기술동향
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2광자 광역학 치료용 신형 광민감제 개발

중국과학원 유전·발육생물학연구소 등 기관의 연구팀은 신형 나노발광재료—디히드로리포산(dihydrolipoic acid)을 배위체로 하는 금나노클러스터(Au nanocluster)를 설계하고 합성했다. 해당 금나노클러스터 기반의 2광자 광역학 요법은 종양치료 특히 뇌신경교종, 고형종양(solid tumor) 등에서의 임상중개 전망이 밝다. 해당 성과는 "ACS Nano"에 온라인으로 게재되었다. 종양 광역학 요법은 종양 표적화 광민감제를 레이저로 조사하여 대량의 활성산소 자유기를 생성함으로써 종양조직을 괴멸시킨다. 광역학 요법은 화학방사선 요법 등 일반적 종양 치료방법에 비해 공간 선택성이 높고 약물내성을 쉽게 유발하지 않으며 시스템적 독성부작용이 낮은 등 장점이 있어 최근 식도암, 방광암, 피부암 등 암치료에 광범위하게 활용되고 있다. 광민감제 성능은 광역학치료 효과를 결정짓는 관건이다. 현재 임상에서 사용되는 광민감제는 가시광에 의해 여기되며 조직 투과 깊이가 얕아 고형종양, 심부종양 등 치료에서의 적용이 어렵다. 또한 치료받은 환자는 몇 주간 빛을 피해야 하는 등 생활에서 많은 불편을 감안해야 한다. 최근 장파에 의해 여기되는 차세대 2광자 광역학 치료가 빠르게 발전하고 있지만 현재 그를 뒷받침할 2광자 광민감제가 없어 임상응용은 큰 제한을 받고 있다. 연구팀이 설계·합성한 신소재는 광조사 조건에서 자유기를 생성하는 특성이 매우 강해 종양세포 및 조직에 대한 살상 작용이 뛰어나다. 해당 광역학 치료용 광민감제의 치료효과는 현재 임상에 사용되고 있는 ALA 광민감제에 비해 훨씬 우수하다.

중국 주도 IEEE 1888 녹색 에너지절약 국제표준 발표

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최근 중국기업이 주도하여 개발한 IEEE 1888표준(Ubiquitous Green Community Control Network)은 북미전기전자기술표준협회(IEEE-SA)의 비준을 받아 공식 발표되었다. 이는 녹색 에너지절약 국제표준 제정 방면에 중국이 중요한 성과를 거둔 상징이다.   IEEE에 의하면, IEEE 1888표준은 중국 혁신기술을 기반으로 하고 중국 회원 및 기타 나라회원의 협조를 받았다. IEEE 1888는 녹색 에너지절약을 목적으로 하는 첫 표준이자 정보통신기술과 에너지절약·오염배출절감을 융합하는 혁신형 기술표준이며, IEEE가 에너지절약과 the Internet of Things분야에 보유한 상징적인 글로벌표준이기도 한다. 이 표준은 광역 IPv4와 IPv6네트워크를 지원한다. 2008년 IEEE 1888개발팀은 차이나텔레콤, Bii(天地互连公司), 북경도시건설설계총연구원(北京城建院), 청화대학교, 북경교통대학 등에 의해 구성되었다. IEEE 1888개발팀 책임자 류둥(刘东, Liu Dong)에 의하면, 중국은 에너지절약·오염배출절감 전략을 실시하고 있으며 세계에서 발전잠재력이 최대의 녹색 에너지절약시장으로 발전할 것으로 전망된다. IEEE 1888표준이 발표 및 실시됨에 따라 갈수록 많은 기업들이 IEEE 1888표준에 부합하는 제품을 출시할 것으로 예상된다. IEEE 1888표준의 산업화는 통신과 IT장비의 에너지절약·오염배출절감을 낮추는 것 뿐 아니고 건축, 에너지, 교통, 비즈니스, 농업 등 분야에 정보와 통신기술을 융합시킬 수 있다. 이에 녹색건물, 녹색단지, 녹색도시, 녹색농업, 내지 녹색중국을 발전시킬 수 있다.

중국 TD-LTE, 4G 국제표준으로 전망

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3G 발전을 좀 늦게 시작했는데 4G발전을 가속화시켜야 한다. 2월14일 스페인 바르셀로나에 열린 ‘모바일 월드 콩그레스(MWC)2011’에서 차이나모바일(中国移动)은 9개 외국 운영업체와 TD-LTE협의를 체결하였다. 향후 세계에서 26개 TD-LTE실험네트워크를 구축할 것이다. 이와 동시에 차이나모바일은 중국내에서 6개도시, 5,000만명 사용자를 포함한 TD-LTE 상용시험을 가동할 예정이다. 국제전기통신신연합(ITU) 부비서장 쟈오허우린(赵厚麟)에 의하면, 현재 국제전기통신엽합은 LTE와 WiMax 등 2 기술에서 4G표준을 선출하기로 하였다. 중국이 주도한 TD-LTE는 기술적 선진성을 지님으로 차세대 이동통신기술 경쟁에서 유리기회를 선점할 것으로 전망된다. 3G교훈을 살려 국제화 우선 실시 3G시대에 중국이 자체적으로 개발한 TD-SCDMA는 세계 3G기술표준 중 하나로 선정되었으나 국제 주류 제조업체와 운영업체의 지원을 받지 못하였다. 국제화 추진에 실패한 TD-SCDMA표준은 발전과정에서 많은 어려움을 부딪쳤다. 그 영향으로 차이나모바일은 현재 국내에서 3G를 확산하는 데 수동적 상황에서 빠져 있다. 이에 차이나모바일은 TD-SCDMA의 진화기술인 TD-LTE를 추진하기 위해 이 기술의 국제화를 일찍 가동하였다. ‘모바일 월드 콩그레스(MWC)2011’에서 왕젠저우(王建宙) 차이나모바일 회장은 인도 바르티, 일본 소프트뱅크, 유럽 보다폰, 미국 클리어와이어 등 아시아·유럽·미국 등지의 60여개 통신사업자 및 30여개 주류 업체와 ‘GTI(Global TD-LTE Initiative)’를 공식 창설했다. 이를 통해 TD-LTE가 국제시장에 진출하게 하는 것 외에 2012년 초 4G국제표준 경쟁을 참여하는 유리조건을 더 마련하였다. 자체 4G의 난제-- 산업체인 낙후    중국정부의 지원과 차니나모바일의 추진으로 자체TD-LTE는 국제표준경쟁에서 일정한 성과를 확보하였다. 그러나 TD-LTE산업체인의 발전상황을 살펴보면, 자체4G는 속도를 비롯한 많은 도전을 직면해야 한다.   4G표준을 경쟁하는 데 LTE기술은 WiMax과 경쟁해야 하고, LTE내부에 TD-LTE는 LTE FDD 등 기술표준과 경재해야 한다. 반대로 TD-LTE의 산업화발전은 상대적으로 낙후하며, ‘특히 TD-LTE의 터미널 칩기술은 LTE FDD보다 1년 정도 낙후하다.’ 차이나모바일설계원(設計院) 관계자에 의하면, 향후 외국 운영업체를 최종적으로 끌어당길 수 있는 결정적 요인은 중국내 TD-LTE상용시험의 효과이다. 이에 ‘터미널 산업화를 가속시키는 것이 매우 중요하다.’ TD-LTE가 TD-SCDMA처럼 곡고화과(曲高和寡)의 상황에 빠지는 성황을 피하기 위해 차이나모바일은 TD-LTE터미널 발전을 매우 중요시하였다. 현재 차이나모바일은 Sony, 에릭스와 제휴하여 실험 터미널을 출시하였으며, TD-LTE와 3G 및 2G의 겸용을 보증하기 위해 GSM+TD+LTE 다종모델 터미널을 계획하고 있다. 그런데 TD-LTE는 네트워크 장비와의 광범위한 겸용과 통용을 실현할 수 없다. 이에 LTE가 대폭 발전하면, 중국에는 GSM, TD-SCDMA와 TD-LTE 등 여러 네트워크가 동시 운행하는 국면이 나타날 것이다. ‘산업화에 있어 네트워크 구축비용을 낮춰야 대규모 발전을 추진할 수 있다.

