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우한 신종 코로나바이러스에 대한 연구 결과

2020년 1월 21일, 중국과학원 상하이파스퇴르연구소 하오페이(郝沛)/군사의학연구원 국가비상예방통제약물공정기술연구센터 중우(鍾武)/중국과학원 분자식물엑설런스센터 합성생물학중점실험실 리쉬안(李軒) 등 연구팀의 연구 성과가 "Evolution of the novel coronavirus from the ongoing Wuhan outbreak and modeling of its spike protein for risk of human transmission"란 제목으로 "SCIENCE CHINA Life Sciences"에 온라인으로 게재되었다. 해당 논문은 우한(武漢) 폐렴 발생을 야기시킨 신종 코로나바이러스의 진화 근원 및 2002년 광둥 "비전형성폐렴(사스)"의 SARS 코로나바이러스와 "중동호흡기증후군"의 MERS 코로나바이러스와의 유전적 진화관계를 서술하였다. 또한 우한 신종 코로나바이러스 spike-단백질 구조에 대한 시뮬레이션 연산을 통해 동 단백질이 사람의 ACE2 단백질과 작용하여 인간 감염을 매개하는 분자작용경로를 규명하였다. 해당 성과는 우한 신종 코로나바이러스의 잠재적인 사람 간 전염성을 평가함으로써 전염원 및 전파경로의 빠른 시간 내 확인, 고효율적 예방통제 전략 마련에 과학적인 이론근거를 제공하였다. 2019년 12월부터 후베이성 우한시에서 집중적으로 발생하기 시작한 원인불명의 폐렴에 대한 역학조사 결과, 해당 폐렴 병례는 우한시 "화난(華南)해산물시장"과 연관이 있는 것으로 나타났다. 다학제 통합진료 및 실험적 검사를 통해 우한 폐렴은 바이러스성 폐렴으로 확인되었고 2020년 1월 8일에 "우한폐렴" 병원균이 일종의 신종 코로나바이러스임을 기본적으로 확정지었다. 우한폐렴은 2002년 광둥에서 발생한 사스와 유사한 점이 많다. 양자 모두 겨울철에 발생하였고, 초기 병례는 동물교역시장에서 사람과 살아있는 동물과의 접촉에서 비롯되었으며, 알려지지 않은 코로나바이러스 병원균에 의해 유발되었다는 점이다. 2020년 1월 20일 18시 기준으로 중국 경내에서 누계 보고된 신종 코로나바이러스 감염 폐렴 병례는 224건, 그 중 확진병례는 217건(우한시 198건, 베이징시 5건, 광둥성 14건)이고 의심병례는 7건(쓰촨성 2건, 윈난성 1건, 상하이시 2건, 광시좡족자치구 1건, 산둥성 1건)이다. 중국 국외에서 보고된 병례에는 일본 1건, 태국 2건, 한국 1건이 있다. 감염환자 중 의료진 14명이 포함되는 등 해당 신종 코로나바이러스는 사람 간 전염 및 확산 추세를 보이고 있다. 2020년 1월 10일 우한 신종 코로나바이러스의 첫 번째 게놈서열 데이터가 발표되었고 그 후로 환자 몸에서 분리한 일련의 신종 코로나바이러스 게놈서열이 잇따라 발표되었다. 상기 게놈 데이터는 우한 신종 코로나바이러스의 진화 근원 및 발병 병리메커니즘 연구·분석에 중요한 자료를 제공하였다. 연구팀은 우한 신종 코로나바이러스와 SARS/MERS 코로나바이러스와의 관계를 밝히기 위해 상기 3종 코로나바이러스 게놈을 비교하였다. 그 결과 우한 신종 코로나바이러스는 SARS/MERS와 각각 평균 ~70%, ~40% 서열 유사성을 지님을 발견하였다. 그중, 다양한 코로나바이러스가 숙주세포와 작용하는 핵심 spike유전자(S-단백질 인코딩)는 더욱 큰 차이성을 나타냈다. 우한 신종 코로나바이러스의 진화 근원 및 가능한 자연계 숙주를 밝히기 위해 연구팀은 우한 신종 코로나바이러스와 기존에 수집한 대량 코로나바이러스 데이터에 대한 유전적 진화분석을 통해 우한 신종 코로나바이러스는 Beta코로나바이러스속(Betacoronavirus)에 속함을 발견했다. Betacoronavirus는 단백질로 둘러싸인 단일사슬 플러스가닥(plus strand) RNA바이러스로서 사람을 포함한 고등동물에 기생하며 감염시킨다. 계통수에서의 위치를 보면 SARS 바이러스 및 유사SARS(SARS-like) 바이러스 분류군과 인접해 있지만 결코 SARS/유사SARS 바이러스 분류군에 속하지 않는다. 흥미로운 것은 그들 진화에서 공동의 외군(outgroup)은 과일박쥐(fruit bat)에 기생하는 HKU9-1코로나바이러스라는 점이다. 따라서 우한 코로나바이러스와 SARS/유사SARS 코로나바이러스 공동의 조상은 HKU9-1와 유사한 바이러스이다. 우한 코로나바이러스의 진화 이웃 및 외군 모두 다양한 종류의 박쥐에서 발견된데 비추어 우한 코로나바이러스의 자연 숙주 또한 박쥐일 것으로 추정된다. 아마도 우한 코로나바이러스도 2002년에 사스를 유발한 코로나바이러스와 마찬가지로 박쥐에서 사람에 이르는 전염과정 가운데 알려지지 않은 중간숙주 매개체가 있을 가능성이 크다. 우한 신종 코로나바이러스와 SARS/MERS 바이러스와의 유전적 거리가 매우 먼 점을 감안해 연구팀은 우한 신종 코로나바이러스의 사람 감염 메커니즘 및 경로를 분석하였다. SARS/MERS 바이러스의 S-단백질은 각각 사람의 ACE2, DPP4 단백질과의 상호결합을 통해 사람의 호흡기상피세포를 감염시킨다. 연구팀은 우한 코로나바이러스와 SARS/MERS 바이러스 S-단백질의 숙주 수용체 상호작용 영역(RBD 영역) 비교를 통해 RBD영역에서 우한 코로나바이러스와 SARS 바이러스가 비교적 유사함을 발견하였다. 그러나 MERS 바이러스와의 차이가 큰 점에 미루어 S-단백질과 DPP4 상호작용적 사람 감염의 가능성을 배제하였다. 하지만 우한 코로나바이러스 S-단백질이 사람 ACE2와의 상호작용도 큰 어려움이 존재한다(이미 입증된 SARS 바이러스 S-단백질과 ACE2와 상호작용하는 5개 핵심 아미노산 가운데 4개가 우한 코로나바이러스에서 변화가 발생했다). 연구팀은 상기 문제를 해명하기 위해 분자구조 시뮬레이션 연산방법을 사용해 우한 코로나바이러스 S-단백질과 사람 ACE2 단백질 구조 맞물림 연구를 수행하여 놀라운 결과를 얻었다. 비록 우한 코로나바이러스 S-단백질 중 ACE2 단백질과 결합되는 5개 핵심 아미노산 가운데 4개에 변화가 발생하였지만 변화된 아미노산은 오히려 전체적으로 SARS 바이러스 S-단백질과 ACE2 단백질이 상호작용하는 오리지널 구조형태를 매우 완벽하게 유지하고 있었다. 우한 신종 코로나바이러스의 새 구조와 ACE2 단백질의 상호작용력이 소수 수소결합의 손실로 다소 저하(SARS 바이러스 S-단백질과 ACE2 상호작용에 비해 저하)되었으나 결합 자유에너지(binding free energy)는 -50.6 kcal/mol로 여전히 매우 높은 수준에 도달하였다. 동 결과는 우한 코로나바이러스가 S-단백질과 사람 ACE2와의 상호작용 분자 메커니즘을 통해 사람의 호흡기상피세포를 감염시킴을 입증한다. 해당 연구 성과는 우한 코로나바이러스가 사람에 매우 강한 감염력을 보유함을 예측함으로써 과학적인 예방통제, 예방통제 전략 구축, 검사/중재 기술수단 개발 등을 위해 과학적 이론기반을 마련하였다.

