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, 원격 탐사 위성 27호 성공적으로 발사

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2015년 8월27일 10시 31분, 중국은 타이위안(太原) 위성 발사 센터에서 창정4호(병)운반 로켓 LM-4C(长征四号丙)으로 원격 탐사 위성 27호를 성공적으로 발사하였다. 이번에 발사한 원격탐사위성은 주로 과학 실험, 국토자원조사, 농작물 생산량 예측 및 재해 방지 등 분야에 사용된다. 이번의 발사는 창정계열 운반로켓의 제207차 비행이다.

상하이화처항법기술회사, 베이더우 핵심 인쇄회로기판 자체 연구 개발

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2015년 8월 24일, 상하이화처(上海華測)항법기술회사에서 자체적으로 연구개발한 군용/민용 실시간 센티미터급 고정밀도 베이더우 위성항법 수신기의 인쇄회로기판은 상하이위성 항법혁신산업연맹조직 전문가의 감정 심사를 통과하였다. 이는 중국 고정밀도 위성항법 위치결정 기술이 세계 선진 수준에 달하였음을 의미한다. 고정밀도 글로벌 위성항법 시스템의 핵심 인쇄회로기판은 전반 위성항법 단말산업에서 기술 함량이 가장 높고 이윤이 가장 크며 원가가 글로벌 위성항법 시스템 단말 총 원가의 60% 이상을 차지하고 또 기술적 요구가 높아서 절대 대부분의 시장 점유율에서 미국 Trimble 및 캐나다 NovAtel 등 기업이 독점한 상황이다. 베이더우 고정밀도 핵심 인쇄회로기판 기술을 확보하고 다중 시스템 고정밀도 수신단말장치의 완전한 국산화를 실현하고자, 2005년부터 화처(華測) 연구팀은 거액의 자본을 투입하여 고정밀도 마더보드에 관한 연구개발을 진행하였으며, 2010년 중국 최초로 자주적 지적재산권을 확보한 고정밀도 GPS 마더보드를 출시하는데 성공하였다. 이로서 해외 기업의 독점을 막았으며 세계 네번째 고정밀도 글로벌 위성항법 시스템 마더보드 핵심기술을 보유한 기업으로 부상하였다. 화처에서 자체적으로 개발한 제품이 시장에 출시된 후, 해외 판매가가 백만 위안(한화 약 1.8억위안)에 달하던 고정밀도 수신단말의 가격이 지속적으로 하락되면서 현재에는 약 10만위안(한화 약 약 1800만원)밖에 안된다. 중국에서 자체적으로 개발한 베이더우 위성항법 네트워킹이 응용된 후, 화처는 베이더우와 GPS 등에 적응할 수 있는 다중모듈 항법 단말기 제품을 연구 제조하기 시작하였다. 이번에 감정을 통과한 인쇄회로기판은 현재 중국 내외 시장의 고정밀도 위치결정에 대한 수요에 부합되며, 중국 첫 군용/민용 실시간 센티미터급 고정밀도 베이더우 위성항법 수신기 인쇄회로기판으로 평가 받고 있다. 이는 또 화처가 GPS 개발 이후, 다중모듈, 군용, 하이다이내믹 기술 분야에서 이룬 새로운 성과로, 고정밀도 인쇄회로기판을 민용 측량 및 제도에만 적용하던 현황을 변화시켰다. 해당 고정밀도 베이더우 위성항법 수신기 인쇄회로기판은 일반 측량 및 제도, 건축공사, 재해 모니터링, 스마트 도시, 정밀 농업 등 국민 민생 분야에 적용될 뿐만아니라, 또 군용 항공기 탑재, 미사일 탑재 고정밀도 위치결정 및 방향결정 등 국방 분야에도 응용 가능하다. 동시에, 해당 제품은 듀얼-코어 프로세서와 Linux 운영 체계를 이용하고 2차 개발 프로그램 인터페이스를 미리 보존하였기에 대학교, 과학연구원/과학연구소, 기업, 사업단위에서 맞춤형 연구 개발을 진행하는 기본 플랫폼으로 사용할 수 있다. 현재, 중국은 위성항법 산업의 발전에 큰 관심을 갖고 있다. 국가발전개혁위원회는 몇 개 부문과 손을 잡고 베이더우산업 중장기계획(규획)을 공동으로 기안하였으며, 베이더우 항법 시스템을 “국가중장기과학·기술발전규획강요”의 16항 중대과학기술프로젝트 가운데 하나로 편성하였다. 중국위성항법위치결정협회는 2015년 중국 위성항법과 위치서비스 산업의 생산액이 2,250억위안(한화 약 41조원)을 초과할 것으로 전망하였다. 2020년에 중국은 글로벌 서비스를 할 수 있는 베이더우 위성항법 위치결정 시스템을 완성할 예정이며, 중국 위성항법과 위치 산업의 사용자 규모는 세계 1위로 연간 생산액은 4,000억위안(한화 약 74조원)을 초과할 것으로 기대된다.