차이나 텔레콤 ‘광대역중국·광네트워크도시’프로젝트 가동

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2011년2월16일 차이나텔레콤(中國電信)은 ‘광대역중국·광케이블도시(寬帶中國·光網城市)’프로젝트를 본격 가동하였다. 차이나텔레콤 ‘제12차 5개년’계획의 중요 내용으로서 ‘광대역중국·광케이블도시’프로젝트는 중국 ‘제12차 5개년’계획에 부합하여 정보서비스능력 향상, 국가 정보화수준 향상에 중점을 둔다. 프로젝트 목표에 따르면, 차이나텔레콤 광대역 사용자의 액세스 대역폭은 향후 3~5년 동안 10배 이상 급등하고 지속 신속 상승할 것이다. 요금은 3년 정도의 ‘급변기’를 맞이한 후 지속 하락할 것이다. 중국 남부지역 도시에는 광케이블화가 전반적으로 실현될 것이다. 도심지역에는 광섬유 접속이 전부 실현되고, 최고 액세스 대역폭은 100M에 달하며, 도시 가정의 액세스 대역폭은 20M이상에 달할 전망이다. 동시에 3G네트워크의 전체범위 커버, 중점지역에 Wi-Fi의 커버를 실현하고, 유선과 무선이 통합된 고속 광대역 네트워크를 구축하여 유비쿼터스 광대역서비스를 제공한다. 도시지역의 경우, 차이나텔레콤은 2011년에 FTTH(Fiber-To-the-Home)를 ‘제11차 5개년’계획의 3배인 3000만 세대에 새로 깔 계획이며, 이에 FTTH는 누계 4000만 세대를 포함할 것이다. 남부지역 도시에는 8M 액세스 대역폭의 전반 커버를 실시하고 20M의 보급률이 70%에 이르도록 한다. 동부 선진도시와 중·서부지역 성수도 도시의 20M 보급률이 80%를 초과하도록 한다. 2013년까지 남부지역 도시의 모든 가정에 20M 접속서비스를 제공하고, 광케이블 사용자가 8000만세대에 이르도록 한다. ‘제12차 5개년’계획 말기에 남부지역 도시의 모든 가정과 정부기관·기업에 광케이블을 설치하고, 광케이블 FTTH는 1억 세대를 초과하여 세계에서 앞장서게 한다. 이외에 차이나텔레콤은 이 프로젝트를 통해 ‘Internet of things’과 클라우드컴퓨팅기술을 도입하여 종합능력플랫폼을 구축하고 스마트 전송파이프라인을 통합할 계획이다. 다음으로, 광섬유 광대역 네트워크를 기반으로 하여 차이나텔레콤은 정부, 기업사용자의 다양한 요구를 충족하는 고품질, 고속도의 접속을 제공할 계획이다. 각종 산업의 사용자에게 광대역네트워크 기반의 IP, 고정전화, 모바일통신서비스 및 New Vision(新视通), Global Eye(全球眼), 협력통신(协同通信) 등 통합된 애플리케이션을 제공할 것이다. 금융, 교육, 의료 등 각 산업의 사용자에게 맞춤형 수요를 충족하는 산업 애플리케이션 솔루션을 제공한다. 왕샤오추(王晓初) 차이나텔레콤 총경리에 의하면, ‘광대역중국·광케이블도시’프로젝트는 정보기술이 내수확대, 성장보장, 취업촉진, ‘정보화-산업화’융합 등에 수행하는 역할을 충분히 반영하였음으로 최종적으로 중국국민의 정보화생활에 도움이 될 것이다. 현재 중국에 불과 23%의 가정에 광대역이 설치되어서 향후 발전공간이 매우 크다. 이 프로젝트의 실시는 제조업, 통신건설서비스업, 인터넷 애플리케이션 및 정보서비스업의 공동 참여와 노력을 필요로 한다. 차이나텔레콤은 향후 3년 동안 규모효과를 실현하고 광대역의 메카바이트 당 가격을 상당히 낮춰 모든 소비자, 산업체인 환절과 기업이 이익을 얻는 것을 희망한다.  보충자료 -- 중국광대역발전 대사기   - 1999년 원 중국우전부(郵電部)는 중국 대중 멀티미디어 광대역 네트워크를 구축하기로 결정. - 1999년, 차이나텔레콤 광대역 ADSL는 본격 상용화.   - 2002년, 차이나텔레콤그룹이 성립하고, 중국은 광대적발전 단계에 본격 진입. - 2005년 중국 광대역 사용자규모는 3,735만 명으로 다이얼사용자 규모를 처음으로 초과하였음에 따라 ADSL 등 광대역 접속방식은 인터넷접속의 주요 방식으로 부상하였다.   - 2008년, 중국 광대역 접속 사용자규모는 세계 1위로 급등. - 2009년, 중국 광대역 접속 사용자규모는 1억명 초과.

중국 첨단의료영상진단장비용 핵심부품 산업화

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2월 25일 남경풍성초전도기술유한공사(南京丰盛超導技術有限公司)는 첨단의료진단영상장비의 핵심부품인 1.5T급 초전도자석의 산업화를 실현했다. 이 회사는 외국기업의 기술독점을 타개하고 중국 최초로 초전도자석 핵심기술을 확보하였고 핵심부품의 양산화를 실현하였다고 밝혔다. 이리하여 중국은 세계에서 네 번째로 최첨단 자기공명영상촬영장비(MRI)의 국산화능력을 갖춘 국가가 되었다. 자기공명영상(MRI)기술은 임상의학에서 사용되는 가장 중요한 의학영상진단기술중 하나이다. 그동안 중국의 MRI장비의 연구개발은 0.5T(저자기장) 기술수준에 머물러서 해상도가 많이 떨어졌다. 임상진단효과가 더욱 뛰어난 초전도자석을 이용한 첨단 MRI기술은 장기간 외국기업에 의해 독점되었기에 1.5T급 이상의 MRI장비는 전부다 수입했었다. 지난 2010년에 강소성(江蘇省)과기청은 산·학·연 혁신자금프로젝트입찰 방식에 따라 중대전자의료장비 핵심기술 및 시스템을 핵심과제로 선정하여 추진했다. 2008년부터 초전도자석개발에 주력해온 풍성초전도기술유한공사는 북경대학, 강소성 인민병원과 공동으로 공모에 참여하여 낙찰되었다. 강소성과기청이 800만위안의 자금을 조달하여 과제지원을 하였다. 2010년 1월 27일 3.0T 초전도자석개발과제의 단계별 성과로서 1.5T 초전도체 자석을 개발했다. 1년이 채안되어 풍성초전도기술유한공사는 해당 연구성과를 상업화하여 향후 3.0T 등의 고급제품의 개발을 위해 기반을 탄탄하게 다져놓았다. 초전도체를 산업화하면 첨단 MRI장비의 국산화를 실현할 수 있어 그동안 고가에 수입했던 MRI장비를 저렴한 가격대에 전국에 보급시킬 수 있을 뿐 아니라 환자의 진단비용도 크게 낮출 수 있을 것으로 기대된다. 현재 첨단 MRI장비의 국산화를 추진중에 있다.

중국항천과기집단, 2016년 0.5m급 고해상도를 갖춘 원격탐사 위성 발사 예정

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2015년 10월 30일 후베이성 우한(湖北武漢)에서 개최된 중국상업항공고위급포럼에서 중국항천과기집단회사(中國航太科技集團公司)는 2022년에 0.5m급 고해상도를 갖춘 상업 원격탐사 위성 시스템을 완성하고 2016년 말 전에 첫 발사 임무를 수행할 예정이라고 밝혔다. 해당 시스템은 “16+4+4+X”의 형태, 즉 0.5m의 해상도를 갖춘 광학 위성 16개, 하이엔드 광학 위성 4개, 마이크로파 위성 4개와 초분광 영상 등 미소위성 몇 개로 구성될 예정이며, 완성된 후 지구를 매일 5~6차례 중복 관찰할 수 있다.   항천과기집단은 이미 위성 제조, 발사 서비스, 위성 운영, 지상 설비 제조와 서비스를 포함한 완전한 산업 사슬을 구축하였으며, 현재까지 통신, 항법, 원격탐사, 과학 실천 등 각 유형의 위성 215개를 연구 개발하고 발사하였는데, 그 중 궤도에서 안정적인 운행을 하고 있는 위성은 122개이다. 창정(長征) 계열의 운반로켓은 이미 215차례의 발사 임무를 완성하였다. 또 상업 위성 제조 측면에서 동3B, 동4 등 플랫폼을 대표로 하는 고궤도 상업 통신 위성, 자원, CAST2000, SAST3000 플랫폼을 대표로 하는 중소형 상업 원격탐사 위성, CAST100 플랫폼을 대표로 하는 나노위성을 개발하였으며, 산업화 설계 요구에 근거하여 20개 위성의 공용 플랫폼 스펙트럼 및 페이로드 제품 계열을 형성하였다. 총 11개 위성 제품이 이미 9개 국가로수출계약을 받았으며, 지상 설비 수출, 주파수/궤도 위치의 협력적 지원, 운영 및 기술 양성 등 일련의 부가가치 서비스를 제공하고 있는 상태이다. 상업 발사 서비스 측면에서, 총 22개 국가의 고객을 위하여 국제 상업 발사를 51번 완성하고 위성을 59개 발사하였다. 현재 창정 계열의 총 7가지 유형의 운반로켓이 상업 발사 서비스와 탑재 발사에 활용되고 있다. 이중 현재 서비스 중인 일반 운반로켓과 신속한 이동식 발사 능력을 갖춘 창정6호와 창정11호 차세대 운반로켓도 포함하고 있어 단일 위성, 다중 위성, 탑재 발사 등 다양한 발사 서비스를 제공할 수 있다. 항천과기집단은 향후 상업 통신 위성 시스템, 저궤도 데이터 수집 성좌, 위성 항법 응용 산업, 위성 종합 응용 상업화 등 분야의 적극적인 발전을 도모하고 “일대일로(一帶一路)”전략과 양국/다국 협력 메커니즘을 기반으로, 전세계에 위성수출, 발사, 기술이전 및 양성, 데이터 수출, 지상기지 건설, 항법 응용 등 일련의 상업 서비스를 제공할 예정이다.

