내 컴퓨터 속 똑똑한 실험실 - 실험과 컴퓨터 시뮬레이션의 협력연구를 통해 미래 연구 방향 제시 - 30일 소요되는 실험 36분만에 구현, 저비용 고성능 신소재 개발 성공 2013년 노벨화학상은 전통 화학자가 아닌 계산 화학자 3명에게 돌아갔다. 이들은 실험실이 아닌 컴퓨터를 이용해 복잡한 화학반응을 시뮬레이션으로 분석하는 연구법을 개발하였고, 이들의 공로가 화학 발전에 기여하였음이 인정되었다. 과학계에서 가장 권위 있는 상으로 인식되는 노벨상 수상에서 보듯, 컴퓨터를 이용한 시뮬레이션 연구는 실제 실험만큼 중요해지고 있다. 하지만 이런 컴퓨터 시뮬레이션은 만개 이하의 원자로 구성된 작은 물질에만 사용할 수 있기 때문에 주로 무기물이나 작은 유기물 소재 연구에만 사용되었다. 이러한 한계를 극복하고, 수백만 개의 원자로 이루어진 유기물과 무기물 합성소재 연구에 컴퓨터 시뮬레이션을 활용한 연구팀이 있어 화제가 되고 있다. 시뮬레이션을 이용한 예측은 실제 실험 결과와 놀랍도록 유사함을 보여주었다. 한국과학기술연구원(KIST) 다원물질융합연구소(소장 이광렬) 계산과학연구단 허가현 박사와 미국 코넬대(Cornell) 재료공학과 Ulrich Wiesner(비즈너) 교수는 저비용으로 새로운 나노소재 제조방법을 개발하기 위해 컴퓨터 시뮬레이션 프로그램을 개발했다. 프로그램은 소재의 구조를 빠르고 정확하게 예측했고, 실험으로는 알기 어려운 구조 형성의 원리를 밝혔다. 연구팀은 이렇게 밝혀진 소재 제작 방법을 실제 실험으로 구현한 결과 새로운 형태의 나노입자 기반 소재를 만들 수 있었다. 본 연구는 국제학술지인 ‘Nature Communications’ 2월 21일자에 게재되었다. (논문명 : Linking experiment and theory for three-dimensional networked binary metal nanoparticle？triblock terpolymer superstructures) 자연계의 많은 물질들은 외부의 특별한 도움이나 간섭 없이 스스로 구조를 만든다. 예를 들어 우리 몸을 구성하고 있는 단백질은 긴 실과 같은 형태의 분자로 나일론이나 폴리에스터와 같은 고분자의 일종이지만 스스로 조립하여 다양한 구조를 만들고 단백질의 역할을 하게 된다. 이러한 현상을 자기조립 (Self-Assembly)이라고 하는데, 이는 지구상의 생명체가 존재하고 살아갈 수 있게 하는 기본 원리라고 할 수 있다. 과학자들은 새로운 소재를 개발하기 위해 위에 언급한 분자들의 자기조립 특성을 이용하고 있다. 연구진은 물을 좋아하는 특성을 지닌 부분과 물을 싫어하는 특성을 지닌 부분이 공존하는 고분자(블록 공중합체)에 나노크기의 금속입자를 섞어 자기조립을 통해 새로운 나노소재를 만드는 연구를 시뮬레이션했다. 이러한 자기조립 과정은 분자간의 매우 복잡한 물리화학적 작용을 하면서 새로운 구조를 형성한다. 기존의 실험은 여러 실험 조건들을 많은 시행착오를 거쳐 찾아 내야하기 때문에 오랜 시간과 노동력이 요구된다. 연구진이 개발한 컴퓨터 시뮬레이션 방법은 소재의 구조를 컴퓨터 계산을 통해 빠르고 정확하게 예측했다. 그리고 실험으로는 알아내기 어려운 구조의 구성 원리가 무엇인지를 밝혀냈다. 이는 기존 실험으로는 30일 이상 걸리는 작업을 수분 만에 구현한 것으로 소재개발 비용을 수백 배로 줄인 효과를 거둔 셈이다. 컴퓨터는 더 나아가 새로운 형태의 나노 소재를 만드는 방법을 제시하였다. 연구팀은 제시된 방법을 이용하여 실험에 착수했고, 새로운 소재를 성공적으로 만들어 냈다. 만들어진 소재는 매우 넓은 표면 면적을 지닌 다공성 금속소재로 우수한 촉매특성과 높은 전기전도도를 가지고 있다. 이러한 자기조립 기반의 나노소재 제조방식은 향후 촉매 개발 및 다양한 전자소재로 이용될 수 있을 것으로 기대된다. 또한 저온 공정을 기본으로 한 제작방법을 활용하여 향후 3D 프린팅과의 결합이 용이할 것이고 이를 통한 혁신적인 다층소재 개발에도 유용하게 쓰일 전망이다. 본 연구는 미국의 ‘The Materials Genome Initiative’나 현재 미래창조과학부에서 기획 중인 ‘창의소재 디스커버리 사업’과 같은, 실험과 컴퓨터 시뮬레이션의 협력 연구를 통해 기존 연구의 한계를 돌파하고자하는, 대형 프로젝트들의 연장선에 있는 연구로 미래 연구의 방향을 제시했다는 점에서 의미를 가질 수 있다. KIST 허가현 박사 ○ 그림자료 <그림1> 고분자(a)와 나노입자(b)를 용매에 간단하게 섞어 넓은 범위를 도포한 후 용매를 건조시키면 자기조립을 하면서 잘 정렬된 나노소재가 만들어 진다. <그림2/동영상> 컴퓨터시뮬레이션 과정에 따라 변화되는 나노소재의 모습을 시간에 따라 보여주고 있다. 본 그림에 사용된 컴퓨터는 가정용컴퓨터 수준이며 약 36분정도면 구조를 예측할 수 있다. 동일한 과정을 실험으로 수행 하려면 약 한달 정도의 시간 소요된다. <그림3> Experiment(실험)과 Simulation(컴퓨터 시뮬레이션)의 나노입자 분포를 정량적으로 비교해보면 놀라운 정확도를 보여주고 있다.

