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한국기초과학지원연구원
첨단 연구 인프라로 과학의 한계를 넘어서는 KBSI

한국기초과학지원연구원(KBSI)은 첨단 연구장비와 분석과학 역량을 기반으로 국가 과학기술 발전을 지원하는 정부출연연구기관입니다. 세계적 수준의 연구장비와 연구인프라를 구축·운영하고, 바이오·소재·지구환경 등 다양한 분야의 연구를 지원하며 새로운 과학적 발견과 국가적 난제 해결에 기여하고 있습니다. KBSI 공식 유튜브 ‘크브씨네’에서는 어렵게 느껴지는 과학과 첨단 연구장비, 흥미로운 연구성과를 누구나 쉽고 재미있게 만나볼 수 있습니다....

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[KBSI 기초툰툰] 만약, 내가 우울한 원인을 눈으로 확인할 수 있다면?👀 뇌 속 화학신호의 비밀🧠

우리는 매일 아침 거울을 보며 체중 증가나 우울한 기분을 자신의 의지 부족 탓으로 돌리곤 합니다. 하지만 비만과 우울감은 단순한 성격의 문제가 아니라 뇌 속 화학 신호의 불균형에서 비롯된 과학적인 현상일 수 있습니다. 한국기초과학지원연구원(KBSI)의 조지현 박사 연구팀은 보이지 않는 뇌 속 대사 변화를 정밀하게 읽어내는 기술을 개발했습니다. 초고자장 7T MRI를 활용한 MRS 기술은 뇌를 직접 열지 않고도 신경전달물질의 변화를 실시간으로 측정하여 뇌의 기능적 이상을 시각화하고 분석할 수 있는 새로운 길을 열었습니다. 연구팀은 영장류 모델을 통해 특정 신경 회로가 활성화될 때 실제 섭식 행동과 뇌 속 신경전달물질이 어떻게 변화하는지 정밀하게 관찰했습니다. 이러한 연구는 동물을 넘어 인간에게도 적용되어 유의미한 결과를 도출했습니다. 특히 우울증 환자의 해마에서 타우린 농도가 감소한다는 사실을 발견하며, 정신 질환을 객관적으로 진단할 수 있는 생체 지표인 바이오마커의 가능성을 제시했습니다. 가바(GABA)나 타우린 같은 핵심 물질의 농도 변화를 데이터화함으로써, 주관적인 설문에 의존하던 기존 방식에서 벗어나 명확한 과학적 근거를 바탕으로 질환의 원인을 파악하게 된 것입니다. 데이터 기반의 정밀 의료 기술은 현대 의학의 패러다임을 바꾸고 있습니다. 뇌 데이터를 근거로 원인을 먼저 찾고 맞춤형 치료 전략을 세움으로써 불필요한 시행착오를 줄이고 치료의 성공률을 획기적으로 높일 수 있습니다. 이는 신약 개발의 효율성을 개선할 뿐만 아니라, 조기 진단을 통해 장기적인 의료 비용을 절감하는 등 경제적으로도 큰 가치를 지닙니다. 비만과 우울증은 이제 더 이상 인내하며 견뎌야 할 대상이 아닙니다. 뇌 회로와 대사의 균형을 바로잡는 과학적 접근을 통해, 누구나 스스로의 건강을 정밀하게 관리하고 회복할 수 있는 시대에 들어섰습니다.

[KBSI 기초툰툰] 만약, 내가 우울한 원인을 눈으로 확인할 수 있다면?👀 뇌 속 화학신호의 비밀🧠
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선형 구슬 가속기 KIT 만들기

