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은하계 밖 산소 최초 발견

중국과학원 상하이천문대 왕쥔즈(王均智) 연구팀은 "마카리안 231(Mrk 231)" 은하 내부에 천체생명학 및 성간물질 변화에 필수적인 분자인 산소가 존재함을 발견하였다. 해당 성과는 "Astrophysics"에 게재되었다. 산소는 생명유지에 있어 매우 중요한 물질이다. 우주에서 산소의 존재비는 수소와 헬륨 다음으로 높다. 천문학계는 분자산소(molecular oxygen)가 항성 간 공간에 보편적으로 존재할 것으로 예측하고 있지만 현재로 은하계 밖에서 산소를 발견하지 못했다. 이번에 큰곰자리 성좌에 위치한 지구와 약 5.6억 광년 떨어져 있는 Mrk 231 퀘이사에서 발견된 산소는 지금까지 과학계가 탐지한 태양계 밖 최다량의 산소이자 은하계 밖에서 최초로 발견된 산소이다. 하지만 무엇 때문에 성간공간(interstellar space)의 산소 함량이 예상치에 훨씬 미치지 못하는지는 여전히 수수께끼이다. 연구팀은 스페인과 프랑스에 위치한 전파망원경으로 2.52밀리미터 파장의 복사를 발견하였는데 이는 산소 존재의 지표이다. 해당 복사가 산소에서 비롯되었음을 증명하기 위해 연구팀은 해당 검출 파장과 유사한 파장을 방출할 수 있는 다양한 분자를 연구하였다. 그 결과, 산소를 제외한 기타 어떤 분자도 우주에 나타난 적이 없음을 발견하였다. 해당 발견은 지금까지 과학계가 탐지한 태양계 밖 최다량의 산소이다. 기존에 천문학계는 은하계 내 오리온성운 및 뱀주인자리성운 내부에서만 산소를 관측한 적이 있다. 산소 형성이 가능한 오리온성운일지라도 그 내부 산소량은 수소량의 100만분의 1밖에 안 될 정도로 매우 적다. Mrk 231 내부에서도 수소가 주도적 지위를 차지하지만 산소 존재비는 오리온성운 내부 산소량의 100배에 달한다. Mrk 231의 산소는 은하원반(galactic disk) 주변부에 존재한다. 이로부터 학계는 Mrk 231이 오리온성운보다 더 강한 산소 형성과정을 겪었을 것으로 해석하고 있다. 대량 항성 생산공장인 Mrk 231에서 새항성 생성속도는 은하계의 100배에 이르며 매년 방출하는 기체 총질량은 700개 태양질량에 해당한다. 은하중심에서 유래한 고속회전 기체는 아마도 은하원반 내 기체와 충돌하여 물얼음을 먼지입자로부터 박리함으로써 산소를 형성한다. 반대로 산소 분자가 방출하는 복사는 기체 냉각을 도와 그 중 일부 기체를 더 쉽게 붕괴시킴과 아울러 은하 내에서 더 많은 새항성을 생성시키는 등 은하의 활력을 유지시킨다. 성간분자 특히 산소와 같은 천체생명학 및 성간물질 변화에 있어 매우 중요한 분자를 탐색하는 것은 전파천문학의 첨단과제이다. 반세기에 가까운 우주전파 분자탐색 역사에서 거둔 몇 차례 성공적인 관측은 모두 은하계 내에서 이루어졌다. 은하계 밖 외부 은하 내 산소에서 발송되는 신호는 일정 정도 적색편이(Red shift)를 간과하는 전제 하에 도플러효과로 인해 지구 대기를 관통할 수 있으며 따라서 지상 대형 망원경을 통한 탐지가 가능하다. 연구팀은 전파망원경으로 수신한 미약한 신호에 대한 분석을 통해 산소 존재비 증가를 일으킬 가능성이 있는 은하로 Mrk 231을 선정했고 비로소 성공적으로 산소를 탐지하기에 이르렀다. 해당 연구는 분자산소를 이용한 관측을 통한 은하핵부 격렬한 활동이 모은하(host galaxy)에 대한 피드백 연구에 새로운 길을 개척했다.

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.

