 "정착"시켜 재료의 불안정성을 개선시킴으로써 최종적으로 해당 새 촉매 전극이 알칼리성 조건에서 뛰어난 전기 촉매작용에 의한 물분해 산소 발생 활성 및 안정성을 나타냈다. OER 산소 발생 반응은 물분해 소자 및 금속-공기 배터리의 핵심 과정이다. 해당 연구성과는 차세대 수소연료자동차의 대규모적 연료 원가절감에 도움이 될 전망이다.

베이징대, 광물의 "광합성" 발견

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최근 베이징대학 지구ㆍ공간과학학원 루안화이(魯安懷) 연구팀은 해빛에 노출된 지표 무기광물도 태양광을 흡수해 태양에너지로 전환시키는 광물의 "광합성"을 발견했다. 해당 연구성과는 "PNAS"에 온라인으로 게재되었다. 연구팀은 중국 북부지역 고비사막/사막 및 남부지역 카르스트/적색토 등 전형적 지형의 암석·토양 샘플에 대한 체계적인 측정분석을 통해 태양광에 직접적으로 노출된 암석·토양과립 표면은 대체적으로 한 층의 검은색 "광물막"으로 피복되었음을 발견했다. "광물막"의 두께는 수십 nm에서 수백 미크론 사이였으며 버네사이트(birnessite), 침철광, 적철광 등 천연 반도체광물을 풍부히 함유한 "막"상 구조 특성을 나타냈다. "광물막" 형성 특성 및 발달 상황은 일조와 밀접한 연관이 있었다. 예를 들어 망간을 풍부히 함유한 광물은 태양광이 비추는 적토광물 과립, 카르스트 및 고비사막 암석의 정면에서만 "광물막"을 형성했다. 뿐만 아니라 지구 육지시스템에서 망간함유 "광물막"의 분포는 태양광 강복사 지역의 분포와 일치했다.

중국과기대, 이산화탄소에서 메탄올로의 고효율 전환 촉매 개발

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최근 중국과학기술대학 쩡제(曾傑) 연구팀은 중국과학원 상하이싱크로트론방사광원 쓰루이(司銳) 연구원과 공동으로 이산화탄소를 순도가 90% 이상인 메탄올로 고효율적으로 전환시킬 수 있는 일종의 신형 백금 단일 원자 촉매를 개발했다. 해당 성과는 "Nature Communications"에 게재되었다. 이산화탄소 수소화반응 후의 생성물은 복잡한데 메탄올일 수도 있고 일산화탄소, 포름산 심지어 또 다른 온실가스 메탄일 수도 있다. 관련 연구는 최근 과학계의 기술적 어려움으로 남아있다. 공동 연구팀은 금속유기프레임에 담지시키는 일종의 백금 단일 원자 촉매를 개발했다. 해당 촉매로 촉매시킨 이산화탄소 수소화 산물에서 메탄올의 순도는 90.3%에 달하며 기타 성분이 차지하는 비율은 10%도 안 된다. 해당 성과는 배출감소 및 신에너지개발에 중요한 의미가 있다.

상하이응용물리연구소, 해수 우라늄 채취 핵심 기술 파악

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최근, 중국과학원 상하이응용물리연구소 연구팀은 해수 우라늄 채취 핵심 기술을 파악했다. 해당 연구성과는 "Energy & Environmental Science"에 게재되었다. 해수 중의 우라늄은 중요한 비일반적인 우라늄 자원으로서 저장량이 약 45억t에 달하는데 이는 육지 우라늄광 저장량의 1,000배에 달한다. 만약 해수 중의 우라늄을 경제적이고도 효과적으로 채취할 수 있다면 중국의 원자력 발전 사업 및 핵역량의 안정한 추진에 주요한 보충 및 보장을 제공할 수 있다. 연구팀은 재료 구조 설계를 통하여 고비표면적 다공극 구조의 아미독심기 고분자 섬유 흡착재를 성공적으로 획득하였다. 연구 결과, 해당 규칙적 다공극 구조는 실제 해수 중에서 재료의 흡착용량을 최초로 한 자릿수 수량급을 초과시켰다. 아울러 구조 효과는 전통적인 아미독심기 재료가 우라늄, 바나듐에 대한 선택성이 낮은 현황을 개변시켰다. 해당 재료는 고분자 골격 구조 특성을 보유하고 있기에 역학적 강도가 높고 구조 및 화학적 안정성이 강하며 적어도 10라운드 이상 재사용할 수 있기에 해수 중 우라늄 추출 산업에서의 흡착재에 대한 요구에 도달할 수 있다. 해당 성과는 해수 우라늄 채취 연구에 새 아이디어를 제공함과 아울러 해양에서 핵연료를 채취하는 새 방법을 개척했다.