중국 첫 역자기장 핀치 자기밀폐형 핵융합 대형장치 개발

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최근, 중국 첫 대형 역자기장 핀치 자기 밀폐형 핵융합(reversed field pinch magnetic confinement fusion) 실험 장치[KTX, “커다이환(科大一環)”으로 약칭]가 중국과학기술대학교에서 최종 설치와 실험가동을 완성했고 정상적 운행에 들어갔다. 이 장치의 전체 지름은 8미터이고, 자기장은 7,000가우스, 플라즈마 전류는 1조 암페어, 전자 온도는 600만 도, 방전 시간은 100밀리초에 달한다. 사진은 대형 역자기장 핀치 자기밀폐형 핵융합 실험 장치이다.

주취안위성발사센터, 톈후이1호 03위성 발사 성공

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2015년 10월 26일 오후 3시 10분, 중국 주취안위성발사센터(酒泉衛星發射中心)에서 창정2호정(長征二號丁) 운반로켓으로 톈후이1호03위성(天繪一號03星)을 발사하는데 성공하였다. 위성은 예정된 궤도에 진입하였다. 항태과기집단(航太科技集團) 제5연구원 산하의 항태둥팡훙위성유한회사(航太東方紅衛星有限公)에서 개발한 톈후이1호03위성은 과학실험, 국토자원 조사, 매핑, 농작물 생산량 추정 및 재해 방지·저감 등 분야에 활용되어 중국 과학연구와 국민경제 건설에서 적극적인 역할을 할 예정이다. 톈후이1호위성은 중국 첫 전송형 3차원 매핑 위성이며, 톈후이1호01위성, 02위성은 2010년과 2012년에 선후로 발사되어 중국 매핑사업을 위하여 중요한 기여를 하고 있다. 창정2호정 운반로켓은 중국항태과기집단회사(中國航太科技集團公司) 산하의 상하이항태기술연구원(上海航太技術研究院)에서 연구 개발한 것이다. 이번 발사는 창정 계열 운반로켓의 215번째 비행이다.

아태9호 위성 발사 성공, 동남아지역 통신서비스 안정성 기대

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2015년 10월 17일 0시 16분, 중국 시창위성발사센터(西昌衛星發射中心)에서 창정3호을(長征三號乙) 운반로켓으로 아태9호(亞太九號) 상업 통신위성을 발사하는데 성공하였다. 이번에 발사된 위성은 “일대일로” 국가 전략을 위하여 서비스를 제공하고 동남아지역 통신 서비스의 안정성을 도모할 예정이다. 아태9호 통신위성은 홍콩아태통신위성유한회사(香港亞太通信衛星有限公司)가 중국에서 구입한 첫 상업 통신위성으로, 둥팡훙4호(東方紅四號) 위성 플랫폼의 성숙된 기술을 충분히 활용하였다. 위성의 설계 수명은 15년으로, 중국 민용 상업위성 가운데 리피터 수가 가장 많은 위성으로 꼽힌다. 이번 발사는 항타이과기그룹(航太科技集團) 산하의 중국창청공업그룹유한회사(中國長城工業集團有限公司)와 홍콩아태통신위성유한회사(香港亞太通信衛星有限公司)가 2013년에 체결한 프로젝트 계약서에 의해 실행되었다. 아태9호 위성은 통신 서비스 부재의 보완은 물론, 또 현재 중국에서 자체 개발한 민용/상업용 통신위성에서 페이로드 유연 스위칭 정도가 가장 강한 위성으로 꼽히며, 32채널 C주파수대 리피터와 16채널 Ku주파수대 리피터를 포함하고 다양한 시간, 위치, 사용자의 요구를 만족시킬 수 있다. 아태9호 위성은 광대역 통신, Ku주파수대의 해양 커버리지 빔 등 면에서 기타 위성에 비해 우위를 갖고 있으므로 해양 광대역 통신 및 항공기 광대역 통신 등에 양호한 성능 자원을 제공할 수 있다. 아태9호 위성이 발사되기 전 궤도에서 운행 중인 아태 계열의 위성은 아태5호, 아태6호, 아태호, 아태9A로, 중국 및 주변 운영업체들은 동남아지역에 대한 완전한 커버리지를 하지못하였다. 해당 위성이 궤도에 진입한 후, 궤도상에서 운행하고 있는 있는 아태회사의 기타 위성과 함께 아시아, 유럽, 아프리카, 오스트레일리아 등 세계 인구의 75%를 차지하는 지역에 위성 리피터 서비스 및 방송, 위성 통신, 텔레포트와 데이터센터 서비스를 제공할 전망이다. 또한, 아태9호 위성이 해상 실크로드 지역을 위하여 서비스를 제공할 시, 해당 지역의 경제 건설과 사회 발전을 촉진할 것으로 기대된다. 아태9호 위성과 창정3호을 운반로켓은 중국항천과기그룹회사에서 연구 개발하였으며, 이번 발사는 창정 계열 운반로켓의 제214번째 비행이다.

그람음성균 세균의 항생제 내성을 해결하다

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최근, 이스트앵글리아대학, 중산(中山)대학, 쉬저어우(徐州)의학원 공동연구팀이 “그람음성균” 세균의 항생제 내성을 파악하여 내성세균의 세포유지 방어장벽 메커니즘을 규명하였다. 해당 성과는 《Nature》 잡지에 발표되었다. 연구팀은 세계 최신 과학장비 “다이아몬드 광원”(Diamond Light Source)을 이용하여 “그람음성균”이라고 부르는 세균을 조사하였다. Diamond에서 생성된 태양광보다 100억배 더 밝은 강한 빛은 원자수준에서 거의 모든 물질을 세부적으로 탐구할 수 있다. 항생제에 큰 내성을 나타내는 그람음성균은 통제하기 가장 어려운 세균으로 꼽힌다. 그람음성균은 모두 세포방어벽을 갖고 있으며 β-배럴 단백질은 이러한 세포벽에 영양물질을 공급하고 주요 생물분자를 분비하는 대문을 형성한다. β-배럴 단백질 합성 유닛(BAM)은 세포벽에 대문(β-배럴 단백질)을 형성하는데 이러한 단백질 형성을 억제시키면 세포가 사멸된다. 그람음성균 대장균에는 BamA, BamB, BamC, BamD와 BamE 등 5개 서브유닛(subunit)을 포함한 β-배럴 단백질 합성유닛이 있다. 연구팀은 β-배럴 단백질 합성유닛 구조는 초기상태와 최종상태에 처해있으며 5개 서브유닛은 환상구조를 이루고 그 협동작용은 신형의 회전 및 진입 메커니즘을 이용하여 외막 단백질에 진입한다는 것을 발견하였다. 해당 연구는 세균파괴 방어벽을 통하여 슈퍼박테리아를 사멸하는 약물을 개발하는데 도움을 주었는데, 이는 향후 세균이 가능하게 약제내성을 형성할 수 없다는 것을 의미한다. 또한 해당 메커니즘이 당뇨병, 파킨슨병 및 기타 신경퇴행성질환 관련의 인간세포기능장애를 인식하는데 도움이 될 것으로 전망된다.

보아오그룹, 지카 바이러스 검출 시약 3일만에 개발

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최근, 칭화지주유한회사(清華控股) 산하의 보아오(博奧)생물그룹유한회사·바이오칩 베이징(北京)국가공학연구센터(“보아오그룹”)는 감염성질환진단치료 협동혁신센터의 강력한 지원을 받아 지카바이러스(Zika virus)를 30분 내에 쾌속 검출할 수 있는 등온 증폭 검출 시약을 3일 만에 개발하고 기초 실험에 성공하였다. 또한 해당 기술을 이용하여 과학연구/제품 개발의 표준품 또는 참고품으로 이용할 수 있는 지카바이러스 가상 입자를 제조하였다. 현재 지카바이러스는 아메리카 및 카리브 지역을 휩쓸고 있다. 중국 대륙에서는 아직 해당 병례가 발견되지 않았지만 중국 정부는 해당 전염병의 대규모 발생에 대한 예방 통제를 아주 중요시하고 있으며, 지카바이러스를 제2종 법정전염병으로 지정하였다. 이집트 숲모기(Aedes aegypti)에 의해 전파되는 지카바이러스에 임산부가 감염되면 태아에 영향을 미쳐 신생아에게 소두증(microcephaly)이 발생하고 더 나아가 죽음까지 초래할 수 있다. 보아오그룹은 15년 동안의 과학연구 경험과 자체 개발한 등온 증폭 미세유동 제어칩 검출 프랫폼을 기반으로 3일 만에 지카 바이러스 검출 시약 개발에 성공하였다. 지카바이러스 검출 시약을 이용하여 미세유동 제어칩 형식으로 지카바이러스에 대한 쾌속 검출을 실현할 수 있다. 또한 일반 검출 방법에 비하여 검출 속도가 빠르고 조작이 간단하며 수요되는 샘플량이 적으므로 여러가지 지표를 동시에 검출할 수 있는 장점을 보유하고 있다. 보아오그룹은 자체로 개발한 등온 증폭 미세유동 제어칩 검출 플랫폼으로 이미 병원체 검출 관련 칩을 개발하여 호흡기 감염과 관련된 13종 병원균, 22종 바이러스, 19종 설사 질환 병원체 및 35종 세균의 약물내성 유전자 등 병원체를 동시에 검출하였으며, 또한 환자의 샘플 채취로부터 검사보고를 얻는 시간을 2시간 이내로 줄여 임상 검사 효율을 대폭 향상시켰다.