광둥의대 약학대학, 나노 인공 적혈구로 암을 정밀 치료하는 기술 개발

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최근, 광둥(廣東)의과대학교 약학대학 박사 정밍빈(鄭明彬), 중국과학원 선전(深圳)첨단기술연구원 차이린타오(蔡林濤), 마이판(馬軼凡) 등 전문가들은 나노 인공 적혈구 가시화 기술로 암(cancer)을 정밀 치료하는 분야에서 획기적인 성과를 거두었다. 해당 연구 성과는 국제 최고 학술지 “Scientific Reports”에 발표되었다. 연구팀은 중합체에 탑재된 감광제(인도시아닌그린)-산소 운반체(헤모글로빈) 복합물, 적혈구막과 유사한 인지질층 피복을 이용하여 산소 탑재 및 산소 방출 기능을 보유한 인공 적혈구를 구축하였다. 헤모글로빈, 산소와 감광제를 탑재한 나노 인공 적혈구는 종양 내부에 침투하여 종양 내부의 산소 부족 미세환경과 산소 공급 부족이 광동력 치료 장애에 미치는 영향을 해결하였으며, 레이저 조사로 세포 사멸 유도 단일상태산소(singlet oxygen)와 고원자가 철-헤모글로빈을 생성하여 종양의 고효율 치료를 구현하였다. 종양 산소 부족은 고형종양 미세 환경의 주요 특징이며, 산소 부족은 종양의 악화를 촉진하여 화학 요법, 방사선 요법, 광동력 치료 등 의료 수단의 효과를 감소시키며 또한 종양의 약제 내성 및 종양 침입·전이를 일으킨다. 나노 인공 적혈구는 산소를 종양에 운반하여 방출하므로 직접 산소를 종양 내부에 전달하여 종양 치료 효과를 향상시킬 수 있다. 나노 인공 적혈구 치료 방법으로 또한 “가시화”를 구현할 수 있다. 감광제, 산소헤모글로빈을 탑재한 형광 혹은 빛·소리 신호는 종양 부위의 감광제와 산소의 농도 및 대사를 실시간으로 모니터링 할 수 있으므로 가시화, 비침습적으로 치료 과정을 확인할 수 있다. 현재 해당 연구는 이미 동물 실험 단계이며 생쥐에 대한 치료 효과가 아주 이상적으로 나타나고 있다. 고농도 산소, 고압산소실 등 요법으로 항종양 면역을 활성화시킬 수 있으며 또한 종양 세포가 화학 요법, 방사선 요법, 광동력 치료 등에 대한 내성을 감소시킬 수 있다. 나노 인공 세포는 더욱 고효율적으로 산소를 탑재하고 종양 내부에 진입하여 산소가 참여하는 화학 요법, 방사선 요법, 광동력 치료 및 면역 치료 등에 새로운 보조적 수단을 제공할 것으로 전망된다.

페이강 원사, 중의약으로 노인성 치매 치료

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최근, 중국과학원 상하이(上海)생명과학연구원 생물화학·세포생물학연구소, 퉁지대학교(同濟) 페이강(裴鋼, Gang Pei) 원사, 지난대학교(暨南) 자오젠(趙簡, Jian Zhao) 박사 연구팀은 전통적인 중의약 원지(Radix Polygalae) 및 그 활성 성분 원지 사포닌 B(Onjisaponin)가 β-아밀로이드 단백질의 생성 감소 작용과 인지장애 개선 작용을 갖고 있다는 것을 입증하였다. 해당 연구 성과는 “PLOS ONE” 잡지에 발표되었다. 페이강 교수는 1999년 중국과학원 원사로 당선되었고 2001년 제3세계과학원(The Third World Academy of Sciences, TWAS) 원사로 당선되었으며 주로 세포 신호전달·조절 분야의 프런티어 기초 연구를 수행하고 Nature, Cell, Nature medicine 등 최고 학술 간행물에 100편이 넘는 논문을 발표하였으며 해당 논문은 이미 SCI에 수록된 전문 학술지에 천여차례 인용되었다. 그리고 치우스과학기술기금회(Qiu Shi Science & Technologies Foundation) “걸출청년학자상”, 허량허리(何梁何利) 과학기술진보상, 국가자연과학 2등상, 상하이시자연과학 1등상 등 상을 수여받았다. 알츠하이머병(AD)은 일종 진행형 신경퇴행성 장애이며 세계에서 가장 보편적인 치매 증상으로서 그 임상 표현은 진행형 기억 상실 및 심한 인지 기능 장애이다. β 아밀로이드 단백질(Aβ)이 형성한 아밀로이드반(amyloid plaque)은 AD의 주요한 병리현상이다. 다양한 연구 사례로 Aβ의 생성·응집을 직접 감소시키거나 Aβ의 분해·제거 촉진을 통하여 대뇌 Aβ를 감소시켜 AD 증상을 경감시킬 수 있다는 것을 입증하였다. Aβ 폴리펩티드는 β-세크레타제(BACE1)와 γ-세크레타제로 β-아밀로이드 전구 단백질 APP를 촉매 분해하는 과정에서 생성된다. 2015년 8월 페이강 원사, 자오젠 박사 및 중국과학원 상하이약물연구소의 난파쥔(南發俊) 연구원은 협력하여 방향성 γ-/β 세크레타제의 상호 작용으로 β-아밀로이드 단백질의 생성을 감소시킬수 있다는 것을 입증하였다. 해당 연구 성과는 Cell Discovery 잡지(페이강 원사가 권위적 학술지에 알츠하이머병 연구 새로운 성과 발표)에 발표되었다. 치매 치료에 줄곧 중의약을 사용하였으며 또한 중의약은 인지장애 예방 그리고 학습과 기억력 개선 작용이 있다는 것이 입증되었다. 지금까지 줄곧 사용한 초본 약초 가운데서 원지(RAPO)가 지력 향상 활성이 있다는 것이 입증되었다. 또한 기존의 연구에서도 페이강 원사 프로젝트팀은 중의약의 알츠하이머병 치료 작용에 효과가 있음을 여러차례 입증하였다. 2014년 11월 연구팀은 석창포, 복신, 원지를 함유한 “총명탕”을 개발하였으며 또한 총명탕이 알츠하이머병 증상을 개선할 수 있다는 것을 입증하였다. 원지는 β-아밀로이드 단백질의 생성을 감소시키는 작용을 한다(페이강 연구팀의 최신 발표논문-“총명탕”의 알츠하이머병에 대한 개선 작용). 2015년 6월 페이강 연구팀은 중의약 석창포(Rhizoma Acori tatarinowii)가 알츠하이머병 치료 효과가 있다고 제안하였으며 또한 연구를 통하여 석창포의 일부분 활성 성분이 신경계 세포의 증식을 촉진한다는 것을 입증하였다. 해당 연구 성과는 “Aging cell” 잡지에 발표되었다(페이강 원사의 최신 논문-중약으로 노인성 치매 치료). 해당 연구의 목적은 원지의 주요 활성 성분 및 관련 잠재적 작용 메커니즘을 검증하는 것이다. 연구팀은 원지 사포닌 B와 원지는 β 아밀로이드 단백질의 생성을 억제하는 동등한 기능을 갖고 있지만 BACE1과 γ-세크레타제 활성을 직접 억제하지 못한다는 것을 발견하였다. 메커니즘을 연구한 결과, 원지 사포닌 B는 APP의 분해를 촉진하는 기능을 갖고 있었다. 더 나아가 연구팀은 APP/PS1 생쥐에게 원지 사포닌 B를 구복시키면 β 아밀로이드 단백질의 병리 및 작용 결함을 감소시킬 수 있다는 것을 입증하였다. 연구 결과, 원지 사포닌 B는 효과적으로 알츠하이머병을 저항할 수 있었는데 이는 심층적인 약물 개발 연구에 새로운 치료 약물을 제공하였다.

