엔트리 temporary1

세계 최대 깊이 지하실험실 새 단계 구축 프로젝트 본격 가동

2019년 7월 20일, 쓰촨진핑산(錦屏山)터널 지하 2,400m 깊이에 위치한 중국진핑지하실험실 새 단계 구축 “극심부 지하 초저방사 백그라운드 프런티어 물리실험시설” 프로젝트가 본격 가동되어 실험설비 설치를 시작했다.
동 프로젝트는 기존 입자물리 표준모형을 뛰어넘는 새 입자 및 새 물리(new physics) 중대 기초 프런티어 연구를 목표로 함과 아울러 암흑물질 직접적 탐측 실험, 중성미자 없는 이중베타붕괴 실험, 핵천체물리 분야의 핵심 핵종 합성과정 및 항성 진화 등 기초물리 프런티어 연구를 수행한다. 또한 극심부 지하의 제로 근접 우주선 백그라운드 조건에서 각종 기초 프런티어 분야 탐측의 새 메커니즘, 새 방법, 새 기술을 탐구하고 초저방사 백그라운드 차폐의 새 방법 및 새 기술을 개발하는 등 중국 입자물리, 핵물리 분야의 중대 기초 프런티어 물리문제 연구에 플랫폼 지원을 제공한다.
칭화대학과 야룽강(雅砻江)유역수력개발유한회사는 2009년에 공동으로 진핑산터널 중간 위치의 지하 2,400m 깊이에 극심부 지하실험실 구축을 시작해 2010년 말에 사용에 투입했고 2014년에 “중국진핑지하실험실” 2기 프로젝트를 가동해 지하 사용가능한 실험공간을 원래의 4,000m³에서 30만 m³로 증가시켰다. 상기 프로젝트는 2016년에 국가중대과기기초시설 “13차 5개년” 계획에 편입되었고 2018년 말에 프로젝트타당성연구보고서가 공식 허가되었으며 이번에 본격 가동되었다.
중국진핑지하실험실 1기 완공 후 칭화대학 및 상하이교통대학이 각각 주도하는 암흑물질 직접적 탐측실험이 수행돼 일련의 연구성과를 창출했다. 뿐만 아니라 비교적 짧은 시간에 중국 암흑물질 직접적 탐측실험 연구수준을 세계 선진수준에 끌어올렸다. 동 실험실은 국제 기타 지하실험실에 비해 암석피복깊이가 가장 깊고 우주선 플럭스가 가장 적으며 사용공간이 가장 큰 장점을 보유한다.

홍콩중문대학, 무릎굽힘으로 발전 가능한 웨어러블 장치 개발

최근, 중국 홍콩중문대학 기계·자동화공학부 랴오웨이신(廖維新) 연구팀은 보행시 무릎 굽힘으로 생성되는 운동에너지를 통해 발전할 수 있는 웨어러블 장치를 개발해 웨어러블 건강 모니터의 전력 공급에 이용될 전망이다. 해당 연구성과는 “Applied Physics Letter”에 게재됐다.
연구팀은 압전 섬유재료 및 커넥팅 로드를 이용해 엔진 크랭크 구조와 유사한 장치를 설계했다. 해당 장치의 무게는 307g밖에 안되며 다리에 착용한 후 보행시 무릎 자연 굽힘 과정에서 생성되는 운동에너지를 “포획”해 전기에너지로 전환시킨다.
해당 장치를 착용한 후 4Km/h의 속도로 보행시 장치 출력은 1.6μW에 달한다. 해당 장치를 착용한 경우와 착용하지 않은 경우 피시험자의를 보행시 호흡 상황을 비교한 결과, 해당 장치를 착용한 후 보행시 추가적 힘이 필요하지 않았다.
인간의 보행 빈도가 매우 낮기에 진동 과정에서 에너지 수집 효율이 비교적 낮다. 하지만 이번에 개발한 무릎 굽힘 과정에서 생성된 운동에너지를 이용한 발전은 상기 문제점을 극복했다.
새로운 인체 운동에너지 수집 기술은 웨어러블 장치 개발을 추진하여 웨어러블 건강 모니터 등의 “자가 전력 공급”을 달성함으로써 사용자가 경상적으로 충전해야 하는 번거로움에서 벗어날 수 있다.