2015년 중국 생명과학 분야 10대 성과

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최근, 중국과학기술협회 생명과학학회연합회는 18개 학회의 추천, 생명과학 분야 전문가들의 평가 및 연합회의 선정과 심사를 거쳐 2015년 “중국 생명과학 분야의 10대 연구 성과”를 아래와 같이 발표하였다(순서는 순위와 상관없음). 1. 중국과학원 식물연구소 중캉(種康) 연구원과 중국논벼연구소 쳰쳰(錢前) 연구팀은 논벼의 저온 감수·저항 메커니즘에 관한 연구를 통해 세계 최초로 식물 저온 센서를 발견하고 인공 순화에 의한 메벼 내한성의 분자세포학적 메커니즘을 규명하였다. 2. 우한(武漢)대학 쑹바오량(宋保亮) 연구팀은 세포내 콜레스테롤 수송에 관한 새로운 메커니즘을 발견하여 퍼옥시좀 이상 질병을 치료하는데 새로운 가능성을 제공하였다. 3. 베이징(北京)생명과학연구소 사오펑(邵峰) 연구팀과 샤먼(廈門)대학 한자화이(韓家淮) 연구팀은 각각 독립적으로 세포 염증성 괴사에 관한 새로운 메커니즘을 규명하여 자체 면역과 염증성 질환을 위하여 새로운 이론적 근거를 제공하였다. 4. 제3군의대학 쩌우취안밍(鄒全明), 중국식품약품검증연구원 쩡밍(曾明), 장쑤성(江蘇省)질병예방통제센터 주펑차이(朱鳳才) 등 교수는 공동으로 경구 “헬리코박터 파일로리(Helicobacter pylori, Hp) 백신을 연구 개발하여 만성 위염과 위암을 예방하는데 새로운 방법을 제공하였다. 5. 칭화(清華)대학 스이궁(施一公) 프로젝트팀은 이어맞추기 복합체(Spliceosome)의 3차원 구조 및 RNA 이어맞추기의 분자 구조에 관한 기초 연구를 진행하고 이어맞추기 복합체의 작업 원리를 구현하여 메카니즘을 더 한층 이해하는데 기반을 마련하였다. 6. 베이징(北京)대학교 생명과학대학 셰찬(謝燦) 실험실은 자기 수용체 단백질 MagR를 발견하고 생물체가 감수하는 자기장의 변화에 관한 분자 메커니즘을 규명하여 자기장에 의한 생물 대분자의 성질 조절을 촉진하는데 가능성을 제공하고 생물 천이의 비밀을 밝히는데 도움을 주었다. 7. 저장(浙江)대학 장촨시(張傳溪) 연구팀이 발견한 벼멸구의 긴 날개, 짧은 날개의 가소성 발육에 관한 분자 "스위치"는 곤충을 방제하는데 아주 중요한 가치가 있다. 8. 중국과학원 식물연구소 쾅팅윈(匡廷雲), 선젠런(沈建仁) 연구팀은 고등식물의 광화학계I-광수확 안테나(PSI-LHCI)의 결정 구조를 해석하여 작물의 광이용 효율 향상, 바이오닉 시뮬레이션, 태양에너지 이용을 위하여 이론적 근거와 중요한 경로를 개척하였다. 9. 베이징(北京)대학 탕푸처우(湯富酬) 연구팀은 베이징대학 제3부속병원 차오제(喬傑) 연구팀과 공동으로 발육과정 중의 인류 원시 생식세포 유전자의 발현 네트워크에 관한 후성유전학적 조절을 분석하여 초기 인류의 배 발생 관련 유전자와 후성유전학적 조절을 위하여 새로운 이론과 기법을 제공하였다. 10. 베이징(北京)대학 덩훙쿠이(鄧宏魁) 연구팀은 화학적 재프로그래밍 과정의 중간 상태 감정과 새로운 화학적 재프로그래밍 시스템의 구축을 통해 소분자 화합물에 의해 유도되는 체세포 재프로그래밍 메커니즘을 규명하여 재생의학에 새로운 가능성을 제공하였다.

중국과학원 신경과학연구팀, 세계 첫 유전자 조작 자폐증 원숭이 탄생

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최근, 중국과학원 신경과학연구소가 이끄는 연구팀이 자폐증 증상을 보이는 유전자 조작 원숭이를 만들었다. 이 실험 원숭이는 귀신에 홀린듯 맴돌면서 다른 원숭이를 외면하였으며 사람들이 주시할때 불안해하며 중얼거리는 증상을 보였다. 해당 원숭이는 인간 자폐 스펙트럼 장애와 관련된 1개의 유전자를 가지고 있었다. 이 원숭이가 자폐증에 대한 테스트 치료와 조사 과정에 새로운 생물학적 경로를 개척할 것으로 기대된다. 해당 연구 성과는 2016년 1월 25일 “Nature”에 탑기사로 상세하게 발표되었다. 자폐증은 다양한 증상을 나타내며 많은 유형으로 나눌 수 있다. 연구자들은 적어도 100종 유전자가 자폐증에서 작용을 일으킨다고 인정하고 있다. 최근 베이징대학(北京大學) 제6병원, 위생부 정신위생학중점실험실 등 의료기관의 연구팀은 Prex1로 명명한 유전자 결실이 자폐증과 유사한 증상을 유발함을 발견하였다. 이는 해당 유전자의 돌연변이가 자폐증 및 장기 우울증과 관련된다는 것을 입증한다. 중국과학원 연구팀이 자폐증 관련 유전자 MECP2에 초점을 두고 연구를 진행한 결과, 과잉 MECP2 유전자 카피를 보유한 인간(MECP2중복 증후군)과 일부분 MECP2 돌연변이를 지닌 인간(Rett 증후군)은 모두 대량의 자폐증 증상을 공유하고 있었다. 기존에 윈난성(雲南省)영장류바이오의학중점실험실, 퉁지대학(同濟大學) 의학원 등 연구기관의 연구자들은 이미 자폐증 관련 유전자를 지닌 유전자 조작 원숭이를 만들어 냈다. 그러나 처음으로 이러한 논문을 발표하여 이러한 유전자와 동물의 행동 사이 관련성을 입증하였다.2010년, 중국과학원 신경과학연구소 연구팀은 인간 MECP2 유전자를 무해한 바이러스와 연결시켰다. 그리고 해당 바이러스를 게잡이원숭이의 난자에 주입하여 수정시킨 후, 발육된 배아를 암컷 원숭이 체내에 이식하여 1~7개의 과잉 MECP2 유전자 카피를 보유한 8마리 유전자 조작 원숭이를 탄생시켰다. 1년 후 해당 원숭이는 신기한 방식으로 맴도는 자폐증 증상을 보였다. 맴도는 과정에서 만약 다른 원숭이가 앞을 막으면 그 원숭이를 뛰어 넘거나 에둘러 회피한 다음 계속하여 기존의 원형 궤도를 돌았다. 일련의 행동 테스트를 진행한 결과, 모든 유전자 조작 원숭이는 중복성 행동 혹은 원숭이 무리와 휩쓸리지 않는 등 적어도 1가지 자폐증 증상을 나타냈는데 이는 MECP2 중복 증후군 환자의 증상과 일치하였으며 수컷 원숭이가 해당 증상이 더욱 뚜렷하였다. 그러나 이러한 결과로 해당 원숭이가 자폐증 모델임을 확정할 수 없으므로 해당 연구팀은 2013년에 투고한 논문을 거절당하였다. 심사원들은 이러한 비정상적인 행동이 유전체를 아무렇게나 조작한 결과가 아닌지를 확인할 것을 요구하였다. 그러므로 연구팀은 유전자가 어느 위치에서 차이성을 조성하였는지를 입증할 필요가 있게 되었다. 연구팀은 아주 빠른 속도로 새로운 유전자 조작 원숭이를 만들었다. 이 원숭이가 27개월 되었을 때(성성숙 전) 쑨창(孫強) 연구팀은 수컷 원숭이의 고환을 채취한 후 거세한 생쥐의 등쪽 피하에 인공적으로 해당 조직을 이식하여 성숙시킨 다음, 생성된 정자를 비유전자 조작 원숭이의 난자에 수정시켰다. 탄생한 후대 원숭이는 약 11개월 되었을 때 원숭이 무리와 휩쓸리지 않는 증상을 보였다. 이 결과는 1세대 원숭이의 유전자와 증상이 모두 제2세대에 유전되었음을 입증하며 심사원들의 관점을 변화시켰다. 치우쯔룽(仇子龍) 연구팀은 유전자 조작 자폐증 원숭이 모델을 이용하여 MECP2 과발현이 대뇌의 어느 위치에서 이러한 문제점을 발생시키는지를 확인하였다. 연구팀은 대뇌 영상 기술로 원숭이의 해당 문제점 발생 위치를 정확하게 찾았다. 다음 연구팀은 CRISPR 유전자 편집 기술로 대뇌 영역 세포 내의 과잉 복제된 MECP2 유전자를 제거한 후, 원숭이 자폐증 증상의 소실 여부에 대한 검사를 시도하고 있다. 해당 기술이 빠른 시일 내에 인간에게 적용될 수는 없다. 그러나 뇌 심부 자극술과 같은 기타 기존의 치료 방법으로 원숭이에 대한 연구를 진행하는 과정에서 해당 영역을 감별할 수 있다. 또한 뇌 심부 자극술은 이미 파킨슨병과 우울증을 치료하는데 이용되고 있다. 생쥐의 대뇌 구조는 인류의 대뇌와 아주 큰 차이가 있으므로 원숭이에 대한 영상 기술은 아주 큰 범위에서 인류와의 평등한 비교를 구현할 수 있을 것으로 전망된다. 연구팀은 정신병원과 협력하여 중국인 가운데서 흔히 볼 수 있는 자폐증 관련 유전자에 대한 감별을 시도하고 있다.