상하이생명과학연구원, T세포 항종양 면역 기능 향상 기법 발견

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최근, 중국과학원 상하이(上海)생명과학연구원 생화학·세포생물학연구소 분자생물학국가중점실험실/국가단백질과학센터(상하이) 쉬천치(許琛琦) 연구팀과 분자생물학국가중점실험실 리보량(李伯良) 연구팀은 “대사 검사점”으로 T세포의 항종양 활성을 조절할 수 있다는 것을 발견하고 종양면역치료를 위한 새로운 표적-콜레스테롤 에스테라아제 ACAT1 및 상응한 소분자 약물 전구체를 검증하였으며, 새로운 종양면역치료 기법을 개발하는데 기반을 마련하였다. 연구 성과 “콜레스테롤 대사의 조절에 의한 CD8+ T세포의 항종양 반응 강화”는 2016년 3월 17일 “Nature”에 온라인으로 발표되었다. 인간의 면역 체계는 신체의 건강을 보호하고 있는데 이중 T세포는 종양을 모니터링하고 사멸하는데 중요한 역할을 한다. 그러나 종양세포는 다양한 메커니즘으로 T세포의 항종양 활성을 억제하여 면역 체계의 공격으로부터 벗어날 수 있다. 그러므로 임상과정에서 T세포의 활성을 향상시켜 종양을 치료할 수 있다. 현재 T세포에 기반한 종양면역치료는 이미 큰 성과를 올렸으며 응용 전망이 넓다. 그러나 기존의 치료기법은 일부 환자에게만 효과적이며 일정한 부작용이 존재한다. 그러므로 새로운 종양면역치료 기법을 개발하여 치료 효과를 개선하고 더 많은 환자들에게 도움을 줄 필요가 있다. 쉬천치 연구팀과 리보량 연구팀은 새로운 관점에서 T세포의 항종양 면역 기능을 연구하였다. 쉬천치 연구팀은 T세포의 “대사 검사점”을 조절하여 대사 상태를 변화시킴으로써, 더 강한 항종양 효과를 얻을 수 있다고 주장하였다. 공동연구팀은 T세포 대사 경로 중의 콜레스테롤 에스테라아제 ACAT1이 아주 양호한 조절 대상이며, ACAT1의 활성을 억제하여 CD8+ T세포의 항종양 기능을 크게 향상시킬 수 있다는 것을 발견하였다. CD8+ T이 억제된 후, 살상 T세포 세포막의 유리콜레스테롤 수준은 향상되며, 이로부터 T세포 종양 항원의 면역반응이 더 높은 효과성을 갖게 된다. 동시에, 연구팀은 ACAT1의 소분자 억제제 아바시마이브(avasimibe)를 이용하여 생쥐 모델에서 종양을 치료함으로써 해당 억제제가 아주 양호한 항종양 효과를 갖고 있다는 것을 발견하였다. 아바시마이브와 기존의 종양면역치료용 임상약물 anti-PD-1을 혼합 사용하였을 때 효과가 더 양호하였다. 중국공정원 왕훙양(王紅陽) 원사는 “해당 성과는 종양면역 기초연구의 중요한 성과로, 종양면역치료 연구의 새로운 분야를 개척하였으며, 세포 대사가 종양 면역반응에서 핵심역할을 한다는 것을 증명하는 동시에, 새로운 약물 표적ACAT1을 발견하였으며, ACAT1 소분자 억제제의 응용 전망을 제시하여 종양면역치료에 새로운 아이디어와 기법을 제공하였다”고 평가하였다. 해당 연구는 생화학·세포생물학연구소 류샤오룽(劉小龍) 연구원, 칭화(清華)대학 류완리(劉萬里) 교수, 우한(武漢)대학 쑹바오량(宋保亮) 교수, 중산(中山)대학교 저우펑후이(周鵬輝) 교수, 미국 앰디앤더슨 암센터(MD Anderson Cancer Center)의 쑨사오충(孫少聰) 교수 및 미국 다트머스대학 의학대학의 Ta-Yuan Chang 교수의 도움을 받았으며 국가자연과학기금위원회, 국가과학기술부, 중국과학원 선도프로젝트, 상하이시과학기술위원회로부터 자금 지원을 받았다. 동시에 국가단백질과학연구(상하이)장치의 복합 레이저 현미경 시스템, 생화학·세포생물학연구소의 동물분석기술 플랫폼, 세포분석기술 플랫폼 및 분자생물학 기술 플랫폼 등을 지원 받았다.

