기술동향
/작성자:

세계 최초로 단일 카이랄성 탄소나노튜브 긴 공액사슬 단편 합성

중국과학기술대학교 두핑우(杜平武) 연구팀은 정밀 분자설계를 통해 세계 최초로 단일 카이랄지수(chiral index) 단일벽 탄소나노튜브의 긴 공액사슬 단편을 합성하였다. 해당 성과는 표지논문 형식으로 "JACS"에 게재되었다. 탄소나노튜브는 sp2 결합 원자만을 함유한 완전 탄소 기반 관상 공액중합체(conjugated polymer)로 볼 수 있다. 하지만 특정 지름의 탄소나노튜브 단편 긴 공액중합체 관련 연구는 보고된바 없다. 단일 지름/카이랄성을 보유한 순수 탄소나노튜브 재료는 나노과학기술 및 전자학 분야에서 중요한 응용 잠재력을 보유하지만 해당 탄소나노튜브 합성은 합성화학 및 재료화학 영역에서 해결해야 할 과제로 남아있다. 촉매 표면 매개 성장 방법은 탄소나노튜브 제조 분야에서 거대한 잠재력을 보여주고 있지만 나노튜브 순도 문제를 극복해야 하는 어려움이 존재한다. 연구팀은 탄소나노튜브 새 구조 합성 및 물리성질 분야에서 수행한 일련의 선행연구에 기초하여 이중 기능화 구조를 만곡 공액소분자 탄소고리에 교묘하게 인입한 후 니켈 촉매 커플링반응을 통해 해당 단편의 1차원 방향에서의 신장을 구현함으로써 특정 지름 단일벽 탄소나노튜브 긴 공액사슬 단편을 구축했다. 또한 겔투과크로마토그래피, 핵자기, 적외선 및 라만분광 등 특성화 방법을 통해 탄소나노튜브 긴 공액중합체의 성공적 합성을 입증하였다. 광각 방사선 회절 테스트를 통해 중합체 고체박막은 뚜렷한 회절고리를 보유하며 일정한 결정화도(crystallinity)를 나타냄을 발견했다. 단량체와 공액중합체의 흡수, 형광 및 형광감쇠곡선 비교를 통해 공액 수준의 증가는 중합체의 광물리 성질을 대폭 향상시킴을 발견했다. 해당 긴 공액사슬 단편은 구조 분야에서 팔걸이의자형 단일벽 탄소나노튜브의 공액 고분자화합물에 접근한 세계 최초의 사례이다. 해당 연구는 특정 지름 단일벽 탄소나노튜브의 신형 긴 공액구조 합성을 달성해 초고순도 단일벽 탄소나노튜브 제조에 상응하는 공액 고분자 템플릿을 제공함과 아울러 용액법을 통한 단일 카이랄성 탄소나노튜브 제조 및 성질 연구에 중요한 참고정보를 제공했다.

나노미터급 공간 해상도 전자기장 양자 센싱 구현

/
중국과기대 궈광찬(郭光燦)/쑨팡원(孫方穩) 연구팀은 50nm 공간 해상도 고정밀도 다기능 양자 센싱을 실험적으로 달성했다. 해당 성과는 "Applied Physics Reviews"에 게재됐다. 마이크로/나노 소자는 크기가 작고 전자기장 강도가 낮으며 쉽게 간섭을 받는 등 특성을 보유하고 있기에 마이크로/나노 전자기장 측정 기술은 높은 공간 해상도, 높은 측정 민감도 및 비파괴 측정 등 어려움을 극복해야 한다. 연구팀은 양자 센싱 및 양자 탐침 등 새로운 아이디어를 이용할 것을 제안함과 아울러 나노미터급 공간 해상도를 보유한 원거리장 광학적 초해상도 이미징 새 기술을 개발했다. 뿐만 아니라 고충실도 양자상태 제어 기술을 결합하여 높은 공간 해상도, 높은 측정 민감도 및 비파괴 측정을 동시에 보유한 마이크로/나노 전자기장 측정 기술을 달성했다. 연구팀은 먼저 다이아몬드 질소-공석 컬러 중심의 전하 상태 제어를 기반으로 나노미터급 공간 해상도 초저 펌핑 출력을 보유한 전하 상태 감쇄 나노 영상술을 제안함과 아울러 4.1nm 공간 해상도의 전자스핀 양자상태 이미징 및 검사를 달성했다. 실험으로 획득한 이미징 해상도는 광학적 회절 한계의 1/86에 도달함으로써 자극방출고갈 형광현미경의 영상술을 초과했을 뿐만 아니라 2014년도 노벨 화학상을 수상한 1/67의 정밀도를 초과하여 생체 생물학적 검사에 이용될 전망이다. 다음으로 연구팀은 심층적으로 CSD 나노 영상술과 형광수명 이미징, 광학적 편광상태 검사, 전자스핀 상태 고충실도 양자 제어 기술을 결합하여 금속 나노와이어 구조가 보유한 광 필드 상태 밀도, 편광, 전류 및 생성된 자기장 등 다양한 물리량의 비파괴 측정을 달성했는데 공간 해상도는 50nm에 달하여 마이크로/나노 광 전자기장 측정 정밀도가 96%를 초과했다. 해당 성과는 높은 공간 해상도 비파괴 전자기장 측정 및 실용화 양자 센싱에 기반을 마련함으로써 마이크로/나노 전자기장 및 광전자 칩의 검사에 이용됨과 아울러 원거리장 초해상도 이미징 기술의 응용 범위를 확장시킬 전망이다.

중국선박중공업 709연구소, "링지우 칩" 기반 5종 그래픽 카드 개발

/
중국선박중공업 709연구소는 완전한 자체 지식재산권을 보유한 고성능 3D 그래픽처리장치(GPU) 칩 "링지우(淩久) 칩"을 기반으로 MXM, OpenVPX, XMC, FMC, CPEX 등 5종 그래픽 카드를 개발했다. 해당 그래픽 카드는 중국산 전자 플랫폼의 2D/3D 그래픽 디스플레이 및 처리 요구를 만족시킬 수 있고 다양한 열악한 환경에 적응할 수 있기에 선박, 우주, 항공, 차량 탑재, 첨단 산업 등 분야에 광범위하게 응용될 전망이다. 2018년에 개발한 "링지우 칩"은 중국이 자체 개발한 첫 PCIE 커넥터 기반 그래픽처리장치 칩으로서 범용 전자설비, 선업제어, 전자정보 등 분야에 광범위하게 응용되고 있다.