중국 과학자, 해양에너지 발전기술 개발

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파도의 운동에너지를 전기에너지로 전환할 경우 재난을 가져오는 사나운 파도를 효율적으로 이용할 수 있게 된다. 중국의 과학자는 저주파 공진기에 의한 주기적인 배열이 파장이 아주 긴 파도를 막을 수 있고, 파도가 플로트(float) 배열에서 역중력(negative gravity)을 나타낼 수 있음을 규명했다. 최근 후신화(胡新华) 푸단대학 재료과학부 선진재료실험실 교수 주도 연구진은 해양 파도를 완전히 막고 파도에너지를 이용하여 발전할 수 있는 연구성과를 물리학 분야 권위지인 '피지컬 리뷰 레터(Physical Review Letters, PRL)'에 발표했다. 이 연구성과는 해일 다발국의 재해 예방과 감소에 중요한 의미가 있으며, 앞으로 해양에너지 발전을 위해 기술을 제공할 것으로 기대된다. 연구자는 메타물질(metamaterials)의 연구방법을 파도 연구로 넓혔으며, 이론분석과 수치계산을 통해 입사파의 주파수가 공진기 주파수 부근에 접근할 때 공진기 배열이 파도를 반사한다는 결론을 도출해냈다. 또 이와 같은 강한 반사가 공진기의 파도에너지 흡수효율을 극적으로 변화시킨다는 것을 규명했다. 파도가 플로트 배열을 통과할 수 없는 것은 그 주기적인 구조가 역중력 효과를 낼 수 있기 때문이다. 파도는 대량의 에너지가 함유되어 있어 효율적으로 이용할 경우 인류를 위해 기여할 수 있다. 현재 해외 파력발전소는 단일 공진기를 적용하는 것으로, ‘흡수 피크(absorption peak)’가 하나뿐이다. 그러나 이번 연구에서 채택한 공진기 배열은 두 개의 ‘흡수 피크’가 있다. 해외 파력발전소와 이번 연구에서 채택한 흡수스펙트럼은 서로 다르다. 연구자는 ‘슬롯 튜브’라는 특수한 공진기에 대해 시뮬레이션을 진행하고, 동요 감쇠플로트와 같은 기타 공진기도 같은 효과를 지닌다고 예측했다. 특수 설계된 플로트는 파도에너지 추출에 활용될 수 있으며, 또 부분적으로 파도를 막을 수 있는 것으로, 미래 파력발전소의 핵심부품이다. 연구자는 파도가 공진기 배열에서 전파효과가 있다는 완벽한 이론을 도출해냈고 또 이를 입증했다. 이 연구성과는 파도 흡수 효과와 반사 파랑을 정확하게 측정해낼 수 있으며, 해양에너지 발전기술 연구개발비를 대폭 줄일 수 있어 중국의 해양발전소 설립을 촉진할 수 있을 것으로 전망된다.

직접 메탄올 연료전지 기술의 진전

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5월 8일 중국과학원 장춘응용화학연구소의 863계획 과제 ‘직접 메탄올 연료전지(DMFC, Direct methanol fuel cell) 기술’이 과기부의 전문가 검수를 통과했다. 직접 메탄올 연료전지는 화학에너지를 끊임없이 전기에너지로 전환하는 신재생 청정에너지다. 높은 에너지 전환율, 안전하고 편리한 조작, 발전시간 장기유지의 장점을 지니고 있어 노트북컴퓨터, 전기자동차의 휴대용 중소형화 전원이나 충전전원에 특히 적합하다. 1960년대 초 등장한 이래 첨단기술 국제경쟁에서 핫이슈로 급부상했다. 중국과학원 장춘응용화학연구소는 1990년대 초에 벌써 중국 최초로 직접 알코올 연료 전지 연구에 착수해 전기화학적 촉매(Electrocatalyst), 전극반응과정, 프로톤 교환막 재료의 기초 및 변성, 촉매전극과 촉매전극/프로톤 교환막 복합체, 통합기계를 체계적으로 연구하였다. ‘10.5’(2006-2010년) 초에 중국 최초의 100W급 DMFC 전지스택과 DMFC 전기자전거 개발에 성공했다. 2007년 5월 장춘응용화학연구소와 중국과학원 대련화학물리연구소, 남경사범대학은 863계획 과제(직접 메탄올 연료전지 기술) 지원을 받았다. 3년간 연구과정에 촉매제 제조법을 개선하고 전극 및 MEA 제조공법을 최적화했다. 서로 다른 유동장(flow field) 및 전지구조의 전지 성능에 대한 영향을 연구하고 촉매제 제조 및 성능, 전극 및 막 전극 통합체 제조공법, 전지구조 개선 등에서 핵심기술을 개발했으며, 소형 공기흡입식(air-breathing)과 중형 능동식 DMFC 시제품을 조립하여 전기자전거, 휴대폰, 노트북컴퓨터 전원에 응용했다. □ ‘10.5’기간에 비해 혁신된 기술을 정리해보면 다음과 같다. - 순수한 산소 대신 공기를 사용하여 산화제를 제조 - 순수한 메탄올 공급을 실현하고, 시스템 대비 에너지 효율을 대폭 향상 - 전지스택의 부피 대비 출력(volumetric specific power)은 5배 증대 - 배기가스를 효과적으로 처리하고, 메탄올함량은 3.55×10-4mol/L에 불과 - 전지스택의 최대출력 375W, 운행 2,050시간 후 성능은 13.27% 저하, 에너지 전환율 43.85% - 80℃에서 작동 시 단일 전지의 최대 출력밀도 205mW/㎠ 과제 수행기간 국가발명특허 11건 신청, SCI에 발표한 논문은 41편이다. 이 연구 성과는 직접 메탄올 연료전지의 실용화와 산업화를 위한 중요한 기반을 마련하였다.

샤먼대학, 신형 태양전지 개발

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최근 샤먼대학 물리기계전기공정학원 캉쥔융(康俊勇) 교수 과제팀은 신형 태양전지 개발에 성공했다. 산화아연과 셀렌화아연이라는 두 가지 와이드 밴드갭 반도체 재료를 태양전지에 활용함으로써 태양전지의 성능을 크게 안정시키고 수명을 연장시켰다. 이는 세계 최초로 와이드 밴드갭 반도체를 태양전지에 응용한 사례이며, 이 성과는 최근 영국 왕립화학회의 <재료화학>저널에 발표되어 세계적인 주목을 모았다. 와이드 밴드갭 반도체란 실내 온도에서 밴드갭이 2.0eV보다 큰 반도체를 말한다. 물리화학에서 보면 밴드갭이 넓을수록 물리화학적 특성이 안정되고 방사선 저항력이 좋아지며 수명도 길어진다. 반면에 밴드갭이 짧으면 밴드갭 반도체소재의 태양광 흡수가 적고 광전 변환효율이 낮다. 이 '치명적인 단점' 때문에 와이드 밴드갭 반도체소재는 그동안 태양전지 발전에서 핵심구조가 아닌 전극으로 활용되었다. 최근 태양전지에서 실리콘계 태양전지가 많이 응용되고 있으나 수명이 짧은 문제점을 안고 있다. 이에 대응해 2005년부터 샤먼대학 반도체광자학센터의 전문가들은 안정적인 물리화학적 특성을 지니며 방사선 저향력이 뛰어나고 수명이 긴 와이드 밴드갭 반도체에 눈길을 돌리고 '와이드 밴드갭 반도체의 태양전지에서의 응용' 연구에 주력해왔다. 심층 연구를 거쳐 과제팀은 '전환'을 제한하는 두 가지 난제를 발견했다. 하나는 광전류를 형성하는지의 여부이고, 다른 하나는 와이드 밴드갭 반도체의 흡광도를 높일 수 있는지의 여부이다. 과제팀은 광전자의 흐름을 위해 와이드 밴드갭 반도체재료인 산화아연과 셀렌화아연을 태양전지의 재료로 선정하여 전류를 흐르게 했다. 흡광도의 경우 과제팀은 기존의 제조방식을 바꾸어 제어여건을 통해 산화아연과 셀렌화아연의 응집 성장을 실현하고, 최초로 신형 양자구조를 형성했으며, 와이드 밴드갭 반도체의 밴드갭을 대폭 줄이고 태양흡수 범위를 넓혔다. 또 스택모양의 박막 형태를 여러 갈래의 동축선 형태로 전환시켰는데, 동축선의 길이는 200nm에 불과하다. 이에 따라 태양 흡수면적이 대폭 증가하고 흡광도 역시 높아졌다.