중국 13차 5개년 계획 핫이슈는 줄기세포

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최근, 중국은 13차 5개년 계획에서 “줄기세포 및 그 전환 연구”에 관한 새로운 중점 특별 프로젝트를 확대 증가할 예정이다. 12차 5개년 계획 기간 중국은 약 30억 위안(약 5,384억 한화)을 줄기세포 연구에 투입하였다. 구체적인 수치는 밝혀지지 않았지만 향후 5년의 연구 기금은 대폭 증가될 것으로 전망된다. 해당 연구비용의 사용은 기존의 관계중심의 지원 프레임에서 벗어나 새로운 경쟁 심사·평가 시스템을 도입할 것으로 예정된다. 인구 규모와 많은 지역이 의료 요구에 도달하지 못한 실정에 비추어 중국은 줄기세포와 재생의학의 발전 전망을 현대화 중국 의료 서비스 시스템의 중요한 추진력으로 간주하고 있다. 2016년 3월 중산대학교(中山大學), 캘리포니아대학교 샌디에이고캠퍼스 약학대학(University of California, San Diego School of Medicine)의 연구팀은 주목을 끄는 재생의학 성과를 발표하였다. 그들은 재생의학의 새로운 기법으로 영유아의 선천성 백내장을 치료할 수 있는 방법을 개발하여 기존에 존재하는 줄기세포로 기능성 수정체를 재생시킬 수 있도록 하였다. 동물 및 소규모 인간 임상 실험으로 해당 치료 방법을 테스트한 결과, 기존의 표준 치료 방법에 비하여 수술 합병증 유발 위험이 아주 낮고 또한 수술을 받은 12명의 어린이 백내장 환자에게서 재생된 수정체는 양호한 시각 기능을 나타냈다. 해당 연구 성과는 Nature 잡지에 발표되었다(중산대학교 Nature에 재생의학의 중대한 성과 발표). 2016년 2월 중국 과학자들은 실험실에서 생쥐 기능성 정자를 성공적으로 제조하였다고 발표하였다. 생쥐 기능성 정자를 제조하기 위해 연구자들은 생쥐 배아줄기세포를 유도하여 기능성 정자 유사 세포로 전환한 다음 난세포에 주입하여 생육 능력을 가진 생쥐 후대를 번식시켜 남성 불임증 치료에 이용할 수 있는 정자 세포의 제조 플랫폼을 제공하였다. 해당 연구 성과는 Cell Stem Cell 잡지에 발표되었다.(중국 과학자 Cell Stem Cell 잡지에 줄기세포를 이용한 기능성 정자 제조에 관한 논문 발표). 2016년 1월 예일대학교(Yale University), 상하이과기대(上海科技大學)의 연구팀은 초파리 생체내의 Piwi가 폴리콤브 그룹 단백질(Polycomb-group proteins)을 하향 조절하는 것을 통하여 줄기세포의 생식을 유지하며 또한 난자의 생성을 조절한다는 것을 입증하였다. 해당 중요한 연구 성과는 Nature Genetics 잡지에 발표되었다(상하이과기대 특별 초빙 교수가 Nature Genetics 잡지에 새로운 줄기세포 연구 성과 발표). 중국과학원동물연구소의 연구팀은 생쥐-도깨비쥐의 이질이배체(Allodiploid) 배아 줄기세포를 구축하였고 또한 이용하였다. 해당중요 연구성과는 2016년 1월 14일 Cell 잡지에 발표되었다. 중국과학원동물연구소의 저우치(周琪) 원사와 리웨이(李偉) 연구원이 해당 논문의 공동한 교신저자이다(중국과학원의 새로 당선된 원사가 Cell 잡지에 줄기세포에 대한 중대한 연구 성과 발표).