창춘광학정밀기계물리연구소, "3차원 카메라" 개발

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최근, 중국과학원 창춘(長春)광학정밀기계물리연구소 딩야린(丁亞林) 연구팀은 고해상도 광시야 삼선형 어레이 카메라(Wide-field three-line array camera)를 개발했다. 해당 카메라를 비행기에 탑재하여 지면을 촬영하면 비행 범위의 고정밀도 3차원 입체영상을 획득할 수 있으며 지리적 매핑, 농림업 조사, 자원 탐사, 바다섬 매핑 등 분야에 이용할 수 있다. 해당 카메라의 성능은 세계 동종 제품의 수준을 초과해 장기간 수입에 의존하던 국면을 개변했다. 2,000m 높이에서 국외 동종 유형 카메라의 해상도는 0.16m이지만 해당 카메라의 해상도는 0.08m에 달하는데 이는 화산(華山) 꼭대기에서 산밑의 맥주병을 또렷하게 볼 수 있는 수준이다. 0.1m 해상도 조건에서 카메라의 작동 효율은 국외의 가장 선진적인 동종 제품의 2배에 달한다. 일반 사진은 3차원 현실 세계를 2차원 평면에 투영한 영상이다. 국토 면적, 도시 건축 등에 대한 입체적이고 고정밀도 매핑을 수행하려면 스테레오 매핑 카메라를 이용하여 피측정 물체의 길이, 높이 등 정보를 정확하게 파악해야 한다. 삼선형 어레이 스테레오 매핑 카메라는 3개 센서로 구성되었으며 다양한 각도로 촬영한 데이터를 처리한 후 피측정 영상의 경위도, 고도 등 정보를 함유한 3차원 입체영상을 획득할 수 있다. 2012년부터 연구팀은 핵심 기술 연구에서 많은 성과를 거두었다. 광학렌즈 연구개발 과정에서 대구경 비구면 설계 가공, 고정밀 유연성 렌즈 설치 등 기술을 이용하여 다양한 지역 및 고도에서 렌즈 성능의 안정성 및 신뢰성을 확보함으로써 자동화, 고효율 작업 기반 광시야 삼선형 어레이 카메라 데이터 처리 소프트웨어 시스템을 성공적으로 개발했다.