방사광 가속기는 현대 과학의 눈이라 불리는 거대한 장치입니다. 흔히 현미경이 작은 물체를 확대해서 보여주듯, 방사광 가속기 역시 육안으로 볼 수 없는 미세한 세계를 관찰할 수 있게 해줍니다. 하지만 일반적인 현미경과는 비교할 수 없을 정도로 훨씬 높은 에너지의 빛을 사용한다는 점이 특징입니다. 이 장치는 전자를 빛의 속도에 가깝게 가속시켜 매우 강력한 빛을 만들어내며, 이를 통해 물질의 기본 구조를 상세히 파악할 수 있도록 돕습니다. 충북 오창에 들어설 방사광 가속기가 거대한 규모를 자랑하는 이유도 바로 전자를 강력하게 가속시키기 위한 충분한 공간이 필요하기 때문입니다. 이 거대한 장치의 핵심 원리는 전자의 운동과 빛의 발생에 있습니다. 먼저 전자를 매우 빠른 속도로 가속시키면 엄청난 에너지를 갖게 되는데, 이 과정에서 발생하는 빛은 우리가 평소 접하는 빛보다 훨씬 강력한 에너지를 응축하고 있습니다. 방사광 가속기라는 명칭도 바로 전자를 가속시켜 빛을 얻는다는 원리에서 유래되었습니다. 이렇게 생성된 고에너지의 빛은 물질의 내부를 꿰뚫어 보거나 원자 단위의 움직임을 포착하는 데 사용됩니다. 즉, 가속기는 보이지 않는 세계를 탐구하기 위해 아주 정밀하고 강력한 광원을 생산해내는 첨단 공장이라고 이해할 수 있습니다. 방사광 가속기의 원리를 일상에서 쉽게 이해하기 위해 '선형 구슬 가속기'라는 실험 키트를 활용할 수 있습니다. 이 키트에서 쇠구슬은 가속기 내부의 전자를 상징하며, 자석은 전자를 가속시키는 힘을 전달하는 역할을 합니다. 쇠구슬을 살짝 굴려 자석 근처로 보내면 자기력에 의해 쇠구슬의 속력이 급격히 증가하며 가속됩니다. 자석에 충돌한 힘은 연쇄적으로 전달되어 반대편 끝의 쇠구슬을 빠른 속도로 튕겨내게 됩니다. 이러한 과정은 실제 가속기에서 전자가 에너지를 얻어 빠르게 이동하는 원리를 시각적으로 구현한 것으로, 복잡한 물리 법칙을 직관적으로 이해하는 데 큰 도움을 줍니다. 가속된 쇠구슬이 특정 구간을 지나갈 때 LED에 불이 들어오는 현상은 실제 가속기에서 빛이 발생하는 과정을 상징합니다. 실험 기구의 바닥면에는 건전지와 연결된 구리 테이프가 배치되어 있으며, 이는 전기가 흐를 수 있는 길을 형성합니다. 금속으로 만들어진 쇠구슬은 이 구간을 통과하면서 끊어진 회로를 순간적으로 이어주는 핵심적인 매개체 역할을 수행하게 됩니다. 이를 통해 전기 에너지가 LED로 전달되어 빛을 내는 모습은, 가속된 입자가 에너지를 방출하며 정보를 전달하는 과학적 원리를 시각적으로 명확하게 보여주는 장치가 됩니다. 실험 과정에서 쇠구슬의 속도와 LED 점등 사이의 관계를 관찰하는 것도 중요한 학습 포인트입니다. 쇠구슬이 너무 빠르게 지나가면 접촉 시간이 짧아 LED가 충분히 빛나지 않을 수 있는데, 이는 정밀한 제어의 중요성을 상기시킵니다. 자석과의 거리를 조절하여 쇠구슬의 속력을 제어해보면, 빛이 발생하는 원리를 더욱 명확히 파악할 수 있습니다. 이처럼 선형 구슬 가속기 제작은 눈에 보이지 않는 전자의 가속 원리와 빛의 발생 과정을 직접 손으로 체험하며 익힐 수 있는 소중한 기회를 제공합니다. 과학적 원리를 실제로 구현해보는 과정을 통해 방사광 가속기에 대한 이해를 깊게 할 수 있습니다.

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[워크브씨맨] 광물의 나이 맞추러 왔습니다!!🪨 | 한국기초과학지원연구원 오창센터 | MC재희 #kbsi #광물 #science