중국지우취안위성발사센터, 암흑물질 입자탐사용 위성 발사 성공

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2015년 12월 17일, 중국지우취안(酒泉)위성발사센터에서 ‘창장2호D(CZ-2D)’ 운반 로켓으로 암흑 물질 입자 탐사 위성을 성공적으로 발사했다. 암흑 물질 입자 탐사 위성은 우주과학 시범 프로젝트의 첫 우주 관측용 천문 위성이자 현재까지 관측 범위가 가장 넓고 에너지 분해능이 가장 양호한 암흑 물질 입자 탐사 위성이기도 하다. 그 과학적인 목적은 암흑 물질 및 우주선(Cosmic ray) 기원의 연구에서 핵심기술을 파악하고 감마선 천체의 연구에서 중요한 성과를 확보하기 위해서이다. 우주 과학은 항공우주산업의 중요한 구성 부분이자, 혁신 구동 발전 전략을 실행하는 최적의 착륙지점이기도 하다. 현재 항공우주공학기술의 혁신을 주체로 우주응용 및 우주과학을 양 주축으로 한 ‘일체양익(一體兩翼)’의 새로운 발전 전략을 대대적으로 추진하고 있으며 또한 우주과학, 우주기술, 우주응용 연구를 강화하여 협동연구개방의 새로운 과학 연구 혁신 시스템을 구축한 동시에 다중 국제적 협력 혁신 플랫폼의 건설을 강화하여 항공 우주 사업의 전면적이고 과학적이며 조화로운 발전을 추진하고 있다. 현재까지, 국방과학기술공업국에서는 SJ-5호, 지구-우주 탐사 프로그램, 중국-프랑스 천문 관측 위성, 경질 X-선 망원경 등 우주 과학 위성 프로젝트의 연구 제작에 참여하였으며 또한 대량의 민간용 위성에 우주 환경 탐사 시스템을 탐재하여 상관 실험 및 데이터 축적 업무를 수행하였으며 중국 최초로 지구외 천체의 탐사에 성공했다. 우주과학 시범 프로젝트는 중국 전략적 첨단과학기술 프로젝트로써, 우주과학 발전 전략 계획의 연구, 혁신 개념 연구 및 상관 탐사 기술의 사전 연구, 우주과학 위성 핵심 기술 연구, 우주 과학 위성의 연구 제작, 발사 및 운행 등을 전개한다. 암흑 물질 입자 탐사 위성은 국방과학기술공업국에서 발사 허가를 받았고 중국과학원에서 엔지니어링을 수행하였으며 중국과학원 산하 상하이초소형위성공정센터 및 중국항공우주그룹회사 산하 상하이항공우주기술연구원에서 위성 및 운반 로켓을 각각 연구 제작하였다.

신형 전기 동력 스포츠급 경항공기 RX1E 생산 허가증 획득

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2015년 12월 3일 선양(瀋陽)대학에서 중국에서 자체 제조한 신형의 전기동력 스포츠급 경항공기-루이샹(銳翔) 2인승 항공기(RX1E) 생산 허가증 수여식을 가졌다. RX1E 전기 동력 항공기는 현재 세계에서 유일하게 모델 설계 자격증(TDA)과 생산 허가증(PC)을 수여 받은 전기 동력 스포츠급 경항공기이다. RX1E 전기동력 항공기는 중국공정원 원사이며 선양항공우주대학 교장인 양펑톈(楊鳳田)이 이끌고, 랴오닝(遼寧)통용항공연구원에서 개발한 자체 지식재산권을 보유한 항공기이다. 해당 항공기는 2012년에 연구하기 시작하여 약 3년 동안의 노력을 거쳐 설계, 제조, 생산, 실험, 시험 비행, 비행 적응 등을 포함한 전부의 작업을 완성하였으며, 또한 중국 내외의 여러 차례되는 항공기 전시회에 참가하여 광범위한 관심과 우수한 평가를 받았고, 이미 28대 항공기 주문 계약을 체결하였다. RX1E 전기동력 항공기는 리튬 전지를 에너지원으로 하고, 희토류 영구자석 동기전동기를 동력으로 하며, 탄소섬유 복합 재료를 구조체로 하고, 30분 충전하면 45~60분 비행할 수 있으며, 순항 속도는 120 Km/h에 달하며 최대 비행 높이는 3,000m이다. 탑승 인원은 2명이며 비행사 훈련, 관광 여행, 비행 체험, 항공 대회 등 비행 활동을 진행할 수 있다. 해당 항공기는 친환경적 무소음, 무오염, 안전하고 편안함, 간단한 조종, 낮은 운행 원가 등 장점을 갖고 있다. 이는 중국이 전기 동력 경항공기 분야에서 국제 선진 수준에 도달하였음을 의미한다. 중국 국민 경제의 발전 및 저공 영역의 개방이 점점 성숙됨에 따라 일반 항공기의 시장 규모는 기하 급수로 증가되고 있고, 현재 중국에서 일반 항공 산업은 “급속한 발전” 추세를 보이고 있다. 루이샹 2인승 전기 동력 항공기의 성공적 개발 그리고 생산 허가증 획득은 중국의 친환경 일반 항공 산업이 세계의 앞자리에 들어섰음을 의미한다. 현재 랴오닝통용항공연구원에서는 이미 순수한 전기 동력 및 전부 복합 재료로 제조한 4인승 일반 항공기를 개발하고 있다.

중국 원격탐사 29호 위성 발사 성공

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2015년11월27일 5시24분, 중국 타이위안(太原) 위성발사센터에서 원격탐사 29호 위성을 탑재한 창정(長征)4호 병(丙) 운반로켓이 성공적으로 발사됐다. 이번의 발사는 창정계열 운반로켓의 219번째 비행이다. 원격탐사 29호 위성은 과학 실험, 국토자원 조사, 농작물 생산량 예측 및 재해 방지 등 분야에서 주로 사용될 예정이다. 이번에 발사한 위성과 운반로켓은 모두 중국항천과기그룹회사(中國航太科技集團公司) 산하의 상하이항천기술연구원(上海航太技術研究院)에서 연구 개발했다.

“라오스1호” 위성 발사 성공

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2015년 11월 21일 새벽, “라오스1호” 통신위성이 시창(西昌)위성발사센터에서 성공적으로 발사됐다. “라오스1호” 위성은 중국이 동남아시아국가연합에 수출한 첫 상업 위성으로, 라오스의 700만 인구를 위하여 양호한 위성방송 텔레비전·비상통신 서비스를 제공하고 파키스탄의 1R통신위성, 아태9호(亞太九號) 통신위성과 함께 공동으로 “우주 실크로드” 정보망을 구축할 예정이다. 중국항태과기그룹회사(中國航太科技集團公司) 제5연구원에서 연구 개발한 “라오스1호” 위성은 최초로 “동4S”플랫폼(‘东四S’平台)과 대량의 신재료, 신기술을 사용하여 위성 전체 효율을 대폭 향상시켰다. 1. “작은 부피, 큰 에너지” 로켓의 운반능력은 제한되어 있으므로 위성 자체의 체중을 줄여야만이 더욱 많은 과학탑재 시스템과 연료를 탑재할 수 있다. “라오스1호” 위성은 대량의 소형화, 경량화, 모듈화 기술을 사용하여 기존 “아태9호” 위성에 비해 체중과 크기가 모두 작아졌지만 성능은 오히려 향상되었다. 각 시스템의 건강 상태를 모니터링하는 설비를 기존의 20대에서 2대로 통합하여 무게를 30여 kg 줄였고 수신, 발사, 관측 제어 및 증폭 기능을 통합하여 추적 서브시스템의 무게를 40% 줄였다. 아울러, 1m2의 탱크에 1톤 이상의 추진제를 담을 수 있고 외벽 두께가 버스 IC카드 만큼 얇은 중국 최대 직경의 탱크를 연구 개발하여 탱크의 수명을 18년 이상으로 향상시킴으로써, “라오스1호”위성의 연속 15년 운행 가능하도록 하였다. 해당 탱크는 현재 세계에서 가장 얇고 수명이 가장 긴 탱크 제품이다. 2. 혁신 유전자로 튼튼한 프레임 구조 구축 연구은 최초로 자체적으로 배합한 시안산에사테르를 개발하였다. 기존의 재료에 비해, 시안산에스테르는 더 양호한 역학적 성능을 보유하고 있는 동시에, 원자산소, 복사 등 공간 환경의 영향에 대한 저항 능력을 갖고 있다. 연구팀은 최초로 우주 특수 재료의 요구를 만족시킬 수 있는 시안산 에스테르를 자체 배합하여 “라오스1호”의 튼튼한 프레임 구조를 구축하였다. 또한 탄소섬유 강화 재료와 기본 재료로 구성된 성능이 우월한 신재료를 개발하여 열악한 우주 환경에서 라오스1호를 보호하였다. 3. 최강의 인식감지로 자율 판단 태양 고에너지 입자, 공간 파편, 우주 폭발 현상이 빈번한 열악한 우주 환경을 드나드는 과정에 궤도이상 현상이 자주 발생하는 점을 감안하여, “라오스1호”를 위한 “최강 브레인”-종합전자분석시스템을 개발함으로써, 비상사태에서 자율적으로 처리하고 결정을 내리는데 도움을 주었다. 종합전자분석시스템은 원천기술 분담과정 중 컴퓨터와 데이터 관리 컴퓨터의 제어 기능을 포함하고 있으며, 위성이 우주에서의 운행방향, 에어컨, 솔라 세일(Solar Sails)등의 작동 제어 모두 해당 시스템에 의해 결정된다. 시스템 내부는 “분담 협력, 통일 지휘”의 완벽한 조합을 이루었다. 즉 종합관리유닛이 지휘를 담당하고, 2개 업무유닛과 1개 집행기관의 구동소자가 실행을 담당하고 있다. 즉, 위성의 전원에 문제가 발생하거나 에너지원이 곧 다 소모될 경우, 종합관리유닛은 제어시스템이 자세를 조정하도록, 태양 전지판이 태양을 향하여 비상 발전을 하도록 지시를 내려 위성의 안전을 보장한다.