세계 첫 “이중 기능 트리-연속로” 구리 제련 생산라인 가동

최근, 중국언페이(恩菲)공정기술유한회사가 설계한 바오터우(包頭)화딩(華鼎)동업(銅業)발전유한회사 3단계 공사 하취(Bottom blowing)정련로가 일차적으로 순조롭게 생산에 들어감과 아울러 합격품 양극 구리(Anode copper) 생산을 달성했다. 이는 세계 첫 전체 하취, 전체 열상태, 트리-연속로(Tri-continuous furnace) 연속 구리 제련 생산라인이 전부 연결되어 운전에 들어갔음을 의미한다.
해당 생산라인은 중국 자체 지식재산권을 보유한 산소 하취 제련 기술을 이용해 기존의 송풍로(Wind furnace) 구리 제련 공법을 리노베이션 및 업그레이드했으며 산소 부화(Oxygen enrichment) 하취 제련+PS 회전로 블로잉 공법, 하취 연속 블로잉 기술, 산소 하취 정련 등 다양한 기술 공법으로 기존의 고정식 반사로 정련 기술을 대체했다. 뿐만 아니라 개선 후의 하취 제련로 및 하취 블로잉 제련로와 공동으로 “산소 하취 제련+산소 하취 연속 블로잉 제련+하취 제련”의 전체 하취 연속 구리 제련 생산 공법을 달성했다.
기존의 공법은 생산과정에서 복잡한 여러 절차를 경과했지만 신공법은 하취 제련, 하취 제련에서 조동(Crude copper) 하취 정련, 심층적 잡질 제거 처리 및 최후의 양극판 주형 등 절차를 1개 생산라인으로 달성할 수 있다. 또한 인력 및 설비가 동일한 상황에서 신공법으로 생산 효율을 최저 20% 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 생산 과정에서의 에너지소모 및 환경보호 문제를 해결할 수 있다.

쌍광자-STED 복합현미경 개발

최근, 중국 연구진은 세계 첫 쌍광자-자극방출고갈(Stimulated Emission Depletion, STED) 복합현미경 프로토타입을 성공적으로 개발했다. STED 복합현미경 시스템의 핵심 부품을 또한 자체 지식재산권을 보유한 대면적 어레이 CMOS 카메라 및 장거리 작동 대개구수 대물렌즈 등 핵심 부품으로 개발함으로써 해당 제품의 외국 독점 국면을 개변시켰다.

초해상도 광학현미경은 생물학 및 기초의학 연구에서 매우 주요한 역할을 한다. 초해상도 미세 광학영상은 독창성 연구성과를 달성하는 주요 방법이다. 독일, 캐나다, 프랑스, 이탈리아 등 여러 나라 연구기관은 오래전부터 쌍광자-STED 이미징 기술 연구를 가동함과 아울러 쌍광자-STED 이미징 실험 시스템을 구축했다. 중국의 쌍광자 STED-이미징 기술은 현재 실험실 연구 단계이다. 따라서 쌍광자-STED 복합현미경의 성공적 개발은 중국의 생물의학 프론티어 기초연구 맞춤화 요구, 혁신 능력 향상 및 현미경 업체 업그레이드 추진 등에 중요한 의미가 있다.

동 연구는 쑤저우(蘇州)국제과학기술단지 의료과학기술발전유한회사, 지린(吉林)야타이(亞泰)생물약업주식유한회사, 중국과학원 물리연구소 등이 공동으로 연구했다.