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.

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.

시안광학정밀기계연구소, 고효율․고출력 반도체 레이저칩 개발

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최근에 시안(西安)광학정밀기계연구소 양궈원(楊國文) 연구원이 담당하고 있는 12차5개년계획의 '일삼오(一三五)' 자율 배치 프로젝트-'고효율, 고출력 반도체 레이저칩 연구'는 1년간의 기술적 어려움을 극복하고 획기적인 성과를 거두었다. 중국 최초로 고효율․고출력 칩 설계, 저응력, 저결함 재료 및 소자의 제조공법, 고손상 문턱값 레이저 캐비티 표면처리, FMA 고장 메커니즘 분석 등 핵심기술을 파악하였으며 4가지 고급 반도체 레이저칩을 독자적으로 개발하였다. 그중, 100W급 반도체 레이저칩의 전기광학 변환효율은 국제 최고수준에 달하였으며 국제 동급 소자의 성능지표를 초과하였다. 연구팀은 20여개 고효율․고출력 반도체 레이저칩을 개발하였고 SCI논문 2편을 발표하였으며 특허 9개를 신청하였다. 해당 프로젝트는 최근의 최종검수에 통과되었다. 고출력 반도체 레이저칩은 전반 레이저 가공 산업사슬의 기반이자 근원이며, 레이저 시스템의 소형화, 경질화와 안정적 출력의 전제․담보로 되며, 또 선진제조, 의료미용, 우주항공, 안전보호 등 영역에서 광범위하게 응용된다. 유럽과 미국 등 선진국들은 고출력, 고효율 반도체 레이저칩 연구 분야에서 세계 선두를 달리고 있다. 현재 중국의 실용적인 고출력 반도체 레이저장치의 단일 튜브는 5W보다 크고 단일 바(bar)도 40W보다 크기에 거의 전부가 수입품에 의존하며 레이저기술 산업발전을 심각하게 제약하였다. '고효율․고출력 반도체 레이저칩 연구' 성과는 중국 고급 반도체 레이저칩이 장기간 수입품에 의존하는 형세를 개변시켰으며, '중국제조2025', '인터넷+' 등 국가 중대 응용수요에 핵심적 지원을 제공하였다.

중국과학원 물리연구소, 자성 스마트 재료시스템 d-metal 합금을 개발

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최근, 베이징시과학기술위원회의 지원으로 중국과학원 물리연구소 우광헝(吳光恒) 연구팀은 독창적 자체 지식재산권을 보유한 자성 스마트 재료시스템 d-metal 합금을 개발하였다. 자성상 변이 재료(Magnetic phase change material)는 결정체 구조 위상 변이와 자성상 변이 특성을 겸비한 스마트 재료이며, 환경조건에 의해 감지, 센싱, 응답을 진행하는 센서와 드라이버 제조의 핵심 재료이다. 또한, 사물인터넷 시대에 정보 흐름과 인간을 연결하는 데 필요한 핵심 고리이다. 해당 재료시스템은 국제적으로 현존하고 있는 Heusler 합금, MMX 6각형 구조 합금과 함께 3개의 자성 재료가족을 형성하였다. d-metal 합금의 자성과 상변이 성질은 기존의 재료 시스템에 비해 낮지 않을 뿐만 아니라 동시에 우수한 종합 역학적 성질을 갖춤으로써 기존의 자성상 재료가 쉽게 파괴되면서 가공하기 어려워 사용에 영향을 미치는 문제를 해결하였다. 해당 시스템의 성공적 개발은 자성상 변이 신재료의 발전을 추진하여, 차세대 자성상 변이 재료 영역에서 중국이 국제 선도적 지위를 차지하는 데 중요한 의미가 있다.

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.