창정5호 운반로켓, 대형 지면 실험 완성

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2015년 8월 17일 오후 16시 35분경, ‘창정(長征)5호’ 운반로켓은 베이징(北京)에서 코어 2급 동력시스템의 제2차 시운전을 성공적으로 진행하였다. 이번 시운전은 창정5호 운반로켓 공정 대형 지면 실험의 마지막 단계이며, 향후 발사장소 진입과 첫 발사 성공에 튼튼한 기반을 마련하였다. ‘창정5호’ 운반로켓은 새로운 동력, 새로운 구조 등 일련의 핵심 기술에서 획기적인 성과를 거두었으며, 중국 액체로켓 동력 기술 발전과 운반로켓의 전체 기술 수준을 대폭 향상시켰다. 또한, 후속 작업에서 운반로켓 기술의 도약 발전을 실현하고 달탐사 3기 프로젝트, 유인 우주 정거장 건설 등 대형 임무를 예정대로 실시할 예정이다. 이번 시험에 이용 된 ‘창정5호’ 운반로켓의 코어2급 제품은, 직경이 5m이고 무독성 무오염의 액체상태 산소와 액체상태 수소를 로켓 엔진 추진제로 하였다. 점화 후, 로켓의 코어 2급 동력 시스템은 실제 비행 순서에 따라, 2차례 가동 점화를 성공적으로 완성하였으며, 코어 2급 모듈 설계 방안의 정확성과 업무 협조성을 심사•검증하였다. ‘창정5호’ 운반로켓은 현재 중국에서 운반 능력이 가장 큰 운반 로켓으로서, 중국이 우주에 진입한는 능력을 2.5배 이상 향상시켰으며 지구동기화 전이궤도의 진입에서 최대 14톤급의 운반 능력을 확보하였다. 해당 운반로켓은 항공우주과학기술그룹회사 중국운반로켓기술연구원에서 총괄하여 연구제작하고 있으며, 2016년 첫 시범 발사를 진행할 예정이며, 또 2017년 전후로 하이난(海南) 발사장에서 달탐사 3기 프로젝트 ‘창어(嫦娥)5호’를 발사할 예정이다.

랴오닝훙옌허원자력발전소, 3호 발전세트 주요설비 국산화

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2015년 8월 16일 18시 26분, 랴오닝(遼寧)훙옌허(紅沿河)원자력발전소 3호 발전기 세트가 168시간의 시운전 테스트를 마치고 상업 운행에 필요한 조건을 갖추게 되었다. 본 발전기 세트를 추가한 후, 중국 대륙지역에서 운행 중이거나 상업적 운행 조건을 갖춘 원자력발전기 세트는 26대로 증가하였으며 운행 중이거나 건설 중인 발전기 세트는 총 51대로 세계 3위를 차지하게 되었다. 168시간의 전출력 시운전은 새로운 대형 발전기 세트가 상업적 운행에 사용될 수 있는 필수적인 조건이다. 훙옌허원자력발전소는 중국 동북지역에서의 첫번째 대형 상업용 원자력발전소로서 1기 공정에서는 4대의 백만kW급의 발전기 세트를 건설하였고 2기 공정에서는 두 대의 백만kW급의 발전 세트를 건설하였다. 그중 1, 2호 세트는 각각 2013년 6월 6일, 2014년 5월 13일에 상업 운행에 투입되었으며 안정적인 운행 기록을 유지하고 있다. 4호 세트는 현재 계획대로 추진 중에 있으며 5, 6호 세트는 올해 3월 29일과 7월 24일에 착공하여 현재 토목 공사 중이다. 훙옌허원자력발전소 6대의 발전기 세트가 모두 완공된 후, 연간 on-grid 전기량은 450억kW에 도달할 수 있는데 이는 2014년 다롄시 연간 전기 사용량의 1.5배이다. 훙옌허원자력발전소의 건설은 중국 핵발전의 자주화, 국산화 수준을 한층 더 업그레이드 시켰다. 1기 공정에서 종합적 국산화율은 80%에 도달하였으며 원자로 압력 용기(Reactor pressure vessel), 증기 발생기(Steam generator)등 일차계통(Nuclear Island)의 주요 설비는 이미 국산화를 실현하였다.

중국과학원 상하이규산염연구소, 저산소 종양 치료에서 새로운 성과 확보

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중국과학원 상하이규산염연구소의 스젠린(施劍林), 부원보(步文博) 연구팀은 기존의 연구 과정에서 이미 고민감도 산소감지탐침으로 저산소 종양 영역의 산소화 상태에 대한 실시간 모니터링(J. Am. Chem. Soc, 2014, 136(27), 9701-9709.)을 실현하였다. 최근, 연구팀은 해당 연구를 토대로 희토류 화학 성분 조절 및 미세 구조 기능화 설계를 이용한 “저산소증 극복”, “저산소증 이용” 및 “저산소증 회피” 등 3가지 새로운 저산소 종양 치료 전략을 제안하였고, 새로운 다기능 희토류 나노 치료제를 저산소 종양의 고효율적이고 정밀한 치료에 이용하여 일련의 혁신적인 성과를 거두었다. 악성 종양은 인류의 생명 건강에 아주 큰 위해성이 있다. 그 가운데서 고형 종양은 임상 악성 종양의 85% 이상을 차지하며, 저산소증은 고형 종양의 중요한 특징이다. 종양의 저산소 영역 존재는 종양에 대한 방사선 요법 및 화학 요법의 민감성을 감소시켜 종양에 신생 혈관 및 저산소 유도 인자의 형성을 초래하며, 종양 세포의 재발, 침입 및 전이를 유발된다. 이는 종양을 치료하기 어려운 근본 원인이다. 그러므로 저산소 종양에 대한 효과적인 치료는 세계 의학 분야에서 모두 공인하는 종양에 대한 철저한 치료 과정에서 반드시 해결하여야 하는 중요한 문제점이다. 연구팀은 상술한 문제점에 대비해 먼저 “저산소증 극복”의 치료 전략을 토대로 새로운 복합 구조 희토류 나노 치료제인 부하 상향 변환 나노 치료제(UCSs)의 MnO2 나노 층상(UCSMs)을 이용하여 저산소 응답형 상향 변환 발광(UCL) 영상 형성과 산소 증강형 동역학 요법(PDT)/방사선 요법 협동 치료를 진행하여 저산소 종양의 성장, 침입 및 전이에 대한 억제 목적에 도달하였다(Adv. Mater., 2015, 27, 4155–4161). 다음으로 “저산소증 이용”의 치료 전략을 토대로 상향 변환 발광 탐침, 감광제 분자 및 생물학적 환원 약물을 모두 함유한 새로운 다기능 나노 진료 시스템을 구축하여 동역학적 요법(PDT)/화학 요법(생물학적 환원 치료)이 결합된 고효율적 협동 치료를 실현하였다. 동물 실험을 진행한 결과, 광 동역학 치료와 생물학적 환원 약물을 결합한 협동 치료 효과는 단일 치료 모델 및 2가지 치료 모델을 간단히 결합한 치료 방법에 비하여 뚜렷하게 좋았다(Angew. Chem. Int. Ed., 2015, 54, 8105–8109). 마지막으로 “저산소증 회피” 전략을 토대로 2가지 새로운 다기능 희토류 치료제를 설계함으로써 종양 미세 환경 중의 물분자와 원위치 방출 조절 NO 분자를 이용하여 저산소 종양에 대한 “X선 유도 X-PDT/방사선 요법” 및 “X선 유도 NO 방출 조절/방사선 요법” 2가지 고효율적인 이중 모델의 협동 치료를 실현하였다. 연구 결과, X선 유도 X-PDT 치료 효과는 종양 내의 산소 압력의 크기에 의존성이 없으므로 X선의 에너지 이용율을 뚜렷하게 증가시킬 수 있으며, X선 유도 NO 방출 조절/방사선 요법은 저산소 세포 내의 DNA에 대한 고효율적 파괴, 저산소 종양 세포의 괴사 및 사멸 촉진 과정으로 저산소 종양의 성장을 뚜렷하게 억제하여 저산소 종양에 대한 치료 목적에 도달할 수 있다(Angew. Chem. Int. Ed., 2015, DOI: 10.1002/anie.201504536). 상술한 연구 결과는 향후 악성 저산소 고형 종양에 대한 치료 과정에서 중요한 역할을 일으킬 것이며, 또한 임상에서 일부분 중대한 질병의 다중 모드 영상 중재치료를 토대로 하는 고효율 원위치 치료 등 새로운 의료 기술에 참고적인 연구 아이디어를 제공할 것으로 전망된다.