중국과기대, 최초로 얽힘 시스템 파동함수의 직접 측정 달성

/
중국과기대 교수 궈광찬(郭光燦)/리촨펑(李傳鋒)/쉬샤오예(許小冶) 연구팀은 스톡홀름대학교(Stockholm University) Yaron Kedem 연구팀과 최초로 다체 비국소 파동함수의 직접 측정을 공동으로 제안함과 아울러 실험적으로 달성했다. 해당 성과는 "Physical Review Letters"에 게재됨과 아울러 "편집자 추천" 논문으로 선정됐다. 미국 물리학회 웹사이트 "물리뉴스·평론" 프로그램은 "얽힘상태 직접 측정"이라는 제목으로 해당 성과를 특별 보고했다. 파동함수는 양자역학의 가장 핵심적인 개념으로서 단량체 또는 다체 양자 시스템에서 그 상태를 파동함수로 완전히 묘사할 수 있다. 현재 가장 일반적으로 사용되고 있는 파동함수의 측정 방법은 양자상태 토모그래피이다. 하지만 해당 방법은 측정 시스템 규모의 증가에 따라 자원 소모가 기하급수적으로 증가한다. 2011년, 약한 측정(Weak measurement) 및 약한 값(Weak value) 기반 단일 광자 공간 파동함수 직접 측정 방법이 제안돼 양자상태 토모그래피의 복잡한 재구성 과정을 회피했다. 하지만 다체 시스템의 비국소 가관측량 약한 값 추출이 어려운 원인으로 다체 특히 얽힘을 함유한 양자 시스템의 파동함수 직접 측정을 달성하지 못했다. 리촨펑 연구팀은 최초로 비국소 가관측량의 양자 측정[Phys. Rev. Lett. 122, 100405 (2019)]을 달성한 후 Yaron Kedem과 공동으로 해밀토니안량에 대한 교묘한 설계를 통해 다체 시스템 국소 가관측량 합의 모듈값(Modular value) 측정을 달성한 후 해당 모듈값과 비국소 가관측량 약한 값의 수학적 관계를 이용해 직접 비국소 가관측량의 약한 값을 측정했다. 해당 방법으로 다체 시스템의 비국소 가관측량의 약한 값 추출 어려움을 성공적으로 해결함으로써 매우 간편하게 다체 비국소 파동함수 측정에 이용할 수 있다. 연구팀은 실험적으로 2광자 초얽힘(Hyperentanglement)을 이용해 성공적으로 2광자 비국소 파동함수의 직접 측정을 시연했다. 또한 2광자를 편광 및 채널이 최대 얽힘상태인 초얽힘 상태에 제조하여 편광 및 채널 사이의 상호작용을 달성했으며 최종적으로 채널 포인터(Pointer)의 다양한 투영 매질에서 카운트(Count)를 통해 2광자 편광 상태의 파동함수를 직접 측정했다. 해당 성과는 최초로 다체 얽힘 시스템 파동함수의 직접 측정을 달성함으로써 향후 양자정보기술로 대규모 얽힘 시스템을 측정하는데 고효율적인 방법을 제공했다. 해당 연구는 또한 파동함수의 직접 측정 기술은 약한 측정이 아닌 약한 값에서 유래됐음을 규명했으며 더욱 주요한 것은 얽힘을 함유한 다체 양자 시스템 파동함수의 직접 측정은 순수한 양자기술로서 고전적인 간섭 과정에 기반하지 않음을 입증했다. 해당 방법은 양자물리 기본 문제 연구에 새 아이디어를 제공함과 아울러 양자정보기술 발전에 중요한 추진 역할을 일으킬 전망이다.

"뭐쯔호"를 이용해 세계 최초로 양자얽힘 결잃음 실험적 검증 수행

/
중국과학기술대학 판젠웨이(潘建伟) 연구팀은 미국 캘리포니아공과대학, 호주 퀸즐랜드대학 등 연구팀과 공동으로 "뭐쯔호(墨子号)" 양자과학실험위성을 이용해 중력장이 양자 결잃음(decoherence)을 초래한다고 예언한 이론모형을 실험적으로 검증하였다. 해당 성과는 "최초 발표" 형식으로 "Science"에 온라인으로 게재되었다. 양자역학과 중력이론을 어떻게 융합시킬지에 관한 논의에 실험적 검증이 부재한 현재에 양자위성은 해당 이론을 검증하는데 이상적인 플랫폼이다. 판젠웨이 연구팀은 지구-위성 간 양자상태 분배에 기반해 일련의 혁신적인 실험연구를 수행했다. 중국은 2016년 8월 16일에 세계 첫 양자과학실험위성 "뭐쯔호"를 발사해서부터 2017년 8월까지 1,000km급 지구-위성 양방향 양자얽힘 분배, 지구-위성 양자암호키 분배, 지구-위성 양자순간이동(quantum teleportation) 등 3대 예정된 과학목표를 원만히 완성했다. "뭐쯔호"의 전단계 실험작업 및 기술축적을 바탕으로 연구팀은 세계 최초로 우주에서 중력으로 인한 양자얽힘 결잃음 실험적 검증을 수행함과 아울러 지구 중력장을 통과하는 양자얽힘 광자의 결잃음 상황을 테스트했다. 최종적으로 일련의 교묘한 실험설계 및 이론적 분석을 통해 "사건형식" 이론이 예언한 중력장으로 인한 얽힘 결잃음 현상을 확실하게 배제하였다. 뿐만 아니라 실험 관측 결과에 기반해 기존의 이론모형을 수정 보완했다. 수정 후의 이론에 따르면 500km "뭐쯔호" 궤도높이에서 얽힘 결잃음 현상은 비교적 미약하였다. 심층적인 확실성 검증을 위해서는 향후 더 높은 궤도 실험플랫폼에서 연구할 필요가 있다. 해당 연구는 세계 최초로 양자위성을 이용해 지구 중력장에서 양자역학과 일반상대성이론을 융합시키고자 하는 이론을 실험적으로 검증했는데 이는 관련 물리학 기초이론 및 실험연구를 크게 촉진할 전망이다.

국제연구팀, 태양질량의 70배에 달하는 블랙홀 발견

/
중국과학원 국가천문대 류지펑(劉繼峰)/장하오퉁(張昊彤) 연구팀은 중국이 자체적으로 개발한 LAMOST 망원경으로 지금까지 알려진 최대 질량의 항성급 블랙홀을 발견하였다. 아울러 LAMOST의 전천탐사 장점을 이용한 블랙홀 탐색의 새 방법을 제공하였다. 해당 성과는 "Nature"에 온라인으로 게재되었다. 태양질량의 70배인 해당 블랙홀은 이론적 예측의 질량 상한 값을 훨씬 초월해 관련 인식을 뒤집었다. 해당 성과는 항성 진화 및 블랙홀 형성 이론의 혁신을 촉진할 전망이다. 우주에 광범위하게 존재하는 항성급 블랙홀은 대질량 항성이 수명을 다하여 형성된 것이다. 이론적으로 예측한 은하계 내 항성급 블랙홀 수는 1억 개를 넘는다. 하지만 천문학계가 현재까지 은하계에서 발견한 약 20개 항성급 블랙홀 모두 동반성(companion star) 가스 강착시 방출되는 X선을 통해 식별된 것으로 그 질량은 모두 태양질량의 20배 이하이다. 국가천문대 연구팀은 2016년 가을에 LAMOST를 이용해 쌍성(binary star) 연구를 시작하여서부터 2년 동안 하나의 작은 하늘영역 내 3,000여 개 항성에 대한 관측을 통해 X선을 방출하는 조용한 쌍성계(LB-1) 내 1개 청색항성(태양질량 8배)이 보이지 않는 천체를 둘러싸고 주기적으로 운동함을 발견했다. 그로부터 관측된 예사롭지 않은 스펙트럼 특성은 상기 "보이지 않는 천체"가 블랙홀일 가능성이 매우 높음을 시사한다. 연구팀은 카나리아대형망원경(GTC)과 켁망원경(Keck Telescope)을 이용해 LB-1의 블랙홀 질량이 태양질량의 약 70배임을 확인했다. 항성 진화 이론에 의하면, 현재 태양 금속 존재비 조건에서 형성될 수 있는 블랙홀의 최대 질량은 태양질량의 25배일 것으로 추측된다. 하지만 이번 발견은 상기 이론에 도전장을 내밀었다. 향후 LAMOST의 매우 높은 관측효율에 힘입어 일련의 "깊숙이 숨겨진" 블랙홀이 발견되는 등 블랙홀 대량 발견의 새 시대가 열릴 전망이다. 해당 연구에 중국, 미국, 스페인, 호주, 이탈리아, 폴란드, 네덜란드 등 7개국의 28개 연구기관이 참여했다.