중산대학, 줄기세포를 이용한 영유아 백내장 치료법 개발에 성공

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최근, 중산(中山)대학교, 캘리포니아대학교 샌디에이고캠퍼스약학대학(University of California, San Diego School of Medicine)의 연구팀은 재생의학의 새로운 기법으로 영유아의 선천성 백내장을 치료할 수 있는 방법을 개발하여 잔존하는 줄기세포로 기능성 수정체를 재생시킬 수 있도록 하였다(www.ebiotrade.com). 동물 및 소규모 인간 임상 실험에서 해당 치료 방법을 테스트한 결과, 기존의 표준 치료 방법에 비하여 수술 합병증 유발 위험이 아주 낮았고 또한 수술을 받은 12명의 어린이 백내장 환자에게서 재생된 수정체는 양호한 시각 기능을 나타냈다. 해당 연구 성과는 2016년 3월 9일 “Nature” 잡지에 온라인으로 발표되었다. 중산대학교와 캘리포니아대학교 샌디에이고 캠퍼스약학대학의 장캉(張康, Kang Zhang) 교수, 중산대학교의 류이즈(劉奕志, Yizhi Liu) 교수는 해당 논문의 공동 교신저자이다. 장캉 교수의 주요 연구 분야는 새로운 황반변성, 당뇨병으로 인한 망막병증과 유전성 망막 질환으로 인한 병원성 유전자 및 치료 방법 연구이며, 류이즈 교수는 30여 년간 안과 의료, 교육, 과학 연구 및 실명(blindness) 예방 사업에 종사하였고 중국에서 최초로 초음파 유화 및 인공수정체 삽입술을 결합하여 백내장 치료를 수행한 전문가이다. 선천성 백내장은 아동 실명을 유발하는 중요한 원인이며, 어린 환자가 태어날 때 또는 태여난지 얼마 안되어 수정체 혼탁 현상이 나타난다. 혼탁된 수정체는 광선의 망막 도달 및 시각 정보의 대뇌 전달을 저해하여 막대한 시력 손상을 유발한다. 기존의 치료 방법은 환자 나이 및 관련 합병증의 제한을 받으며, 대부분 아동 환자가 백내장 수술 후에 모두 시력교정 안경을 착용하여야 한다. 줄기세포 연구의 최종 목적은 생체내 줄기세포의 재생 잠재능력을 활성화시켜 조직과 기관 복원 및 질병 치료 효과에 달성하는 것이다.(www.ebiotrade.com) 연구 과정에서 장캉, 류이즈 교수 연구팀은 내인성 줄기세포의 재생 잠재능력을 이용하였다. 기타 줄기세포 방법과 달리, 해당 방법은 실험실에서 줄기세포를 구축한 다음 다시 환자의 체내에 주입하므로 병원체 전파와 면역거부반응 등과 같은 잠재적 장애가 발생하며, 내인성 줄기세포는 스스로 손상한 문제 부위에 자리를 잡는다. 인간 눈의 수정체 상피줄기세포(LECs)는 일생에서 부단히 생성되어 수정체 세포를 대체한다. 그러나 해당 세포의 생성 능력은 연령의 증가에 따라 쇠퇴된다. 기존 백내장 수술은 주로 수정체 중의 LECs를 제거한다. 영유아 체내에서 해당 잔류 세포는 비조직 재생을 진행하므로 유용한 시력을 생성할 수 없다. 동물 모델로 LECs의 재생 잠재능력을 검증한 후, 연구팀은 새로운 최소침습수술 방법을 개발하여 수정체낭(수정체가 기능을 발휘하는데 요구되는 형태를 부여하는데 보조적 작용)의 완전성을 보존하였으며 또한 LECs의 생장을 자극하여 물체를 볼 수 있는 새로운 수정체를 형성하는 방법을 찾았다. 연구팀은 백내장 질환 동물에 대한 테스트 및 소규모 인간 실험을 통하여 새로운 수술 기법으로 기존의 LECs로 기능성 수정체를 재생시킬 수 있다는 것을 발견하였다. 특히 인간에 대한 실험 과정에서 새로운 기술로 치료받은 12명의 2살 이하 영유아와 기존 표준 수술 치료를 받은 25명의 소아 환자를 비교한 결과, 표준 치료 대조 그룹의 수술 후 염증, 조기 고안압증, 수정체 불투명도 증가 발생율이 더욱 높았다. 새로운 수술 치료를 받은 12명 영유아의 합병증 발생율은 비교적 낮았고 회복도 더욱 빨랐으며 3개월 후 모든 환자의 눈에 모두 투명한 이중 볼록 수정체가 재생되었다. 해당 수술 기 기법은 인간의 새로운 조직 또는 기관의 재생 및 인간 질병을 치료하는 새로운 방법으로서 인간자체의 재생능력을 이용한 재생요법에 광범위한 영향을 미칠것으로 전망된다. 장캉 연구팀은 현재 연구 범위를 확장하여 노년성 백내장을 치료하는 방법을 탐구하고있다. 노년성 백내장은 세계적으로 실명의 주요 원인으로 꼽히고 있다. 지금 2,000만 미국 인구가 백내장 질병으로 시달리고 있으며 매년 약 400만건되는 인공 수정체로 혼탁된 수정체를 대체하는 수술을 진행하고 있다. 해당 수술 방법은 기술면에서 새로운 진전을 가져왔지만 수술을 받은 적지 않은 환자가 수술 후에 시력 감소 원인으로 시력교정안경을 착용하여야 만이 차운전 혹은 책읽기 등 작업을 수행할 수 있는 단점이 있다. 그러므로 향후 해당 방법을 한층 더 개선하여 환자에게 더욱 안전하고 더욱 좋은 치료 방법을 제공하여야 한다. 최근, 장캉 교수와 류이즈 교수는 협력하여 많은 중대한 연구 성과들 거두었다. 2014년 7월 장캉 교수와 류이즈 교수는 WNT7A와 PAX6이 각막 상피세포의 운명 결정 과정에서 아주 중요한 작용을 일으킨다는 것을 입증하였으며 또한 각막 질환을 치료하는 새로운 전략을 제안하였다. 해당 연구 성과는 “Nature” 잡지(중산대학교, Nature 잡지에 세포 운명 결정 인자 규명)에 발표되었다. 2015년 9월 장캉 교수와 류이즈 교수는 중산대학교와 캘리포니아대학교의 연구팀을 이끌고 녹내장의 유전학적 감수 민감성과 RGC 사멸 잠재적 메커니즘을 연결시켜 녹내장 발병 메커니즘의 중요한 이론을 제안하였다. 해당 연구 성과는 Molecular Cell 잡지(장캉, 류이즈 교수가 공동으로 녹내장 발병 메커니즘 규명)에 발표되었다.

