[오피니언뉴스=김상혁 기자] 연일 터지는 정치·사회 뉴스에 빠져 정작 중요한 것을 놓치기 일쑤죠. 21세기 미래를 바꿀 IT기술, 인포테인먼트 소식입니다. 미래 먹거리일 뿐 아니라, 흐름을 놓쳤다간 금방 시대에 뒤처지게 됩니다. <오피니언뉴스>는 매주 주요 IT, 과학기술, 게임 소식들을 짤막하게 모아 소개합니다. 먼 미래가 아닌 눈앞의 미래에 상용화될 IT기술을 주로 다루려합니다.  [편집자 주]

◆ 칼륨-이온 배터리, 리튬-이온 배터리 대체할까

전기차를 비롯해 각종 전력 장치는 일반적으로 리튬-이온 배터리를 사용합니다. 하지만 최근 리튬-이온 배터리의 단점을 상쇄시킬 수 있는 '칼륨-이온 배터리'가 주목 받고 있습니다.

리튬은 가격과 환경적 부분이 단점입니다. 그런데 칼륨은 싸고 풍부합니다. 때문에 원료 비용, 제조 비용에 강점을 보입니다. 환경적인 문제도 리튬보다 적습니다. 

일반적으로 리튬-이온 배터리는 리튬코발트산화물로 만든 양극, 흑연으로 만든 음극으로 이뤄집니다. 리튬 이온이 음극과 양극 사이를 왔다갔다 하며 충전과 방전이 이뤄집니다.

그런데 그동안 칼륨-이온 배터리가 활성화되지 못한 이유는 두 가지 입니다. 우선 칼륨은 리튬보다 더 크고 무거운 금속 원소라 에너지 밀도가 낮습니다. 때문에 리튬-이온 배터리보다 성능이 떨어집니다.

그런데 미국 뉴욕 주 렌셀러 공대의 니킬 코라트카르 교수 연구팀은 흑연 음극도 칼륨 금속으로 대체함으로써 칼륨의 성능을 높였습니다. 연구진에 따르면 칼륨-이온 배터리 성능은 리튬-이온 배터리 성능에 필적합니다.

두 번째 문제는 '덴드라이트(수상돌기)'입니다. 배터리가 충전과 방전을 반복하다보면 금속 조각들이 양극에 조금씩 달라 붙습니다. 그 모양이 마치 나뭇가지 모양 같다 해서 붙은 이름이 덴드라이트입니다. 그런데 이 덴드라이트가 쌓이다보면 양극과 음극을 분리하는 절연막을 뚫게 되고, 이것이 합선의 원인이 됩니다. 

그런데 니킬 코라트카르 교수 연구팀이 해결책을 발표했습니다. 덴드라이트 청소가 가능한 자가 치유 기술입니다.

연구팀은 잘 통제된 상황에서 충전과 방전을 빠르게 되풀이해 열을 올렸습니다. 그리고 칼륨이 녹지 않을 정도로 정밀하게 열을 조정했습니다. 그 결과 덴드라이트만 녹이는데 성공했습니다. 그리고 칼륨 원자가 표면 확산 활성화로 덴드라이트 더미를 옆으로 치우게 됩니다.

기존에도 열을 이용한 리튬-이온 배터리 자가 치유 기술이 있었습니다. 하지만 훨씬 더 많은 열이 필요하다는 한계점이 있었습니다. 그런데 칼륨-이온 배터리가 이를 해결했습니다.

◆ 국내 연구진, 코로나 바이러스 항체 개발에 속도

전 국민들이 코로나19 사태를 극복하기 위해 안간힘을 다 하고 있습니다. 이런 가운데 국내 연구진이 코로나19 치료용 항체와 백신 개발에 기여할 것으로 여겨지는 연구 결과를 발표했습니다.

한국화학 연구원의 융합연구단은 기존에 알려진 사스와 메르스 중화항체가 코로나19 스파이크 단백질에 결합할 수 있다고 밝혔습니다. 스파이크 단백질은 코로나 바이러스가 세포 내로 침입할 때 활용하는 단백질입니다.

연구팀은 코로나19 유전체 분석을 통해 사스 바이러스와의 유사성을 확인했습니다. 그리고 기존 사스·메르스 중화항체가 코로나19에 결합할 수 있는지를 생물정보학적 분석 방법으로 예측해봤습니다.