베이징농학대학, 형질전환 복제소 후대 번식 성공

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최근 2012년에 출생한 첫 번째 지방성 지방 연결 단백질 유전자를 함유한 체세포 형질전환 복제소 “니우니우(妞妞)”가 후대 번식에 성공하였다. 2015년 9월 12일까지 제2세대 “형질전환 송아지”의 건강상태는 양호하였다. 이는 중국이 체세포 복제 기술을 이용하여 자체 브랜드의 고기소 신품종 육성 과정에서 거둔 중요한 성과이며, 중국인들이 중국산 “눈꽃 소고기(snowflake beef)”를 단시일 내에 맛볼 수 있게 되었다. 베이징(北京)농학대학교 동물과학기술대학 교수이며 중국 형질전환 중대 전문 프로젝트 “우량 고효율적 형질전환 고기소 신품종 육성” 담당자인 니허민(倪和民)이 이끄는 “연구팀은 3년간의 노력을 거쳐 2012년 8월 1일에 베이징농학대학 종합실험기지에서 “니우니우”를 출생하는데 성공하였다. 출생시 “니우니우”는 신체가 허약하고 스스로 먹이를 섭식하지 못하였지만 연구팀의 세심한 보살핌으로 성성숙되어 후대를 번식할 수 있게 되었다. 2014년 11월 2일 연구팀은 중국축산기지 유전자원보호센터에서 제공한 친촨(秦川) 소 동결정액을 “니우니우”에게 인공수정하였다. 299일 후 2015년 8월 28일 새벽, 체중이 17 Kg인 제2세대 암컷 송아지가 출생하였다. 이번 연구를 통하여 중국은 해당 기술 분야에서 3가지 핵심기술을 확보하였다. 1) 체세포 형질전환 복제 기술을 통하여 육성한 형질전환 소는 정상적인 번식 능력이 있었는데 이는 복제 소가 개체군 번식력을 가지고 있다는 것을 입증한다. 2) 송아지에 대한 검사 결과, 지방성 지방 연결 단백질 유전자를 함유한 유전자는 이미 송아지의 체내에 확산되어 안정하게 융합되었는데 이는 해당 유전자가 대대로 유전될 수 있다는 것을 입증한다. 3) 토양 환경 지시 생물인 지렁이 및 형질전환 소 외양간 주위 토양 내 미생물 등의 생태환경을 측정한 결과 형질전환 소가 주위 환경에 불량한 영향을 미치지 않았다. 이러한 결과는 체세포 형질전환 복제 기술 생산 시스템을 형질전환 동물의 안전 생산에 이용할 수 있다는 것을 보여준다.

