과학기술로 사회문제를 풀어가는 이야기
1. 신약 개발을 위한 새로운 플랫폼 장기 칩!
2. UNIST가 친환경 과산화수소 생산할 수 있는 고성능 탄소계 촉매를 개발했어요!
3. 바람 타고 날아가는 씨앗... 3차원 전자소자로 만들어졌다?
1. 신약 개발을 위한 새로운 플랫폼 장기 칩!
통상적으로 하나의 신약 개발을 위해서는 약 1~2조원의 막대한 비용💸과 10~15년 정도의 연구🔎 기간이 필요했어요. 하지만 이런 투자에도 불구하고 사람과 동물의 근본적인 차이점 때문에 신약 후보의 92%가 임상 시험을 통과하지 못했고 부작용의 위험성에서도 안전하지 못한 문제점을 가지고 있어요. 이러한 문제점을 해결하고 약물이 인간의 신체에서 일어나는 일들을 보다 정확하게 관찰하기 위해 인간의 장기를 사람의 몸 밖에서 구현하는 장기 칩(Organ-on-a-chip) 연구가 활발하게 진행되고 있어요. 

©랩온어칩(Lab on a Chip)
사람의 융털 구조를 만들어낸다? 인공 창자 배양 시스템 바신(BASIN)!
실제 인간의 장기에서 일어나는 일들을 정확하게 재현하기 위해서는 특정 장기의 구조와 모양을 재현하는 일이 가장 중요해요. 우리 몸의 세포👾들은 주변 환경에 굉장히 민감하기 때문이죠. 특별히 창자는 길쭉하게 솟은 독특한 융털 구조를 가지고 있어 융털의 구조를 제대로 형상하는 장 상피 세포 배양 기술이 없었어요. 그 한계를 극복한 포항공과대학교(POSTECH) 연구팀이 사람의 창자에 있는 융털 구조를 만들 수 있는 배양시스템 '바신(BASIN)'🧪을 개발했어요.

바신(BASIN)은 이렇게 작용해요
기존의 장 상피 세포의 배양은 복잡한 장치와 구성 탓에 체외에서 대량으로 배양하기가 힘들었어요. 그런데 이번 포항공대 연구팀이 개발한 바신(BASIN)은 세포 배양액에 효과적인 흐름을 구현하여 장 상피 세포의 형태 형성(Morphogensis)을 도와주고 24개의 세포를 한번에 배양할 수 있는 상용 제품과의 호환성을 통해 동시다발적으로 장 형태를 형성하도록 유도해요. 그 결과 바신(BASIN)에서 배양된 인간 장 상피 세포들로부터 실제 장의 융털과 유사한 세포 특성 분포가 나타났어요🙌. 

앞으로 어떻게 활용될까?
실제 창자의 융털과 유사한 체외 인공 장 모델인 바신(BASIN)은 동물실험 대체, 체내 세포 활동 연구, 장 질환 연구, 신약개발 등에 활용될 수 있어 사람의 생명 건강💪 개선에 도움이 되는 새로운 플랫폼의 가능성을 보여주었어요. 
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2. UNIST가 친환경 과산화수소 생산할 수 있는 고성능 탄소계 촉매를 개발했어요!
그간 여러 실험을 거쳐도 파악이 어려웠던 탄소계 촉매 설계. 드디어 UNIST가 전기화학적 방법으로 과산화수소를 생산하는데 필요한 탄소계 촉매를 개발했어요. 여기에 쓰이는 전기화학적 과산화수소 생산법은 무엇이고, 또 탄소계 촉매는 어떤 특징 때문에 친환경🍃 물질로 주목 받았을까요?

©UNIST
탄소계 촉매란 무엇일까?
촉매란 반응 과정 중 소모되지 않으면서 반응속도를 변화💥시키는 물질인데요. 소량의 촉매만 있어도 반응 속도에 큰 영향을 미칠 수 있죠. 그중 가격이 저렴하면서도 오염물질을 배출하지 않는 물질로 주목받은 '탄소계 촉매'의 성능을 향상시키기 위해 다양한 연구를 해왔지만 촉매를 활성화시키는 작업 중에 촉매의 구조가 무분별하게 변해버리는 탓에 개발은 진전이 없었죠🤔.

안트라퀴논 공법 VS 전기화학적 생산법
상처 소독부터 반도체 세정에도 쓰이는 과산화수소를 생산하기 위해 현재는 안트라퀴논 공법을 사용해요. 하지만 이 공법은 금보다 비싼 고가의 팔라듐(Pd) 금속 촉매가 쓰이고 유기 오염물👿을 방출하는 치명적인 단점이 있죠. 반면 전기화학적 과산화수소 생산법은 기존과 달리 과정이 간단하고, 물(H2O) 외에는 반응부산물이 없는 친환경적인🌳 공법이에요. 이 전기화학적 과산화수소 생산법을 상용화할 수 있는 관건이 바로 UNIST가 개발한 고성능 탄소계 촉매에요. 