가오펀(高分) 12호 위성 발사 성공

/
2019년 11월 28일 7시 52분, 중국은 타이위안(太原) 위성발사센터에서 창정(长征) 4호 병 운반로켓으로 가오펀(高分) 12호 위성을 발사하여 순조롭게 예상 궤도에 진입시켰다. 가오펀 12호 위성은 고해상도 지구관측시스템 국가과학기술중대프로젝트의 마이크로파 원격감지 위성으로 지면 픽셀 해상도가 서브미터급에 달하며 주로 국토조사, 도시계획, 토지소유권 확립, 도로망 설계, 농작물 생산량 추정, 재난 방재 등 분야에 사용된다. 또한, "일대일로" 건설과 국방현대화 건설을 위한 정보 보장을 제공할 수 있다. 창정 4호 병 운반로켓과 고우펀 12호 위성은 모두 중국항천과기그룹유한회사 산하 상하이항천기술연구원에서 개발하였으며 이번 발사는 창정계열 운반로켓의 320번째 발사이다.

중국 차세대 "인공태양" 2020년에 운영 예정

/
쓰촨(四川) 러산(乐山)에서 개최한 제1회 중국자기밀폐핵융합에너지대회에 따르면 중국 차세대 제어 가능한 핵융합연구장치 "중국 토카막 2호 M" 구축은 현재 순조롭게 진행 중이며 2020년에 운영에 돌입해 관련 과학실험을 수행할 예정이다. 핵융합에너지의 발생 원리는 태양의 발광·발열과 비슷하기에 지구에서 청정에너지원 탐구를 목적으로 하는 제어 가능한 핵융합연구장치는 "인공태양"으로도 불린다. 쓰촨 청두에 위치한 "중국 토카막 2호 M"은 중핵그룹 핵공업시난(西南)물리연구원이 구축을 담당한 핵융합로 핵심기술 연구의 주플랫폼이다. "중국 토카막 2호 M"은 수소, 듀테륨(deuterium) 기체를 "연료"로 하여 노심 등급에 가까운 플라스마 생성을 통해 핵융합반응을 시뮬레이션한다. 2019년 6월에 메인장치 코일시스템이 인도됨에 따라 전면적 설치작업이 시작되었다. 중국 내 동일 유형 장치에 비해 "중국 토카막 2호 M"은 보다 선진적인 구조 및 제어방식을 채택하였다. 아울러 플라스마 온도는 2억 섭씨도를 초과할 예정이다. 해당 장치는 중국의 국제핵융합실험로(ITER) 관련 실험·운영 참여 및 향후 핵융합로 자체적 설계에 주요 기술지원을 제공할 전망이다.

바리온 물질 기반의 기이한 왜소은하 발견

/
중국과학원 국가천문대 등 기관의 연구팀은 근우주에서 특수한 왜소은하를 발견했다. 해당 왜소은하 수만 광년의 반지름 내에는 주로 바리온 물질로 구성되고 암흑물질은 그 중의 소부분을 차지한다. 이는 현재 표준 우주학적 모델 조건에서 왜소은하 형성 이론의 예언과 어긋난다. 따라서 차가운 암흑물질 가설에 질의를 던졌으며 고전적 왜소은하 형성 이론에 도전했다. 해당 성과는 "Nature Astronomy"에 온라인으로 게재됐다. 암흑에너지 및 차가운 암흑물질 기반의 표준 우주학적 모델에 의하면, 은하계는 암흑물질 헤일로에서 형성 및 진화됐다고 주장한다. 대질량 시스템에서 바리온 비율은 우주의 평균치에 달하는데 해당 비율은 다크 헤일로 질량의 감소에 따라 신속하게 감소된다. 저질량 시스템의 바리온 구속 능력은 비교적 강하기에 일반적으로 왜소은하 시스템의 바리온 물질 함량은 암흑물질에 비하여 매우 적다고 주장하고 있으며 이는 또한 은하계 및 일부 은하군의 위성은하에서 입증됐다. 큰 은하계와 달리 해당 위성은 하중의 수천 광년 반지름 내에도 주로 암흑물질이 존재한다. 연구팀이 발견한 특수한 왜소은하는 기존에 관측한 데이터 및 수치 시뮬레이션 예측 결과와 달리 해당 왜소은하의 중성수소로 피복된 영역(수만 광년)은 주로 바리온 물질로 구성됐다. 전형적인 왜소은하 시스템에서 해당 규모의 암흑물질 질량은 바리온 물질 질량의 10~100배이다. 특히 해당 왜소은하 대부분은 독립적인 시스템으로서 외계 환경이 미치는 영향을 받지 않는다. 현재 표준 우주학적 모델 조건에서 상응한 이론 또는 수치 시뮬레이션을 통해 해당 유형 은하의 형성을 해석할 수 없다. 동 왜소은하의 발견은 표준 우주학적 모델 및 해당 모델 조건에서의 은하계 형성 이론에 중대한 의문을 제기함으로써 암흑물질의 본질을 재검토할 필요성이 있다. 따뜻한 암흑물질 또는 퍼지 암흑물질(Fuzzy dark matter) 모델로 해당 유형 왜소은하의 형성을 더욱 쉽게 해석할 가능성도 있다.