상하이 생화학·세포생물학연구소, 척수소뇌성 실조증 7형 병원성 단백질의 메커니즘

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최근, 중국과학원 상하이(上海)생명과학원 생화학·세포생물학연구소 후훙위(胡紅雨) 연구팀은 척수소뇌성 실조증 7형 단백질(Ataxin-7)이 특이한 상호작용을 통하여 탈유비퀴틴화 효소 USP22를 운반함으로써 그 기능을 손상시킨다는 것을 발견하였다. 해당 연구는 척수소뇌성 실조증 7형 단백질의 새로운 발병 메커니즘을 제시하였으며, 단백질 축적으로 인한 세포독성과 신경 퇴행성을 해석함으로써, 해당 연구팀이 기존에 제안한 운반 모델을 검증하는데 새로운 실험 증거를 제공하였다. 해당 연구논문 “Aggregation of Polyglutamine-Expanded Ataxin-7 Specifically Sequesters Ubiquitin-Specific Protease 22 and Deteriorates Its Deubiquitinating Function in SAGA Complex”은 2015년 9월 4일 “The Journal of Biological Chemistry”에 온라인으로 발표되었다. 척수소뇌성 실조증 7형(Spinocerebellar Ataxia 7,SCA7)은 Ataxin-7 단백질의 폴리글루타민(Polyglutamine, PolyQ)영역의 비정상적인 확장으로 인한 신경 퇴행성 질환이다. 척수소뇌성 실조증 환자는 보행 장애, 손 민첩성 저하, 언어 장애 및 실명 등 임상 증상을 보인다. 전사 공활성화 인자 SAGA 복합물의 서브유닛인 Ataxin-7 단백질의 PolyQ 확장으로 인하여 오접힘(misfolding)이 발생할 수 있으며, 또 축적물 혹은 봉입체가 형성될 수 있다. 해당 축적물 혹은 봉입체가 SGAG 복합물의 기능에 영향을 미치는지는 아직 알려지지 않았다. 연구팀은 PolyQ이 비정상적으로 확장된 Ataxin-7은 SAGA 복합물 중 중요한 탈유비퀴틴화 효소USP22를 불용성 축적물 혹은 봉입체에 집합시키며, 해당 집합작용은 양자 간의 특이한 상호작용에 의존한다고 밝혔다. SAGA 복합물 중 USP22의 주요한 기능은 히스톤 H2B의 탈모노유비퀴틴화를 담당하기에 세포 중 히스톤 H2B의 모노유비퀴틴화 수준을 검출하여 PolyQ이 비정상적으로 확장된Ataxin-7이 SAGA 복합물의 기능에 미치는 영향을 추정할 수 있다. 연구 결과, PolyQ이 비정상적으로 확장된 Ataxin-7은 USP22의 탈유비퀴틴화 효소의 활성을 낮추고 세포 중 모노유비퀴틴화 H2B의 수준을 뚜렷하게 증가시켰는데, 이는Ataxin-7의 PolyQ 확장이 SAGA 복합물 중 USP22의 탈유비퀴틴화 기능을 손상시킨다는 것을 입증한다. 해당 연구는 SCA7 질환에 전사조절 장애가 나타나는 원인을 해석하였으며, SCA7 질환의 발병 메커니즘을 해석하는데 새로운 근거를 제공하였다.

중국과학원, “폐 내부 영상 찍는” 새로운 기체 자기공명영상기기 개발

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최근 중국과학원 우한(武漢)물리·수학연구소의 저우신(周欣) 연구팀은 폐 내부의 각종 병소 그리고 폐의 호흡 능력과 산소 소모 등 기능을 선명하게 관찰할 수 있는 새로운 기체자기공명영상기기를 개발하였다. 이는 종양 가운데서 발병율 및 사망율이 중국에서 1위를 차지하는 폐암에 대한 치료 및 예방에 중요한 의미가 있다. 현재 중국에서 임상 폐질환 검사에 주로 흉부 X선 촬영, 컴퓨터 단층 촬영(CT), 양전자 단층촬영(PET) 등 영상기술을 사용하고 있다. 하지만 해상도가 높지 못하여 폐의 기체-기체 교환 및 기체-혈액 교환 등 폐의 건강 상태를 판단할 수 있는 중요한 기능 지표를 제공할 수 없다. 폐내부 영상을 선명하게 찍어내려면 반드시 기체 신호를 증강시켜야 한다. 이에 대비해 저우신 연구팀은 캐스케이드 레이저 광펌핑 핵심 기술을 이용하여 크세논-129 기체 분극화 장치를 개발하여 기존의 기체 신호보다 44,000배 이상 증강된 기체 신호를 획득하였다. 2015년 9월 7일 우한물리·수학연구소 스펙트럼·원자분자물리 국가중점실험실에서 환자는 “조끼식” 고민감도 흉부 이미징 프로브(imaging probes)를 착용하고 크세논을 흡입한 후 6초 동안 숨을 쉬지 않는 동안에 자기공명영상기기로 검사한 결과, 컴퓨터 화면으로 환자의 좌측 폐엽 하부에서 선명한 기체 투과 결함을 발견하였는데 이는 환자의 기존 CT 검사 영상에서 나타난 결과와 일치하였다. 그 외에 자기공명영상의 오른쪽 폐엽에 CT 영상으로 발견하지 못한 작은 병변 조직이 나타났다. 새로운 “조끼식” 고민감성 흉부 이미징 프로브는 폐 내부 기체 자기공명 신호의 여기 균일성 및 접수 효율을 증가시킬 수 있고, 고효율 및 정량적으로 폐의 산소-이산화탄소 교환 및 산소-혈액 교환의 동역학적 정보와 영상학적 정보를 획득할 수 있으므로 의사가 폐의 구조 변화(섬유화 등)를 진단할 수 있게 되었을 뿐만 아니라 또한 폐의 기능 변화(호흡 기능 장애 등)도 발견할 수 있게 되었다. 기존의 CT 검사에 비하여 새로운 기술로 무접촉, 무상처, 무방사성으로 폐의 기능을 가시화할 수 있으므로 의사의 조기 진단 정확도를 증가하였고, 폐 내부에 병변이 발생하기 전에도 진단이 가능하게 되었다.