첫 민간공항 구름탐지레이더 가동 임박

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최근 베이징다싱(大興)국제공항에서 4세대 실제 항공기 시험비행에서 중국항천과공그룹(CASIC) 제2연구원 제23연구소가 중국 민간공항을 대상해 개발한 첫 구름탐지레이더가 곧 가동될 예정이다. 다싱국제공항을 위해 맞춤 제작된 해당 Ka 주파수대 전고체(all-solid-state) 밀리미터파 구름탐지레이더는 2019년 4월 26일 실외부분 설치를 마쳤다. 동 레이더는 공항 주변 60km 범위의 구름, 안개, 눈, 소량 강수 등을 고정밀도로 관측해 구름의 고도, 수분 함량, 입자 상태(구름층속 물/얼음 여부) 등 데이터 정보를 획득할 수 있을 뿐만 아니라 기상 레이더, 윈드프로파일러 레이더 등 설비와 결합해 공항 날씨예보 정확도를 향상시킬 수 있다. 동 레이더는 비행안전을 위협하는 낮은 구름, 짙은 안개 등 가시거리가 짧은 날씨에 대한 우수한 실시간 모니터링 및 단기-임박 조기경보 능력을 갖추었다. 제23연구소는 2007년에 중국 첫 지상 기반 구름탐지레이더를 개발한 후 밀리미터파 구름탐지레이더 분야 계열화 제품을 형성했다. 2019년 현재까지 기상기관, 과학연구소, 대학 등 다양한 사용자를 위해 30대의 제품을 납품해 좋은 평가를 받았다. 동 연구소가 개발한 경계층 윈드프로파일러 레이더 2대 및 낮은 대류권 윈드프로파일러 레이더 1대도 설치를 앞두고 있는데 그 때가 되면 구름탐지레이더와 함께 다싱국제공항의 비행안전을 위해 더 풍부한 데이터 서비스를 제공할 전망이다.

세계 첫 수륙 양용 지능화 무인 방어 쾌속정 "하이시이"

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최근, 칭다오우장(青島无疆)기술유한회사(이하 "우장기술")와 중국선박중공집단 우창(武昌)선박중공그룹 모듈회사(이하 "우창선박")가 공동으로 연구개발한 세계 첫 수륙양용 지능화 무인 방어 쾌속정 "하이시이(海蜥蜴)"가 본격 사용에 들어갔다. "하이시이"는 기밀시험, 노상시험, 계선(Mooring)시험, 경사시험 및 시험 항행 등 5대 종류의 28개 서브항목(Subitem) 기술·전술 테스트에 순조롭게 통과되었다. "하이시이"는 중국이 국제 사용자 요구에 따라 개발한 첨단 지능화 해양방어 장비로써 중국의 지능화 해양 방어 장비 과학연구 수준이 세계 선진 수준에 도달했음을 의미한다. 인류 미래 발전 및 생존은 해양과 밀접한 관련성이 있다. 그러나 해양의 열악한 기후환경 조건은 해양에서의 지속적인 작업에 아주 큰 어려움을 가져다준다. 해양에서의 무인 화물수송, 보안순찰, 지형탐사 더 나아가 군사 대항 등을 포함한 해양활동은 전세계 범위에서 약 천억 위한(한화 약 17조)의 거대 시장을 보유하고 있다. "하이시이" 연구개발 과정에서 "우장기술"은 핵심기술 연구개발을 담당하고 "우창선박"은 해당 프로젝트에 인력과 기술공법을 제공했다. "하이시이"의 총길이는 12m, 형폭은 4.14 m, 형깊이는 1.65m, 설계 홀수(Draft)는 0.55 m이고 몸체는 알루미늄합금으로 제조되었으며 해상운행, 상륙, 스텔스(Stealth) 등 기능을 보유했다. "하이시이"는 무인도에 6~8개월 동안 잠복하면서 지휘센터의 명령을 대기할 수 있고 기본적인 원거리 제어 기능을 보유함과 아울러 자율 순항, 장애물 회피, 기획 및 자율 학습 능력을 보유하고 있으며 단거리 다중임무 미사일, 자동 무기 시스템, 광전 시스템 및 레이더 시스템 등을 탑재할 수 있다. 또한 2정의 기관총을 탑재하고 선체 중부에 수직 발사 시스템을 설치하여 일반 살상 능력뿐만 아니라 장갑(Panzer) 목표 및 공중 목표를 공격할 수 있고 더 나아가 해상 목표도 공격할 수 있다. "하이시이"에는 베이더우(北斗)항법시스템, 다양한 유형의 레이더 설비 및 컴퓨터 정보 처리 단말로 구성된 첨단 내비게이션 시스템, 표적 위치확정 및 사격통제 시스템을 설치하였기에 대형 함정(Naval vessels) 등 작전 플랫폼에서 시스템을 원격제어하여 지능화 시스템 작전을 구현할 수 있다. "하이시이"는 해양에서 최대 50해리/시(1해리=1.852Km) 속도로 항행할 수 있으며 작전 요구에 따라 스텔스 휴면, 지능형 순항, 신속돌격 및 상륙할 수 있기에 특수부대 수상 수송, 국경 순찰, 연안 경비, 섬 비행장 보호 등 임무를 담당할 수 있는 해양방어 장비이다.

