전체기사

2025.05.23 (금)

  • 구름많음동두천 17.6℃
  • 맑음강릉 20.3℃
  • 구름많음서울 18.2℃
  • 맑음대전 18.5℃
  • 맑음대구 19.0℃
  • 맑음울산 20.0℃
  • 맑음광주 18.4℃
  • 맑음부산 19.1℃
  • 맑음고창 18.4℃
  • 맑음제주 21.3℃
  • 구름많음강화 15.3℃
  • 구름조금보은 17.3℃
  • 맑음금산 18.1℃
  • 맑음강진군 18.7℃
  • 구름조금경주시 20.7℃
  • 맑음거제 19.7℃
기상청 제공

지역네트워크

부산대, 바이오 물질 전기 특성 측정해 나노 발전기 적용

URL복사

 

[시사뉴스 정은주 기자] 부산대학교 연구진이 최근 웨어러블 디바이스(Wearable Device)에 전원을 공급하는 무기물 기반의 나노 발전기를 대체할 바이오 물질의 전기적 특성을 효과적으로 측정하기 위한 새로운 시스템 개발에 성공했다.

 

부산대학교(총장 차정인)는 나노과학기술대학 나노에너지공학과 황윤회·오진우 교수 연구팀이 주변 환경의 자극으로부터 스스로 전기를 만들어 낼 수 있는 바이오 물질 나노 발전기의 압전(piezoelectric)특성과 변전(flexoelectric)특성을 효과적으로 구분할 수 있는 측정 시스템 개발에 성공했다고 25일 밝혔다.

 

바이오 물질은 인체 독성이 없어 각광받고 있지만, 전기적 분석 단계에서 고온의 열처리 과정을 거쳐야 하기 때문에 나노 발전기 적용을 위한 전기적 특성 파악에 어려움이 있어 왔다. 부산대 연구팀이 이번에 열처리 없이 사극 전극과 샌드위치 전극을 이용해 바이오 물질 나노 발전기의 전기적 특성을 분석해낸 것이다.

 

이번 성공은 한국과 홍콩을 대표하는 국립대 간의 국제 공동연구 성과로, 부산대학교 나노에너지공학과 황윤회·오진우 교수 연구팀과 홍콩대학교 신동명 교수 연구진이 이뤄냈다. 

 

과학기술정보통신부와 한국연구재단이 지원하는 미래소재디스커버리사업 및 중견연구자과제를 통해 수행된 이번 연구는 ‘Nanogenerators facillitated piezoelectric and flexoelectric characterizations for bioinspired energy harvesting materials(논문제목 한글표기)’라는 논문명으로 에너지 소재 분야의 세계적 학술지인 『나노 에너지(Nano energy)』 온라인판에 게재됐으며, 3월호에 출판될 예정이다.

 

웨어러블 소자 및 생체 삽입 전자 장치들이 지속적으로 개발됨에 따라 이러한 장비들에 효과적으로 전력을 공급할 수 있는 나노 발전기에 관한 연구가 최근 활발하게 진행되고 있다.  

   

하지만 높은 발전 효율을 가지는 무기물 기반의 나노 발전기들은 생체 독성을 가지거나 생체 독성이 완전히 규명되지 않은 물질들이 많다. 각종 바이오 물질들은 이러한 무기물 기반 나노 발전기를 대체할 수 있으나 전기적 특성이 완벽히 규명되지 않은 경우가 대부분이었다. 이는 일반적으로 전기적 특성 분석에 사용되는 방법들이 고온의 열처리를 필요로 하고 바이오 물질들은 대부분 고온에 약하기 때문인데, 이러한 배경에서 연구팀은 열처리 없이 전기적 특성을 분석하는 시스템 개발에 나서게 됐다.

 

물질에 압력이 가해지거나 변형이 일어났을 때 전기를 생산하는 압전특성 및 변전특성은 웨어러블 디바이스와 결합해 소형 전자 장비로 개발하기 매우 적합한 물리 현상이다. 이번 연구의 핵심은 기존 무기 소재 기반의 압전 및 변전 물질 대신 친환경 바이오 물질(M13 박테리오파지)을 사용해 바이오 물질의 압전특성과 변전특성을 구분한 것이다. 

 

연구팀은 “친환경 바이오 소재의 엄밀한 물성 분석 기술을 제시함으로써 앞으로 다가올 바이오일렉트로닉스(생체전자공학) 시대의 시작점을 알리고자 한다”고 밝혔다.

 

외가닥 DNA 바이러스 중 하나인 M13 박테리오파지는 폭 6.6nm(나노미터, 10억분의 1미터), 길이 880nm인 바이오 물질이며 2700여 개의 표면 단백질이 중심의 외가닥 DNA를 나선형으로 감고 있다. 각각의 표면 단백질은 양 끝단이 양전하·음전하로 대전돼 있으며 나선형으로 비스듬히 배치된 구조로 항상 분극돼 있는 전기적 특성이 있고 이로 인해 압전·변전 특성을 가진다.