중산대학교, TRIM9가 TBK1신호경로에서 DNA와 RNA 바이러스 유도 I형 인터페론의 생성 촉진

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최근 중산(中山)대학과 미국 휴스턴감리교병원(Houston Methodist Hospital) 연구팀은 TRIM9가 GSK3β를 끌어모아 TBK1 신호경로에서 DNA와 RNA 바이러스 유도 I형 인터페론의 생성을 우선 촉진한다는 것을 입증하였다. 해당 연구는 2016년 2월 26일 “Cell Research” 저널에 발표되었다. 해당 논문의 공동 교신저자는 중산대학의 “80후 세대” 박사학위과정 지도교수 추이쥔(崔雋)과 미국 Weill Cornell Medical College의 “미생물학·면역학”교수 겸 Houston Methodist Hospital 연구소의 염증·후성유전학센터 주임인 왕룽푸(王榮福) 교수이다. 추이쥔 교수는 선천 면역 시스템의 식별과 조절, 신호 전달 메커니즘과 질환 관련성 연구에 전력을 다하고 있으며 “Cell”, “Immunity”, “Nature immunology” 등 세계 최고 저널에 많은 중요한 연구 논문을 발표하였다. DNA 수용체 cGAS와 RNA 수용체 RIG-I 및 MDA5가 바이러스 DNA와 RNA에 의해 유도된 항바이러스 선천 면역 신호를 식별하는 과정에 I형 IFN은 하나의 중요한 구성 요소로 꼽힌다. 해당 DNA와 RNA 수용체의 활성화에 의해 각각 STING과 MAVS이 모집되고, 또한 STING과 MAVS에 의존하는 시그널 전달 캐스케이드(signaling cascade) 반응에 의해 TBK1 신호가 활성화된 후, IRF3/7과 NF-κB이 활성화된다. 그러나 지금까지 TBK1 활성화를 조절하는 메커니즘은 거의 밝혀지지 않고 있다. 연구팀은 TRIM9s이 I형 IFN 신호의 양성조절 인자임을 확인하였다. 바이러스에 감염될 경우, TRIM9s는 Lys-63 연결의 자기 폴리유비퀴틴를 겪게 되며, 플렛폼 역할을 통해 GSK3β과 TBK1을 연결하고 IRF3 신호를 활성화시킨다. 또한, TRIM9s는 바이러스 감염에 응답하고자 일부 염증 세포인자의 생성을 선택적으로 억제하나 I형 IFNs 및 IFN의 자극에 의한 유전자 발현에 대해서는 촉진작용을 한다. 해당 연구결과는 TRIM9s이 항바이러스 면역에서 이중 역할을 하며 염증 촉진반응을 평형시킴을 제시한다. 최근 몇 년 동안, “80후 세대” 교수, “85후 세대” 박사학위과정 지도교수와 같은 젋은 연구자들이 일부 대학과 연구기관에서 중요한 성과를 올리고 있다. 2015년 7월, 푸단(復旦)대학교 기초의학대학 부교수 겸 박사학위과정 지도교수인 리칭취안(李清泉) 연구원은 혈소판 트롬보포이에틴에 의해 유도된 대사 재프로그래밍이 대장암 CD110+ 암줄기세포(Tumor-Initiating Cells)의 간장으로의 전이를 촉진한다는 것을 입증하였다. 해당 중요한 발견은 “Cell stem cell” 저널에 발표되었다. 2015년 8월, 우한(武漢)대학 “청년천인(青年千人)” 특별초빙 교수 겸 박사학위과정 지도교수 중보(鐘波)는 바이러스 감염이 USP25 유도를 통해 TRAF3과 TRAF6를 안정시킴으로써 천연 항바이러스 반응을 촉진한다는 것을 입증하였다. 해당 발견은 “PNAS”에 발표되었다. 2016년 1월, 저장(浙江)대학 궈궈지(郭國驥) 교수가 이끄는 연구팀과 미국 하버드대학(Harvard University) 연구팀은 협력을 통해, 생쥐 배아 줄기세포의 단세포mRNA-seq 분석을 진행하였다. 연구 결과, 해당 세포가 반영하는 이질성이 혈청 배양에 의한 것임이 밝혀졌다. 해당 연구는 “Cell Reports” 저널에 발표되었다.

중국과학원 쿤밍(昆明)동물연구소, 기능을 다한 난세포에 생식세포를 재생

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최근 중국과학원 쿤밍동물연구소의 정핑(郑萍) 연구팀은 새로운 실험 방법(체내 세포 추적 기술, 체내 줄기세포 활동을 연구하는 신뢰성 있는 방법)으로 최초로 생리적 조건에서 포유동물 난소에 생식 줄기세포의 활동 및 난세포 재생이 존재한다는 생체증거를 제공하여 학계에 커다란 파문을 던졌다. 해당 연구성과는 Molecular human reproduction에 온라인으로 발표되었다. 해당 연구를 둘러싼 논쟁을 감안하여 Mol Hum Reprod 저널은 특별히 영국 에든버러대학의 유명한 교수인 Richard A. Anderson과 Evelyn E. Telfer를 초청하여 Replenishing the adult ovarian follicle population: a fresh look at dogma 제목의 특별 논평을 발표하였다. 논평은 해당 연구성과를 “새벽의 여명” (It seems increasingly likely that we may now be seeing the dawn of a new understanding of the basis of female fertility)에 비유하면서 높이 평가하였다. 고전 이론에 의하면 포유동물은 태어날 때 난소에서 이미 평생 필요한 원시난포를 형성하고 출생이후엔 새로운 난세포를 만들지 않는다. 하지만 최근 10년간 연구는 난소에 생식 줄기세포 및 난자 재생이 존재할 수 있다고 주장한다. 다만, 주로 체외 실험(세포의 배양과 이식)으로 얻은 이러한 증거는 생리적 조건에서 체내에 난소 생식 줄기세포가 존재하고 중요한 역할을 한다는 것을 입증할 수 없다. 난소 생식 줄기세포의 존재 여부와 난소 기능 유지에 대한 의미를 밝히는 것은 난세포 발생 과정에 대한 기존 상식을 뒤엎을 수 있다. 연구팀은. 먼저 성체 생쥐(2개월)의 난소 피질에 아직 난포가 형성되지 않은 생식 세포가 존재하고 이 중 일부 생식 세포는 원시적 미분화 상태(Oct4를 발현하지만, 분화 유전자 Dazl 혹은 Ddx4를 발현하지 않음)에 있다는 것을 확정하였다. 다음으로 제어 가능한 추적 시스템 Oct4-MerCreMer+/Tm, R26R-EYFPTm/Tm으로 Oct4를 발현하는 원시적 생식 세포에 대해 4개월 동안 체내 표적 추적을 진행하여 일부 YFP 표기를 한 생식 세포가 감수분열을 진행하는 동시에 원시난포를 형성(난세포 재생 현상)하고 극소수 YFP 표기를 한 생식 세포가 DNA 복제와 유사분열(줄기세포 특성)을 진행한다는 것을 지속적으로 관찰하였다. 해당 연구는 생리적 조건에서 포유동물 난소에 생식 줄기세포의 활동과 난세포의 재생이 존재한다는 주장에 첫 생체증거를 제공하였다. 정핑 연구팀의 박사과정 대학원생 궈쿤(郭琨), 리차오후이(李朝晖)는 해당 논문의 공동 제1 저자이며 이번 연구과제는 National Key Basic Research Program of China, Grant number 2012CBA01300, Chinese NSFC to P. Zheng (31571484)의 기금 지원을 받았다.