무배터리 자가구동 심박조율기 개발

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최근, 중국과학원 베이징나노에너지시스템연구소 리저우(李舟)는 미국 Georgia Institute of Technology(Georgia Tech) 왕중린(王中林) 등과 공동으로 배터리가 필요 없이 심장박동 과정에서 생성된 에너지를 수집하여 심박조율기에 에너지를 공급할 수 있는 장치를 개발하였다. 해당 장치를 성돈(Adult pig) 체내에 삽입한 후 동성부정맥을 보정할 수 있었다. 해당 연구성과는 "Nature Communications"에 게재되었다. 일반적인 심박조율기는 배터리 에너지 공급으로 생성된 전기 펄스를 방출함과 아울러 도선 전극의 전도를 통하여 전극과 접촉한 심근을 자극하며 더 나아가 심장 자극 및 수축을 유발하여 치료 목적에 도달한다. 그러나 해당 배터리는 무겁고 딱딱할 뿐만 아니라 사용 수명이 비교적 짧다. 삽입식 자가구동 에너지 수집기는 생리 조절에 이용될 수 있지만 오직 에너지 요구가 비교적 적은 소형 동물 및 세포 모델에 적합하다. 연구팀이 개발한 삽입식 발전기는 심장 박동 과정에서 충족한 에너지를 수집하여 상업용 조율기에 에너지를 공급한다. 해당 에너지 수집 장치는 양호한 생체적합성 및 기계적 내구성을 보유하고 있으며 또한 1개의 전원 관리 유닛 및 1개의 조율기가 배치되어 있다. 돼지 체내에 삽입하여 검증한 결과, 해당 삽입 시스템은 심장 박동을 조절할 수 있을 뿐만 아니라 동성부정맥을 보정할 수 있으며 굴정지(Sinus arrest) 및 심실세동 등 병세 악화에 의한 사망을 방지할 수 있다. 해당 시스템은 사이즈, 효율 및 장기적 바이오안전 등 분야에서 심층적 최적화를 수행한 후 인체에 이용될 수 있지만 1라운드의 심장박동 주기에서 수집된 에너지는 인간 심장 박동 구동에 요구되는 에너지를 초과한다. 해당 기술은 조직공학, 신경재생 및 줄기세포 분화 등 분야에서 광범위한 응용 전망을 보유하고 있다.