세계 최초의 공업용 옥상 태양에너지 중고온 증기시스템 시운전에 성공

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5월 9일 황밍(皇明)공사에서 전해온 소식에 의하면, 공업에 응용할 수 있는 세계 최초의 옥상 태양에너지 중고온 증기시스템이 산둥성 더저우(德州)시 ‘황밍 중국 솔라밸리’에서 시운전에 성공했다. 이 시스템은 황밍공사가 개발한 ‘선형 프레넬반사’에 의한 집광․집열기술을 적용해 100—250℃의 공업용 열을 제공할 수 있다. 이 기술은 또 고온 열발전 영역의 응용에도 성공했다. ‘선형 프레넬반사’에 의한 집광집열 기술의 핵심은 코팅강관 및 시스템 통합기술이다. 집광집열장치는 태양 자동추적이 가능하며, 태양에너지를 수집하고 고온과 고압 증기를 생성하여 공업용 열을 제공한다. 시스템은 별도의 토지자원을 점용하지 않고 공장건물의 옥상에 설치할 수 있으며, 투자와 운영비가 저렴하다. 이러한 장점에 의해 황밍공사는 저온 생활용 열(40-80℃), 중온 산업응용(80-250℃), 고온 열발전(>250℃)의 태양열이용산업에서 ‘온도 대응, 단계별 이용’ 기술개발을 실현했다. 황밍공사 책임자 왕제(王杰)는 이 증기시스템은 태양에너지의 중고온 열을 공업적으로 생산하고, 특히 태양에너지보일러와 방직물 날염과 염색, 식품가공업, 제지업, 화학공업에 필요한 고온열 증기 또는 열공기공업에 대규모로 응용할 수 있는 기반을 마련했다고 소개했다. 현재 황밍공사는 산시(陕西)성, 산둥성, 상하이시의 많은 산업을 위해 태양에너지 중고온 응용시범프로젝트를 추진하고 있다. 이밖에 이 증기시스템에 적용된 코팅강관은 중온 유리진공 집열관의 온도와 압력 내성 성능이 낮은 문제를 해결했으며, 200-350℃의 공기 속에서 장기간 안정적으로 작동할 수 있고, 수명이 길어 대규모 산업 보급에 적합하다. 이 제품은 미국, 독일, 스페인, 호주 등지에 수출되고 있다. 관련 자료에 의하면, 중국의 공업용 에너지소비 가운데 열에너지가 약 53%를 차지하고 있다. 식품가공업, 제지업, 플라스틱제조업, 의약업을 포함한 8개 산업에서 열에너지소비의 10%가 태양에너지에서 공급될 경우 연간 에너지절감 규모는 2,663만톤의 표준석탄, 이산화탄소 감축량은 8,682만톤, 연간 생산액은 최소로 1,000억 위안 이상에 달할 수 있다.   <참조>   2010년 7월 18일 세계 최초의 옥상 태양에너지 고온 열발전소가 산둥성 더저우시 솔라밸리에서 건설에 착수했다. ‘황밍 선형 프레넬식 중고온 열발전소’로 명명된 이 발전소는 세계 최초로 공장건물 옥상에 건설하는 열발전소이자, 아시아 최대의 메가와트급 태양열발전소이기도 하다. 발전소의 설비용량은 2.5MW, 건설 후의 연간 발전량 525만kW로 3,600개 가정에서 한 해 동안 사용할 전기를 공급할 수 있다. 전통 화력발전소에 비해 연간 절약할 수 있는 에너지는 2,100톤의 표준석탄, 이산화탄소 감축량 5,234톤, 이산화유황 163톤, 질산화물 79톤, 먼지 입자 1,428톤이다.

중국공정원, 단층 그래핀 상온 삽입 박리 제조기술 감정 통과

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최근에 중국공정원 쑨진량(孫晉良) 원사를 비롯한 9명 전문가가 ‘단층 그래핀 상온 삽입 박리 제조기술’에 대한 감정을 통과하였다. 이 제조기술을 통하여 그래핀 생산 원가가 국외 동종제품의 1/10로 감소될 전망이다. 가장 얇은 2차원 나노재료인 그래핀은 단일 탄소원자로 배열되었고 그래핀 10만층 조각의 중첩 두께는 머리카락 한가락의 두께밖에 되지 않는다. 2010년, 영국의 과학자는 테이프를 연필심에 붙이는 방법으로 그래핀을 발견하였다. 그러나 이 기계적 박리법으로 제조한 그래핀의 재료 두께를 확정할 수 없으므로 그래핀 제조기술은 그래핀 산업에서 걸림돌로 되었다. ‘단층 그래핀 상온 삽입 박리 제조기술’은 난퉁(南通)웨이야(維亞)그래핀과학기술유한회사와 상하이그래핀신소재과학기술유한회사가 공동으로 개발하였다. 전문가가 감정한 결과, 해당 기술은 상온 조건에서 그래핀을 제조할 수 있으며 단층 그래핀 함량은 99%에 달할 수 있다. 또한 공법 효율은 기존보다 3배 향상되었으며 원가는 기존의 1/10로 감소되었다. 해당 회사는 2017년에 그래핀 100만톤을 생산할 전망이다. 그래핀 제조기술의 획기적인 성과는 그래핀 산업에 핵심적 도움을 주었다. 그래핀 핵심기술은 이미 획기적인 성과를 거두었고 2106년 시장 규모는 몇십억에 달하였으며 해당 신소재는 향후 에너지 저장, 전자, 광전자소자, 특수섬유 분야에서 큰 역할을 발휘할 것이며, 2018년에 그래핀 산업이 대폭발하고 2020년에 1,000억 규모로 성장할 것으로 전망하였다. 2016년 상하이에 그래핀 산업기술 기능형 플랫폼이 설립되었으며 10월에 생산 시험라인이 건설될 계획이다. 그래핀 제조기술의 획기적인 성과는 상하이 그래핀 산업발전의 돌파구가 될 것이다.

중국, 세계 첫 상온상압 수소저장·수소자동차 출시

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2016년 9월 17일, 세계 첫 상온상압 수소저장·수소자동차 전시차량인 “타이거하오(泰歌号)”가 우한(武汉)에서 출시되었다. 이는 중국이 “상온상압 수소저장 기술”을 파악하였음을 의미한다. 수소에너지는 에너지밀도가 매우 높은 청정성 신재생에너지로서 이론적으로 여러 가지 동력 설비에 광범위하게 활용될 수 있으나, 상온상압에서 저장이 어려운 것은 그 발전을 저애하는 주요 걸림돌이다. 중국 지질대학교(우한) 국가 첫 번째 “천인계획” 전문가 청한쑹(程寒松)교수가 이끄는 연구팀은 수소에너지가 상온상압에서 저장과 방출이 어려운 기술적 어려움을 극복하여 수소에너지의 상온상압 저장․운송 문제를 해결하였다. “타이거하오”로 명명된 수소자동차 공학 전시차량은 후베이성(湖北省), 우한시(武汉市), 중국 지질대학교(우한)가 공동으로 구축한 신형 과학기술 서비스 플랫폼——우한지질환경공업기술연구원유한회사 그리고 청한쑹 교수가 개발한 “상온상압 수소저장 기술”을 기반으로 하는 퉁지(同济)대학교, 장쑤(江苏)칭양(氢阳)에너지유한회사, 양쯔장(扬子江)자동차그룹유한회사와 공동 개발하였다. “타이거하오” 수소자동차는 상온상압 수소저장·수소에너지 동력시스템으로 구동한다. 상온상압 수소저장 기술은 수소저장 밀도가 크고 운송원가가 낮을 뿐만 아니라 신속하고 편리하며 안전하고 안정적인 등 장점을 갖고 있다. 또한 기존의 주유소 등 기초시설을 충분히 이용할 수 있고 수소저장재료는 여러 번 순환 사용할 수 있으며 원가우위가 뚜렷하다. 해당 차량은 무오염, 무소음이며 수소첨가 속도가 빠르고 순항거리가 길며 사용수명이 긴 등 장점을 갖고 있다. 수소자동차는 미래 자동차 산업의 발천추세이다. 상온상압 수소저장·“타이거하오” 수소자동차의 개발은 수소에너지가 자동자 영역에서의 산업화 응용 발전을 크게 촉진할 것이며 전통적 자동차 녹색 저탄소로의 전환 업그레이드에 도움을 줄 것으로 전망된다.