내 컴퓨터 속 똑똑한 실험실 - 실험과 컴퓨터 시뮬레이션의 협력연구를 통해 미래 연구 방향 제시 - 30일 소요되는 실험 36분만에 구현, 저비용 고성능 신소재 개발 성공 2013년 노벨화학상은 전통 화학자가 아닌 계산 화학자 3명에게 돌아갔다. 이들은 실험실이 아닌 컴퓨터를 이용해 복잡한 화학반응을 시뮬레이션으로 분석하는 연구법을 개발하였고, 이들의 공로가 화학 발전에 기여하였음이 인정되었다. 과학계에서 가장 권위 있는 상으로 인식되는 노벨상 수상에서 보듯, 컴퓨터를 이용한 시뮬레이션 연구는 실제 실험만큼 중요해지고 있다. 하지만 이런 컴퓨터 시뮬레이션은 만개 이하의 원자로 구성된 작은 물질에만 사용할 수 있기 때문에 주로 무기물이나 작은 유기물 소재 연구에만 사용되었다. 이러한 한계를 극복하고, 수백만 개의 원자로 이루어진 유기물과 무기물 합성소재 연구에 컴퓨터 시뮬레이션을 활용한 연구팀이 있어 화제가 되고 있다. 시뮬레이션을 이용한 예측은 실제 실험 결과와 놀랍도록 유사함을 보여주었다. 한국과학기술연구원(KIST) 다원물질융합연구소(소장 이광렬) 계산과학연구단 허가현 박사와 미국 코넬대(Cornell) 재료공학과 Ulrich Wiesner(비즈너) 교수는 저비용으로 새로운 나노소재 제조방법을 개발하기 위해 컴퓨터 시뮬레이션 프로그램을 개발했다. 프로그램은 소재의 구조를 빠르고 정확하게 예측했고, 실험으로는 알기 어려운 구조 형성의 원리를 밝혔다. 연구팀은 이렇게 밝혀진 소재 제작 방법을 실제 실험으로 구현한 결과 새로운 형태의 나노입자 기반 소재를 만들 수 있었다. 본 연구는 국제학술지인 ‘Nature Communications’ 2월 21일자에 게재되었다. (논문명 : Linking experiment and theory for three-dimensional networked binary metal nanoparticle？triblock terpolymer superstructures) 자연계의 많은 물질들은 외부의 특별한 도움이나 간섭 없이 스스로 구조를 만든다. 예를 들어 우리 몸을 구성하고 있는 단백질은 긴 실과 같은 형태의 분자로 나일론이나 폴리에스터와 같은 고분자의 일종이지만 스스로 조립하여 다양한 구조를 만들고 단백질의 역할을 하게 된다. 이러한 현상을 자기조립 (Self-Assembly)이라고 하는데, 이는 지구상의 생명체가 존재하고 살아갈 수 있게 하는 기본 원리라고 할 수 있다. 과학자들은 새로운 소재를 개발하기 위해 위에 언급한 분자들의 자기조립 특성을 이용하고 있다. 연구진은 물을 좋아하는 특성을 지닌 부분과 물을 싫어하는 특성을 지닌 부분이 공존하는 고분자(블록 공중합체)에 나노크기의 금속입자를 섞어 자기조립을 통해 새로운 나노소재를 만드는 연구를 시뮬레이션했다. 이러한 자기조립 과정은 분자간의 매우 복잡한 물리화학적 작용을 하면서 새로운 구조를 형성한다. 기존의 실험은 여러 실험 조건들을 많은 시행착오를 거쳐 찾아 내야하기 때문에 오랜 시간과 노동력이 요구된다. 연구진이 개발한 컴퓨터 시뮬레이션 방법은 소재의 구조를 컴퓨터 계산을 통해 빠르고 정확하게 예측했다. 그리고 실험으로는 알아내기 어려운 구조의 구성 원리가 무엇인지를 밝혀냈다. 이는 기존 실험으로는 30일 이상 걸리는 작업을 수분 만에 구현한 것으로 소재개발 비용을 수백 배로 줄인 효과를 거둔 셈이다. 컴퓨터는 더 나아가 새로운 형태의 나노 소재를 만드는 방법을 제시하였다. 연구팀은 제시된 방법을 이용하여 실험에 착수했고, 새로운 소재를 성공적으로 만들어 냈다. 만들어진 소재는 매우 넓은 표면 면적을 지닌 다공성 금속소재로 우수한 촉매특성과 높은 전기전도도를 가지고 있다. 이러한 자기조립 기반의 나노소재 제조방식은 향후 촉매 개발 및 다양한 전자소재로 이용될 수 있을 것으로 기대된다. 또한 저온 공정을 기본으로 한 제작방법을 활용하여 향후 3D 프린팅과의 결합이 용이할 것이고 이를 통한 혁신적인 다층소재 개발에도 유용하게 쓰일 전망이다. 본 연구는 미국의 ‘The Materials Genome Initiative’나 현재 미래창조과학부에서 기획 중인 ‘창의소재 디스커버리 사업’과 같은, 실험과 컴퓨터 시뮬레이션의 협력 연구를 통해 기존 연구의 한계를 돌파하고자하는, 대형 프로젝트들의 연장선에 있는 연구로 미래 연구의 방향을 제시했다는 점에서 의미를 가질 수 있다. KIST 허가현 박사 ○ 그림자료 <그림1> 고분자(a)와 나노입자(b)를 용매에 간단하게 섞어 넓은 범위를 도포한 후 용매를 건조시키면 자기조립을 하면서 잘 정렬된 나노소재가 만들어 진다. <그림2/동영상> 컴퓨터시뮬레이션 과정에 따라 변화되는 나노소재의 모습을 시간에 따라 보여주고 있다. 본 그림에 사용된 컴퓨터는 가정용컴퓨터 수준이며 약 36분정도면 구조를 예측할 수 있다. 동일한 과정을 실험으로 수행 하려면 약 한달 정도의 시간 소요된다. <그림3> Experiment(실험)과 Simulation(컴퓨터 시뮬레이션)의 나노입자 분포를 정량적으로 비교해보면 놀라운 정확도를 보여주고 있다.