종의 공간 확장 서식지 정착의 진화 안정성 전략 연구

/
중국과학원 선전(深圳)선진기술연구원 류천리(劉陳立) 연구팀은 캘리포니아대학교 샌디에고캠퍼스(University of California, San Diego) 화타이리(華泰立) 연구팀과 공동으로 공간 정착, 실험적 진화 및 합성생물 기술을 결합하여 종(Species)의 공간 정착 진화 안전성 전략을 연구했다. 해당 성과는 "공간 확장 서식지 정착의 진화 안정성 전략(An evolutionarily stable strategy to colonize spatially extended habitats)"이라는 제목으로 "Nature"에 장편으로 게재됐다. 합성생물학 연구가 직면한 어려움은 생물 시스템 형성 원리 인식 부족으로 인한 매뉴얼 시스템(Manual system)의 합리적 설계이다. 생물 시스템은 매우 복잡하지만 "시공간적 규칙성"을 보유하고 있다. "규칙성"의 형성 원리 규명은 복잡한 생명 시스템을 드노보 설계(de novo design)하는데 중요한 이론적 지침을 제공할 수 있다. 연구팀은 천이 속도가 빠른 종이 공간 정착 우위를 차지하지 않음을 발견했다. 지나치게 빠른 천이 속도는 종의 불안정성을 유발하여 쉽게 천이 속도가 늦은 종에 의해 침입된다. 종의 다양한 크기 서식지에서 정착은 최적 천이 및 생장 전략과 대응된다. 연구팀은 간단한 수학적 관계로 세균이 균형생장 및 운동의 진화 전략을 통해 공간에서 분포 다양성을 달성하는 규칙을 종합했다. 해당 성과는 안정적 합성 다세포 시스템 구축, 균질 환경에서 어떻게 생물다양성을 유지하는지에 대한 해석, 종의 천이 정착의 최적 전략 예측 등 문제를 연구하는데 이론적 지침을 제공했다.

난징농업대학교, 중국 첫 번째 인조 고기 개발

/
난징농업대학교 국가육제품품질안전관리공학기술연구센터 저우광훙(周光宏) 연구팀은 중국 최초의 인조 고기를 개발했다. 연구팀은 6세대 돼지근육 줄기세포를 20일 배양하여 5그램의 고기를 획득했다. 이는 중국 최초의 동물 줄기세포에서 증폭 배양한 인조육이다. 저우광훙 연구팀은 장기간 육제품학 연구와 교학에 종사해왔고 육류와 육제품의 품질 형성 메커니즘, 핵심 가공 기술, 표준 및 품질관리 등 분야에서 많은 성과를 달성했다. 2011년 7월부터 2019년 3월까지 난징농업대학교 교장을 역임했고 2017년에는 국제표준화기구(ISO) "육류/가금류/어류/알류 제품" 위원회 주석을 담당했으며 2018년에는 국제식품과학원 원사(IAFoST Fellow) 및 미국식품공학원 원사(IFT Fellow)로 선정되었다. 저우광훙 연구팀의 "냉각 육제품 품질관리의 핵심기술", "전통 육제품 품질형성 메커니즘 및 현대화 생산"과 "저온육제품 품질관리 핵심기술" 연구 성과는 각각 국가과학기술진보 2등상과 교육부과학기술진보 1등상을 수상했다. 또한, "축산품 가공학", "육제품학", "육제품 가공학" 등 저작과 교재의 주관편집을 담당하고 다수의 국제 및 국가 육제품 표준 제정을 주관하였으며 30여 개의 발명 특허를 받았다.

항종양 T세포 면역재생 구현

/
중국과학원 광저우생물의약·건강연구원 왕진융(王金勇) 연구팀은 중국인민해방군총병원 제5의학센터 류빙(劉兵) 연구팀과 공동으로 유도만능줄기세포(induced pluripotent stem cells, iPSCs)를 통한 항종양 T세포 면역재생을 구현했다. 해당 성과는 "Cell Research"에 온라인으로 게재되었다. T세포는 항종양, 항바이러스감염의 주요 면역세포이다. 최근 iPSCs 기술의 성숙과 더불어 iPSCs를 통한 T세포계보(cell lineage)로의 방향성 분화(directional differentiation)가 무한 원천의 T세포를 획득하는 이상적인 경로로 되었다. 하지만 체외 iPSCs로 생성시킨 T세포는 이식이 가능하고 생존할 수 있으며 기능을 보유할 뿐만 아니라 수여자(recipient) 생리/면역계와의 양립 등 이식의 최적표준(gold standard)을 충족시키지 못하고 있다. 연구팀은 iPSCs 유도분화기술을 이용해 T세포 재생을 결정짓는 2개 주요 유전자를 검출했다. 또한 해당 2개 유전자 조건적 발현 제어 서열요소의 iPSCs로의 도입을 통해 "T세포 종자세포" 재생을 방향적으로 유도했다. 이렇게 획득한 "T세포 종자세포"를 이식하여 최종적으로 T세포가 없는 면역결함 쥐 체내에서 완전한 T세포 면역체계를 재생시켰다. 그 다음 상기 2개 유전자 도입 만능줄기세포에 대한 정밀 유전자 편집을 통해 종양 관련 항원 식별 유전자 코딩서열을 부여하였다. 이로써 체내에서 종양 전문 살상 T세포를 재생시켰다. 해당 T세포는 생쥐 종양모델에서 종양살상 활성을 나타냈다. "체외에서 T세포 종자세포 유도생성, 이식 후 체내에서 성숙 T세포 재생"의 2단계법 전략은 무한원천, 정밀맞춤화, 광역화, 저원가 등 장점을 보유한다. 이론적 차원에서 이렇게 재생시킨 T세포는 바이러스 번식의 토양을 감소시키는 한편 환자의 면역력을 증강시킴으로써 삶의 질을 향상시킬 수 있다.

고수확 논벼의 메탄 배출 저감 입증

/
논벼는 중국의 가장 중요한 식량작물인 동시에 온실가스 메탄의 최대 배출원이기도 하다. 중국은 세계 최대 논벼 생산지 및 소비국이다. 세계 기후변화 담판 및 국제 포럼에서 중국의 논벼 생산으로 인한 메탄 배출 문제는 줄곧 논쟁의 중심에 있다. 중국농업과학원 작물과학연구소 작물경작생태 연구팀은 지난 50년간 중국의 논벼 품종 개량과 벼농사 기술 혁신이 식량 증산을 촉진함과 아울러 탄소 배출 저감을 위하여 중대한 기여를 했음을 입증함으로써 중국의 현대 벼농사 다수확이 고탄소 배출을 동반한다는 오해를 바로잡았다. 해당 성과는 "Environmental Research Letters"에 게재되었다. 연구팀은 수년간 대표본 품종 비교, 논밭 위치결정 모니터링, 지역 조사와 역사 데이터 발굴을 통해 지난 50년간 중국 논벼의 품종 갱신, 재배 혁신 및 벼재배 조정 등이 논벼 수확량과 논벼 온실기체 배출에 미치는 영향을 종합 평가하였다. 연구 결과, 논벼 재배가 북쪽으로 갈수록 고수확 품종과 물조절 산소증가 경작 등 혁신을 통해 논벼의 단위면적당 생산량이 130% 증가하는 경우, 논벼 온실기체 배출은 70% 감소하였으며 특히, 메탄 배출 저감이 현저했다. 해당 연구 성과는 중국의 논벼 재배업에 대한 국제적인 오해를 풀었을 뿐만 아니라 고수확 저탄소 논벼 재배를 위한 방향을 제시했으며 세계 작물 생산의 기후변화 대응을 위한 이론적 및 기술적 참조를 제공했다.