중국과학원 상하이규산염연구소, 대규모 신형 무기 내화지 개발 성공

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최근, 중국과학원 상하이규산염연구소의 주잉제(朱英傑) 연구팀은 최적화 성분 배합 방법과 제지기술을 통하여 대규모, 두께 조절 가능 및 국가 복사용지 표준에 부합되는 신형 무기 내화지 개발에 성공하였다. 관련 연구 성과는 표지 논문 형태로 “CHEMISTRY-A EUROPEAN JOURNAL” 학술저널에 발표되었다. 신형 무기 내화지는 전통적인 제지공법으로 제조되었으며 유연성이 높은 수산화인회석 초장 나노선을 원료로 사용하였다. 수산화인회석은 인체 뼈와 치아의 주요 무기 성분으로서 친환경적이고 고온에 잘 견디며 연소되지 않는다. 수산화인회석 초장 나노선은 강한 유연성과 양질의 흰색을 나타내므로 수산화인회석 재료의 고취약성 문제를 효과적으로 해결할 수 있으며 신형 무기 내화지를 구축하는 이상적인 재료이다. 2년간의 노력을 거쳐 주잉제 연구팀은 올레산칼슘 전구체 용매열 합성법(solvothermal method)을 개발하였으며 길이가 100미크론 이상이고 최대로 1000미크론까지 가능한 수산화인회석 초장 나노선을 제작하는데 성공하였다. 확대 제작기술은 중복성이 있다. 연구팀은 최적화를 통하여 신형 무기 내화지의 다양한 성능을 대폭 증가시켰다. 즉, 척도는 기존의 몇 cm에서 A3 크기(43cm×29.7cm)로 확대되었으며 주요 성능 지표는 국가 복사용지 표준에 달하여 일상 필기, 프린트 및 복사용지로 사용 가능하며 품질이 뛰어나다. 신형 무기 내화지는 생체 적합성이 우수하고 제작 과정도 친환경적이어서 대규모 응용 과정에서 환경오염을 초래하지 않는다. 외관적으로 내화지는 전통적인 식물 섬유지와 비슷하다. 내화지는 일상 필기, 프린트, 복사 등 기능 외에 독특한 고온 내성, 내화성 등 특성을 갖고 있어 내고온 특수용지, 내고온 서법 회화지, 내고온 라벨용지로 사용할 수 있으며 문서 등 주요 서류를 장기 보관하는데 사용될 수 있다.

중국과학원 전기공학연구소, 세계 첫 백미터급 철기반 초전도선 개발

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최근, 중국과학원 전기공학연구소 마옌웨이(馬衍偉) 연구팀은 세계 첫 100미터급 철기반(鐵基) 초전도선을 개발하였다. 해당 성과는 철기반 초전도 재료가 실험실 연구에서 산업화에로의 진입을 의미하며 중국이 철기반 초전도 재료 기술 영역에서 세계 선두를 달리고 있음을 의미한다. 2008년에 발견된 철기반 초전도체는 윗임계자기장이 최대로 100테슬라를 초과하며 또한 고자기장에서 여전히 초전도 무손실 전송 및 높은 통전(current-carrying) 밀도 특성을 유지할 수 있으므로 국제 초전도 분야에서의 연구 이슈로 떠올랐다. 현재 세계적으로 미국, 일본, 유럽 등 국가의 철기반 초전도선 제조는 아직 미터급 수준에 처해 있다. 백미터급 고성능 철기반 초전도선 제조기술은 철기반 초전도선 대규모 응용의 핵심이자 또한 철기반 초전도체 발전을 제한하는 주요한 기술적 어려움이다. 연구팀은 2008년 세계 첫 철기반 초전도 선재(線材) 개발에 이어, 철기반 초전도 재료의 성상 물리화학, 원소 혼합, 초전도 와이어 테이프 제재, 열처리 공법, 미시적 구조 등 분야에서 대량의 연구를 전개하여 원가가 비교적 낮은 파우더인 튜브(Powder-in-tube, PIT)방법으로 고성능 철기반 초전도 와이어 스트립을 제조하는 일련의 핵심기술을 파악하였다. 또한 철기반 초전도 와이어 스트립의 통전 성능 영역에서 계속 국제 선두 수준을 유지하고 있으며 완전한 자체 지식재산권을 보유하고 있다. 이를 기반으로 연구팀은 철기반 초전도 선재 규모화 제조 공법의 탐색 연구를 전개하였으며 초전도선에 대한 구조 설계와 가공 기술의 시험 최적화를 통하여 철기반 초전도선 규모화 제조에서의 균일성, 안정성과 중복성 등 기술적 어려움을 극복하여 최종 115m 길이의 (Sr,K)Fe2As2 철기반 초전도선을 제조하였다. 초전도선의 통전 성능 테스트 결과 양호한 균일성과 비교적 약한 자기장 쇠퇴 특성을 나타냈으며 10테슬라 고자기장에서의 임계전류 밀도는 12,000A/cm2를 초과하였다. 이로써 중국은 자체 지식재산권을 보유한 철기반 초전도선 제조 기술을 파악하였으며 강전기 분야에서의 실용화와 산업화를 위해 튼튼한 토대를 마련하였다. 철기반 초전도 재료는 공업, 의학, 국방 등 다양한 영역에서 광범위한 응용 전망을 갖고 있으며 “science”잡지는 현재 가장 큰 발전 전망 있는 신형의 고온 초전도체의 하나로 평가하였다. 향후, 중국과학원 전기공학연구소는 초전도선의 제조공법을 한층 더 최적화 하여 초전도 심지의 전류부하 성능을 한층 더 향상시켜 초전도체의 원가를 계속해서 줄임으로써 중국 초전도 산업사슬의 혁신적인 발전과 산업화 업그레이드에 새로운 동력을 제공할 예정이다.

태양에너지전지재료용 SnSe 나노와이어 화학합성연구 성과

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중국과학원 대련화학물리연구소 청정에너지국가실험실 태양에너지연구부, 촉매기초국가중점실험실 분자촉매·인시투특성연구팀(503팀)의 리찬(李燦)원사, 장원화(張文華)연구원이 이끄는 연구팀은 태양에너지전지 신소재 셀레늄화주석(SnSe)의 합성연구에서 성과를 올렸다. SnSe은 IV-VI족에 속하는 중요한 반도체로서 체상재료(body phase material)의 간접 밴드갭이 0.90 eV, 직접 밴드갭이 1.30 eV에 달해 태양광의 절대부분을 흡수할 수 있다. SnSe은 원료가 풍부하면서도 환경친화적이며 화학적 안정성이 높은 반도체재료로서 특히 나노사이즈는 신형의 태양에너지전지재료로 각광받고 있다. 연구팀은 용액화학의 우세를 이용하고 결정종 유도법(Seed-Induced Method)을 채택하여 최초로 20nm 직경의 SnSe단결정 나노와이어를 생장하는데 성공했고 길이는 수백nm에서 수십㎛까지 조정가능하다. 광스펙트럼 특성 연구결과 SnSe 단결정 나노와이어는 뚜렷한 양자제한효과를 나타내었다. 간접밴드갭과 직접밴드갭은 각각 1.12eV와 1.55eV에 도달하여 각각 태양에너지전지재료 Si와 CdTe의 밴드갭과 매우 접근한 것으로 해당 재료의 신형 태양에너지전지용 재료로서의 잠재력을 나타냈다. 연구팀은 중국과학원 장춘광학정밀기기연구소의 리우싱웬(劉星元)연구원과 협력하여 P3HT와 SnSe나노와이어 기반의 하이브리드태양에너지전지를 조립하였고 SnSe단결정 나노와이어의 광전기성능을 관찰하였다. 현재 이 제조방법은 국가발명특허를 신청하였으며, 연구성과는 Angew. Chem. Int. Ed., DOI: 10.1002/anie.201105614 온라인판에 발표되었다.

희토금속과 주족원소 질소이중결합의 형성연구 진전

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특정 M=N 이중결합을 함유한 앞전이금속말단 질소카르벤화합물은 중요한 금속화합물에 속한다. 미국 캘리포니아대학 Berkeley분교의 R. G. Bergman 교수와 MIT의 R. R. Schrock교수를 비롯한 세계 유명한 금속유기화학자들은 IVB족과 VB족 금속말단 질소카르벤화합물의 연구에 주력해왔고 중요한 성과를 올렸다. 하지만 그동안 희토금속(IIIB족)말단 질소카르벤화합물에 대한 연구는 다루지 않았다. 그 이유는 IVB족과 VB족의 금속이온에 비해 희토금속이온의 d궤도에너지등급과 질소카르벤의 p궤도에너지등급과의 정합성능이 떨어져 희토금속=질소이중결합이 불안정하여 희토금속말단 질소카르벤화합물의 활성이 지나치게 강하기 때문이다. 중국과학원 상해유기화학연구소 금속유기국가중점실험실의 천야오펑(陳耀峰)과제팀은 유기배위체의 전자효과와 입체효과를 토대로 희토금속이온 하드산, 큰 이온반경과 높은 배위수의 특성이 비추어 신형의 트리덴테이트 질소배위체를 설계하여 합성하였고 희토금속 알킬화합물합성을 통해 전자효과와 입체효과특성이 뛰어나다는 점을 입증하였다.(Organometallics 2008, 27, 758) 이를 바탕으로 연구원은 해당 유형의 배위체를 이용해 Lewis알칼리성 DMAP의 배합을 거친 후 첫 번째의 희토금속 말단 질소카르벤화합물인 스칸듐말단 질소카르벤화합물를 합성하는데 성공했고(그림1,A), 이러한 화합물에 대해 x레이 결정구조의 특성화와 DFT이론계산을 거쳤다. 관련 결과는 표지문장의 형태로 Chem. Commun., 2010, 46, 4469에 발표되었다. 더 나아가 새로운 테트라덴테이트 질소배위체를 설계하였는데, Lewis산이나 알칼리를 별도로 첨가하지 않고서도 희토금속 스칸듐말단에 질소카르벤화합물을 얻을 수 있다.(그림1,B) 반응성능 연구결과, 희토금속 스칸듐말단의 질소카르벤혼합물은 셀레늄, 이산화탄소 및 Phenyl cyanide, methyl methacrylate, isocyanate, epoxy propane 등 유기 소분자를 활성화할 수 있으며, 다양한 반응성능을 나타낸다는 것을 발견하였다.(Chem. Commun., 2011, 47, 743; Angew. Chem. Int. Ed. 2011, 59, 7677) 이번 연구는 적합한 배위체 설계를 통해 특정 희토금속과 주족원소의 이중결합을 함유한 금속화합물을 안정적으로 합성할 수 있음을 밝혔고, 희토금속과 기타 주족원소(C,P 등) 이중결합을 함유한 금속화합물의 합성을 위한 참신한 아이디어를 제공하였으며 반응성능에 대한 연구를 통해서도 희토금속=질소 이중결합의 독특한 성질을 규명하였다.