내 컴퓨터 속 똑똑한 실험실 - 실험과 컴퓨터 시뮬레이션의 협력연구를 통해 미래 연구 방향 제시 - 30일 소요되는 실험 36분만에 구현, 저비용 고성능 신소재 개발 성공 2013년 노벨화학상은 전통 화학자가 아닌 계산 화학자 3명에게 돌아갔다. 이들은 실험실이 아닌 컴퓨터를 이용해 복잡한 화학반응을 시뮬레이션으로 분석하는 연구법을 개발하였고, 이들의 공로가 화학 발전에 기여하였음이 인정되었다. 과학계에서 가장 권위 있는 상으로 인식되는 노벨상 수상에서 보듯, 컴퓨터를 이용한 시뮬레이션 연구는 실제 실험만큼 중요해지고 있다. 하지만 이런 컴퓨터 시뮬레이션은 만개 이하의 원자로 구성된 작은 물질에만 사용할 수 있기 때문에 주로 무기물이나 작은 유기물 소재 연구에만 사용되었다. 이러한 한계를 극복하고, 수백만 개의 원자로 이루어진 유기물과 무기물 합성소재 연구에 컴퓨터 시뮬레이션을 활용한 연구팀이 있어 화제가 되고 있다. 시뮬레이션을 이용한 예측은 실제 실험 결과와 놀랍도록 유사함을 보여주었다. 한국과학기술연구원(KIST) 다원물질융합연구소(소장 이광렬) 계산과학연구단 허가현 박사와 미국 코넬대(Cornell) 재료공학과 Ulrich Wiesner(비즈너) 교수는 저비용으로 새로운 나노소재 제조방법을 개발하기 위해 컴퓨터 시뮬레이션 프로그램을 개발했다. 프로그램은 소재의 구조를 빠르고 정확하게 예측했고, 실험으로는 알기 어려운 구조 형성의 원리를 밝혔다. 연구팀은 이렇게 밝혀진 소재 제작 방법을 실제 실험으로 구현한 결과 새로운 형태의 나노입자 기반 소재를 만들 수 있었다. 본 연구는 국제학술지인 ‘Nature Communications’ 2월 21일자에 게재되었다. (논문명 : Linking experiment and theory for three-dimensional networked binary metal nanoparticle？triblock terpolymer superstructures) 자연계의 많은 물질들은 외부의 특별한 도움이나 간섭 없이 스스로 구조를 만든다. 예를 들어 우리 몸을 구성하고 있는 단백질은 긴 실과 같은 형태의 분자로 나일론이나 폴리에스터와 같은 고분자의 일종이지만 스스로 조립하여 다양한 구조를 만들고 단백질의 역할을 하게 된다. 이러한 현상을 자기조립 (Self-Assembly)이라고 하는데, 이는 지구상의 생명체가 존재하고 살아갈 수 있게 하는 기본 원리라고 할 수 있다. 과학자들은 새로운 소재를 개발하기 위해 위에 언급한 분자들의 자기조립 특성을 이용하고 있다. 연구진은 물을 좋아하는 특성을 지닌 부분과 물을 싫어하는 특성을 지닌 부분이 공존하는 고분자(블록 공중합체)에 나노크기의 금속입자를 섞어 자기조립을 통해 새로운 나노소재를 만드는 연구를 시뮬레이션했다. 이러한 자기조립 과정은 분자간의 매우 복잡한 물리화학적 작용을 하면서 새로운 구조를 형성한다. 기존의 실험은 여러 실험 조건들을 많은 시행착오를 거쳐 찾아 내야하기 때문에 오랜 시간과 노동력이 요구된다. 연구진이 개발한 컴퓨터 시뮬레이션 방법은 소재의 구조를 컴퓨터 계산을 통해 빠르고 정확하게 예측했다. 그리고 실험으로는 알아내기 어려운 구조의 구성 원리가 무엇인지를 밝혀냈다. 이는 기존 실험으로는 30일 이상 걸리는 작업을 수분 만에 구현한 것으로 소재개발 비용을 수백 배로 줄인 효과를 거둔 셈이다. 컴퓨터는 더 나아가 새로운 형태의 나노 소재를 만드는 방법을 제시하였다. 연구팀은 제시된 방법을 이용하여 실험에 착수했고, 새로운 소재를 성공적으로 만들어 냈다. 만들어진 소재는 매우 넓은 표면 면적을 지닌 다공성 금속소재로 우수한 촉매특성과 높은 전기전도도를 가지고 있다. 이러한 자기조립 기반의 나노소재 제조방식은 향후 촉매 개발 및 다양한 전자소재로 이용될 수 있을 것으로 기대된다. 또한 저온 공정을 기본으로 한 제작방법을 활용하여 향후 3D 프린팅과의 결합이 용이할 것이고 이를 통한 혁신적인 다층소재 개발에도 유용하게 쓰일 전망이다. 본 연구는 미국의 ‘The Materials Genome Initiative’나 현재 미래창조과학부에서 기획 중인 ‘창의소재 디스커버리 사업’과 같은, 실험과 컴퓨터 시뮬레이션의 협력 연구를 통해 기존 연구의 한계를 돌파하고자하는, 대형 프로젝트들의 연장선에 있는 연구로 미래 연구의 방향을 제시했다는 점에서 의미를 가질 수 있다. KIST 허가현 박사 ○ 그림자료 <그림1> 고분자(a)와 나노입자(b)를 용매에 간단하게 섞어 넓은 범위를 도포한 후 용매를 건조시키면 자기조립을 하면서 잘 정렬된 나노소재가 만들어 진다. <그림2/동영상> 컴퓨터시뮬레이션 과정에 따라 변화되는 나노소재의 모습을 시간에 따라 보여주고 있다. 본 그림에 사용된 컴퓨터는 가정용컴퓨터 수준이며 약 36분정도면 구조를 예측할 수 있다. 동일한 과정을 실험으로 수행 하려면 약 한달 정도의 시간 소요된다. <그림3> Experiment(실험)과 Simulation(컴퓨터 시뮬레이션)의 나노입자 분포를 정량적으로 비교해보면 놀라운 정확도를 보여주고 있다.