세포핵 속 바이러스 DNA 식별 분자 발견

최근 난카이대학 차오쉐타오(曹雪濤) 연구팀은 세포핵에 바이러스 DNA를 특이적으로 식별할 수 있는 자연면역수용체 분자가 존재하며 해당 분자가 바이러스에 대한 “강반격”을 작동시킬 수 있음을 발견했다. 해당 성과는 연구논문(Research Article) 형식으로 “Science”에 온라인으로 게재되었다.
해당 새 메커니즘의 핵심은 이질 핵 리보핵산단백질A2B1(hnRNP-A2B1)이라 불리는 단백질 분자이다. hnRNP-A2B1은 평상시 mRNA 수송을 담당하다가 바이러스 공격시 단백질 “융합”, 메틸화 등 변화를 통해 세포핵으로부터 세포질로 이동해 자연면역 신호경로를 활성화시킴과 아울러 항바이러스 효과를 작동시킨다.
연구팀은 먼저 핵심 바이러스 DNA 식별 분자를 확실시한 다음 면역기능을 활성화시키는 세포경로를 점차적으로 “끄집어”냈다. 연구팀은 비오틴으로 표지한 바이러스 DNA를 “미끼”로 하여 세포핵추출물에서 DNA 결합단백질을 “낚아”냈다. 다음 질량분석 및 2차원 전기영동 선별을 통해 세포핵에서 바이러스 감염 후 세포질로 이동하는 단백질 분자를 더한층 확실시했다. 일련의 세포기능 및 동물시험을 통해 23개 후보 분자 가운데서 최종적으로 hnRNP-A2B1가 핵심적인 핵내 DNA 자연면역 식별 수용체임을 감정했다.
이어서 연구팀은 동 단백질의 평시/전시 역할 승화과정은 이합체화(2개 분자 중합) 후 226번 부위 아르기닌에서의 탈메틸화 발생에서 비롯됨을 규명했다. 바이러스 공격에 대비한 식별분자는 세포핵에서 세포질로 이동해 인터페론 발현 관련 경로를 활성화시킨다. 이외 hnRNP-A2B1은cGAS, IFI16, STING 등 DNA 식별 수용체 mRNA의m6A 수식 및 핵외로의 이동을 촉진시킴으로써 세포질의 이미 알려진 상기 자연면역 분자의 효능을 증폭·증강시킴을 발견했다.
해당 발견은 세포핵 속 단백질 분자의 자연면역 식별 관여 및 신호전달의 새 메커니즘을 규명함으로써 항바이러스 치료 및 염증질환 치료에 새 아이디어와 잠재적 약물개발 표적을 제공했다.

인간 뇌구조의 계층적 모듈화 특성 발견

최근 시안교통대학 우주항공학원 우잉(吳瑩) 연구팀은 4년간 연구 끝에 인간 대뇌구조의 계층적 모듈화(Layered Modular) 특성을 발견해 미래 뇌유사지능기계 개발에 중요한 시사점을 주고 있다. 해당 연구성과는 “뇌구조 계층적 연결모드와 임계거동 협동적 뇌기능 다양성 최대화”란 제목으로 “Physical Review Letters”에 게재되었다.
왜 대뇌가 복잡한 동역학적 거동을 발생할 수 있고 또한 풍부한 대뇌 인지기능을 형성하는지, 그리고 상대적으로 안정적인 대뇌구조와 어떠한 관계를 가지는지 등 문제는 뇌신경과학 및 복잡계 네트워크 동역학(complex network dynamics) 분야의 관심 과제이다.
연구팀은 고유모드(eigenmode) 이론 및 복잡계 네트워크 동역학 분석방법에 기반한 연구를 통해 대뇌구조의 계층적 모듈화 특성은 대뇌에 고유의 기능성 분리 및 통합 능력을 제공함을 발견했다. 또한 대뇌가 구비한 임계동역학(critical dynamics) 특성은 이러한 고유능력을 최대화 여기시킬 수 있어 대뇌로 하여금 최상의 기능성 분리 및 통합을 발생시켜 대뇌의 복잡하고 다양한 기능을 유지한다. 해당 연구는 대뇌구조, 동역학 특성 및 복잡 기능 간의 관계를 통합함으로써 물리과학, 신경과학 및 네트워크 동역학적 차원에서 대뇌 작동 메커니즘에 대한 이해를 촉진시키는 등 미래 뇌유사지능기계 개발에 중요한 시사점을 준다.

중국 과학기술통계 보고서(13) – 저장성 대학 및 연구소의 기술성과 사업화 통계 분석

과학기술통계보고서는 통계치를 기반으로 중국의 과학기술 발전현황을 적시에 정확하게 반영하여 각급 과학기술 관리와 정책결정 자문부문을 위해 상세한 데이터자료와 신뢰성 정책결정 근거를 제공하고 있다.