중국 최대의 국가거대과학기술인프라 - 파쇄중성자원 착공

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10월 20일 오전 광동성 둥관시(東莞市)에서 중국 최대의 국가거대과학기술인프라에 꼽히는 파쇄중성자원의 착공식을 가졌다. 이번 착공식에는 리우이엔둥(劉延東, 여) 국무위원, 왕양(汪洋) 광동성 당서기, 바이춘리(白春禮) 중국과학원 원장을 비롯한 관계인사가 참가했다. 리우이엔둥은 거대과학기술인프라는 국가의 종합과학기술실력을 구현하는 중요한 표지이며 국가혁신능력을 강화하고 국제과학기술경쟁에 참여하는 중요한 뒷받침으로서 과학기술의 전반적인 수준향상과 혁신형 국가건설에 있어서 중요한 의의를 지닌다면서, 이러한 배경에서 중국정부가 파쇄중성자원을 건설하는 것은 세계의 과학기술발전추세에 부응하고 거대과학기술인프라를 구축하여 과기기반능력을 높이기 위한 전략적 조치라고 강조했다. 바이춘리는 2011년은 12차5개년계획 추진의 원년이며, 중국과학원의 ‘지식혁신공정2020’ 실시의 첫해이며, 또한 파쇄중성자원공정건설의 중요한 시점인 만큼 중국과학원과 광동성과 공동 투자하여 건설하게 되는 파쇄중성자원공정은 개발도상국의 첫 번째 파쇄중성자원이 될 것이며, 세계 4대 펄스형 파쇄중성자원의 반열에 들어갈 것이라고 전망했다. 광동성 둥관시 다랑진(大朗鎭)에 위치한 파쇄중성자원프로그램은 지난 2007년 2월 중국과학원과 광동성이 공동 체결한 「중국과학원, 광동성인민정부의 중국 파쇄중성자원프로그램 및 광동성 둥관시 파쇄중성자원 국가실험실 건설에 관한 협력비망록」에 근거해, 총 16억7천만위안을 투자하여 2018년에 준공될 예정이다. 건설기관은 중국과학원 고에너지물리연구소이며, 중국과학원 물리연구소가 건설에 참여하게 된다. 이 프로그램을 건설하는데 초청한 전문가는 무려 600명에 달한다. 중성자는 투과능력이 강하여 물질의 미시구조를 탐구하는 중요한 수단이 되고 있다. 파쇄중성자원은 물질, 생명, 재료, 자원환경과 선진에너지 등 분야의 선행기초연구, 첨단기술개발 및 전략적 신흥산업을 육성하고 발전시키는데 필수불가결한 연구수단과 강력한 연구기반역할을 할 것으로 전망된다. ■ 파쇄중성자원 배경자료 ☞ 현재 가동중인 전 세계의 펄스형 파쇄중성자원 현재 전 세계적으로 가동중인 펄스형 파쇄중성자원은 영국의 ISIS, 미국의 SNS와 일본의 J-PARC을 꼽을 수 있다. 영국 Rutherford실험실의 ISIS는 8*1015cm-2s-1의 펄스형 중성자를 생성하는데, 그 펄스형 중성자선속은 선속이 최고수준인 원자로보다 에너지등급이 1개단위 높은 수준이다. ISIS는 양성자가속기빔의 출력을 160kW에서 240kW로 높였고 현재 두 번째 타깃스테이션을 건설중에 있다. 미국에서 오크리지국립연구소의 주도로 6대 에너지부 산하의 국립연구소가 공동으로 건설한 빔 출력이 1.4MW의 파쇄중성자원 SNS의 경우, 펄스형 중성자선속은 1017cm-2s-1에 달하며 투자규모는 14억달러이다. 일본원자력연구소와 고에너지가속기 연구기관이 총 18억달러를 들여 건설한 양성자가속기공동연구설비 J-PARC의 경우, 그중 1대의 3GeV RCS로 설계 빔출력이 1MW에 달하는 양성자빔을 파쇄중성자원을 구동하는데 제공된다. ☞ 중국 파쇄중성자원의 시스템구성 중국의 파쇄중성자원프로그램은 주로 1대의 80MeV 수소음이온직선가속기, 1대의 1.6GeV 고속순환 양성자 동기가속기, 2라인의 빔수송라인, 1개의 타깃스테이션, 3개의 분광계 및 상응한 부대시설과 공정이 포함된다. 중국파쇄중성자원시스템구성 표시도. 이온원에서 생성된 수소음이온빔은 RFQ (Radio Frequency Quadrupole) 을 통해 bunching과 가속된 다음 DTL(Drift-Tube-Linacs)로 빔에너지를 80MeV로 한층 더 높이며 수소음이온을 박리한 후 RCS(rapid cycling synchrotron)에 주입시켜 빔에너지를 1.6GeV로 끌어올린다. RCS로부터 방출된 고에너지 양성자빔흐름은 전송라인을 거친 후 텅스텐타깃을 쏘면 타깃에서 생성된 파쇄중성자는 다시 중성자유도관을 거쳐 분광계로 들어가 주요 고객기관이 실험연구하는데 공급된다. ☞ 파쇄중성자원의 주요 고객 현재 확정된 고객기관들로는 중국과학원 산하 9개 연구소의 70여개 연구팀, 22개 대학과 중국원자력과학연구원, 중국공정물리연구원 등 연구기관의 30여개 연구팀이 있다. 중성자산란은 기초과학연구와 응용기초과학연구외에도 공정과 공업분야의 응용수요도 매우 크다. 중국은 응집체물리, 화학, 재료, 생물과학, 중합체와 소프트물질, 지구과학, 기계가공공업, 핵물리, 양성자영상과 의학응용 분야에서 탄탄한 연구진과 연구기반을 갖추고 있는데, 이는 모두 CSNS의 잠재 고객이다.

국가나노과학센터 나노입자 자기조립 공동연구 중요성과

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무기나노입자의 제어가능한 자기조립은 거시적 척도에서 실제로 응용되는 가장 효과적인 루트이다. 국가나노과학센터 나노재료연구실의 탕즈융(唐智勇)연구팀은 2년만에 무기나노입자 조립의 제어가능성 제조와 기능성 조절제어를 중심으로 연구를 추진해왔다. 전단계 연구를 바탕으로(J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 2886-2888; J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 6006-6013; J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 8202-8206; Angew. Chem. Int. Ed. 2011, 50, 1593-1596; Angew. Chem. Int. Ed. 2011, 50, 5860-5864; Nano Lett. 2011, 11, 3174-3183; J. Am. Chem. Soc. DOI: 10.1021/ja205712a; Angew. Chem. Int. Ed. anie.201103762), 미국 미시간대학의 Kotov교수, Glotzer교수와 공동으로 다중분산(20-30%) 무기나노입자의 용액중의 제어가능한 자기조립에 성공하였다. 실험과 이론모의결과, 나노입자는 자체의 쿨롱척력(Coulomb repulsion)과 반데르발스힘(Van der Waals attraction)의 평형을 이용해 자가제한조립과정을 통해 독특한 ‘Core - shell’구조를 형성하며 고도의 단일분산성(7-9%) 수퍼 나노입자를 자발적으로 형성한다. 이러한 자가제한조립은 다양한 반도체재료(카드뮴 셀레나이트, 카드뮴 황화물, 아연 셀레나이트와 PbS 등)의 용액중의 제어가능한 조립에 적용되며, 또한 등방성 혹은 이방성 금/반도체 코어/쉘구조에도 응용된다. 이밖에 이 연구성과는 단일분산성 바이러스 등 생물체계와 중합체 등 유기 대분자 수퍼구조의 형성을 이해하는데 지도적 의의를 지닌다. 관련 연구결과는 Nature Nanotechnology(2011, 6, 580-587)에 발표되었다.