내 컴퓨터 속 똑똑한 실험실 - 실험과 컴퓨터 시뮬레이션의 협력연구를 통해 미래 연구 방향 제시 - 30일 소요되는 실험 36분만에 구현, 저비용 고성능 신소재 개발 성공 2013년 노벨화학상은 전통 화학자가 아닌 계산 화학자 3명에게 돌아갔다. 이들은 실험실이 아닌 컴퓨터를 이용해 복잡한 화학반응을 시뮬레이션으로 분석하는 연구법을 개발하였고, 이들의 공로가 화학 발전에 기여하였음이 인정되었다. 과학계에서 가장 권위 있는 상으로 인식되는 노벨상 수상에서 보듯, 컴퓨터를 이용한 시뮬레이션 연구는 실제 실험만큼 중요해지고 있다. 하지만 이런 컴퓨터 시뮬레이션은 만개 이하의 원자로 구성된 작은 물질에만 사용할 수 있기 때문에 주로 무기물이나 작은 유기물 소재 연구에만 사용되었다. 이러한 한계를 극복하고, 수백만 개의 원자로 이루어진 유기물과 무기물 합성소재 연구에 컴퓨터 시뮬레이션을 활용한 연구팀이 있어 화제가 되고 있다. 시뮬레이션을 이용한 예측은 실제 실험 결과와 놀랍도록 유사함을 보여주었다. 한국과학기술연구원(KIST) 다원물질융합연구소(소장 이광렬) 계산과학연구단 허가현 박사와 미국 코넬대(Cornell) 재료공학과 Ulrich Wiesner(비즈너) 교수는 저비용으로 새로운 나노소재 제조방법을 개발하기 위해 컴퓨터 시뮬레이션 프로그램을 개발했다. 프로그램은 소재의 구조를 빠르고 정확하게 예측했고, 실험으로는 알기 어려운 구조 형성의 원리를 밝혔다. 연구팀은 이렇게 밝혀진 소재 제작 방법을 실제 실험으로 구현한 결과 새로운 형태의 나노입자 기반 소재를 만들 수 있었다. 본 연구는 국제학술지인 ‘Nature Communications’ 2월 21일자에 게재되었다. (논문명 : Linking experiment and theory for three-dimensional networked binary metal nanoparticle？triblock terpolymer superstructures) 자연계의 많은 물질들은 외부의 특별한 도움이나 간섭 없이 스스로 구조를 만든다. 예를 들어 우리 몸을 구성하고 있는 단백질은 긴 실과 같은 형태의 분자로 나일론이나 폴리에스터와 같은 고분자의 일종이지만 스스로 조립하여 다양한 구조를 만들고 단백질의 역할을 하게 된다. 이러한 현상을 자기조립 (Self-Assembly)이라고 하는데, 이는 지구상의 생명체가 존재하고 살아갈 수 있게 하는 기본 원리라고 할 수 있다. 과학자들은 새로운 소재를 개발하기 위해 위에 언급한 분자들의 자기조립 특성을 이용하고 있다. 연구진은 물을 좋아하는 특성을 지닌 부분과 물을 싫어하는 특성을 지닌 부분이 공존하는 고분자(블록 공중합체)에 나노크기의 금속입자를 섞어 자기조립을 통해 새로운 나노소재를 만드는 연구를 시뮬레이션했다. 이러한 자기조립 과정은 분자간의 매우 복잡한 물리화학적 작용을 하면서 새로운 구조를 형성한다. 기존의 실험은 여러 실험 조건들을 많은 시행착오를 거쳐 찾아 내야하기 때문에 오랜 시간과 노동력이 요구된다. 연구진이 개발한 컴퓨터 시뮬레이션 방법은 소재의 구조를 컴퓨터 계산을 통해 빠르고 정확하게 예측했다. 그리고 실험으로는 알아내기 어려운 구조의 구성 원리가 무엇인지를 밝혀냈다. 이는 기존 실험으로는 30일 이상 걸리는 작업을 수분 만에 구현한 것으로 소재개발 비용을 수백 배로 줄인 효과를 거둔 셈이다. 컴퓨터는 더 나아가 새로운 형태의 나노 소재를 만드는 방법을 제시하였다. 연구팀은 제시된 방법을 이용하여 실험에 착수했고, 새로운 소재를 성공적으로 만들어 냈다. 만들어진 소재는 매우 넓은 표면 면적을 지닌 다공성 금속소재로 우수한 촉매특성과 높은 전기전도도를 가지고 있다. 이러한 자기조립 기반의 나노소재 제조방식은 향후 촉매 개발 및 다양한 전자소재로 이용될 수 있을 것으로 기대된다. 또한 저온 공정을 기본으로 한 제작방법을 활용하여 향후 3D 프린팅과의 결합이 용이할 것이고 이를 통한 혁신적인 다층소재 개발에도 유용하게 쓰일 전망이다. 본 연구는 미국의 ‘The Materials Genome Initiative’나 현재 미래창조과학부에서 기획 중인 ‘창의소재 디스커버리 사업’과 같은, 실험과 컴퓨터 시뮬레이션의 협력 연구를 통해 기존 연구의 한계를 돌파하고자하는, 대형 프로젝트들의 연장선에 있는 연구로 미래 연구의 방향을 제시했다는 점에서 의미를 가질 수 있다. KIST 허가현 박사 ○ 그림자료 <그림1> 고분자(a)와 나노입자(b)를 용매에 간단하게 섞어 넓은 범위를 도포한 후 용매를 건조시키면 자기조립을 하면서 잘 정렬된 나노소재가 만들어 진다. <그림2/동영상> 컴퓨터시뮬레이션 과정에 따라 변화되는 나노소재의 모습을 시간에 따라 보여주고 있다. 본 그림에 사용된 컴퓨터는 가정용컴퓨터 수준이며 약 36분정도면 구조를 예측할 수 있다. 동일한 과정을 실험으로 수행 하려면 약 한달 정도의 시간 소요된다. <그림3> Experiment(실험)과 Simulation(컴퓨터 시뮬레이션)의 나노입자 분포를 정량적으로 비교해보면 놀라운 정확도를 보여주고 있다.