중국 첫 암유전 인자를 제거한 시험관아기 출생

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2016년 2월 28일, 단일세포 고처리량 서열분석과 핵형분석을 결합한 PGD(배아이식전 진단) 기술을 사용하여 다발성 내분비선종(가족성 갑상선 수질암)의 유전을 차단시킨 중국에서 처음으로 건강한 아기가 국제평화부유보건원에서 출생하였다. 이번 사례는 발병 유전자 전달 차단과 질병 간섭 면에서 제3세대 시험관아기 기술의 강력한 힘을 보여준다. 발병 유전자의 가족 유전을 차단할 방법은? 이(李)씨와 이씨의 아버지는 잇따라 갑상성암에 걸려 갑상선 절제술을 받았고 이씨의 고모는 치료를 늦춘 탓으로 갑상선암이 뼈에까지 전이되었다. 이씨 가계에 대한 유전자 검사 결과 이씨 가계 모든 환자의 갑상선암 병원성 유전자 RET 원암 유전자는 병원성 돌연변이 부위를 가지고 있었고 환자가 생육할 경우 발병 유전자를 후대에 유전시킬 확률은 50%였다. 이씨의 아내 오(吴)씨는 난관 등 요인에 기인한 불임증을 동반하고 있었다. 그들 부부는 보조 생육기술의 도움으로 가족성 종양 민감성 질환을 유전받지 않은 건강한 아기를 원하였다. 이에 비추어 국제평화부유보건원 황허펑(黄荷凤) 의료진은 단일세포 고처리량 서열분석과 핵형분석을 결합한 PGD 기술을 사용하여 가족성 갑상선 수질암을 차단하는 방안을 채택하였다. 배아 정밀 진단과 선별 그리고 순조로운 임신 의료진은 먼저 그들 부부 가계의 병원성 유전자 검증, 단일 림프구 검사 시스템 구축, 돌연변이 연쇄 부위 선별을 수행한 다음 배아 정밀 진단을 위해 단일세포 고처리량 서열분석과 핵형분석—두가지 기술 플랫폼의 2중 검증 방안을 구축하였다. 2015년 2월, 모든 절차의 정확도를 100% 보장하는 조건에서 난자를 추출한 후 배아 육성 및 선별을 통해 6개 배아에서 4개의 정상적인 배아를 선택하였다. 2개월 후 가족의 동의아래 생장 조건이 가장 양호한 제1번 배아를 오씨 자궁에 이식하였다. 임신 중기의 양수 검사와 출산전 유전자 진단에서 태아는 정상적인 동형접합체인 것으로 나타났다. 2016년 2월 28일, 오씨는 몸무게 3,060그램, 키 50센티미터인 여자아이를 출산하였고 신생아 평점에서 10점 만점을 받았다. 이는 단일세포 고처리량 서열분석과 핵형분석 기술의 연합사용을 통해 유전성 갑상선종 발병 유전자 RET 선별하여 건강한 아기를 출생시킨 중국 첫 사례이다. PGD의 업그레이드로 다양한 유전성 종양의 가계 전달 차단 과거 의학기술의 제한으로 유사한 상황에 처한 당사자는 발병 유전자가 후대에 유전되는 것을 꺼려 생육을 포기하거나 심지어 결혼까지 포기하였다. 출산전 유전자 검사 기술이 발전한 현재에도 정상적인 아기를 가지기까지 임산부는 반복 임신—출산전 유전자 검사—유도분만/생육의 과정을 여러차례 경험해야 한다. PGD기술의 발전과 더불어 종양 감수성 유전자가 후대에 유전되는 것을 애초에 차단하거나 또는 제거할 수 있게 되었다. 유럽생식의학회(ESHRE)의 통계에 따르면 국제적으로 PGD 기술을 통해 가족성 선종성 용종증, Lynch증후군, 신경섬유종증, 폰 히펠-린다우 증후군(Von Hippel-Lindau disease) 등 종양의 발생을 간섭할 수 있다. 최근 오스트레일리아와 중국 후난(湖南)성에서도 PGD 기술을 통해 부모의 BRCA1, RB(망막아세포종) 유전자 돌연변이를 각각 휴대하지 않은 건강한 아기를 출산했다고 보고된 바 있다. 단일세포 고처리량 유전자 서열분석이 PGD가 최종 해결방안으로 떠오르고 있다. 이 기술을 통하여 유전적인 불임증 부부들을 위하여 건강한 아이를 낳아 기르려는 노력들이 진행되고 있다. * PGD란? 이식전 배아 유전학적 진단(PGD)은 제3세대 “시험관아기” 기술이다. PGD는 체외수정-배아이식을 기반으로 파생한 새로운 생식유전기술이다. 일반적으로 배아를 모체내에 이식하기 전에 유전검사를 선행하고 유전학적 정상 배아를 선별한 다음 모체 자궁에 이식하는 기술로서 배아 자신의 염색체나 유전자 돌연변이로 인한 유산 또는 유전성 질환 아기의 임신/출산을 방지한다. 아울러 유전병 결함 아기 생육 고위험 미래 부모가 건강한 아기를 생육할 수 있게 한다.

공업신식화부 스마트그리드와 특고압 송전망 구축에 박차

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3월 26일, 중국전력기업연합회 주관으로 개최된 '2011년 경제상황 및 전력발전 분석 예측회의'에서 쑤버(苏波) 공업신식화부 부부장은 신에너지 장비산업과 관련 핵심기술 개발에 주력해 저탄소 녹색성장을 촉진해야 한다고 밝혔다. 그는 이러한 목표를 달성하기 위해 고효율 청정석탄 발전장비, 특고압 송전기술, 스마트 그리드 등 3대 업종을 대대적으로 발전시켜야 한다고 명확히 제시했다. 이는 공업신식화부 고위 인사가 최초로 스마트그리드와 특고압 송전망에 대해 공식적으로 언급한 것이어서 주목받고 있다. 쑤버 부부장은 신에너지장비 분야에서 자체 지재권 보유 태양전지 및 태양열 이용 장비, 메가와트급 태양광 발전소 인터버 및 제어시스템, 메가와트급 풍력발전장비와 핵심부품 설계, 제조 기술을 본격적으로 발전시켜야 한다고 지적했다. 아울러 원전 분야에서는 첨단 원전 프로젝트를 통해 원자력발전 장비와 서비스산업의 발전을 촉진하고 대형 단조물, 압력용기, DCS(분산제어시스템), 원전용 밸브, 펌프의 자체 제조능력을 제고할 것을 요구했다. 저탄소 녹색성장과 관련해서는 고효율 청정석탄 발전장비와 특고압 등 대용량 첨단 송전기술・장비를 대대적으로 발전시켜 대규모 송전망 구축에 따른 전선 소모를 줄이고, 전력 공급자와 소비자가 양방향으로 실시간 정보를 교환해 송배전 효율을 최적화하는 차세대 전력망인 스마트그리드 사업을 강화해야 한다고 강조했다. 또한 스마트그리드 표준시스템 구축과 기타 신에너지장비 연구개발을 강화할 것을 제시했다. 쑤버 부부장은 중국의 태양광전지 생산량이 세계 1위이나 스크린인쇄기, 고온 소결로 등 핵심설비는 여전히 수입에 의존하고 있어 독자적인 연구개발력 강화가 시급하다고 덧붙였다.

특고압 송전공정 ‘12.5규획’에 편입

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투자규모 두 개의 삼협공정 해당 국가전력망공사(State grid)에 따르면 중국은 특고압 송전공정을 이미 '12.5규획'에 편입시켰다. 3월 16일 발표된 '12.5' 계획 요강에서는 대규모 송전망 구축 필요성과 신에너지 발전에 의해 생산된 전력을 기존의 전력망에 맞물리는 계통연결의 중요성이 부각되면서 현대화 전력망체계 구축 및 '서전동송'(西電東送) 규모 확대, 특고압 등 대용량과 고효율 및 원격 송전기술을 적극 발전시킬 것을 제시했다.그리고 정보, 제어, 에너지저장 등 첨단기술을 바탕으로 스마트 그리드 구축에 박차를 가하고 도시와 농촌의 전력망 구축 및 개조사업을 활성화하며 전력망의 최적화 배치능력과 전력공급의 신뢰성을 향상시킬 것을 요구하고 있다. 장커샹(张克向) 국가전력망공사 발전기획부 전문가는 제일재경일보(第一財經日報)와의 인터뷰에서 원자력발전, 풍력발전, 수력발전 등 신에너지 발전은 모두 특고압 전력망 구축이 뒷받침되어야 한다고 밝혔다. 2020년 중국의 풍력발전 설비용량은 1.5억kW 이상에 달할 것으로 추정되며 현재 8대 풍력발전기지의 설비용량은 전체의 80%를 차지하고 있다. 그중 5대 풍력발전기지는 화북, 서북, 동북지역에 위치해 있으며 신강, 감숙, 내몽고, 길림 등지의 풍력발전 설비용량만 8,000만kW에 달하고 있어 풍력발전에 따른 전력 소비가 큰 관심사로 떠오르고 있다. 따라서 이들 지역에서 생산된 전력을 화북, 중부지역으로 공급하기 위해서는 특고압 전력망 구축이 시급한 상황이다. 중국은 '12.5'기간 삼종삼횡(三纵三横) 특고압 교류 송전망과 11개 특고압 직류 송전망 구축에 삼협공정의 2배에 해당되는 5000억 위안을 투입할 계획이다. 그 중 특고압 교류 송전망에 대한 투자가 투자액의 2/3을 차지한다. 그러나 이에 앞서 전문가는 중국 정부의 특고압 송전공정 가운데 특고압 교류 송전망 투자에 대한 막대한 비용으로 수익 창출이 어렵다고 우려했다.