난징이공대학교, 신형 티타늄 알루미늄 합금이 항공기 엔진에 이용

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최근 난징(南京)이공대학교 천광(陳光) 교수가 이끄는 연구팀은 국가973계획 지원아래 장기간의 연구를 거쳐 새로운 항공우주 재료인 티타늄 알루미늄 합금 분야에서 획기적인 성과를 거두었다. 해당 재료 실온 인장 소성, 굴복강도, 고온 크리프 저항 성능, 온도 수용 능력 등 핵심적 지표는 세계 최고 수준으로써 미국의 동종 재료보다 1-2개 수량급 더 높다. 2016년6월 20일, 관련 연구성과는 ‘Nature Materials’에 온라인으로 발표되었다. 2007년, 미국제너럴일렉트릭(GE) 회사에서 세계 최초로 Ti-48Al-2Cr-2Nb(이하 4822로 간칭) 합금으로 니켈기 고온합금을 대체하여 최후 2단 저압 터빈 날개를 제조하였다. 이로부터 티타늄 알루미늄 합금이 최초로 항공기 엔진에 응용되었다. GE 회사에서 사용한 4822 합금의 실온 인장 소성은 2%도 되지 않으며, 기타 금속간 화합물보다는 우수하지만 니켈기합금보다는 약하다. 따라서 GE 회사는 이러한 합금을 환경온도, 위험계수가 가장 낮은 말단 2단 날개에 사용함으로써 날개가 끊어져도 전반적인 비행기의 통제력은 잃지 않게 하였다. 티타늄 알루미늄 합금의 밀도는 니켈기 합금의 절반 밖에 되지 않아서 그램(g)을 무게 감소 단위로 하는 비행기 엔진에서 티타늄 알루미늄 합금은 현재 니켈기 고온 합금을 대체하는 최적 신형 경질 구조재료로 되고 있다. 항공기 엔진은 비행기 심장으로 불리며, 기초 연구 능력 부족으로 인하여 현재 중국 민용항공 엔진은 기본적으로 수입에 의존한다. 군용 전투기 엔진에서 비록 일정한 기술을 확보하였지만 핵심적 성능 지표는 선진국과 비교할 때 격차를 보이고 있다. 그 가운데 터빈 날개는 항공기 엔진에서 가장 핵심적인 핵심 부품이며 그 온도 수용능력은 엔진 성능, 특히 추력중량비를 직접 결정한다. 기존의 니켈기 합금의 각종 성능은 모두 양호하였지만 최대 결점은 너무 무거운 것이며 이로 인하여 엔진의 에너지효율비 향상에 직접적인 영향을 미친다. 천광 연구팀은 재료 성능에서 3가지 획기적인 성과를 얻었다. 1. 실온 인장 소성과 굴복강도는 각각 6.9%와 708MPa, 인장강도는 978MPa에 도달하여 고강도 고소성의 우수결합을 구현하였다. 2. 크리프 저항 성능이 우수하다. 3. 온도 수용능력이 크게 향상되었다. PST 티타늄 알루미늄 합금의 사용 온도는 900℃ 이상에 달하며 니켈기 합금과 유사한 레벨을 갖고 있고 또 날개 뿐만 아니라 터빈판, 고압압축 터빈 등 부품에 이용될 것으로 기대된다. 새로운 재료가 실험실로부터 직접 비행기에 조립되기까지 긴 시간이 필요하며 PST 티타늄 알루미늄 합금의 응용이 실현되기까지 5-10년의 시간이 필요하다.

중국, 1만 미터수준의 심연과학기술 유동실험실 공사 1단계 완공

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2016년 6월 8일 상하이(上海)에서 열린 제1회 국제심연정상포럼에 따르면 중국의 만 미터급 전 수심 심연(abyss)과학기술 유동실험실 1단계 공사가 곧 완공을 앞두고 있고 2017년 3월에 운영될 계획이며 또한 전세계 과학자들을 위해 개방·공유할 예정이다. 상하이해양대학교와 상하이차이훙위(彩虹鱼)해양과기주식유한회사가 공동으로 추진하는 만 미터급 심연과학기술 유동실험실은 과학관찰용 모선“장젠(张謇)”호, 만 미터급 전 수심 착륙장치 3대, 만 미터급 전 수심 복합형 무인잠수장치 1대, 만 미터급 전 수심3인 작업형 유인잠수정1대로 구성된다. “차이훙위” 심연 극한 도전으로 불리는 본 프로젝트는 두 단계에 걸쳐 건설된다. 본 프로젝트는 기대 이상의 성과를 거두었는데 2015년 말, 첫 만 미터급 착륙장치와 무인 잠수장치는 4,000미터 수심의 시운전을 끝냈고 2016년 3월, 배수량이4,800톤급인 “장젠”호 모선이 정식 진수하였으며 2016년 7월에 있게 될 첫 항해에서 남태평양의 섬나라 파푸아뉴기니에로 출항하여 수심 8,000미터 뉴브리튼 해구에 대한 2개월 동안의 연합 과학고찰을 진행할 예정이다. 2016년 12월부터 2017년 2월 사이, “장젠”호는 착륙장치 3대와 무인 잠수장치 1대를 탑재하고 마리아나 해구의 가장 깊은 곳인 수심 11,000미터 챌린저 해연(Challenger Deep)에 도착하여 해상 시험을 하게 된다. 국제 해양학계는 깊이 6,500미터 이하 해역을 심연이라고 부른다. 해당 영역은 인류가 도달하기 어려운 신비한 곳일 뿐만 아니라 생명기원 탐구와 각종 심해 연구에서 성과를 낼 수 있는 과학보물고이다. 제1회 국제심연정상포럼은 국가자연과학기금위원회 지구과학부, 국가해양국 홍보교육센터, 상하이해양대학교 등 기관이 공동 주최하였고 중국, 러시아, 미국, 일본 등 국가의 200여명 심연과학자와 학자들이 참석하였다.