내 컴퓨터 속 똑똑한 실험실 - 실험과 컴퓨터 시뮬레이션의 협력연구를 통해 미래 연구 방향 제시 - 30일 소요되는 실험 36분만에 구현, 저비용 고성능 신소재 개발 성공 2013년 노벨화학상은 전통 화학자가 아닌 계산 화학자 3명에게 돌아갔다. 이들은 실험실이 아닌 컴퓨터를 이용해 복잡한 화학반응을 시뮬레이션으로 분석하는 연구법을 개발하였고, 이들의 공로가 화학 발전에 기여하였음이 인정되었다. 과학계에서 가장 권위 있는 상으로 인식되는 노벨상 수상에서 보듯, 컴퓨터를 이용한 시뮬레이션 연구는 실제 실험만큼 중요해지고 있다. 하지만 이런 컴퓨터 시뮬레이션은 만개 이하의 원자로 구성된 작은 물질에만 사용할 수 있기 때문에 주로 무기물이나 작은 유기물 소재 연구에만 사용되었다. 이러한 한계를 극복하고, 수백만 개의 원자로 이루어진 유기물과 무기물 합성소재 연구에 컴퓨터 시뮬레이션을 활용한 연구팀이 있어 화제가 되고 있다. 시뮬레이션을 이용한 예측은 실제 실험 결과와 놀랍도록 유사함을 보여주었다. 한국과학기술연구원(KIST) 다원물질융합연구소(소장 이광렬) 계산과학연구단 허가현 박사와 미국 코넬대(Cornell) 재료공학과 Ulrich Wiesner(비즈너) 교수는 저비용으로 새로운 나노소재 제조방법을 개발하기 위해 컴퓨터 시뮬레이션 프로그램을 개발했다. 프로그램은 소재의 구조를 빠르고 정확하게 예측했고, 실험으로는 알기 어려운 구조 형성의 원리를 밝혔다. 연구팀은 이렇게 밝혀진 소재 제작 방법을 실제 실험으로 구현한 결과 새로운 형태의 나노입자 기반 소재를 만들 수 있었다. 본 연구는 국제학술지인 ‘Nature Communications’ 2월 21일자에 게재되었다. (논문명 : Linking experiment and theory for three-dimensional networked binary metal nanoparticle？triblock terpolymer superstructures) 자연계의 많은 물질들은 외부의 특별한 도움이나 간섭 없이 스스로 구조를 만든다. 예를 들어 우리 몸을 구성하고 있는 단백질은 긴 실과 같은 형태의 분자로 나일론이나 폴리에스터와 같은 고분자의 일종이지만 스스로 조립하여 다양한 구조를 만들고 단백질의 역할을 하게 된다. 이러한 현상을 자기조립 (Self-Assembly)이라고 하는데, 이는 지구상의 생명체가 존재하고 살아갈 수 있게 하는 기본 원리라고 할 수 있다. 과학자들은 새로운 소재를 개발하기 위해 위에 언급한 분자들의 자기조립 특성을 이용하고 있다. 연구진은 물을 좋아하는 특성을 지닌 부분과 물을 싫어하는 특성을 지닌 부분이 공존하는 고분자(블록 공중합체)에 나노크기의 금속입자를 섞어 자기조립을 통해 새로운 나노소재를 만드는 연구를 시뮬레이션했다. 이러한 자기조립 과정은 분자간의 매우 복잡한 물리화학적 작용을 하면서 새로운 구조를 형성한다. 기존의 실험은 여러 실험 조건들을 많은 시행착오를 거쳐 찾아 내야하기 때문에 오랜 시간과 노동력이 요구된다. 연구진이 개발한 컴퓨터 시뮬레이션 방법은 소재의 구조를 컴퓨터 계산을 통해 빠르고 정확하게 예측했다. 그리고 실험으로는 알아내기 어려운 구조의 구성 원리가 무엇인지를 밝혀냈다. 이는 기존 실험으로는 30일 이상 걸리는 작업을 수분 만에 구현한 것으로 소재개발 비용을 수백 배로 줄인 효과를 거둔 셈이다. 컴퓨터는 더 나아가 새로운 형태의 나노 소재를 만드는 방법을 제시하였다. 연구팀은 제시된 방법을 이용하여 실험에 착수했고, 새로운 소재를 성공적으로 만들어 냈다. 만들어진 소재는 매우 넓은 표면 면적을 지닌 다공성 금속소재로 우수한 촉매특성과 높은 전기전도도를 가지고 있다. 이러한 자기조립 기반의 나노소재 제조방식은 향후 촉매 개발 및 다양한 전자소재로 이용될 수 있을 것으로 기대된다. 또한 저온 공정을 기본으로 한 제작방법을 활용하여 향후 3D 프린팅과의 결합이 용이할 것이고 이를 통한 혁신적인 다층소재 개발에도 유용하게 쓰일 전망이다. 본 연구는 미국의 ‘The Materials Genome Initiative’나 현재 미래창조과학부에서 기획 중인 ‘창의소재 디스커버리 사업’과 같은, 실험과 컴퓨터 시뮬레이션의 협력 연구를 통해 기존 연구의 한계를 돌파하고자하는, 대형 프로젝트들의 연장선에 있는 연구로 미래 연구의 방향을 제시했다는 점에서 의미를 가질 수 있다. KIST 허가현 박사 ○ 그림자료 <그림1> 고분자(a)와 나노입자(b)를 용매에 간단하게 섞어 넓은 범위를 도포한 후 용매를 건조시키면 자기조립을 하면서 잘 정렬된 나노소재가 만들어 진다. <그림2/동영상> 컴퓨터시뮬레이션 과정에 따라 변화되는 나노소재의 모습을 시간에 따라 보여주고 있다. 본 그림에 사용된 컴퓨터는 가정용컴퓨터 수준이며 약 36분정도면 구조를 예측할 수 있다. 동일한 과정을 실험으로 수행 하려면 약 한달 정도의 시간 소요된다. <그림3> Experiment(실험)과 Simulation(컴퓨터 시뮬레이션)의 나노입자 분포를 정량적으로 비교해보면 놀라운 정확도를 보여주고 있다.