앞으로 어떻게 활용될까?
노력 끝에 UNIST의 손에서 탄생한 탄소계 촉매 연구를 통해 탄소 촉매의 구조를 정밀히 조절할 수 있는 합성법을 이용하여 성능과 효율을 향상시키는 핵심 촉매 설계 요소가 밝혀졌어요. 이 연구를 기반으로 촉매 개발에 박차를 가할 예정이고, 다량의 유기 오염물을 발생하는 안트라퀴논 공정을 대신할 전기화학적 과산화수소 생산에 성큼👍 다가갈 수 있게 됐어요.
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3. 바람 타고 날아가는 씨앗... 3차원 전자소자로 만들어졌다?
최근 세계적인 과학지 «네이쳐»의 표지를 장식한 숭실대 연구팀이 바람에 의해 퍼지는 씨앗에서 영감을 받아 마치 바람개비 같은 초소형 3차원 전자소자 '마이크로플라이어'를 세계 최초로 제안했어요. 산과 들판에 뿌려진 마이크로플라이어에 소형 센서, 안테나, 사물인터넷 회로 등을 붙이면 폭넓은 환경 모니터링을 하며 다양한 데이터를 모을 수 있어요.

©과학기술정보통신부
왜 씨앗의 구조를 가져왔을까?
그간 공기 중에서 스스로 비행🛫할 수 있는 로봇이나 전자소자는 드론 같이 큰 비행체 혹은 초소형 전기모터를 활용한 센티미터(cm) 크기의 로봇으로 연구가 진행됐어요. 하지만 소형화하는 기술이 매우 복잡했고, 비행에 필요한 에너지 효율을 높이는 게 어려웠죠. 이에 숭실대 연구팀은 바람과 중력, 곤충의 힘을 빌려 자신의 씨앗을 널리 퍼뜨리는 자연 속 식물들을 떠올렸어요. 흔하지만 가장 강력하고 효율적인 전략으로 바람을 타고 퍼트릴 수 있는 씨앗🌱의 구조가 제격이었죠.

어떻게 작동하는 걸까?
숭실대 연구팀은 마이크로플라이어를 오로지 바람💨으로만 날아가는 무동력 타입의 수동형 비행체로 만들었어요. 전기모터와 같은 부품이 없으니 소자의 크기를 수십에서 수백 마이크로미터(µm)까지 줄일 수 있었죠. 유체역학 실험을 통해 소형 비행체가 이동할 때 일으키는 미세한 난류를 정밀하게 측정하여 최적의 효율을 갖는 3차원 구조로 개발됐고요. 낙하산, 헬리콥터, 행글라이더, 스피너 타입 등 네 종류의 디자인으로 선보였어요😎.

앞으로 어떻게 활용될까?
우선 연구팀은 마이크로플라이어에 미세먼지 농도를 측정하는 사물인터넷📲 회로를 결합해 미세먼지 측정 실험에 성공했어요. 다음 실험에서는 빗물이나 이슬에 녹는 친환경 재료를 이용해 회수하기 어려운 마이크로플라이어의 단점을 극복할 계획인데요. 앞으로 우리나라 산지🌄를 둥둥 떠다니며 환경 오염을 관측할 차세대 로봇 비행체 마이크로플라이어의 행보가 무척 기대되네요.
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이번 주 간단 이슈 💬
 그동안 테이크아웃 컵은 페트(PTE), 폴리프로필렌(PP), 폴리스티렌(PS) 등으로 제작되어와서 재활용이 어려웠어요. 이에 환경부는 재활용률을 높이고, 재활용 컵으로 생산한 섬유의 품질도 높이기 위해 내년 2월부터 테이크아웃 컵의 재질을 페트(PET)로 단일화 해요. 

올 여름 홍수로 막대한 피해를 입은 독일 베를린은 건물 지붕은 물론 벽체에도 식물을 심어 빗물을 흡수하도록 했어요. 시내 곳곳의 작은 연못들도 빗물을 담아내는 저수지 역할을 하고요. 

성공 가능성은 낮지만 성공하면 세상을 바꿀 수 있는 초고난도 연구 그랜드 챌린지 사업에 한국과학기술연구이 나섰어요. 조기에 진달할수록 치료 효과과 큰 자폐 조기 지단과 치료제 개발, 그리고 다가오는 초고령 사회를 대비해 노화 제어기술을 개발할 계획이에요. 

시대가 변하고 공중전화 부스도 쓰임새가 달라졌어요. 배달 수요가 늘어난 요즘 전기 오토바이 충전소로도 쓰이고, 미세먼지가 심각해졌을 때는 대기 측정소가 되기도 해요. 
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과학기술정보통신부 사회문제과학기술정책센터(KISTEP 사회혁신정책센터)가 운영하는 
사회문제해결플랫폼(www.scisoplatform.or.kr)의 콘텐츠입니다.