3가지 종류의 신형 유실 제어 복합비료 개발

/
중국과학원 허페이(合肥)물질과학연구원 기술생물·농업공학연구소 우웨진(吳躍進) 연구팀은 천연광물 및 복합개질재료를 기반으로 3가지 종류의 신형 유실 제어 복합비료를 개발했다. 해당 복합비료는 토양의 "입단구조" 형성 촉진을 통해 토양공극을 감소시킴으로써 양분의 "완효성 방출"을 달성했다. 뿐만 아니라 비료효과 지속 시간을 연장시켜 후기 추비(Top dressing) 인력원가를 절감시켰다. 재배시험 결과, 1무(약 666.67㎡)당 벼 수확량이 100kg 이상 증가된다. 벼 고수확량을 달성하려면 화학비료를 시비해야 한다. 하지만 화학비료는 빗물에 의한 유실로 비료 낭비뿐만 아니라 환경오염도 초래한다. 또한 양분을 보충하기 위해 벼 재배 후기에 여러 번 추비하는데 이는 비료 및 인력 원가를 증가시킴과 아울러 쌀의 입맛을 감소시킨다. 2019년 6월, 연구팀은 안후이(安徽) 루안(六安)의 80무 논밭에서 동일한 품종 벼 "중허유 1호(中禾優1號)"를 재배하는 과정에서 3가지 종류의 신형 유실 제어 복합비료와 일반 화학비료 시비효과 비교 실험을 가동했다. 4개월 재배한 후, 안후성농업기술보급소, 안후이농업대학, 안후이성농업과학원 등 기관의 전문가로 구성된 전문가팀이 시험논의 성숙된 벼에 대한 수확량 측정 검수를 수행한 결과, 일반 화학비료 시비 및 후기에 여러 번 인공 추비한 논에 비하여 1차적으로 신형 유실 제어 복합비료를 시비한 3개 논의 1무당 수확량은 104~186kg 증가되어 증가폭은 19% 이상에 달했다. 해당 신형 화학비료의 주요 역할은 후기 인력 투입 절감이다. 이는 현재 농촌 노동력이 부족한 상황에서 벼 수확량 증가를 달성하는데 중요한 의미가 있다. 연구팀은 심층적인 연구 및 테스트를 수행하여 해당 신기술의 보급을 추진하고 있다.

싼장위안, 첫 생활쓰레기 저온열분해 처리장 본격 가동

/
칭하이(青海)성 궈뤄(果洛)장족자치주 간더(甘德)현 장쳰(江千)향 싼장위안(三江源) 지역의 첫 생활쓰레기 저온열분해 처리장이 본격 운영에 들어갔다. 싼장위안 지역은 중국, 나아가서 아시아의 중요한 수원함양 생태기능 구역으로서 생물 다양성 자원의 보물고이자 중요한 유전자풀이다. 또한 "중화 급수탑" 및 "고산생물 자연생식질자원 데이터베이스"로 불리며 생태적 위치가 독특하고 대체 불가능하다. 2018년 말에, 칭하이성 과학기술청과 궈뤄장족자치주인민정부는 의정서를 조인하고 궈뤄주 발전 방향과 목표에 기반하여 생태문명 건설과 특색 산업 발전에 초점을 맞추어 전통 산업을 적극 활성화시키고 새로운 특색 산업을 발전시키며 빈곤해탈 난관공략과 향진 진흥을 추진하고 궈뤄 특색의 현대 산업 기술 체계를 적극 구축하기로 하였다. 칭하이성과학기술청 사회발전과학기술처는 싼장위안 지역의 오염퇴치 공방전을 적극 전개하고 궈뤄주 전지역의 쓰레기 제로화를 위한 기술적 지원을 제공하고 칭하이사범대학 등과 협력하여 "고해발 농목구 촌진 쓰레기 무공해 처리 연구 시범" 과학기술성과 전환 프로젝트를 실시했다. 장쳰향 생활쓰레기 저온열분해 처리장은 해당 프로젝트의 시범처리장 중 하나로서 면적이 400평방미터이고 총투자가 165만 위안이며 하루 생활쓰레기처리량이 1.22톤에 달한다. 해당 쓰레기 처리장은 칭하이고원 농목지역의 고해발, 저기압, 고한 등 특성에 맞추어 저온열분해 기술을 이용하여 쓰레기 가연성 물질을 열분해 연료로 하고 열화학반응을 이용하여 대분자 물질을 소분자 물질로 분해하고 습식 정전기 정화, 배기가스 처리 스프레이, 배기가스 촉매 등 처리 과정을 거쳐 저에너지 쓰레기 처리, 무연무색의 배기가스를 달성하고 배출가스와 회분이 국가배출표준에 부합되었다.

초임계수 증기 석탄: 석탄 연소 오염 원천 차단

/
최근, 시안(西安)교통대학 첨단과학기술연구원 신경·질병연구센터 연구팀은 최초로 뇌속에 감각 조절 피질이 척수로 향한 직접 투사가 존재함과 아울러 척수 통각 정보 증폭 효과에 직접 참여함을 입증하였다. 해당 효과는 뇌간 통각 조절 계통과 직접적인 관련성이 없다. 관련된 연구성과는 "Nature Communications"에 게재되었다. 연구팀은 인체 척수 전체 세포 패치 클램핑 기록, 형태학적 추적, 면역전자현미경 및 광유전학 기술 등에 대한 종합 이용을 통하여 전방대상피질(Anterior cingulate cortex, ACC)에 척수로 향한 직접 투사가 존재할 뿐만 아니라 직접 척수의 흥분감각 정보 전달을 증폭함을 발견하였다. ACC는 가능하게 척수로의 직접 투사 또는 뇌간 유도에 의한 척수로의 투사를 통하여 척수 감각 정보 전달에 대한 중추신경계 내에서의 하향 활성화 조절 작용을 일으켜 감각 정보가 말초신경 감각 말초로부터 척수에 전달되게 하며 더 나아가 상향으로 감각 피질에 전달되게 한다. 그러나 운동 정보는 운동 피질에서 근원되었기에 하향으로 직접 척수에 전달된다. 기존의 연구에서 감각 피질에 존재하는 척수로의 직접 투사를 발견하지 못하였다. ACC는 둘레계통의 일부분이며 감각 및 관련 정서, 인지 기능과 관련성이 밀접한 핵군이다. 해당 연구는 뇌속 통증 조절 시스템에 대한 연구에 중요한 의미가 있고 감각 피질의 척수 뉴런 활성 하향 조절 연구에 새로운 아이디어를 제공하였다. 또한 기존의 뇌간-척수 하향 조절 특히 하향 활성화 조절 연구에 중요한 보충작용이 있다. ACC의 흥분성은 만성통증 상황에서 지속적으로 증가되지 않는데 이는 만성통증 유지에 대하여 아주 중요한 역할을 일으킨다. 만약 유전학 및 약리학 방법을 통하여 해당 흥분성을 감소시키면 진통작용을 일으킬 수 있다. ACC 흥분성의 증가는 척수 통증 신호 진입의 증폭을 유발하여 통증 환자가 통증에 대한 더욱 큰 민감성이 대뇌에서 구현되게 할 뿐만 아니라 척수에서도 구현되게 한다. 해당 연구의 심층적 추진은 향후 새로운 치료 방안 및 약물을 개발하여 환자의 만성통증을 통제하는데 중대한 의미가 있다.