'12.5' 태양열산업 발전전망

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중국은 열에너지가 전체 에너지 소비량의 약 50~55%를 차지하고 있으며, 태양열 보급 활성화는 대체에너지 개발, 에너지안보, 저탄소 녹색성장을 실현하는 중요한 요소로 작용하고 있다. 중국은 '11.5'계획기간 태양열산업이 고속 성장을 거듭했으며 '12.5'계획기간에도 이러한 성장세를 지속 이어갈 것으로 전망된다. 1. '12.5'기간 태양열산업 발전목표 중국은 기술개발 강화, 응용분야 확대, 산업구조 고도화, 시장 확장을 향후 10년간 태양열산업의 발전목표로 하고 있다. 따라서 2020년에는 태양열이 전체 에너지 소비량에서 차지하는 비중이 크게 늘어나고 이산화탄소 배출량 40~45%를 감소한다는 목표치를 달성함에 있어서도 큰 기여를 할 것으로 예상된다. 태양열산업 발전계획에 따르면 2015년과 2020년 중국의 태양열산업 연간 생산량은 각각 13500만㎡, 27300만㎡에 달하고 연간 생산액은 각각 1,800억 위안, 3,800억 위안에 달하며, 태양열 온수기 설치면적은 각각 4.0억㎡, 8.0억㎡에 달하고, 태양열 에너지가 재생에너지 및 전체 에너지 소비량 중 차지하는 비중은 각각 16%, 2%에 달하며(표준 석탄 기준으로 1.22억 톤에 해당하며, 이산화탄소 배출 2.62억 톤 감소), 수출액은 각각 5억 달러, 10억 달러에 달할 것으로 추정된다. 이러한 목표를 달성하기 위해서는 신소재, 신공법, 신제품, 신장비 연구개발 강화 및 중국시장에 적합한 유리 진공관 태양열 온수기 보급 확대에 역점을 두고 아래와 같은 8개 기술개발에 주력해야 할 것으로 보인다. 구체적으로 첫째, 태양열 온수기 저온활용 요소기술로 집열, 열저장, 메카트로닉스, 건물일체형, 제어기술, 둘째, 고성능 평판형 태양열 집열기, 셋째, 분체형 태양열 온수 시스템, 넷째, 태양열 온수·난방 시스템, 다섯째, 태양열 중/고온 집열 장치, 여섯째, 태양열 주택, 태양열 조리기, 일곱째, 농업분야 태양열 응용기술, 공기집열기, 태양열을 이용한 건조기술, 해수담화 및 공업용 온수 기술, 여덟째, 태양열 에어컨, 태양열 발전기술 등이다. 또한 태양열 응용분야를 확대하는 동시에 선진 장비와 기업경영제도를 도입해 산업구조 고도화를 촉진하고 선두기업을 육성하고 관련 산업사슬을 완비하며 설계, 설치, 유지보수가 가능한 태양열 온수기 시공업체를 적극 육성하고 판매 대리상, 전문점, 백화점 등 유통채널과 서비스체계를 정비할 예정이다. 한편 건물일체형 태양열시스템과 태양열 난방 공사를 통일적으로 계획, 설계, 설치, 점검 및 관리하고 설치조건에 부합되는 신규 건물에는 태양열 온수기를 설치할 것을 요구하고 있다. 아울러 정부의 가전하향 정책과 녹색 마을 시범사업과 연결시켜 농촌지역 태양열 온수기 확대 보급을 추진함과 더불어 해외시장 개척에도 적극 나설 계획이다. 따라서 2020년 중국의 태양열 온수기 수출액은 10억 달러를 상회할 것으로 추정된다. 2. '12.5'기간 태양열산업 육성정책에 대한 건의 '12.5'계획기간 태양열산업 발전목표 달성을 위해 아래와 같이 건의한다. 첫째, 태양열산업이 국가 에너지체계에서 차지하는 전략적 지위를 명확히 한다. 중국은 태양열산업에서 독자적인 지적재산권을 보유하고 있으며 연간 생산량과 전체 보유량 부문에서 독보적인 우위를 확보하고 있다. 또한 친환경, 에너지 절감, 배출 감소에도 크게 기여하고 있다. 따라서 정부는 태양열 온수기를 에너지절감제품, 친환경제품에 포함시키는 등 태양열산업에 대한 지원을 강화하는 것이 바람직하다. 둘째, 태양열산업 육성정책을 마련하는 것이 시급하다. 구체적으로 1) 세제지원정책: 태양열 온수기업체는 하이테크기업이자 친환경기업이며 이들을 대상으로 금융, 재정, 대출, 세수 등 방면의 지원책을 강화하는 것이 필요하다. 2) 건물일체형 태양열 온수기 보급정책: 중국은 2008년부터 일부 시범지역을 중심으로 건물일체형 태양열 온수기 보급정책을 실시해 왔으며 현재는 실시범위가 점차 전국으로 확산되는 추세이다. 따라서 재생에너지법과 각지의 구체적인 실정을 토대로 건물일체형 태양열 온수기 실시세칙 마련이 시급하다. 3) 보조금 지원정책: 태양열 온수기 기술개발, 도시와 농촌의 건물일체형 태양열 온수기 보급 및 설치 등을 대상으로 보조금 지원정책을 마련해야 한다. 특히 공업생산에서 태양열 온수장치 도입을 적극 독려하고 그중 날염, 방직, 식품, 제약, 제지, 가죽 등 중/저온 온수기제조업체들에 대해서는 강제적인 도입정책을 실시하고 에너지절감・배출감소 효과에 따라 보조금을 지원하는 방법을 강구해야 한다. 4) 태양열 온수/난방기술을 건물에너지절감기술에 포함시키고 각종 우대정책을 제공해야 한다. 5) 중고제품을 새 제품으로 교체할 때 보조금을 지원하는 태양열 온수기 이구환신(以舊換新) 정책을 실시해야 한다. 셋째, 선두기업 육성에 주력한다. 향후 3~5년간 태양열 온수기 연간 생산규모를 400만㎡로 끌어올리고 독자적인 기술력과 국제 경쟁력을 갖춘 5~10개사에 달하는 핵심기업을 중점 육성하여 규모화 생산을 실현해야 한다. 현재 태양열 온수기 제조업체는 주로 베이징, 산둥, 장쑤, 저장, 광둥, 윈난 등지에 집중돼 있다. 따라서 중부지역, 허베이, 허난, 동북, 서부 등지를 중심으로 약 40억 위안을 투자하여 생산규모가 2000여만㎡에 달하는 신규 산업기지를 구축함으로써 태양열 온수기 산업화 수준을 높여야 한다. 또한 핵심장비 연구개발에 대한 지원을 강화한다. 최근 몇 년간 중국은 유리진공 집열관, 세척장비, 물탱크, 보온소재 등 자동화 생산설비 개발에 성공하고, 생산효율을 30%~40% 향상시키고 에너지 절감률을 20%~30% 끌어올렸다. 그리고 최첨단 핵심기술 연구를 집중적으로 지원하는 '과푸양광계획(夸父阳光计划)' 등을 통해 중국의 태양열산업의 선두지위를 고수해야 한다. 마지막으로 시범프로젝트를 추진해 시장수요를 견인해야 한다. 전국적으로 1,000개 현, 현당 10개 마을을 선정해 보조금을 지원하는 방식으로 약 45억 위안을 투입해 총규모가 300만 ㎡에 달하는 태양열 공중목욕탕을 건설하는 '천현만촌양광(千县万村阳光)' 프로젝트를 추진해야 한다. 태양열 온수기 보급 확대를 위해 '백성양광계획(百城阳光计划)'을 가동하고 전국 600개 도시 중 100개 도시를 선정해 시범사업을 실시함으로써 이들 시범 도시에서의 태양열 온수기 보급률을 30%로 늘려야 한다. 한편 공농업 생산에서 태양열 온수응용공정을 추진해야 한다. 특히 날염, 제지, 방직, 의약, 식품 등 업종에서는 중/저 온수를 대량 사용하는 태양열온수시스템을 보급시켜 에너지절감과 배출감소를 도모해야 한다.