2019년 4월 1일부터 과기부의 위챗공식계정인 루이커지를 통해 “과학기술통계보고서(이하 보고서)” 칼럼을 개설한다. 보고서는 2018년에 발표한 최신 과학기술 통계치를 근거로 작성하였다. 본 보고서는 중국의 R&D 투자, R&D 활동 및 산출 등 주요지표를 다루었으며, 기업, 대학과 정부출연연구기관의 R&D 활동 통계분석, 첨단기술제품 수출입 통계분석, 국가첨단기술산업개발구, 기술시장 등 전문 통계분석 그리고 일부 성/시의 R&D 활동현황 통계분석 내용을 포함한다.

본 보고서는 총 14개의 시리즈 자료로 구성되었다. 제13호에서는 <저장성 대학 및 연구소의 기술성과 사업화 통계 분석> 자료를 게재한다.

상세정보는 첨부파일을 참조.

다롄화학물리연구소, 평면화 아연-망간 마이크로형 배터리 개발

최근, 중국과학원 다롄(大連)화학물리연구소 2차원재료·에너지소자 우중솨이(吳忠帥) 연구팀은 저원가, 규모화 스크린 인쇄(Screen printing) 기술을 개발하여 양호한 상업 응용 전망, 고유연성, 고안정성 및 장수명 기능을 보유한 2차원 수계 평면화 아연-망간 마이크로형 배터리를 제조했다. 해당 연구성과는 “National Science Review”에 게재됐다. 한국 울산과학기술원(UNIST) 마이크로형 에너지저장 전문가 이상융(LI Sang-yong) 교수는 해당 저널에 “규모화, 안전성, 인쇄 가능한 아연-망간 평면 마이크로형 배터리의 지능형 전자 소자 분야에서 광범위한 응용”이라는 평론 문장을 발표하여 해당 연구성과를 높게 평가했다.
차세대 마이크로화 웨어러블 전자 제품의 개발과 더불어 해당 제품에 필수적인 신개념, 고안전성, 장수명 마이크로형 에너지저장 소자인 평면화 마이크로형 배터리 수요가 절박하다. 전통적인 샌드위치구조 배터리는 부피가 크고 기계적 유연성이 차하며 굽힘 상태에서 아래쪽 계면이 쉽게 분리되는 등 단점이 존재한다. 높은 집적화 특성을 보유한 평면화 마이크로형 배터리는 해당 단점을 보완할 수 있기에 매우 유망한 새로운 웨어러블 전자 소자 전력원으로 거듭날 전망이다.
유기 전해액을 대체할 수 있는 고안전성 수계 전해액 개발은 고안정성 수계 평면화 마이크로형 배터리 제조의 핵심이다. 아연-망간 수계 배터리는 전극재료에 대량의 에너지저장이 가능하기에 관심사로 떠오르고 있다. 하지만 현재 집적 전자소자와 높은 호환성을 보유한 고안전성, 저원가 평면 아연-망간 배터리 핵심 제조 기술은 아주 결핍하다.
상기 문제점을 해결하기 위해 연구팀은 원가가 낮고 간단하고도 고효율적이며 규모화한 스크린 인쇄 기술을 개발하여 양호한 기계적 유연성, 고안전성 및 장수명을 보유한 신개념 수계 평면화 아연-망간 마이크로형 배터리를 개발했다. 연구팀은 먼저 이산화망간, 아연 분말, 그래핀을 기능성 재료로 하여 아연-망간 배터리의 양극과 음극 및 그래핀 컬렉터(Collector) 요변성 잉크(Thixotropic ink)를 배합했다. 다음으로 다단계 스크린 인쇄 방법을 이용해 평면화 아연-망간 마이크로형 배터리의 간단한 저원가 규모화 제조를 달성했다.
아연-망간 배터리는 친환경적이고 안전성이 뛰어날 뿐만 아니라 작동 수명도 길다. 5C 전류밀도 조건에서 1,300 라운드 순환한 후에도 83.9%의 비용량(Specific capacity)을 유지할 수 있으며 동시에 뛰어난 기계적 유연성 및 성능 일치성을 보유한다. 이외 인쇄 기판의 다양성은 다양한 응용 상황 요구를 만족한다. 스크린 인쇄는 산업 분야에서 이미 성숙된 기술이다.
동 연구는 산업 응용 전망이 아주 높은 평면화 아연-망간 마이크로형 배터리 규모화 제조 방법을 제안함으로써 기타 평면화 유연성 에너지정장 소자 개발에 새 아이디어를 제공했다.