중-미 공동연구팀, 새로운 유연성 냉동 방법-"비틀림열 냉장고" 기술 개발

/
난카이(南开)대학 약물화학생물학 국가중점연구실 류준펑(刘遵峰) 연구팀과 미국 텍사스대학 달라스캠퍼스 Ray H. Baughman 연구팀은 공동으로 개발한 유연성 냉동 신전략-"비틀림열 냉동" 기술이 "Science" 온라인에 소개되었다. 연구에 따르면 섬유 내부의 비틀림 정도를 변경하면 냉각을 달성할 수 있다. 해당 방법으로 제조한 "비틀림열 냉장고"는 냉동 효율이 더 높고 체적이 더 작으며 친환경적일 뿐만 아니라 천연고무, 낚싯줄, 니켈-티타늄 합금 등 다양한 일반 재료에 적용 가능해 그 전망도 밝다. 예비 실험 결과, "비틀림열 냉동" 기술의 카르노 효율은 67%에 달할 수 있다. 이는 냉동에 고무, 낚싯줄과 같은 일반 재료를 사용하여 더 높은 카르노 효율을 달성함으로써 더 많은 전기에너지를 절약하고 냉동 비용을 절감할 수 있음을 의미한다. 연구팀은 고무, 낚싯줄, 직물선 및 강도가 더 크고 열전달이 더 빠른 니켈-티타늄 형상기억합금을 이용하여 "비틀림열 냉동"을 테스트했다. 그 결과, 체적이 더 작고 강도가 더 크며 효율이 더 높은 냉동 효과를 달성했다. 또한, "비틀림열 냉동" 기술에 기반하여 냉장고 모형을 제작하고 3개의 니켈-티타늄 합금선을 냉동 재료로 하여 흐르는 물의 온도를 섭씨 7.7도 낮추었다. "비틀림열 냉장고"의 상업화의 길은 아직 멀지만 많은 기회와 도전도 존재한다. 신소재를 개발하여 순환 사용 수명을 늘리고 입력 작업을 합리적으로 이용하여 효율을 높여야 하는 도전과 기존의 상용 재료를 사용하는 것 외에도 "비틀림열 냉동" 재료를 심층 최적화하여 최적의 성능을 획득할 수 있는 잠재적 기회가 존재한다. 해당 냉동 기술은 냉동 분야에 새로운 영역을 확장하고 냉동 분야의 에너지 소모를 감소하기 위한 새로운 방법을 제공한다.

자율주행 콤바인 경작파종기 개발

/
양저우(扬州)대학교 연구팀이 자체 개발한 자율주행 콤바인 경작파종기가 양저우(扬州)시 광링(广陵)구 사터우(沙头)진에서 현장 테스트에 통과했다. 연구팀은 거의 10년간 2,000여만 위안(한화 약 33억4500만원)을 투자하고 다분야 전문가와 협력하여 중대한 연구 성과를 달성함으로써 해당 분야의 핵심 기술을 파악하고 세계 선진 수준에 도달했다. 해당 성과는 중국 농업 기술의 현대화, 지능화, 고효율화 발전을 본격 추진할 전망이다. 지능화와 무인화 경작은 현대 농업의 발전 추세이다. 연구팀은 2008년부터 작물 재배, 농업 기계, 지능화 제어, 소프트웨어 정보 등 다분야의 전문가, 농업장비 제조업체 및 농업현장 기술자들과 공동 연구팀을 구성하여 지능화, 무인화, 중복식 경작파종의 선진 장비를 개발했다. 자율주행 경작파종기는 밭에서 자율적으로 유턴, 좌우회전, 후퇴 역주행한다. 한차례 회전경운 깊이는 약 22cm에 달하고 시비가 균일하며 파종 깊이와 파종 너비가 일치하다. 해당 지능화 고기술의 선진 농업 장비는 논벼 생산에 광범위하게 응용될 전망으로 기존 농업 생산의 낙후한 작업 방식을 바꾸고 중국 쌀과 밀 생산의 질적 도약을 가져다 줄 전망이다.

초인성 "인공 거미줄" 제조

/
난카이(南開)대학교 약물화학생물학 국가중점실험실, 약학대학, 기능고분자 교육부중점실험실 류쭌펑(劉遵峰) 연구팀은 히드로겔 섬유로 신형 초인성(Super tough) "인공 거미줄"을 제조 했다. 해당 거미줄은 고강도, 느린 리바운드(Rebound), 중복 신축성 등 장점을 보유하고 있기에 향후 공중 낙하 지연 등 다양한 분야에 이용될 전망이다. 해당 성과는 "Nature Communications"에 게재됐다. 자연계의 거미줄은 강한 기계적 성질을 보유하고 있으며 고등급 합금강과 유사한 높은 인장강도를 나타낸다. 높은 습도 환경에서 거미줄은 5배로 인장될 수 있을 뿐만 아니라 인장된 후 거의 리바운드 되지 않고 회전하지 않는다. 또한 인장된 거미줄은 물을 만나면 초기 길이로 회복된다. 이로써 포획물의 충격에 의해 인장된 후 자동적으로 복구되어 재사용할 수 있다. 이는 거미줄이 매우 강한 기계적 성능을 보유하고 있음을 의미한다. 기존에 피브로인을 이용해 인공 거미줄을 제조해 일정한 성과를 거두었지만 해당 방법으로 규모화 생산을 달성할 수 없다. 따라서 합성 방법을 이용해 상기 특성을 모방한 거미줄 제조는 어려움으로 되고 있다. 연구팀은 반복적 시험을 통해 히드로겔 섬유를 이용하여 "인공 거미줄"을 제조하는 매우 간단한 방법을 개발했다. 히드로겔 섬유는 폴리아크릴산으로 제조한다. 폴리아크릴산은 핵-외곽 구조를 보유하고 있기에 2가 이온을 도핑함과 아울러 트위스팅(twisting)하여 일정한 꼬임성을 획득함으로써 "인공 거미줄"의 강도를 대폭 향상시킬 수 있다. 해당 신소재의 역학적 성능은 천연 거미줄과 거의 유사하다. 고층건축물에 화재 등 긴급상황이 발생할 경우 "인공 거미줄"로 제조한 밧줄로 공중 낙하 지연에 의한 자주적 구원을 달성할 수 있다. 해당 특수한 밧줄은 인체 체중에 견딜 수 있으며 또한 천천히 인장됨과 아울러 고무줄처럼 리바운드 되지 않는다. 이로써 인체 또는 물체의 하강 속도를 대폭 감소시켜 완화작용을 일으킬 수 있다.