효과적인 과학교육을 위해서는 이론과 실험 교육이 병행되는 것이 좋다는 것은 이미 알려진 사실이다. 그러나 실험 교육을 위해서는 실습 장비나 교육 자료가 적절히 구비되어야 하고 교사에 대한 보수 교육이 이루어져야 한다. 그러나 교육 현장인 학교에서는 입시 등 다양한 이유로 쉽지 않은 것이 사실이다. 이런 문제를 해결하기 위해, 과학 교사를 위한 교원연수가 연구현장에서 이루어진다. 우리 원은 전국과학교사협회 회원 30여 명을 초청하여 나노과학 교원연수 프로그램을 2월 20일부터 1박 2일간 실시했다. 우리 원은 전국 각 지역 과학교사를 초청하여, 연구의 현장인 연구소가 과학교육에 효과적으로 기여할 수 있는 방안을 함께 모색한다. 또한, 교사들이 직접 연구현장을 체험하게 함으로써 질 높은 과학 교육을 위해 이를 활용할 수 있도록 협조한다. 과학자와 교육자가 과학기술 인재 양성을 위해 협력하는 것이다. 우리 원은 2006년 청소년 과학탐방을 시작으로, 첨단 과학교육이 쉽지 않은 지역을 직접 찾아가는 ‘나노과학실험실(나노트럭)’, 중·고등학생 사이언스 캠프 등 다양한 교육기부 프로그램을 운영해오고 있다. 그동안 학생들의 현실에 맞는 프로그램을 개발하고 운영하려 노력해 왔으나 정작 교육을 실시하는 교사의 목소리를 담지 못한 아쉬움이 있었다. 이번 연수는 그러한 부분을 해소하기 위해 만들어진 것. KIST 나노과학 교원연수에서는 우리 원 및 나노기술연구협의회 전문가들이 참여하여, ‘숫자와 컴퓨터로 본 나노과학’, ‘나노 크기의 구조 및 소자 제작’ 등 과학 이론 강연을 진행하고, 학교 교육 현장에서 접하기 어려운 나노과학 장비 등 다양한 연구 장비 활용법도 안내한다. KIST 교육기부 프로그램의 운영 방안에 대한 토론의 시간도 준비되어 있다. 이번 연수에 참가한 김제 만경중학교 이승리 교사는 각 지역 여러 선생님들과 1박 2일 동안 함께하며 다른 지역의 교육 정보도 공유하고, 첨단 연구 현장에서 많은 것을 배우고 경험할 수 있게 될 것 같다며 기대감을 표명했다. 우리 원에서는 이번 나노과학교원연수를 통해 학교현장의 과학교사 경험과 의견을 반영하여 올해 ‘2014 나노과학실험실(나노트럭) 프로그램’은 수요자 중심으로 개발하여 5월부터 운영할 예정이다.

기술경영경제학회(학회장 박영일) 2014 동계학술대회가 2월 21일부터 22일까지 이틀간 기업과 정신과 기술경영 3.0을 주제로 개최되어, 학계, 산업계 등 전문가들과 관련 분야 학생들이 참여하여 미래 지식사회의 발전을 위한 발전 방향을 공유했다. 본 학술대회는 기업가 정신, 기술특허 전략과 관리, 기술협력 네트워크, 기술경영기법, 기술경영/정책제도 등의 세부주제에 대한 발표와 패널토론으로 구성되었다. 이 외에도 특별세션으로 우리 원(KIST, 지난 50년의 한국경제발전에 있어서 KIST의 역할 및 앞으로 50년의 과제), 한국과학기술기획평가원(KISTEP, 특허분석을 통한 기술 현황 분석), 기술 보증기금(기술가치평가 실무 방법론의 재정립)이 동시에 개최되어 다양한 의견들이 논의되었다. 특히, 출연연의 사회현안 문제 해결을 위한 역할이 강조되는 요즘 우리 원 설립 이후 47년간의 경제사회적 파급효과를 분석한 연구 결과가 발표되어 주목을 끌었다. 기술경영경제학회(연구책임자 광운대 이병헌 교수)와 기술경영컨설팅기관인 날리지웍스는 공동으로 『KIST의 경제사회적 파급효과 분석 연구』를 수행하여 우리나라 경제발전에 대한 KIST의 총 기여효과를 산출하고 이를 지식스톡(Technology Stock) 파급효과, R&D 사업화 성과, 정책적 파급효과 등으로 구분하여 분석하였다. 동 연구는 우리 원의 47년간 총 파급효과를 595조원으로 평가하고, 이는 논문 및 특허 등의 지식스톡파급효과 199조 8,368억원, R&D 사업화 성과 181조 1,451억원, 정책적 파급효과가 213조 8,554억원인 것으로 분석했다. R&D 사업화를 통해 산업체 매출 성과에 크게 기여한 10대 대표기술로는 ▲ 가변용량 다이오드를 이용한 휴대용 TV 수상기 ▲푸시버튼 전화기 ▲염료합성기술 ▲컬러 TV 수상기 ▲고강도 아라미드 섬유기술 ▲지속성 복합비료 기술 ▲캡술형 내시경 미로 ▲리튬복합 이차전지 원천 기술 ▲고효율 유기 태양전지 기술 ▲치매 치료제 기술이 선정됐다. 정책적 파급효과 측면에서는 우리 원이 국내 최초 해외 유치과학자들의 브레인 풀을 구축했던 점, 15개 출연연의 모태가 되고, 한국형 연구소 경영모델을 정착시켜 과학기술 체계를 구축한 점, 국가현안문제 해결에 기여한 점을 높이 평가했다. 