허페이공업대학교, 지속성 수질오염물질 제거용 신형 복합재료

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최근, 허페이(合肥)공업대학교 화학·화공대학 부교수 야오윈진(姚運金)연구팀은 새로운 붕소질소로 개질한 철 코팅 탄소나노튜브 자성 복합재료의 촉매제를 성공적으로 개발하였다. 새로운 촉매 산화반응 시스템에 의해 생성된 고활성 유리기는 유기오염물질을 효과적으로 제거할 수 있으며 물처리 과정에서 오염물질이 깨끗하게 제거되기 어려운 점을 해결하였다. 관련 연구성과는 국제 학술저널 'Water Research'에 발표되었다. 공업생산과정에서 생성되는 지속성 유독 오염물질은 현재 물오염 관리 분야에서 급히 해결해야 할 핵심 기술적 문제이다. 공업생산과정에서 생성된 지속성 유독 오염물질은 자연환경에서 분해되기 어려우며 동시에 원거리 수송이 가능하고 또 동물과 인체 내 먹이사슬의 축적, 확대에 따라 발암, 기형유발, 돌연변이유발 및 내분비계 교란 등 위험을 갖고 있다. 기존의 콘크리트, 침전, 생물산화 등 물 처리 공법과 활성 탄소 흡착, 오존-활성탄소 연합이용, 막처리 등 심층적 정화기술로는 해당 유형의 오염물질을 깨끗하게 제거할 수 없다. 연구팀은 새로운 펜톤-유사 촉매산화반응 시스템을 혁신적으로 구축하였으며 멜라민 등 일반 저렴가 시제를 원료로 하여 새로운 붕소질소로 개질한 철 코팅 탄소 나노튜브 자성 복합재료를 개발하였는데 지속성 유독 오염물질에 대해 뚜렷한 제거 성능을 나타냈다. 실험 결과, 해당 재료는 기존의 펜톤-유사 반응시스템에 비해 각종 유기오염물질의 분해속도를 10부터 100배까지 향상시킬 수 있다. 동시에 해당 재료의 제조는 1단계 하소기술을 사용하였기에 금속이온 환원, 금속나노입자 탄소 코팅 및 비금속원소 도핑 개질 등 유기 오염물질의 제거 과정은 모두 같은 설비에서 구현된다. 이로써 기존의 열분해법 제조공법의 복잡하고 환원처리 위험도가 높으며 또 비금속원소 개질효과가 양호하지 않은 등 기술적 결함을 극복하였다. 해당 장비의 반응 시스템이 온화하고 설비가 간단하므로 공업 기업에 광범위하게 응용될 것으로 전망된다.

중국과학원 반도체연구소, Si 기판에서 Ga계 반도체 나노와이어 성장에 성공

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Si는 현대 CMOS 공법에 필수적인 재료이며 III-V족 반도체는 광전자, 초고속 마이크로전자와 초고주파수 마이크로파 등 소자에 광범위하게 응용된다. 오랫동안 과학자들은 Si 기판위에 고품질의 III-V족 반도체 에피택시얼 성장을 시도하였다. 그러나 결정격자의 불일치로 인하여 성장된 III-V족 반도체 품질이 떨어졌다. 재료가 나노크기로 감소될 경우, 응력이 효과적으로 방출되어 상술한 어려움이 완화시킬 수 있다. 예를 들면, 1차원 III-V족 반도체 나노와이어는 Si기판에서 양호한 에피택시얼 성장이 가능하다. 그러나 Si기판에서 III-V족 반도체 나노와이어가 성장할 경우, 표면의 산화규소 작용에 의해 일반 Au 촉매입자는 복잡한 전기기판 처리공정을 필요하므로 III-V족 반도체 나노와이어가 Si 기판위에서 안정적으로 성장하기 어렵게 된다. Ga-V 반도체는 중요한 III-V족 반도체로서 자체 성분의 Ga를 촉매제로 사용할 수 있으므로 이러한 문제점을 해결할 수 있다. 중국과학원 반도체연구소 반도체초격자국가중점실험실 자오젠화(趙建華) 연구팀은 최근 몇 년간 반도체 저차원(Low-dimensional) 재료의 분자빔 에피택시얼 성장 연구에 힘썼고 위쉐저(俞學哲) 등 연구원은 해당 연구(X.Z. Yu et al.,Nano Lett. 12, 5436, 2012; Nano Lett. 13, 1572, 2013)를 기반으로, 2단계 성장방법을 이용하여 Si 기판에서 GaAs 나노와이어의 성장온도 범위를 효과적으로 확대하였다. 이는 최초로 Ga 촉매제를 이용한 GaAs 나노와이어의 성장온도 즉 중요한 결정체 성장 파라미터에 관한 심층 연구이다. 기존의 1단계 성장방법은 GaAs 나노와이어가 매우 좁은 온도범위에서만 성장할 수 있었다. 해당 연구를 토대로, 연구팀은 Ga 촉매반응 속도를 이용하여 GaAs/GaSb 축방향 헤테로접합(hetero junction) 나노와아어를 우선 제조하였으며 적당한 As를 투입하여 성분을 조절할 수 있는 GaAs/GaAsSb 축방향 헤테로접합의 나노와이어를 합성시켜 밴드갭공학(Bandgap engineering)을 GaAsSb 나노와이어에 응용시켰다.