국가나노과학센터, 바이오-무기 나노복합재료 기초연구진전

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나노기술이 생물의학분야에 광범위하게 응용되면서 나노재료에 대한 체계적인 연구와 이에 대한 전면적인 생물학적 평가의 중요성이 부각되고 있다. 국가나노과학센터 연구팀은 세포에서 동물 전체에 이르기까지 다양한 천연 단백질-무기나노복합재료의 성질, 생물효과, 메커니즘 및 생물의학 응용연구에서 많은 성과를 거뒀다. 비대칭(chiral) 생물분자 표면 수식(modified)이 양자점 세포독성에 미치는 영향연구에서 연구팀은 2개 그룹의 서로 다른 입자직경의 카드뮴 텔루라이드(CdTe) 양자점을 선택하여, 그 표면을 각각 서로 다른 대칭성을 지니는 글루타티온(GSH)으로 수식하여 비대칭 양자점 L-GSH-CdTe와 D-GSH-CdTe를 얻었다. 각 그룹의 GSH-CdTe은 배양한 인체간암세포에 대해 비대칭 관련 세포독성 및 세포 자가포식(autophagy) 활성화현상을 나타내었다. GSH-CdTe의 세포독성은 자가포식을 유도하는 능력과 밀접히 연관되어 있다. 또한 GSH-CdTe은 세포융해소체(cytolysosome)의 안정성과 pH치를 떨어뜨린다. 계속된 연구 결과, 2가지 양자점표면의 글루타티온의 비대칭성이 다르기에 환경에 유리되어 있는 설프하이드릴(sulfhydryl)그룹이 들어있는 분자와의 표면교환효율도 다르다. 이로 인해, 양자의 안정성에 차이가 나타났는데, 이는 서로 다른 생물효과를 구현하는 주요 원인일 가능성이 있다. 이 연구를 통해 나노재료표면 안정제의 비대칭성과 관련된 세포대사 및 독성조절제어메커니즘을 밝혔고, 보다 안전한 의학영상용 생물분자의 표면수식제를 설계하기 위한 새로운 구상을 제공하였으며, 자가포식은 나노재료 관련 세포독성의 보편적인 메커니즘임을 밝혔다. 연구결과는 Angew. Chem. Int. Ed.(DOI:10.1002 / anie.201008206)온라인에 발표되었다. 단백질의 유도작용에 의한 귀금속 나노입자합성 및 특성연구에서 연구팀은 철단백질(apoFt)을 나노반응기로 선택하였고, 속이 빈 구형의 내벽을 템플릿으로 이용하여 입자직경이 2nm 미만이며 분산성과 안정성이 뛰어난 균일한 크기의 백금나노입자(Pt-Ft)를 합성해내었다. Pt-Ft는 서로 다른 조건에서 카탈라아제(CAT)와 당근과산화효소(HRP)의 활성을 모의할 수 있다. 이 나노모의효소는 극단적인 조건에서도 양호한 안정성을 나타낼 뿐만 아니라 pH치와 온도와의 전혀 다른 의존관계도 구현한다. 즉, Pt-Ft로 CAT 활성을 모의할 경우, 모의효소의 활성은 pH치 혹은 온도 증가에 따라 높아지며, 고온과 높은 pH치에서는 효소활성에 대한 협동강화작용도 있다. Pt-Ft로 HRP를 모의할 경우, 그 활성은 천연 HRP의 온도와 pH치에 대한 의존도와 흡사한데, 최적의 pH치는 4이며, 최적의 온도도 흡사하다. 이러한 독특한 성질은 철단백질의 유도작용으로 합성한 백은나노입자 Pt-Ft는 생물의학과 환경과학 등 분야에서 응용전망이 밝을 것으로 보인다. 연구결과는 최근의 Biomaterials (2011, 32, 1611-1618)에 발표되었다. 연구팀은 계속하여 천연 apoferritin을 나노반응기로 하여, ‘제어점(points of control)’ 방식으로 페리틴 단백질 (ferritin heavy chain, FHC)의 철산화효소의 활성부위에서 각종의 짝지은 나노 금클러스터(Au-Ft)의 합성을 제어하였다. 단일 금클러스터와 비교하였을 때 합성해낸 Au-Ft복합물은 금(Au) 고유의 발광특성을 지니면서도 가변성 형광발사스펙트럼, 뚜렷한 형광강화특성 및 최대 발사파장의 적색이동을 나타냈다. 이로부터 금클러스터간의 상호작용효과가 존재한다는 점을 직접 인증하였다. Au-Ft는 고도의 생물호환성과 저 세포독성을 지니며, 쥐 체내와 체외에서 모두 철단백수용체 mediate의 위치표적화작용을 나타내었다. 연구 결과, Au-Ft는 형광탐침으로 원적외선 생물의학의 전반적인 영상에 응용되며, 또한 쥐 신장 특정조직의 표적화 기능도 있다. 이 연구는 저독성과 생물활성을 지닌 나노구조를 이용해 귀금속 영상보조제(imaging agents)를 합성하는 이상적인 방법을 제공하였다. 연구결과는 논문형태로 J. Am. Chem. Soc.(DOI:10.1021/ja200746p)에 발표되었다. 연구팀은 생물분자와 무기나노재료의 특성을 상호 결합시켜, 각종 생물의학 응용전망이 있는 새로운 생물나노구조를 합성하기 위한 새로운 선택의 여지를 제공하였다.