난징지질고생물연구소, 호박에서 최초로 해양동물 암모나이트 발견

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최근, 중국과학원 난징(南京)지질고생물연구소 연구팀은 1개의 미얀마 호박(myanmar amber)에 보존된 암모나이트, 소라류, 절지동물 등 화석군집을 발견했다. 이는 해당 호박이 유래된 삼림은 열대 해안지대이며 환경은 현재의 일부분 열대 해안 삼림과 유사함을 의미한다. 해당 연구는 미얀마 호박 연령분석에 직접적인 근거를 제공함과 아울러 호박 화석생성론 및 백악기 삼림 생태환경 분석에 새 관점을 제공했다. 해당 연구성과는 "Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America(PNAS)"에 온라인으로 게재됐다. 해당 호박에는 1개 암모나이트, 4개 소라류, 4개 등각류, 23마리 진드기, 1마리 거미, 1마리 노래기 및 적어도 12마리 곤충 성충 표본(바퀴벌레, 갑충, 깔따구 및 벌)을 포함한 아주 풍부한 화석군집이 보존됐다. 암모나이트, 복족류, 거미강 및 곤충 화석 분류 분야의 학자로 구성된 공동연구팀은 해당 화석에 대한 2년 동안의 상세한 감정 연구를 수행한 결과, 암모나이트, 소라류 및 1개 등각류는 해양생물에 속하고 기타 절지동물은 모두 육생군집에 속했다. 그중 암모나이트는 데본기에서 백악기까지에 생존한 두족류 동물 화석으로서 현재의 앵무조개, 오징어 등과 혈연관계가 가깝고 백악기 말기 대멸종 시기에 지구에서 멸종됐다. 연구팀은 고해상도 마이크로 컴퓨터단층촬영 기술(마이크로CT)을 이용하여 분석한 결과, 해당 암모나이트는 유생(Larva) 표본이고 푸조시아(Puzosia) 아속에 속했다. 해당 암모나이트 군집의 분포 시기는 백악기 말기 앨브절에서 세노마눔절(약 105~93백만 년 전)까지인데 이는 기존의 동위원소에 의한 지질연대학적 연구 결과의 정확성을 한층 더 입증한다. 4개의 소라류에서 비교적 잘 보존된 2개의 소라류는 마틸다속(Mathilda)에 속한다. 해당 군집은 테티스해 지역(주로 북아메리카와 유럽)에 광범위하게 분포되어 있다. 호박의 암모나이트 및 소라류의 연조직은 이미 소실됐을 뿐만 아니라 껍데기도 파손됐는데 이는 해당 껍데기는 호박에 피복되기 전에 운반 작용을 경과했음을 의미한다. 암모나이트 내부는 가는 모래(Fine sand) 알갱이로 가득 채워졌을 뿐만 아니라 호박에도 모래와 유사한 입자가 분포됐는데 이는 암모나이트는 모래톱 또는 모래톱과 접근한 위치에서 수지(Resin)에 의하여 피복됐음을 의미한다. 따라서 소라류와 암모나이트는 수지에 피복되기 전에 이미 죽었으며 또한 파도에 의하여 해안으로 운반되어 육지생물 시체 및 모래 입자와 혼합됐음을 의미한다. 화석생물군집 및 화석생성론 분석 결과를 종합하여 연구팀은 다음과 같은 추론을 얻었다. 1) 미얀마 호박이 유래된 삼림은 해안지대이며 해안 모래톱과 잇닿아 있다. 2) 수지가 분비된 후 나무에서 서식하는 곤충을 피복한 다음 나뭇가지를 따라 지면에 흘러내린 후 암모나이트, 소라류 및 육지 서식 동물을 피복했다. 3) 해당 수지는 얼마 지나지 않아 매립되었으며 복잡한 지질 작용을 경과하여 호박을 형성했다.

중국과기대, 최초로 3차원 양자홀효과 실험적 검증

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최근 중국과기대 차오전화(喬振華) 연구팀은 난팡(南方)과기대학 장리위안(張立源) 연구팀과 공동으로 5년간 연구 끝에 최초로 mm급 텔루륨화지르코늄 재료에서 3차원 양자홀효과를 관측했다. 해당 연구성과는 "Nature"에 게재되었다. 3차원 층상구조 신소재인 텔루륨화지르코늄은 특수한 열전성질 및 비정상적인 전기저항 대 온도 의존적 관계를 보유하고 있기에 20세기에 광범위한 관심을 받았다. 최근 전세계 여러 실험실은 각자 텔루륨화지르코늄을 제조함과 아울러 다양한 방법을 사용해 텔루륨화지르코늄의 물리적 특성을 연구하고 있다. 난팡과기대 장리위안 연구팀은 2014년부터 해당 시스템에 대한 실험적 연구를 시작해 위상적 성질 획득을 시도하다가 의외로 텔루륨화지르코늄도 3차원 시스템 연구의 이상적 재료임을 발견했다. 2017년 초에 같은 방향의 이론 연구를 수행하는 중국과기대 차오전화 연구팀과 공동으로 수많은 국내외 저명 연구기관의 견본을 분석했고 최종 해당 3차원 거시소재에서 양자홀효과를 관측했다. 과학계는 1980년에 양자홀효과를 발견해서부터 2차원 시스템에 집중했다. 이번에 검증된 mm급 거시규모 3차원 양자홀효과는 홀효과 패밀리에 또 하나의 주요한 퍼즐을 제공했다. 풍부하고 다채로운 3차원 시스템은 향후 더욱 많은 학자들을 신형 3차원 양자물질 상태 및 상변화 분야 연구에 끌어들일 것으로 전망된다. 뿐만 아니라 3차원 시스템은 홀효과 패밀리 연구에 참신한 영역 및 시각을 제공했다.