지구환경연구소 미래 대기오염연구의 새로운 연구수단 발굴

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탄소 안정동위원소(stable carbon isotopic composition)는 지구화학연구에 광범위하게 응용되며 동시에 대기오염원 및 대기화학전환을 해석하는 효과적인 수단이기도 하다. 중국과학원 지구환경연구소의 차오쥔지(曹军骥)연구원은 대기미세입자중의 유기탄소(OC)와 원소탄소(EC)의 안정동위원소에 대한 연구에서 진전을 이룩했다. 관련 연구논문은 (Stable carbon isotopes in aerosols from Chinese cities: Influence of fossil fuels) 최근의 국제 유명학술저널인 Atmospheric Environment에 발표되었다. 이 연구는 중국 14개 주요 도시의 대기미세입자 유기탄소(OC)와 원소탄소(EC)의 안정동위원소를 체계적으로 조사한 것으로, 남부, 북부 주요도시의 OC와 EC 동위원소의 공간분포 및 계절변화특징을 도출해냈다. 연구결과, OC 동위원소 수치변화범위는 -26.90‰~ -23.08‰, EC 동위원소 수치변화범위는 -26.63‰ ~ -23.27‰사이에 있음을 획득했다. 겨울철의 OC, EC 안정 동위원소 수치는 뚜렷한 연관성을 나타내며, OC, EC 동위원소 차이는 북부지역이 남부지역보다 큰 것으로 나타났다. 동위원소 지시특징을 비교해보면 도시대기미세입자중의 탄소성분은 주로 화학석유연료의 연소, 특히 석탄 연소와 차량의 가스방출에서 비롯되었으며, 북부지역이 겨울철에 석탄연소의 영향을 가장 많이 받는 것으로 나타났다. 본 연구를 통해 대기중 OC, EC 안정된 탄소동위원소는 대기중 탄소에어로졸(carbonaceous aerosol)의 공급원을 식별하는 유효 지시물질로 삼을 수 있음을 입증했으며, 또한 미래 대기오염연구의 새로운 일반연구수단이 될 것으로 전망된다. 논문정보: Jun-ji Cao,et al., Stable carbon isotopes in aerosols from Chinese cities: Influence of fossil fuels, Atmospheric Environment 45 (2011) 1359-1363

중국 란저우중이온가속장치로 비스무트이온 가속에 성공

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2월 25일 중국과학원 산하 근대물리연구소는 란저우(蘭州)중이온가속장치(HIRFL)로 비스무트 이온을 가속하는데 성공했다. 연구원들은 중이온냉각저장링(CSR)의 메인링으로 83호 원소 비스무트(209Bi36+)빔의 냉각축적을 실현했고, 또한 핵자 하나당 170MeV 에너지로 가속시키는데 성공했는데, 이는 C, Ar, Ni, Kr과 Xe 다음에 HIRFL-CSR로 가속에 성공한 가장 무거운 이온에 속한다. 중이온 209Bi36+빔의 가속성공은 HIRFL-CSR의 중이온가속능력을 입증한 것으로, 중국의 중이온가속기기술이 세계선진반열에 진입하였음을 입증하는 중요한 표지이기도 하다. 비스무트금속입자는 초전도 ECR이온원 SECRAL에서 가열되어 증발되며 또한 플라즈마가운데서 전리되면서 209Bi36+이온을 생성하며 빔을 형성한다. 209Bi36+빔은 HIRFL-SFC 회전가속장치안에서 핵자당 1.9MeV의 에너지로 가속되며 메인링(HIRFL-CSRm)안에서 9초만에 ~2.5×107개의 이온을 축적하여 가속시키면 핵자당 170MeV(이온당 동력에너지 35.5GeV)의 에너지에 달할 수 있다.

국방과기대 중저속 자기부상교통핵심기술 확보

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국방과기대학은 30년간의 연구 끝에 독자적인 지재권을 보유한 중저속 자기부상교통핵심기술을 확보했다. 3월 1일 북경시에서 건설을 가동한 8개의 도시궤도교통지능화 운영회로중 S1라인 서부구간공정에 해당기술을 채택하여 중국 최초의 중저속 자기부상교통운영시범라인을 건설하게 된다. 이는 중국이 일본 다음으로 중저속 자기부상교통 운영회로를 보유한 국가가 되었음을 의미한다. 1980년대부터 국방과기대의 창원선(常文森)교수가 이끄는 연구팀은 자기부상교통의 핵심요인기술을 위주로 독자적인 혁신을 추진해 서스팬션제어, 보기(bogie), 총체설계와 시스템집적 등 일련의 핵심요인기술을 공략했다. 1999년 중국과기대는 북경주식제어집단유한공사(北京控股集团有限公司)와 협력하여 ‘11차5개년’기간 국가과기지탱계획 중점과제 ‘중저속 자기부상교통기술 및 공정화 응용연구’를 수행했다. 양 기관은 중국내 17개 연구기관과 기업과 협력하여 핵심장비의 백프로 국산화를 실현하여 중저속 자기부상교통기술 공정능력을 갖춤으로써 중저속 자기부상교통을 발전하기 위한 기반을 다졌다. 2010년 3월, 본 과제는 5명의 원사를 포함한 전문가팀의 검수를 통과했다. 검수결과, 전문가팀은 중저속자기부상교통시스템의 서스펜션제어, 견인제어, 운행제어 등의 핵심요인기술을 확보하여 중저속자기부상교통의 시스템기술을 확보하였으며 선진국수준에 도달하였다고 평가했다. 북경주식제어집단유한공사는 당산(唐山)에 소재한 시험거점에 최고시속이 105km에 달하는 1.5km 길이의 중저속 자기부상교통시범라인을 건설하였다. 자기부상열차으로 형성된 자기장의 강도는 일반 가전제품이 형성한 자기장과 비슷하거나 심지어 더욱 낮아 친환경적이고 안전한 도시궤도교통시스템으로 알려져 있다. 중국은 도시교통문제를 해결하고, 에너지절약/오염물방출저감을 촉진하며, 녹색성장을 실현하기 위해 중저속자기부상교통을 적극 발전시키기 위한 노력을 아끼지 않고 있다.