 

M13 박테리오파지에 외력이 작용할 경우 발생하는 전기의 총합은 압전 특성과 변전 특성의 합으로 표현될 수 있다. 연구팀은 물질의 물리적 특성을 보다 정확하게 이해하고 이를 통해 고효율의 나노 발전기를 제작하기 위해 발생하는 전기의 총합으로부터 압전 특성 혹은 변전 특성에서 유래한 전기를 구분하는 연구를 수행했다. 

 

그 결과, 사극 전극(quadrant electrode)과 샌드위치 전극(sandwich electrode)을 활용해 물질의 압전 특성에서 유래된 전기와 변전 특성에서 유래된 전기를 분리해 측정하는 데 성공했다.

 

이를 위해 연구팀은 자기 조립 기술을 이용해 M13 박테리오파지를 사극 전극과 샌드위치 전극에 각각 규칙적으로 코팅했다. 사극 전극에는 수직 방향의 힘을 가해 소자의 변형을 유도했고 샌드위치 전극은 수평 방향으로 힘을 가해 소자의 변형을 유도했는데, 사극 전극의 경우 물질의 변형에 의한 압전 특성과 소자의 변형에 의한 변전 특성을 동시에 관측할 수 있었고 샌드위치 전극의 경우 소자의 변형에 의한 변전 특성만을 관측할 수 있었다.

 

최종적으로는 샌드위치 전극에서 유래한 변전 특성을 분석해 사극 전극에서 유래한 전기의 총합에서 변전기의 영향을 배제함으로써 압전 특성을 도출하는 것에 성공했다. 즉, 열처리 없이 물질의 압전 특성과 변전 특성을 분석하는 새로운 플랫폼을 제시한 것이다.
 

이번 연구를 통해 개발한 사극 전극, 샌드위치 전극으로 구성된 이종 전극 시스템은 고온 열처리를 필요로 하지 않는 장점에 힘입어 M13 박테리오파지뿐만 아니라 다양한 바이오 물질들의 압전 및 변전 특성을 분석하기 위한 플랫폼으로 널리 적용·활용이 가능할 전망이다.

 

연구팀은 각종 바이오 물질들을 중심으로 높은 온도에서 변형이 일어나는 모든 소재에 이종 전극 시스템을 적용함으로써 수많은 압전·변전 소재들의 기본적인 물리적 특성을 규명함으로써 기초 과학 분야의 발전에 이바지할 수 있을 것으로 기대하고 있다.

 

한편, M13 박테리오파지는 유전물질(DNA)을 가지고 있는 생체재료로서 대량 배양하더라도 항상 동일하게 얻을 수 있으며, 연구목적에 맞게 유전자조작을 통해 추가적인 기능을 부가할 수 있다. 이에 연구팀은 새로운 기능 즉, 분극 성질을 강화한 M13 박테리오파지 제작 및 확보를 통해 보다 고효율의 나노 발전기 제작이 가능할 것으로 내다봤다.
 
연구를 수행한 황윤회 교수와 오진우 교수는 “이번 연구를 통해 바이오일렉트로닉스의 시대를 열 차세대 소재인 M13 박테리오파지를 나노 발전기로 활용하고 분석하는 새로운 방법론을 제시함으로써 생체 적합 바이오 소재 응용의 기틀을 마련했다”고 밝혔다.
 

저작권자 Ⓒ시사뉴스
제보가 세상을 바꿉니다.
sisa3228@hanmail.net





커버&이슈

더보기

정치

더보기
민주당 이재명 대선 후보 직속 지방분권혁신위원회 대선 필승 결의대회 성료
[시사뉴스 김백순 기자] 김두관 전 의원이 위원장으로 있는 더불어민주당 이재명 후보 직속 지방분권혁신위원회가 21일 대선 필승 결의대회를 성황리에 개최했다. 이날 오후 2시 민주당 중앙당사 4층 대회의실에서 열린 결의대회에는 김두관 지방분권혁신위원회 위원장을 비롯해 위원회 공동위원장, 전국 지역별 공동본부장 등 약 1백50여명이 참석한 가운데 이재명 후보 대선 승리와 지방자치분권 비전 확산을 결의했다. 이지현 지방분권혁신위원회 공동위원장 사회로 진행된 이날 행사는 위원회 활동보고, 김두관 위원장의 환영사, 윤여준 상임총괄선대위원장의 서면축사, 공동위원장 임명장 수여, 자치분권나무 기념식수 등의 순으로 진행됐다. 이날 김두관 위원장은 환영사에서 “선거 전체적인 분위기는 희망적인 분들이 많지만 이런 현상에 매몰되어서는 안된다”면서 “이번 선거는 단순한 승리가 아니라 국민의 분명한 선택을 이끌어 내야 한다 ”고 밝혔다. 김 위원장은 “국민의힘이 계엄에 반대하지 않은 내란 내각의 노동부 장관을 후보로 내세웠다”면서 “계엄을 옹호했던 사람을 어떻게 대선 후보로 세울 수 있는가?”라고 말했다. 이어 김 위원장은 “헌법을 지키는 것이 군대와 경찰의 첫 번째 임무라는 사실