메틸알코올에서 저탄소 알켄을 제조하는 신기술 산업화로 매진

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중국은 독자적인 연구로 '메틸알코올에서 저탄소 알켄을 추출 제조하는 새로운 기술(DMTO-Ⅱ)' 개발에 성공하고, 2010년 10월 26일 베이징에서 이를 산업화하는 계약을 체결하였다. 중국 산시석탄업화공그룹(陕西煤业化工集团), 중국과학기술원 다롄화학물리연구소(中科院大连化学物理所), 시노펙 뤄양석유화학공정공사(中石化洛阳石化工程公司)는 산시푸청청정에너지화공유한공사(陕西蒲城清洁能源化工有限公司)와 정식으로 계약을 체결하였다. 산시푸청청정에너지화공유한공사는 중임을 짊어지고 석탄 이용 메틸알코올 연간 생산량을 180만 톤으로, 메틸알코올 이용 알켄 연간 생산량을 67만 톤으로 끌어올릴 예정이다. 선화(神华)기업은 2011년 1월 1일 내몽고 바오타우(包头)에서 60만 톤 규모의 석탄 이용 알켄 제조 산업화시범프로젝트를 정식 가동하고, 상업화 운영에 들어갔다. 이번에 산업화에 성공한 MOTO-Ⅱ기술은 산시석탄업화공그룹과 중국과학원 다롄화학물리연구소 등이 공동 개발한 것으로 대내외적으로 큰 주목을 받고 있으며, 2011년 1월 19일 중국과학원 원사와 중국공정원 원사들에 의해 2010년 중국 10대 과학기술 대표성과로 선정되었다. 류중민(刘中民) 중국과학원 다롄화학물리연구소 부소장은 본지와의 인터뷰에서 "중국과학원 다롄화학물리연구소는 1980년대 초부터 세계 에너지 발전추세를 예의주시하면서 DMTO 연구팀을 구성하고, 30년간 연구개발을 지속적으로 추진해온 결과 오늘과 같은 수준에 이르렀다."고 밝혔다.

난징공업대학교, 세계 최고 효율의 페로브스카이트 LED 소자 개발

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최근, 난징(南京)공업대학교 황웨이(黃維) 원사, 왕젠푸(王建浦) 교수가 이끄는 연구팀은 다중 양자우물(Multiple quantum well, MQW) 구조를 보유한 페로브스카이트(perovskite) LED를 설계하고 제조하였는데 그 소자의 효율과 안정성은 국제 동기 재료의 성능을 훨씬 초과하였으며, 페로브스카이트 재료 및 그 발광 영역에서의 연구에 새로운 방향을 제시하였다. 연구팀이 개발한 LED 소자 외부 양자 효율은 11.7%에 달하였는데 이는 현재 페로브스카이트 LED 효율의 세계 최고기록이다. 해당 연구 성과는 2016년9월 26일에 국제 최고급학술저널인 ‘Nature Photonics’에 게재되었다. 현재 OLED 소자는 효율이 낮고 안정성이 부족하며 제조 원가가 높은 등 문제점이 존재하여 OLED 확장 응용 범위를 제한하고 있다. 고효율 페로브스카이트 LED 공법은 더 간편하고 에너지 소모가 낮으며 재료 친화성이 강한 특성으로 말미암아 향후 산업화를 실현하면 광범위한 시장전망을 갖게 된다. 연구팀이 개발한 고효율 페로브스카이트 LED는 유기․무기 복합화 페로브스카이트 재료를 함유하고 있으므로 유기․무기 반도체 재료의 장점을 동시에 보유하고 있다. 첫째, 일반적으로 무기 LED 발광튜브는 포인트식 발광에 속하여 디스플레이 장치로 될 수 없고 OLED만이 디스플레이 장치로 될 수 있다. 그러나 페로브스카이트 LED는 기존의 무기 LED와 달리 디스플레이 장치로 될 수 있으며 화면 색채가 더 다채롭다. 둘째, 페로브스카이트 LED는 조명에 사용할 때에도 그 장점이 뚜렷하다. 기존의 LED 실내조명을 점상발광으로부터 표면발광으로 개선하여 실내 광선이 눈을 자극하지 않아 자연광에 더 근접함으로써 편안함을 증가시켰다. 기존의 무기 LED는 소면적 제조가 가능하지만 해당 성과를 이용할 경우 천장판 크기와 유사한 큰 면적으로 제조할 수 있어 기존의 무기 발광재료에 비해 결함밀도가 낮고 발광효율이 높으며 색채 순도가 양호한 등 장점을 갖는다.

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.

고에너지물리연구소 BEPCII 비상용 캐비티 연구진전

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중국과학원 고에너지물리연구소는 7월 7일부터 8일새벽까지 북경양음전자충돌기(BEPCII) 비상용 캐비티중 두 번째 캐비티에 대한 수직측정을 마쳤다고 밝혔다. 4.2K의 조건에서 캐비티 전압은 2.3MV, 캐비티의 품질계수는 Q0=1.2E+9에 도달하여 설계요구(캐비티 전압 1.5MV, 캐비티 품질계수 Q0=5E+8)보다 우수하며 첫 번째 비상용 캐비티의 측정지표(캐비티 전압 1.8MV, 캐비티 품질계수 Q0=1.12E+9)를 초과하여 국제선진수준에 도달하였다. 이는 올해 들어서 첫 번째 비상용 캐비티의 수직측정에 성공한데 이은 또 하나의 중요한 진전이다. 초전도 캐비티 주파수의 포집· 록킹(locking)에 성공하였고 각종 표준화측정과 Q0~Eacc특성에 대한 측정을 마쳤다. 두 번째 비상용 캐비티의 수직측정결과는 고에너지물리연구소의 500MHz초전도 캐비티 몸체의 연구제작수준을 크게 높였으며 BEPCII 초전도 비상용 캐비티의 고출력시험에 필요한 중요한 기반을 다졌다.

서안광학정밀기기연구소 마이크로나노광자학 연구 진전

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마이크로나노광자학은 주로 마이크로나노스케일의 광학과 물질과의 상호작용 법칙 및 빛의 발생, 전송, 조절제어, 측정, 감지 등에서의 응용을 연구하는 학과이다. 마이크로나노광자학 서브파장부품은 광자 집적도를 효과적으로 높일 수 있어 전자칩과 같이 광자부품을 사이즈가 매우 작은 단일 광학칩에 집적시킬 가능성이 있다. 새로운 마이크로나노광자학 영역에 속하는 나노표면플라즈마학은 주로 금속나노구조에서 빛과 물질과의 상호작용을 연구한다. 사이즈가 작고, 속도가 빠르며 회절 한계를 극복할 수 있어 전자학과 광자학을 나노스케일에서 완벽하게 결합시킨 차세대의 창의적인 광전기술기반으로 각광받고 있다. 금속-매체-금속 F-P 캐비티(Cavity)는 가장 기본적인 나노 플라즈마 도파(Waveguide)구조로서 로컬필드(Local field) 강화와 공진필터의 특성을 지니고 있어 나노필터, 파장분할 다중화기(WDM), 광스위치, 레이저 등 마이크로나노 광부품을 만드는 기초이다. 하지만 나노플라즈마구조가운데 금속 캐비티 고유의 손실과 에너지 반사로 인해 F-P캐비티는 파장분할 다중화기 응용에서 투과효율이 낮은 관계로 실제로 응용하기에 불편하다. 이러한 문제점에 비추어 중국과학원 서안광학정밀기기연구소 순간광학 및 광자기술(transient optics and photonics) 국가지정중점실험실의 리우쉐밍(劉雪明), 루화(陸華), 궁융캉(宮永康) 연구원 등이 관련 연구를 추진했다. 현재까지 Optics Express, Optics Letters, J. Opt. Soc. Am. B, Applied Physics B 등 저널에 10여편의 논문을 발표했다. 최근 연구원은 표면플라즈마 F-P 캐비티 파장분할 다중화기의 투과효율을 높이는 더블 캐비티 역방향 간섭상 제거법을 고안해냈다. 이 방법은 캐비티의 에너지반사를 효과적으로 극복할 수 있어 입사광이 완전히 채널쪽으로 투과 가능하며 투과효율을 극대화하였다. 이 설계방법은 소음광의 피드백도 효과적으로 억제하는 효과를 보았다. 한편으로 연구팀은 결합모드방법을 응용해 이러한 설계방법의 타당성을 검증하였다. 이 파장분할 다중화기는 현재 보도된 F-P 단일 캐비티 공진필터 기반의 파장분할 다중화기의 투과효율을 50%이상 높인 것으로 나타났다. 연구논문은 2011년 6월 20일 Optics Express에 발표되었다. (논문제목: Enhancement of transmission efficiency of nanoplasmonic wavelength demultiplexer based on channel drop filters and reflection nanocavities) 이 논문은 미국광학학회(Optical Society of America, OSA)의 주목을 받았고 6월 27일에 “Image of the week”로 선정되었다.