2010년 원전산업 10대 뉴스

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2010년 중국 원전산업의 10대 뉴스 1. 당중앙 원전 발전 크게 중시 17차 5중 전회에서 12차 5개년 계획기간 안전을 보장하는 기초위에 원전사업을 고효율적으로 발전시킬 것을 제안하였다. 9월 4~6일 후진타오 국가주석이 선전(深圳)시를 시찰하던 중 다야완(大亞灣)원전기지를 특별히 고찰하면서 원자력은 전 세계적으로 공인하는 청정에너지이기 때문에 중국이 에너지구조를 조정하고 온실가스의 방출을 감소시키는 중요한 조치로 삼아야 한다고 강조하였다. 2. 링오우(岭澳)원전 2기공정의 1호기와 친산(秦山)원전 2기 확충공정의 3호기 상용화 운영에 투입 7월 15일 중국 자체브랜드의 원전기술을 최초로 사용한 링오우원전 2기공정 1호기가 전력망 연결에 성공해서 9월 20일부터 상용화에 정식 투입되었다. 8월 1일 11차 5개년 계획기간 최초로 착공한 친산원전 2기 확충공정의 3호기가 전력망 연결에 성공해서 10월 21일부터 본격적으로 상용화되었다. 이로써 중국은 총 13기의 상용화 원전을 보유하게 되었으며, 총 발전용량이 천만kw를 초과하였다. 3. 새로운 원전프로젝트가 잇달아 착공 2010년 한해 중국은 총 10기의 신규 원전을 착공하였다. 1월 8일에 닝더(寧德)원전의 3호기, 4월 15일에 타이산(臺山)원전의 2호기, 4월 25일에 창쟝(昌江)원전의 1호기, 6월 210일에 하이양(海阳)원전의 2호기, 7월 30일에 팡청강(防城港)원전의 1호기, 9월 29일에 닝더(寧德)원전의 4호기, 11월 15일에 양쟝(陽江)원전의 3호기, 11월 21일에 창쟝(昌江)원전의 2호기, 12월 28일에 팡청강(防城港)원전의 2호기, 12월 31일에 푸칭(福淸)원전의 3호기가 잇달아 착공되었다. 2010년 말 기준 중국 내 건조중인 원전은 28기에 이르러 전 세계 건조중인 원전 총수의 40%를 차지하였다. 이로써 중국은 건조중인 원전 규모가 가장 큰 국가로 부상하였다. 4. 네이멍구(內蒙古)지역에서 3만톤 이상의 초대형 우라늄광상 발견 12월 7일 중국의 지질학자들이 10년 동안의 노력을 거쳐 네이멍구지역에서 초대형의 우라늄 광상을 발견한 사실이 보도되었다. 연구자들은 Erdos분지 외 Erlian분지의 중부지역에서 백악기시기 호수/하천지층에서 형성된 3만톤 이상의 초대형 우라늄광상을 확인하였다. 이와 관련된「Erdos분지 북부지역의 사암타입 우라늄광상의 시간/공간적 오리엔테이션과 광상형성메커니즘 연구」프로젝트는 지질과학기술 10대 진전에 선정되었다. 5. 사용후핵연료 재처리중간실험공정 열조절에 성공 12월 21일 중국 최초의 사용후핵연료 재처리중간실험공정인 중국핵공업그룹(CNNC)404중간실험공정이 열조절에 성공하였다. 이는 중국이 원자력에너지 연구개발 분야에서 이룩한 중대한 기술성과로서, 핵연료 밀폐사이클(closed cycle) 방향으로의 발전을 위해 중요한 걸음을 내디뎠다. 재처리를 거쳐 회수하는 우라늄과 플루토늄으로 MOX(우라늄-플루토늄 혼합산화물)연료를 제조해서 원자로에 재활용할 수 있다. 6. 백만kw급 원자로압력용기의 독자개발에 최초로 성공 12월 18일 중국핵동력연구설계원(NPIC)에서 설계하고, 중국제1중형기계그룹이 제조한 훙옌허(紅沿河)원전 1호기의 압력용기의 각종 기술지표가 요구조건을 전부 충족시켰다. 세계 선진수준에 도달한 이 원자로압력용기는 중국이 백만kw급 NI(nuclear island) 메인설비의 국산화를 기본적으로 실현하였음을 뜻한다. 7. 중국고속실험로(CEFR) 최초로 임계에 도달 7월 21일 중국의 첫 고속중성자증식로 CEFR이 최초로 임계에 도달했는데, 이는 원전 분야의 중대한 자주혁신 성과이다. 이로써 중국은 미국, 영국, 프랑스 등에 이어 세계에서 8번째로 고속로기술을 보유한 국가가 되었다. 고속중성자증식로는 우라늄자원의 이용율을 크게 향상시키는 동시에 고준위폐기물의 양을 감소시킬 수 있다. 8. 원전산업협회 과학기술상 최초로 창설 11월 9일 중국원전산업협회 과학기술상 평가위원회의 심의를 통해 1등상 2건, 2등상 12건, 3등상 42건을 선정하였다. 원전산업의 자주혁신능력을 향상시키고 원전 발전에 특출한 기여를 한 기관과 과학기술자를 장려하기 위해, 중국원전산업협회, 중국핵공업그룹, 광둥원전그룹, 국가원전기술유한공사, 중국전력투자그룹, 중국화넝(華能)그룹, 중국다탕(大唐)그룹 등이 공동으로 출자해서「원전산업협회 과학기술상」을 최초로 창설하였다. 9. AP1000/EPR 3세대 원전 6기 전부 착공 6월 20일 하이양(海陽) 2호기가 착공되었다. 이로써 AP1000 3세대 기술을 사용한 산먼(三門) 및 하이양(海陽)의 4기 원전과 EPR 3세대 기술을 사용한 타이산(臺山)의 2기 원전을 포함해서 총 6기의 3세대 원전이 전부 착공되었다. 10.「원자력법」잉태중 9월 국무원이 북경대학의 4명 원사가 공동으로 작성한「원자력법을 조속히 제정할데 관한 제안」에 대해 긍정적인 의견을 표시하였다. 이로써 원자력 분야 기본법이 될「원자력법」의 논증사업이 심층적으로 추진될 예정이다.