중국 나노식각기술 연구 진전

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중국과학원 광전기술연구소 마이크로식각기술 및 마이크로광학실험실은 마이크로구조의 경계에 기반한 LSP 초고해상도 식각기술을 개발하였다. 이 기술은 마이크로나노구조의 경계를 마스크패턴(mask patterns)으로 삼아 표면플라즈마를 효과적으로 여기시켰고, 보통 I-line, G-line 광원으로 특정치수 30nm 미만의 초고해상도 리소그래피를 획득하였다. 일반 마이크로식각공법은 가능한 한 짧은 노출파장을 채택하여 100nm 심지어 수십 nm 수준의 리소그래피 해상도를 획득하는 것이 목적이다. 하지만 노출파장이 단축됨에 따라 식각장비 전체의 원가도 급격히 상승하고 있는 추세이다. 현재 시판되는 주류설비인 193리소그래피의 판매가격은 수천만달러를 호가한다. 장비가 지나치게 비싼 관계로 단파장 광원식각기술의 응용이 크게 제약받고 있다. 표면플라즈마 광학기술의 개발은 마이크로식각기술의 발전에 새로운 선택 기회를 제공하였다. 표면플라즈마의 단파장을 이용하여 마스크 패턴과 매개변수의 합리적인 설계를 통한 초고해상도의 나노식각기술이 형성될 전망이다. 이러한 배경가운데 연구원은 마이크로구조 경계 기반의 LSP 초고해상도 식각기술을 개발한 것이다. 이론연구 결과, 이 기술로 특정치수가 1/10 노출파장보다 작은 나노구조를 획득하였고, 또한 365nm 광원을 이용한 실험으로 회절한계를 넘어선 리소그래피 해상도를 획득할 수 있다. 이는 중국에서 급성장하고 있는 정보산업기술 및 나노기술에 중요한 기반이 될 것이다.