우리나라 최초의 종합 연구기관으로 설립된 우리 원은 2016년 개원 50주년을 맞을 예정이며, 동 연구 결과를 비롯하여 우리 원의 성과를 되돌아보고 향후 50주년의 새로운 비전을 추진해 나갈 계획이다. 박영일 학회장은 “KIST의 설립 이후 경제발전 기여도는 그동안 우리나라 GDP 증가분의 약 1.3% 수준으로, 우리나라 최초의 과학기술 분야 국책 연구기관으로 과학기술 발전과 경제성장을 견인해 온 것으로 평가된다”고 말하고, “기술경영경제학회의 2014년 동계 학술대회가 관련 분야의 발전을 위한 상호 협력과 논의의 장이 될 뿐 아니라, 현안에 대한 실질적인 해결책을 찾을 수 있는 기회가 되기를 기대한다”고 밝혔다. 이병권 원장 직무대행은 “KIST가 지난 47년간의 경제성장 기여효과를 넘어 미래기술 확보에 선도적 역할로 새로운 성장 동력을 창출하고 일자리 창출 및 국가 현안 문제 해결을 선도해 나가겠다”고 말했다. 기술경영경제학회는 국가 과학기술 정책수립 및 기술 개발전략 수립에 기여하는 동시에 과학기술주도의 새로운 사회개혁을 유도하기 위해 1992년 설립되었으며, 산업계·정부와의 연구 협력과 자문, 학술연구, 정책 토론회 개최 등 다양한 활동에 힘쓰고 있다.

우리 원은 개원 48주년을 맞이하여 2월 10일(월) 오후 3시, 성북구 하월곡동 본원에서 기초기술연구회 김 건 이사장 , 미래창조과학부 이상목 제 1차관 등 외빈과 직원 500여명이 참석한 가운데 개원기념식을 개최했다. 이병권 원장 직무대행은 “지난 48년간 많은 연구자들이 밤을 지새워 대한민국의 발전과 KIST의 오늘을 일궈냈다”고 말하며 연구에 힘쓰는 과학기술인의 노력에 감사를 표명했다. 그는 과학기술인이 새로운 역사를 준비하는 핵심으로서 역할을 다해야 한다며 이를 위한 과학기술인의 세 가지 소명을 강조했다. 첫째는, 융·복합 연구 및 중소기업 지원을 통하여 창조경제가 구체적 결실을 맺는데 과학기술이 기반이 되어야 한다는 것이다. 둘째는 국가 씽크탱크로서 문화와 과학을 아울러온 홍릉단지의 미래에 대해 고민하고 창조경제의 발원지가 될 수 있도록 노력해야 한다고 말했다. 마지막으로 V-KIST 설립, 스위스와의 협력 증진 등 우리 원이 글로벌 선도기관으로서 창조적 과학기술의 메카가 되도록 역량을 기울여야 한다는 것이다. 1966년 2월 10일에 개원한 우리 원은, 지난 반세기 동안 선진기술 개량, 첨단 핵심기술 개발, 기초·원천기술 개발 등 시대의 요구에 부합하는 국가 R&D의 선도자 역할을 수행해 왔다. 2016년 개원 50주년을 앞두고 우리 원은 시대적 도전을 위해 과거의 껍질을 벗어던지고 새롭게 노력하겠다는 목표를 밝혔다.

뇌 기능 조절 물질의 이동 통로 찾았다 - 뇌기능과 관련된 포타슘 이온의 농도를 스펀지처럼 조절하는 통로 발견 - 2개의 단백질 간의 화합결합으로 만들어진 새로운 통로임을 밝혀 - 발견된 통로는 뇌 기능의 핵심인 신호전달 물질의 통로로 밝혀져 뇌가 정상적으로 활동하기 위해서는 뇌에 존재하는 칼슘이나 포타슘(K⁺, 칼륨) 등 다양한 이온들의 농도가 일정하게 유지되어야 한다. 우리에게는 칼륨이라고 알려져 있는 포타슘 이온은 농도가 갑자기 증가하게 되면 심한 경우 발작이나 경련 등이 일어나고, 반대로 농도가 낮아지면 우울증이나 불안장애가 일어난다. 이처럼 이온의 농도가 미치는 영향은 이미 많은 연구로 밝혀진 반면, 이 이온들이 어떤 통로를 통해 이동하는지는 그동안 오랜 숙제로 남아 있었다. 국내 연구진이 스펀지가 물질을 흡수하듯, 포타슘 이온 농도를 조절하는 통로를 발견했다. 발견된 통로는 뇌의 핵심 기능인 신호전달 물질이 통과하는 통로라는 사실도 추가로 밝혀졌다. 한국과학기술연구원(KIST) 기능커넥토믹스 연구단 황은미 박사팀, 이창준 박사팀과 경상대학교 의과대학 박재용 교수팀이 공동으로 수행한 이번 연구는 미래창조과학부가 추진하는 세계적인 연구센터 개발사업 (WCI)과 선도연구센터지원사업 (MRC)의 일환으로 수행되었으며, 네이처 출판 그룹 (Nature Publishing Group; NPG)이 출판하는 세계적 국제학술지인 ‘Nature Communications’온라인 판 2월 5일자에 게재되었다. (논문명 : A disulphide-linked heterodimer of TWIK-1 and TREK-1 mediates passive conductance in astrocytes) 뇌를 구성하는 대표적 세포는 신경세포와 성상교세포이다. 신호 전달이 이루어지는 신경세포가 활성화되기 위해서는 주변의 성상교세포가 스펀지처럼 포타슘 이온을 흡수해야 한다. 