경제

더보기
허영인 회장 중대재해처벌법 고발 당해...사면초과 SPC
[시사뉴스 김성훈 기자] SPC 계열사 공장에서 또다시 사망사고 발생했다. 최근 3년간 벌써 세 번째다. 현재 형사재판 중인 허영인 SPC 회장의 약속이 공염불에 그치고 있다. 이재명 더불어민주당 대선후보는 이번 사망사고에 대해 강력 대응을 주문하고 있고, 고객들의 불매운동 양상으로까지 번지고 있다. 동일한 패턴의 반복되는 사망사고 지난 19일 경기 시흥시 SPC삼립 시화공장에서 50대 여성 작업자 A씨가 컨베이어 벨트에 끼어 숨지는 사고가 발생했다. 사고는 A씨가 기계에 윤활유를 뿌리는 과정에서 일어난 것으로 알려졌다. 국립과학수사연구원은 이날 A씨 부검을 진행한 뒤 경찰에 “머리, 몸통 등 다발성 골절로 인한 사망으로 보인다”는 1차 소견을 냈다. 시흥경찰서는 공장 관계자 일부를 업무상 과실치사 혐의로 형사 입건해 자세한 사고 경위를 조사중이다. 고용노동부 역시 중대재해처벌법 위반 여부에 대해 조사를 벌이고 있다. 중대재해처벌법은 상시 근로자 50인 이상 사업장에서 근로자 사망 등 중대재해가 발생할 경우 예방 의무를 다하지 않은 사업주나 경영책임자를 1년 이상 징역 또는 10억 원 이하 벌금에 처하도록 정하고 있고, SPC시화공장 역시 중대재해처벌법 적용


문화

더보기
삶의 고통 속에서도 피어나는 희망의 시어
[시사뉴스 정춘옥 기자] 좋은땅출판사가 ‘꽃처럼 향기처럼’을 펴냈다. ‘꽃처럼 향기처럼’은 전남 함평의 작은 농촌 마을에서 태어나 가난과 역경을 딛고 올라온 저자의 인생 여정과 그 속에서 발견한 작은 꿈과 희망, 그리고 자연과 신앙에 대한 담백한 고백이 담긴 시집이다. 이 책의 저자인 김영배 시인은 2009년 한울문학을 통해 등단한 이래 ‘사랑 고백에 화답을’, ‘세월 묶어둔 끈’, ‘태양! 친구 삼아 걸어라’ 등의 시집과 ‘한번 베임을 위해’, ‘어머니의 마당’ 등의 수필집을 출간하며 꾸준히 문학 활동을 이어오고 있다. 시집 ‘꽃처럼 향기처럼’은 계절의 흐름에 따라 5장으로 구성됐다. 저자는 계절의 변화에 따라 자연의 모습과 인생의 굴곡을 함께 엮으며, 독자들에게 따뜻한 위로와 묵직한 성찰의 메시지를 건넨다. 이 책은 화려한 수식이나 장황한 비유를 지양하고, 오히려 투박하고 소박한 언어로 삶의 진실을 담담하게 풀어낸다. 어려운 유년 시절과 공장 노동자, 신문팔이로 살아가며 서울의 낯선 거리에서 꿈을 찾고, 검정고시로 학업을 이어간 저자의 삶의 편린이 시편마다 녹아 있다. 저자는 “겨울이 춥고 길수록 봄에 대한 기다림은 더하고, 청운의 푸른 꿈을 품고 사는

오피니언

더보기
【박성태 칼럼】 “대선투표 안하고 여행가겠다”는 정치무관심 층. 그들이 원하는 대통령은?
“요즘 TV뉴스는 아예 안 봅니다. 보면 신경질만 나고 스트레스받는데 그걸 왜 봅니까? 예능프로하고 스포츠 중계만 봅니다. 이번 대선투표요? 찍을 사람이 없어 투표 안 하고 아예 여행을 가려고 합니다.” 그래서 이렇게 질문을 해 보았다. “아니, 그래도 대통령을 뽑는 선거인데 대선후보 공약도 확인하고 TV토론도 보시고 관련뉴스도 챙겨보면서 누구를 찍을지를 선택하고 투표는 해야 하지 않습니까?” “처음에는 투표를 하려고 했지요. 그런데 국민의힘 후보자 단일화 과정에서 보여준 목불인견(目不忍見)의 상황, 마치 대통령이 된 듯한 야당 후보를 보면 어차피 결론이 난 게임 같아서 투표할 마음이 싹 없어지더라구요.” 청년층들에게도 “이번 대선 투표할 거냐?”고 물어보았다. “대선 투표를 언제 하는데요?” “나라만 잘 살게 해준다면 누가 대통령 되어도 상관없는데 그런 대통령 후보가 없는 것 같아서요.” 6월3일 치러지는 21대 대선 유권자 중 50대(지난해 말 기준 870만6,370명)에 이어 두 번째로 많은 60대(781만8,783명) 노년층들 사이에서 뿐만 아니라 원래 정치에 무관심한 편인 20대 청년층에서조차 이러한 대화를 나누었다는 얘기를 하도 많이 듣다 보니 6