새 나노발광재료 합성하여 종양 광역학치료에 응용될 전망

/
중국과학원 유전발생생물학연구소 장위창(降雨强) 연구팀과 베이징대학교 기초의학대학 사인린(沙印林) 연구팀은 공동으로 새 나노발광재료를 합성했다. 해당 금 나노클러스터에 기반한 쌍광자 역학 치료법은 공간 선택성이 높고 안전하고 효율적이며 광차단 기간이 필요하지 않는 등 장점을 보유하기에 종양 치료 특히, 신경교종과 고형종양 치료에서 우수한 임상화 전망이 있다. 해당 성과는 2가지 발명 특허를 출원했고 "American Chemical Society Nano"에 온라인으로 게재되었다. 연구팀은 다이하이드로리포산을 리간드로 하는 금 나노클러스터를 설계하고 합성했는데 광조사 조건에서 아주 강한 자유기 생성 특성을 보유하고 종양 세포와 조직에 대해 뛰어난 살상 효과를 나타냈다. 해당 금 나노클러스터는 성능이 우수한 광역학 치료의 감광제로서 치료 효과가 임상에서 사용하는 ALA 감광제보다 훨씬 뛰어나다. 광역학 치료 시스템은 전설의 나타(哪吒)가 요괴를 다루는 방법과 마찬가지로 인간이 종양을 대처하는 새 무기이다. 그중 감광제 성능은 종양 광역학 치료 효과의 핵심이다. 그러나 기존에 임상에서 사용하는 감광제는 가시광에 의해 여기되고 조직 침투 깊이가 작아서 고형종양과 심부종양의 치료에 적용하기 어렵다. 또한 환자는 치료 후 몇 주 동안 차광 기간이 필요하여 일상생활에 큰 불편을 겪는다. 종양 광역학 요법은 종양 표적화 감광제를 이용하여 레이저 조사 조건에서 대량의 활성산소 자유기를 생성하여 종양 조직을 파괴하는 것이다. 방사선요법 및 화학요법과 같은 통상적 종양 치료와 비교할 경우, 광역학 요법은 공간 선택성이 높고 약물내성이 쉽게 생기지 않으며 전신 부작용이 낮은 등 특징을 가지지만 기존에 대응되는 쌍광자 감광제가 없기에 임상 응용이 제한되었다. 이번에 합성한 신소재는 우수한 쌍광자 특성을 보유하여 쌍광자 흡수 단면이 높고 근적외선 레이저에 의해 여기되어 조사 깊이를 효과적으로 높이며 고형종양 치료에 적용할 수 있다. 특히 양호한 생체 적합성을 보유하여 치료 과정에서 차광이 필요 없기에 임상 조작성을 대폭 향상시킬 수 있다.

최초로 나선형 카이랄성 탄소나노튜브 단편 합성

/
중국과기대 두핑우(杜平武) 연구팀은 최초로 나선형 카이랄성 탄소나노튜브 단편을 합성함과 아울러 해당 단편의 원편광 발광(Circularly polarized luminescence, CPL) 성질에 대한 심층 연구를 수행했다. 해당 성과는 "AngewandteChemie"에 게재됐다. 탄소나노튜브 재료는 뛰어난 기계적, 전기학적 및 광학적 성질을 보유하고 있기에 나노과학기술 및 전자학 분야에서 매우 주요한 역할을 한다. 하지만 전통적인 제조 방법은 탄소나노튜브 성장을 제어하기 어렵기에 금속 나노튜브 및 반도체 나노튜브의 무작위 혼합물만 획득할 수 있다. 유기화학적 상향식 합성 방법은 고순도 탄소나노튜브를 제조하는 이상적인 방법이다. 튜브모양 비평면 공액 대환식 화합물은 큰 π 시스템, 확정된 크기 및 형태를 보유하고 있기에 관심사로 떠오르고 있다. 또한 사슬 말단 효과(Chain-terminal effect)가 존재하지 않을 뿐만 아니라 높은 대칭성 및 변형에너지를 보유하고 있기에 π 공액 대환식 화합물은 탁월한 광전기학적 성질을 나타낸다. 따라서 유기 광전기 분야에서 거대한 응용 잠재력을 갖고 있다. 특히 큰 비대칭 인자 및 높은 PL 양자 수율을 보유한 카이랄성 공액 대환식 화합물은 카이랄성 광학 분야에서 응용의 이상적인 선택이다. 하지만 특정된 크기 및 지름을 보유한 전체 π 공액 카이랄성 나노튜브 단편 제조는 어려움으로 되고 있다. 연구팀은 초기단계의 탄소나노튜브 새 구조 합성 및 광물리학적 성질에 대한 연구를 기반으로 안트라센을 다환방향족탄화수소의 구조 유닛으로 교묘하게 이용하여 최초로 나선형 카이랄성 탄소나노튜브 단편을 합성했다. 그 다음 자외선 가시광선, 형광, 핵자기공명, 원이색성 및 CPL 스펙트럼을 이용하고 이론적 계산을 결합해 해당 탄소나노튜브 단편의 광물리학적 성질을 연구했다. 평면 안트라센 단량체에 비하여 해당 카이랄성 π 공액 대환은 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼에서 뚜렷한 적색편이를 나타냄과 아울러 매우 강한 원편광 발광을 나타내는바 기존의 가장 좋은 CPL 활성재료에 비하여 성능이 100배 이상 향상됐다. 해당 성과는 새로운 나선형 카이랄성 튜브모양 공액 재료를 합성함과 아울러 높은 CPL 활성 재료 설계/제조 및 해당 재료를 템플릿으로 단일 카이랄성 탄소나노튜브를 제조하는데 새 아이디어를 제공했다.

새로운 간섭 단일분자 위치결정 현미경 기술 개발

/
중국 과학자는 쾌속 변조 기반 구조형 광을 이용해 반복적 광선택성 노출(Repetitive Optical Selective Exposure, ROSE)이라고 부르는 새로운 간섭 단일분자 위치결정 현미경 기술을 개발했다. 해당 성과는 "Nature Methods"에 게재됐다. 21세기에 들어선 후 다양한 고해상도 형광 이이징 기술의 개발과 더불어 광학 현미경의 해상도 한계를 깨뜨림으로써 해상도를 수십 나노미터 규모로 향상시켰다. 하지만 광학 현미경의 해상도를 분자 수준으로 더한층 향상시켜 나노미터 규모의 하위 세포 구조 더 나아가 단일 생물 대분자 내의 구조 관찰은 어려움으로 되고 있다. ROSE는 6가지 다양한 방향 및 위상 간섭무늬를 이용해 형광 분자를 여기시킨다. 형광 분자의 발광강도는 형광 분자가 위치한 무늬의 위상과 관련되기에 형광 분자 강도와 간섭무늬의 위상 관계를 통해 형광 분자의 정밀 위치 정보를 판단할 수 있다. 해당 방법의 이론적 위치결정 정밀도는 재래식 방법의 2.4배이다. 동 기술은 도트피치(Dot pitch)가 5nm인 DNA 오리가미(DNA origami) 어레이를 식별할 수 있으며 현미경의 해상도를 3nm 이내의 분자 규모로 향상시킬 수 있고 단일분자 위치결정 정밀도를 1nm에 접근시킬 수 있다. 하지만 재래식 방법으로는 20nm 어레이까지밖에 식별하지 못한다. ROSE 현미경은 생명과학 연구에 강유력한 관찰 방법을 제공함과 아울러 광학 현미경의 해상도를 현재의 한계에서 벗어나게 했다.