포타슘 스펀지 역할은 성상교세포에서만 발견되는 유일한 현상으로, 신경세포 외부의 포타슘이온 농도를 일정하게 유지될 수 있도록 도와주는 역할을 한다. 문제는 포타슘 이온이 어떤 통로를 통해 이동하는지를 알 수가 없다는 점이다. * 포타슘(K⁺) : 보통 칼륨이라고도 불리는 은백색의 금속원소. 신경활성을 조절하는 중요한 이온으로, 뇌척수액에서는 2.6~3.0 mmol/L 농도로 유지됨. * 성상교세포 : 신경세포에 영양분이나 신경전달물질 등을 운반하는 비신경 세포의 일종. 신경세포의 위치를 고정하거나 혈액 뇌관문을 형성하는 등 뇌 활동에 중요한 역할을 담당함. 이온이 이동하는 통로를 밝히기 위해 연구팀은 갓 태어난 생쥐의 뇌에서 성상교세포를 분석하였고, 트윅(TWIK-1)과 트렉(TREK-1) 2개의 이온통로만이 존재함을 알 수 있었다. 이에 연구진은 2개의 이온 통로가 포타슘 스펀지 역할의 핵심이라 생각했다. 유전자 조합 및 바이러스를 활용하여 각각의 이온통로의 활동을 조절한 결과, 2개의 이온통로들은 개별적으로 작용할 때는 기능을 할 수 없다는 것을 확인했다. 이온통로들이 화학적 결합을 통해 새로운 단백질로 합성되어야 이러한 기능이 나타나는 것이다. * 트윅(TWIK-1) : 최초로 발견된 K2P 이온통로 (두 개의 이온통로구를 가진 포타슘 이온통로) 로서 독립적으로 발현시키면 포유동물의 세포막에 거의 존재하지 못하기 때문에 기능이 없는 채널로 알려짐. * 트렉(TREK-1) : 두 번째로 발견된 K2P 이온통로로서 다양한 자극에 반응 하여 포타슘을 통과시키며, 세포막 전위를 결정하는 데 관여함. 그동안 트윅과 트렉은 1996년 이후 차례로 밝혀진 이온통로들이지만, 이 중 트윅은 기능이 없다고 알려져 왔다. 새로운 포타슘 이온통로의 발견은 하나의 이온통로가 하나의 특성을 가진다는 공식을 깨고 다른 종류의 단백질이 결합하여 다양한 다른 역할을 수행할 수 있다는 가능성을 보여준 좋은 예라고 할 수 있다. 한편, 연구팀은 이번에 발견한 이온통로가 글루타메이트가 배출되는 통로라는 사실을 추가로 발견했다. 글루타메이트는 주로 신경세포 말단의 시냅스에서 배출되며, 세포간에 신호를 전달하는 뇌의 핵심적인 요소이다. 최근 연구로 글루타메이트는 성상교세포에서도 배출된다는 사실이 확인되었는데, 이 배출되는 통로 역시 이번에 발견한 이온통로로 밝혀진 것이다. 글루타메이트의 농도가 높으면 신호전달이 잘 된다고 볼 수 있기 때문에, 이동 통로의 발견은 뇌기능 핵심인 신호전달 체계를 규명하는데에도 활용될 것으로 보인다. 논문 제 1 저자인 KIST 황은미 박사는 “이번 연구를 통하여 오랫동안 궁금해 해왔던 포타슘 스펀지 역할의 이온통로를 확인하였으며, 포타슘이온 농도의 조절 실패로 인한 뇌전증, 우울증, 불안장애 등의 신경계 질환에 대한 새로운 치료 가능성을 제시할 수 있을 것”이라고 밝혔다. ○ 그림자료 <그림 1> 성상교세포의 포타슘이온 농도 조절과 뇌기능에 관한 모식도 새로이 규명된 성성교세포의 트랙-트윅 이종결합 이온통로가 정상적으로 기능을 수행할 경우, 세포 외부의 포타슘이 성상교세포로 흡수되어 외부 포타슘이온 농도가 낮은 농도로 유지됨으로써 정상적인 뇌기능이 유지된다. 그러나 트랙-트윅 이종결합 이온통로의 기능에 문제가 생기면, 성상교세포가 세포 외부의 포타슘을 흡수할 수 없어 외부 포타슘이온이 과도하게 많아지게 되며 이로 인해 신경세포가 지나치게 흥분하는 뇌전증이 유발되게 된다. <그림 2> 대표적인 실험 결과 : 트윅, 트렉 이온통로의 결핍이 성상교세포의 포타슘 스펀지 능력에 미치는 영향 재조합 렌티바이러스를 이용하여 성상교세포의 트윅 또는 트렉 이온통로의 발현을 억제한 후, 동일한 세포에서 전기생리학적 실험 방법으로 포타슘 스펀지 기능을 측정하였다. 그 결과, 트윅, 트렉 이온통로가 성상교세포의 포타슘 스펀지 기능을 수행하고 있음을 확인하였다. 본 연구를 통하여 지난 20여년 동안 베일에 싸여있던 포타슘 스펀지 기능을 수행하는 이온통로의 분자적 실체를 규명하는 성과를 거두었다. <그림 3> 트윅, 트렉 이온통로의 모식도 새로이 규명된 성성교세포의 트랙-트윅 이종결합 이온통로가 정상적으로 기능을 수행할 경우, 세포 외부의 포타슘이 성상교세포로 흡수되어 외부 포타슘이온 농도가 낮은 농도로 유지됨으로써 정상적인 뇌기능이 유지된다. 그러나 트랙-트윅 이종결합 이온통로의 기능에 문제가 생기면, 성상교세포가 세포 외부의 포타슘을 흡수할 수 없어 외부 포타슘이온이 과도하게 많아지게 되며 이로 인해 신경세포가 지나치게 흥분하는 뇌전증이 유발되게 된다.