중국과기대, 단일분자 전기적 상향변환 발광의 실험적 관찰 및 메커니즘 연구 성과

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최근 중국과기대 단일분자과학팀 둥전차오(董振超) 연구팀은 주사터널현미경(STM)으로 유도한 단일분자 전기장발광기술을 사용해 최초로 전기적 여기 조건에서 단일분자 상향변환 발광 거동을 또렷이 구현했다. 그리고 선전(深圳)대학 리샤오광(李曉光) 연구팀 등과 공동으로 그 미시적 메커니즘을 이론적으로 규명했다. 해당 성과는 "Physical Review Letters"에 온라인으로 게재되었다. 상향변환 발광이란 일반적으로 재료가 저에너지 광자를 흡수해 고에너지 광자를 방출하는 안티스토크스(anti-Stokes) 과정을 가리키는데 해당 현상은 레이저정보기술, 적외선 탐측, 생명의학 등 분야에 응용전망이 밝다. 전기적 여기 상향변환 발광 과정에서 유기분자는 STM으로 주입한 저에너지 전자를 흡수하는 한편 릴렉세이션(relaxation) 과정에서 고에너지 광자를 방출한다. 해당 과정은 분자의 전자상태, 분자 간 및 분자와 주변환경 간 상호작용과 연관이 있다. 이 같은 상호작용 및 규제와 관련한 미시적 과정에 대한 심층적 이해는 유기광전변환소자, 광촉매 및 광합성 등에서의 응용에 있어 매우 중요한 의미가 있다. 중국과기대 단일분자과학팀은 STM 고공간해상도 특성화 및 광학기술적 고민감 탐측을 결합시키는 기술을 장기적으로 연구했다. 특히 터널접합 나노캐비티 플라스몬의 브로드밴드, 국지적 및 증강특성에 대한 교묘한 조절을 통해 측정 한계를 확장시킴으로써 단일분자 수준의 관측 및 분자 광전거동 조절에 유력한 수단을 제공했다. 연구팀은 고도 국지화된 터널링 전자를 여기원으로 사용해 염화나트륨 디커플링층 표면의 단일 프탈로시아닌 분자의 전기장발광 연구를 통해 비정상 전기적 상향변환 발광 현상을 발견함과 아울러 분자발광 강도의 3개 서로 다른 바이어스 영역을 또렷이 구현했다. 더욱이 중요한 점은 단일분자 수준에서 전기적 상향변환 발광 현상을 관측함으로써 동일 유형 시스템 상향변환 메커니즘과 관련한 일부 추측을 잠재웠다. 이외, 서로 다른 바이어스 영역 관측은 상향변환 메커니즘을 분석·이해하는데 풍부한 데이터를 제공했다. 이에 기반한 이론적 분석으로부터, 두 가지 서로 다른 분자 여기 메커니즘(비탄성 전자산란 및 캐리어 주입) 간 미묘한 경쟁은 서로 다른 바이어스 영역에서 다양한 발광 현상을 유발함을 알 수 있다. 연구팀은 상기 두 가지 여기 메커니즘 및 시스템의 기타 잠재적 여기상태에 대한 정량적 분석을 기반으로 스핀 삼중항상태(triplet state)를 중간 과도상태로 함과 동시에 두 가지 여기(비탄성 전자산란 및 캐리어 주입) 과정을 결합시킨 단일분자 상향변환 발광 메커니즘을 최초로 제안했다.