베이징대, 신형 유전자 편집기술 발표

최근 베이징대학 연구팀은 최초로 신형 리보핵산(RNA) 단일 염기 편집기술을 개발함과 아울러 해당 기술을 사용해 일련의 질병 관련 유전자 전사체(transcript)에서의 고효율적 정밀 편집을 구현했다. 동 기술의 확립은 생명과학 기초연구 및 질병 치료에 참신한 도구를 제공했다. 해당 논문은 “Nature Biotechnology”에 온라인으로 게재되었다.
최근년래 CRISPR/Cas9를 대표로 하는 유전체 편집기술은 생물의학 등 많은 분야에 심원한 영향을 가져다주고 있다. 세균 특유의 면역계 및 일종의 Cas9라 명명한 효소를 이용해 표적세포 DNA 서열을 수정하는 방식으로 유전자 결함으로 인한 질병을 효과적으로 치료할 수 있다.
하지만 일련의 현존 문제로 이러한 기술의 임상치료 응용은 어려움을 겪고 있다. 예를 들면 단백질 과발현에 의해 유도되는 DNA/RNA 수준의 오프타겟효과(Off-Target Effect), 외인성 단백질 발현으로 유발되는 생체 면역반응 및 손상 등이 존재한다. 문제의 근원은 현재의 유전자 편집시스템이 외인성 편집효소 또는 이펙터단백질의 발현에 의존한다는 점이다. 따라서 외인성 단백질 발현에 의존하지 않는 신형 유전자 편집도구 개발이 시급하다.

각막렌즈로의 고활성 세포 접종으로 망막 “재건” 가시화

최근 중난대학 아이얼안과(愛爾眼科)학원 탕스보(唐仕波) 교수와 아이얼안과연구소 천젠쑤(陳建蘇) 교수가 이끄는 연구팀은 유도만능줄기세포(induced Pluripotent Stem Cell) 조정배지(conditioned medium)를 사용해 증식력이 강하고 활성이 높으며 양호한 기능을 보유한 망막색소상피세포를 배양함으로써 망막 변성 등 실명질환 치료에 희망을 가져다주었다. 해당 연구성과는 “유도만능줄기세포 조정배지 및 펨토초 각막렌즈를 사용한 고활성 망막색소상피세포(RPE) 연합구축 연구”란 제목으로 “Acta Biomaterialia”에 온라인으로 게재되었다.
안구뒷벽 안쪽면의 감광성 조직인 망막은 한 층의 유연하고 투명한 박막이다. 인간의 안구를 카메라에 비유하면 망막은 감광판에 해당한다. 망막은 감광 및 이미지 형성을 담당한다. 망막 병변은 환자의 영구적 시력상실을 초래할 수 있다. 망막 변성 질환은 중국의 50세 이상 인구에서 발병률이 가장 높은 안과질환으로서 환자수는 3,000만 명을 초과한다.
연구팀은 유도만능줄기세포 조정배지의 혈소판유래성장인자AA(PDGF-AA), 인슐린유사 성장인자 결합단백질2(IGFBP-2) 등 인자를 유도해 대량의 고활성 망막색소상피세포를 획득할 수 있음을 발견했다. 심층 연구를 통해 환자 뇨액, 혈액의 체세포를 이용해 유도만능줄기세포로 전환시킬 수 있고 나아가 망막색소상피세포를 유도생성할 수 있음을 발견했다. 연구팀은 이들로 형성된 한 층의 매우 얇은 망막자연구조유사 편상조직을 환자의 망막 뒷면에 이식함으로써 시력 회복을 시도하였다. 유도만능줄기세포는 환자의 자가세포에서 유래한 것이므로 비자기(nonself) 세포 이식으로 인한 면역거부반응을 회피할 수 있다.
뿐만 아니라 연구팀은 완전 펨토초 레이저 근시교정수술에서 박리한 렌티큘(Lenticule, 각막실질조각)을 재활용하였다. 연구팀은 망막색소상피세포를 렌티큘에 접종하고 유도만능줄기세포 조건배양액으로 배양함으로써 망막색소상피세포시트로 하여금 더 많은 줄기세포 특성 및 완비한 섬모조립 등 기능을 보유하게 하였다.