최초로 양자 상변화 과정에서의 양자 금속상태 존재 입증

/
전자과기대 전문가들로 구성된 연구팀은 세계 최초로 고온 초전도 나노 다공성 박막에서 양자 금속상태의 존재를 입증함으로써 양자 금속상태 연구에 새 아이디어를 제공했다. 해당 성과는 "초전도-절연 상변화에서의 보즈(Bose) 금속상태"라는 제목으로 "Science"에 최초 발표(First release) 형식으로 게재됐다. 양자재료 및 양자 상변화는 21세기 응집물질물리학 분야의 연구 핫이슈로 떠오르고 있다. 고온 초전도성이 발견된 이후 2차원 양자 금속상태의 존재 및 그 형성 메커니즘은 지난 30여 년 동안 해결하지 못한 중요한 물리 문제이다. 앤더슨 척도화 이론(Anderson scaling theory)에 의하면 양자간섭 효과 및 위상 간섭성 길이의 0℃에서 발산 특성으로 인하여 캐리어는 절대 0℃에 접근하는 조건에서 국소화 효과가 나타나기에 이론적으로 2차원 양자 금속상태가 존재하지 않는다. 또한 실험적으로 다양한 2차원 초전도 체계에서 가능한 양자 금속상태 경향이 발견됐지만 저임계온도의 제한 및 외계 고주파 잡음이 미치는 영향으로 2차원 양자 금속상태의 존재 여부에 관해서는 아직도 논쟁 중이다. 연구팀은 반응 이온 에칭 시간 조절을 통해 고온 초전도 이트륨 바륨 구리 산화물(Yttrium barium copper oxide, YBCO) 다공성 박막에서 초전도-양자 금속-절연체 상변화를 달성했다. 또한 극저온 수송 테스트를 통해 초전도, 금속 및 절연 해당 3가지 양자상태는 모두 쿠퍼 전자쌍 관련 h/2e 주기의 초전도 양자 자기유도 진동을 보유하고 있음을 발견했고 양자 금속상태는 보즈 금속상태임을 입증했으며 쿠퍼쌍 보존(Boson)이 양자 금속상태 형성에 대하여 주요 역할을 일으킴을 규명했다. 해당 성과는 양자재료에 대한 인식을 개변시킴과 아울러 양자 디바이스(Quantum device) 분야 발전을 추진할 전망이다.

2차원 고온초전도 메커니즘 규명

/
중국과학기술대학교와 푸단대학교 공동 연구팀은 고온초전도 메커니즘 연구에서 새로운 성과를 이룩했다. 해당 성과는 "Nature"에 게재되었다. 초전도는 물리학에서 가장 매력적인 거시적 양자 현상이다. 현재 비정규적인 고온초전도 메커니즘은 완전히 밝혀지지 않았으며 고온초전도의 비밀은 많은 과학자들의 탐구 목표이다. 일반적인 연구방법은 가장 간결한 모델로 세계 기원의 법칙을 밝히는 것이다. 구리산화물 고온초전도체는 다양한 3차원 층상 결정구조를 가진다. 기존에 발견된 모든 구리기반 초전도체의 결정체 구조는 모두 동일한 구리-산소 구조단위를 가진다. 이러한 구리-산소 구조단위는 고온초전도성의 기원으로 간주되며 특히 고온초전도 메커니즘 연구에서 주로 구리-산소 표면 구조단위에 기반하여 2차원 이론 모델을 구축한다. 따라서, 실험실에서 구리-산소 구조단위 단일 층의 2차원 초전도체가 상응한 벌크 결정체와 동일한 초전도성과 정상상태 물리를 구비하는지 여부를 검증하는 것은 중요한 의미가 있다. 연구팀은 수년간의 탐색과 시험을 거쳐 단일 층의 비스무트2212 초전도체를 획득했고 실험을 통해 해당 단일 층의 구리 기반 초전도체가 상응한 벌크 구리 기반 초전도체와 완전히 동일한 초전도 전이온도, 캐리어 농도, 의존적 상평도 및 비정상적 정상 행위를 구비한다는 것을 발견했다. 해당 발견은 고온초전도체 2차원 이론적 모델을 위한 확실한 실험 기반을 마련하고 고온초전도체의 실험 연구를 위한 새 방향을 제시했다.

유기물 C-H 결합 정밀 전환이 현실화될 전망

/
중국과학원 상하이유기화학연구소 류궈성(劉國生) 연구팀은 홍콩과기대학 린전양(林振陽) 연구팀과 공동으로 실험 및 이론적 계산을 통해 금속이 질소 자유기의 유기분자 내 수소 원자 선택적 전이를 조절하는 새 메커니즘을 규명함으로써 복잡계 올레핀 C-H 결합의 정밀 전환이 현실화될 전망이다. 해당 성과는 "Nature"에 온라인으로 게재되었다. 구조가 복잡한 유기약물의 특정 화학결합을 변화시키거나 또는 특정 작용기를 대체하여 약효가 완전 다른 산물을 획득할 수 있다. 유기분자 정밀 전환 구현에 있어 1) 유기분자 내 구조가 비슷한 C-H 결합으로부터의 지정 위치 정밀 수소 원자 탈취가 어렵고 2) 수소 원자 탈취 후 탄소 자유기를 어떻게 비대칭적으로 전환시켜 원하는 구조를 획득할지 등 2가지 핵심적 난제가 존재한다. 연구팀은 상기 2가지 문제를 해결하기 위해 2016년에 미국 과학자와 공동으로 최초로 구리 촉매 자유기 릴레이(Radical Relay)란 새 개념을 제안함과 아울러 고효율적이고도 고선택적으로 키랄성 니트릴화합물을 획득함으로써 간단한 석유화학제품을 약물분자 전구체로 직접 전환시키는데 성공했다. 천연약물 또는 합성물을 막론하고 그들 생물활성분자에 흔히 여러 개 올레핀 결합(olefinic bond)이 존재하는데 이는 자유기의 선택적 수소 원자 치환 문제를 야기한다. 이번 연구는 앞서 수행한 연구에 기반해 최초로 금속 구리 촉매제가 술폰아미드(sulfonamide)를 함유한 질소 자유기와 배위를 발생할 수 있고 이를 통해 질소 자유기의 수소 탈취 능력 및 선택성을 조절함으로써 복잡계 올레핀 분자의 정밀 전환을 구현했다. 해당 반응시스템은 복잡계 약물분자의 후기 정밀 수식에도 적용될 수 있어 신약 개발 및 약물분자 개조에 새 경로를 제공했다.