中, 수심 1만 m 심해의 동물체내에서 인위적 핵폭발 신호 발견

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최근, 중국과학원 광저우(廣州)지구화학연구소, 중국과학원 해양연구소, 중국과학원 심해과학·공학연구소 및 상하이해양대학 등은 공동으로 14C 동위원소로 옆새우의 물질 유래를 추적하여 최초로 수심 11,000m 심해에서 서식하는 옆새우 체내에서 핵폭발 14C 신호를 발견하였다. 해당 연구성과는 "Geophysical Research Letters"에 온라인으로 게재되었다. 해구 저부(Bottom)는 생물 서식이 적합하지 않다고 주장하고 있다. 그러나 최근 탐사에서 해구 저부에 많은 매크로 생물, 미생물 활동이 존재하며 더 나아가 주변의 해구가 아닌 지역에 비하여 더욱 강렬함을 발견하였다. 연구팀은 해구의 열악한 환경에서 생물의 서식 방식, 서식에 필요한 물질 유래, 인간 활동이 초심해대에 미치는 영향을 파악하기 위해 서태평양 3개 서로 다른 깊이의 해구에서 서식하는 옆새우의 유기물 성분에 대하여 14C 추적 연구를 수행하였다. 결과, 세계 최대 수심[마리아나 해구 "챌린저 디프(Challenger Deep)"]에서 서식하는 옆새우를 포함한 모든 옆새우 체내에서 모두 뚜렷한 핵폭발 14C 신호를 발견하였는데 이는 옆새우는 거의 완전히 표층 물질의 공급에 의존함을 의미한다. 해구 지역 표층의 생산력은 일반적으로 낮으며 또한 깊이가 깊어짐에 따라 저부에 도달할 수 있는 물질이 아주 제한되었기에 저부에 바이오매스를 공급할 수 없다. 따라서 옆새우는 표층 물질에 완전히 의존하는데 이는 옆새우의 신진대사율이 아주 낮고 물질 소모 속도가 늦으며 또한 자체 물질이 생물에 의하여 순환적 재이용될 수 있음을 의미한다. 14C는 추적에 이용되는 외에 또한 연한을 확정할 수 있는 우수한 수단이다. 표층 해수 핵폭발 14C 곡선과 비교한 결과, 옆새우 샘플에서 최대 성장 시간은 10년 이상(옆새우 샘플의 체장은 9cm)임을 발견하였다. 일반적으로 생물의 근육조직은 가장 적합한 연한 확정 재료가 아니다. 하지만 해구 옆새우 근육 조직의 14C 함량은 체장과 아주 밀접한 관련성을 보유하고 있는데 이는 해구 옆새우 근육 조직의 갱신주기가 비교적 길다는 것을 의미한다. 때문에 14C에 의하여 성장 시간을 확정할 수 있다. 일반적으로 천해 옆새우의 최대 체장은 1~2cm이고 수명은 1~2년이지만 해구 옆새우의 체장은 34cm에 달하는데 이는 해구 옆새우의 연령이 천해 옆새우에 비하여 1개 수량급이 높음을 의미한다. 연구 결과, 심해 옆새우의 수명은 천해 옆새우에 비하여 뚜렷하게 길었는데 해당 변화는 가능하게 해구의 열악한 환경에 적응하기 위한 생물의 진화와 관련된다. 해당 현상의 잠재적 메커니즘은 다학제 간 협력을 통한 심층 연구가 필요하다. 이는 인간이 생물진화 및 생명과학 등 분야에 대한 이해 증진에 도움된다. 해당 연구는 세계 최대 깊이 해양 매크로 생물의 14C 함량에 대한 최초의 보고로서 방사성물질, 잔류성 유기오염물질 및 미세 플라스틱 등 각종 인위적 오염물질이 해양 최대 깊이에 침입하여 해구의 생태안전에 영향을 미치고 있음을 해석하였다.