그 결과 기존의 사스 중화항체 2개, 메르스 항체 1개가 코로나19 스파이크 단백질에 결합할 수 있다는 결과를 예측했습니다. 이는 코로나19 치료용 항체와 백신 개발에 기여할 것으로 기대를 받고 있습니다.

◆ 치매 원인 물질만 제거하는 '나노 청소기'

먼지를 흡입하는 청소기처럼 치매의 원인이 되는 독성 단백질을 제거하는 기술이 나왔다고 합니다.

한국과학기술연구원(KIST)은 이준석 분자인식연구센터 박사팀 등이 치매의 원인 중 하나인 '베타-아밀로이드 단백질'을 흡입해 제거하는 '나노 청소기'를 개발했다고 밝혔습니다.

'베타-아밀로이드 단백질'은 건강한 사람들의 몸 속에도 생겼다가 자발적으로 사라지는 것을 반복합니다. 그러나 알츠하이머 환자의 경우 단백질이 생성되는 속도가 사라지는 속도보다 빨라 뇌 속에 비정상적으로 축적됩니다. 그렇게 쌓인 단백질이 응집되면 신경 세포와 시냅스(신경 접합부)를 파괴해 알츠하이머의 진행을 빨라지게 만드는 원인이 됩니다.

기존의 연구와 치료는 '베타-아밀로이드 단백질'이 응집하지 못하는 데 중점을 뒀지만 효과적인 결과는 없었습니다. 그러나 이번 '나노 청소기'는 문제의 단백질을 흡입해 제거한다는 새로운 개념입니다.

특정 단백질을 제거하려면 해당 단백질에만 반응하는 항체가 필요합니다. 기존의 항체는 부피도 크고 다른 분자와 결합하는 한계가 있었습니다.

하지만 연구팀은 표면적이 넓은 나노 구조체를 제작해 미니항체를 부착했습니다. 미니항체는 타겟이 되는 표적 물질에만 반응하는 선택성은 높으면서도 보통의 항체보다 작아 구조체에 부착이 용이합니다. 이 미니항체가 '나노청소기'의 엔진 역할을 하게 됩니다.

연구팀은 '베타-아밀로이드 단백질'에 적용했을 때 단백질의 비정상적 응집을 80% 이상 차단해 신경독성을 완화하는 점을 확인했습니다. 향후 응용범위를 확장해 체내 다양한 유해물질의 억제제 역할을 기대하게 합니다.

미니항체가 부착된 다공성 실리카 나노구조체는 특정 타겟 물질을 선택적으로 흡입, 제거한다. 이 사진은 세계적 학술지 '어드밴스트 펑셔널 머테리얼즈'의 표지논문. KIST 제공

◆ 인간의 뇌 본떠 만든 '뉴로모픽 칩'

사람의 뇌가 사고하는 과정을 본떠 만든 반도체 칩이 등장했습니다. 전력 소모는 줄이고 신호 전달 능력은 높여 대량의 정보를 처리하는데 적합한 차세대 정보처리 기술로 주목 받고 있습니다.

한국연구재단은 이장식 포항공대 교수 연구팀이 빛에 의해 신호세기가 조절되는 '뉴로모픽 칩'을 구현했다고 밝혔습니다.

뉴로모픽 칩은 인간의 뇌를 본떠 만든 칩입니다. 뇌 신경 구조를 모방해 사람의 사고 과정과 비슷한 방식으로 정보를 처리하는 반도체입니다. 그 중 특히 빛에 따라 전류의 흐름이 조절되는 광 시냅스 소자는 동작 속도는 빠르면서도 소비 전력이 낮다는 장점이 있습니다.

그동안은 빛의 반응성을 제어하기가 어려웠습니다. 때문에 신호를 유연하게 바꾸는 과정이 까다로웠는데요. 연구팀은 신경세포끼리 신경전달물질이 분비되면서 전기적 신호를 전달하는 것처럼, 빛에 의해 생성된 전자가 빛이 사라지면서 다시 결합하는 방식으로 전류의 세기를 바꾸면서 정보를 처리할 수 있는 광 시냅스 소자를 개발했다고 합니다.
 

김상혁 기자 다른기사 보기