물리연구소, 철베이스 고온초전도체 연구진전

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1982년에 동산화물 고온초전도체를 발견한데 이어 2008년에 철베이스 초전도체(임계온도 55K)를 발견함에 따라 고온초전도성의 새로운 연구방향이 열렸다. 그중에서도 고온초전도성의 생성메커니즘을 파악하는 것이 철베이스 초전도체의 핵심 연구문제이다. 재료의 초전도성을 이해하려면 우선 재료의 전자구조부터 연구해야 한다. 각분해 광전자분광기술은 재료의 전자구조를 측정하는 가장 직접적이고도 유력한 실험수단이다. 중국과학원 물리연구소/북경응집체물리 국가지정실험실(준비중) 초전도 국가지정중점실험실의 저우싱쟝(周興江)연구팀은 기타 과제팀과 협력하여 자체 개발한 고해상도 각분해 광전자분광시스템을 이용해 철베이스 전도체의 전자구조 및 초전도 에너지갭의 대칭성 연구에서 획기적인 진전을 이룩했다. 철베이스 초전도체를 발견한지 얼마 안된 시점에서 연구팀은 가장 먼저 철베이스 초전도체의 에너지밴드구조와 페르미면 연구에 착수했다. 각분해 광전자분광법으로 (Sr,K)Fe2As2 초전도체에 대한 측정을 통해 [Haiyun Liu et al., Phys. Rev. B 78, 184514(2008)] 철베이스 초전도체의 에너지밴드구조가 재규격화(Renormalization) 효과를 지닌다는 것을 최초로 보도하였다. 즉 실험으로 측정한 에너지밴드폭은 에너지밴드 계산결과와 비교해보면 2~3배정도 좁았다. 연구팀은 M점 부근에 나타난 기이한 페르미면 토폴로지모양을 관찰하였고 2개의 Dirac cone-like구조와 유사한 strong spots가 존재한다는 것을 발견하였다. 이 측정결과는 단순히 에너지밴드를 계산하는 방법으로는 해석할 수 없다. 초전도성은 2개의 전자가 쿠퍼 쌍(cooper electronic pair)을 형성하여 실현하는 것으로, 초전도 에너지갭의 대칭성은 초전도 미시적 메커니즘을 구축하는데에 중요한 역할을 한다. 저우싱쟝연구팀은 가장 먼저 철베이스 초전도체의 에너지갭구조를 보도하였다. 연구팀은 최적의 도핑(Ba0.6K0.4) Fe2As2초전도체의 전자구조와 에너지갭의 측정[Lin Zhao et al., Chin. Phys. Lett. 25, 4402(2008)]을 통해, 초전도 에너지갭이 페르미면에서 기본적으로 등방성을 나타낸다는 것을 발견하였으며, 노드(초전도 에너지갭이 제로인 점)는 측정하지 못했다. 또한 초전도에너지갭은 페르미면과 관련되는데, 페르미면에 따라 나타난 초전도체 에너지갭의 크기도 부동하다. 측정결과, 철베이스 초전도체의 초전도에너지갭은 등방성의 s파와 일치하며 철베이스 초전도체의 초전도 대칭성 확정에 중요한 정보를 제공하였다. 철베이스 초전도체 모체는 반강자성체 금속이며, 초전도성은 모체에 캐리어(전자 혹은 홀)를 도핑하거나 혹은 외부 압력을 가하여 반강자성을 억제하는 방법으로 실현한다. 따라서 반강자성 모체에서 초전도체로의 전환, 반강자성체와 초전도체와의 관계를 연구하는 것은 초전도체메커니즘을 이해하는데에 중요한 의의를 지닌다. 저우싱쟝연구팀은 기타 연구팀과 협력하여 철베이스 초전도체 122시리즈 모체 BaFe2As2에 대한 연구를 수행하였다[Guodong Liu et al., Phys. Rev. B 80, 134519 (2009)]. 연구팀은 자석전환/구조전환 전후 BaFe2As2의 전자구조가 단순한 에너지갭의 중첩(folding)으로 나타나는 것이 아니라 치열한 전자구조의 재조합(reorganization)으로 나타나며, 자석질서배열에서 에너지갭이 열리는 것은 발견하지 못하였다. 이를 토대로 연구팀은 BaFe2As2의 자석전환은 일반 스핀밀도파의 형성과는 뚜렷이 구별된다는 논점을 제출하였다. 철베이스 초전도체 1111시리즈 모체 CeFeAsO의 연구를 통해[Haiyun Liu et al., Phys. Rev. Lett. 105, 027001 (2010)], 최초로 brillouin zone 중심에 하나의 큰 홀모양의 페르미면이 존재한다는 것을 최초로 발견하였다. 하지만 기존의 에너지밴드구조계산에는 페르미면의 존재를 예언한적 없는데, 철베이스 초전도 1111체계에 가능하게 표면상태가 존재한다는 것을 뜻한다. 그밖에 철베이스 초전도체 모체에서도 처음으로 분산에 비틀림(Kink)이 생기는 것을 관찰하였다. 2010년 철베이스 초전도체 AxFe2-ySe2(A=K,Tl,Cs,Rb,등)의 발견으로 철베이스 초전도체 연구의 새로운 붐을 일으켰고 또한 기타 철베이스 초전도체계열의 현존의 중요한 관념에 대해서도 도전장을 내걸었다. 기타 철베이스 초전도체는 brillouin zone 중심에 보편적으로 홀모양의 페르미면이 존재한다는 것이 과거의 관점이었다. 전자의 이러한 점 부근의 홀모양 페르미면과 M점 부근의 전자모양 페르미면간의 분산 및 페르미면간의 nesting구조는 철베이스 초전도체가운데 s+- 초전도 페어링을 형성한 원인으로 간주되었다. AxFe2-ySe2의 발견으로 기존 관점의 정확성에 질의를 제기한 것이다. 이는 초전도체 임계온도가 30K이상에 도달하였지만 에너지밴드구조를 계산해보면 오히려 brillouin zone 중심에 더 이상 홀모양의 페르미면이 없기에, 페르미면의 nesting 및 전자의 홀모양 페르미면과 전자모양 페르미면간의 분산도 존재하지 않는다. 새로운 철베이스 초전도체의 전자구조와 초전도 에너지갭에 대한 연구는 철베이스 초전도체의 초전도메커니즘을 완전히 이해하는데에 중요한 정보를 제공하였다. 저우싱쟝연구팀은 AxFe2-ySe2초전도체의 각분해 광전자분광연구를 통해 임계온고가 32K인 Tl0.58Rb0.42Fe1.72Se2의 초전도체에서 brillouin zone의 Γ점에는 홀모양의 페르미면이 확실히 존재하지 않음을 발견하였다. 더욱 중요한 것은 Γ점을 둘러싼 2개의 전자모양의 페르미면을 처음으로 관찰하였는데, 이는 에너지밴드이론예측 및 일부 실험측정으로 얻은 페르미면과는 완전히 달랐으며, AxFe2-ySe2의 전자구조를 완전히 인식하는데 중요한 실험근거를 제공하였다. 초전도에너지갭 측정결과 Γ점을 둘러싼 바깥층 전자모양 페르미면 및 M점을 둘러싼 전자모양 페르미면은 모두 에너지갭의 노드가 존재하지 않으며 등방성에 까까운 초전도 에너지갭을 지니는 것으로 초전도 페어링 대칭성은 S파에 치우침을 나타내었다. 이 결과는 철베이스 고온초전도체 메커니즘의 구축을 위해 중요한 정보를 제공하였다. 관련 문장은 최신호 Physical Review Letters[Daixiang Mou et al., Phys. Rev. Lett. 106, 107001 (2011)]에 발표되었고, ‘편집추천’논문으로 선정되었다. 연구팀은 또 K0.68Fe1.79Se2와 Tl0.45K0.34Fe1.84Se2초전도체의 고해상도 광전자분광에 대한 연구[Lin Zhao et al., Phys. Rev. B 83, 140508(R) (2011)]가운데 위의 초전도체가 Tl0.58Rb0.42Fe1.72Se2와 페르미면 토폴로지구조가 유사하다는 것을 발견하였다. 즉 brillouin zone 중심의 Γ점에 2개의 전자모양의 페르미면이 존재함을 의미한다. 이는 AxFe2-ySe2체계의 프리미면 측정상의 차이를 통일시켰을 뿐 아니라, AxFe2-ySe2계열중 전자구조의 공통성도 구축하였다.