중국과기대 다중금속 나노튜브 및 복합나노촉매제 설계 및 제작 진전

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환경의식이 강화되고 자연자원에 대한 인식이 깊어지면서 화석에너지 등 재생불가능자원에 대한 의존도를 줄이기 위한 저오염 고효율 연료전지의 연구가 주목받고 있다. 하지만 연료전지촉매제의 비용이 높고 반응활성이 낮으며 안정성이 떨어지는 등의 단점으로 인해 산업화응용이 제약받고 있다. 최근 몇 년 중국과기대의 위수훙(兪書宏)교수가 이끄는 과제팀은 촉매제의 계면작용 및 표면원자구조와 성분에 대한 조절제어를 통해 타당한 신형의 촉매제 재료설계의 새로운 경로를 모색하였고, 연료전지 나노촉매제의 계면과 표면설계에서 성과를 올렸다. 관련 연구결과는 Angew. Chem. Int. Ed., J. Am. Chem. Soc., Chem. Sci., Adv. Mater., ACS Nano, Chem. Commun., J. Mater. Chem. 등 많은 저널에 발표되었다. 금속/산화물계면은 전자구조가 변화되기에 촉매제의 촉매활성이 효과적으로 높아진다. 하지만 전기화학적 환경에서 非귀금속의 서로 다른 산화상태의 촉매활성에 미치는 영향에 대해서는 검증하기 매우 힘들며 동시에 촉매제의 전기화학적 산화환원반응활성을 높이고 과산화수소의 부식을 극복하며, 불완전 환원으로 인한 에너지손실은 모두 시급히 해결해야 할 문제로 나서고 있다. 이러한 배경에서 연구팀은 셀프지원형(self-supporting) 다중금속 촉매제 나노튜브의 제조기술을 발전시켰고 Pd-Au-Cu 성분의 신형의 나노입자튜브 촉매제를 합성하는데 성공하였다. 이 촉매제는 높은 비표면적과 전기화학적 활성을 지닌다. Pd-Cu 성분비교결과 금(Au)을 첨가하면 구리(Cu)원소의 산화동의 형성을 촉진하지만 금(Au) 원소를 첨가하지 않으면 Pd-Cu 성분은 산화제일동을 형성하는 경향이 강한 것으로 나타났다. 연구를 통해 산화동은 산소흡착에 더욱 유리하며 게다가 전자수송의 매개체로서 산화환원능력을 높인다는 것을 발견하였다. 또한 이 3차원 촉매제는 과산화수소의 환원에 대한 촉매작용이 뛰어나며 과산화수소에 대한 내부식성도 띤다는 것도 발견하였다. 따라서 촉매제는 산소환원과 과산화환원의 이중기능을 지니며, 산소/과산화 환원의 촉매제로 삼을 수 있어, 산소가 수용액에서 용해도가 한정된 문제(과산화수소는 용액에서 매우 높은 농도를 유지할 수 있음)를 극복하였고 촉매효율을 높였다.(그림1,2) 이 연구성과는 영국 ‘화학통신’과 독일 ‘응용화학’(Chem. Commun. 2010, 46, 940-942; Angew. Chem. Int. Ed. 2010, 49, 9149-9152)에 발표되었다. 연구팀은 계면 제어성 Pd-Au 나노입자튜브촉매제를 설계하여 귀금속 계면의 촉매활성에 미치는 영향을 연구하였다. 이 촉매제는 전기촉매 에틸알코올 산화의 촉매활성을 뚜렷이 높였고 강한 안정성을 나타내었다. 연구결과, 전기촉매활성의 제고는 독립된 금속성분과는 직접적인 선형 비례관계를 나타내지 않으나 바이메탈(쌍금속) 이질계면과는 직접적인 관계가 있음을 발견하였다. 금(Au)성분이 증가되고 계면의 수량이 증가되면서 금속-금속계면과 표면의 전자구조가 변화되기에 촉매제의 전기촉매활성에 영향을 미쳤다. 따라서 재료설계를 통해 촉매활성이 높아지는 근본적인 원인이 전자구조의 변화(계면작용)로 인한 것임을 실험으로 입증하였다. 이러한 효과는 촉매활성과 계면구조간의 관계를 이해하는데 도움이 되며 고효율 촉매제 재료를 설계하는데 근거와 참조가 된다. 관련 연구성과는 미국화학회 ACS Nano 2011, 5, 4211-4218에 발표되었다. 연구팀은 또 멀티스텝 템플릿방법을 고안하여 최초로 셀프지원형 Pt 나노선/박막의 거시적 제작을 하였고(macroscopic quantity preparation), 연료전지촉매제 재료로서의 Pt박막의 탁월한 성능을 선보였다.(그림3,4) Pt 나노선/박막의 산화환원촉매활성은 각각 Pt/C와 Pt 블랙의 2.1와 1.8배이다. 상용화된 촉매제와 비교하였을 때 셀프지원형 Pt나노선/박막 촉매제는 안정성을 크게 높였으며, 고효율 양성자 교환막 연료전지의 개발을 위한 기반을 다졌다. 이 연구는 독일의 ‘선진재료(Adv. Mater)’(Adv. Mater. 2011, 23, 1467-1471)에 의해 ‘매우 중요한 논문’으로 평가되었다.

상해마이크로시스템정보기술연구소, 실리콘광기술 연구진전

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최근 중국과학원 상해마이크로시스템 및 정보기술연구소 정보기능성재료 국가중점실험실의 SOI과제팀은 광자학연구분야에서 세계적인 주목을 받는 성과를 올렸다. 연구논문은 5월 20일에 출판된「Physical Review Letters」[저자: 두쥔지에(杜駿杰), 왕시(王曦), 저우스창(鄒世昌), 간푸완(甘甫烷) 등]에 발표되었고, Editors’ Suggestion으로 선정되었다. 이 연구는 업계의 주목을 받고 있으며, 미국물리학회는 physics.aps.org에 특별보도도 하였다. 빔의 칩 제어는 중요한 이론적 의의와 실제 응용가치를 지닌다. 전통적인 광학이론에 의하면 빔이 만곡될 때 경로의 곡률반경은 파장보다 커야 한다. 일부 연구자들은 표면 플라즈몬, 높은 굴절률 입자배열 등의 근접장 방식을 이용하면 이러한 한계에서 벗어날 수 있다는 관점을 제기한 바 있다. 전파도중에 있는 빔의 경우에는 더욱 복잡한 구조로 이러한 서브파장의 빛을 편향시켜야 한다. 본 연구성과는 단일입자의 공명발생시 공명방식의 서로 다른 대칭성(그림1a와 1b)을 이용하여, 단지 몇 개의 입자로 구성된 단층배열을 형성하기에, 빔은 90도의 만곡(제로곡률반경)이 발생 가능하며(그림1d) 게다가 만곡된 빛과 입사광은 법선의 같은 측면에서 음의 굴절현상이 나타났다. SOI과제팀은 실리콘베이스 광자부품, 광학칩 집적기술, 실리콘칩 집적기술 등의 실리콘베이스 광자학연구분야에 주력해왔다. PRL에 발표한 연구성과는 고도로 집적된 실리콘베이스 광자학에서 중요하게 응용될 것으로 전망되며, 관련 연구에 전혀 새로운 광제어원리를 제공하였다. 이는 2010년 3월 과제팀이 표준CMOS공정플랫폼을 이용해 10Gbps 속도의 실리콘 광변조칩을 개발한데 이어 광전자학연구에서 올린 또 하나의 성과이다.