한국기초과학지원연구원 오창센터의 지구환경연구부는 지구의 유구한 역사를 탐구하며 우리 땅의 기원을 밝혀내는 곳입니다. 이곳의 핵심은 고분해능 이차이온 질량분석기(SHRIMP)로, 광물 속에 간직된 시간의 흔적을 추적하여 암석의 나이를 산출합니다. 위에서 내려다보았을 때 등이 굽은 새우를 닮았다고 하여 붙여진 이 독특한 이름의 장비는 우리나라에 단 한 대뿐인 귀중한 자산입니다. 연구자들은 이 거대하고 정밀한 장비를 활용해 눈에 보이지 않는 미시 세계의 데이터를 수집하며 지구가 겪어온 수십억 년의 세월을 과학적인 수치로 환산해냅니다. 정밀한 분석 장비를 다루는 일만큼이나 중요한 것은 시료를 준비하는 세심한 기초 작업입니다. 연구자들은 현미경을 통해 먼지보다 작은 광물 입자들을 하나하나 확인하며 핀셋으로 직접 골라내는 과정을 거칩니다. 수백 개의 광물을 양면테이프 위에 정확하게 고정하는 이 작업은 고도의 집중력과 인내심을 요구하는 일종의 수행과도 같습니다. 화려해 보이는 첨단 과학의 이면에는 이처럼 연구자의 손끝에서 이루어지는 정직한 노동과 반복적인 노력이 숨어 있으며, 이러한 정성이 밑바탕이 되어야만 비로소 신뢰할 수 있는 데이터의 기초가 마련됩니다. 준비된 시료는 주사전자현미경(SEM)을 통해 다시 한번 정밀한 검토 과정을 거치게 됩니다. 육안으로는 도저히 가늠할 수 없던 작은 광물 조각들이 수백 배로 확대되어 화면에 나타나면, 마치 거대한 암석산과 같은 선명한 내부 조직을 드러냅니다. 연구자들은 이 영상을 통해 광물의 모양과 성분, 그리고 내부 구조를 꼼꼼히 살피며 연대 측정에 적합한 최적의 지점을 찾아냅니다. 이는 본격적인 분석에 앞서 데이터의 정확도를 높이기 위한 필수적인 단계로, 첨단 기술을 통해 미시 세계의 비밀을 시각적으로 확인하는 과학적 탐색의 과정이라 할 수 있습니다. 모든 전처리를 마친 시료가 고분해능 이차이온 질량분석기(SHRIMP)에 들어가면 드디어 광물의 실제 나이를 측정하는 긴장된 순간이 찾아옵니다. 시료에서 튀어나오는 동위원소를 검출하여 연대를 도출하는 이 과정은 지구의 역사를 한 페이지씩 읽어 내려가는 것과 같습니다. 때로는 18억 년이 넘는 고대의 암석을 발견하기도 하고, 때로는 6,900만 년 전의 상대적으로 젊은 암석을 찾아내어 학술적 가치를 더하기도 합니다. 예상치 못한 결과가 나올 때 연구자들이 느끼는 희열은 오랜 시간 반복된 고된 노동을 잊게 할 만큼 강렬하며, 이는 곧 인류가 지구를 이해하는 새로운 지표가 됩니다. 과학 연구는 단순히 결과만을 도출하는 과정이 아니라, 보이지 않는 곳에서 묵묵히 이어지는 헌신과 열정의 결과물입니다. 작은 광물 하나를 얻기 위해 현미경 앞을 지키고, 수천 번의 핀셋질을 마다하지 않는 연구자들의 모습은 과학의 본질이 정직한 관찰과 인내에 있음을 보여줍니다. 우리가 발을 딛고 있는 이 땅의 나이를 알아내는 일은 이처럼 세밀한 손길과 첨단 기술이 조화를 이룰 때 비로소 완성됩니다. 미지의 세계를 향한 끊임없는 호기심과 이를 증명하려는 과학적 노력은 지금 이 순간에도 우리를 둘러싼 세계의 신비를 하나씩 풀어내고 있습니다.

[워크브씨맨] 광물의 나이 맞추러 왔습니다!!🪨 | 한국기초과학지원연구원 오창센터 | MC재희  #kbsi #광물 #science
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[크브씨네x고구마머리] 크기대비 인간보다 100배의 점프력! '곤충 점프력의 놀라운 비밀' | KBSI X 고구마머리 콜라보 🍠

곤충은 자연계에서 가장 뛰어난 도약 능력을 지닌 생명체 중 하나로, 벼룩의 경우 자신의 몸길이보다 수백 배 높은 곳까지 단숨에 도약할 수 있습니다. 이러한 놀라운 도약 능력의 핵심은 다리 근육에 포함된 '레실린'이라는 탄성 단백질에 있습니다. 고무줄처럼 강력한 탄성을 지닌 이 물질 덕분에 곤충은 폭발적인 에너지를 방출하며 공중으로 솟구칩니다. 또한, 근육 세포 내에 촘촘히 자리 잡은 미토콘드리아가 짧은 순간에 막대한 에너지를 공급함으로써 이러한 생리적 메커니즘을 완성합니다. 곤충의 다리는 단순한 신체 부위를 넘어 고도의 효율성을 갖춘 천연 도약 장치와 같습니다. 인간이 곤충과 같은 다리 구조를 갖게 된다면 높은 빌딩을 단번에 뛰어넘는 혁신적인 이동이 가능해지겠지만, 여기에는 중력이라는 현실적인 한계가 존재합니다. 곤충은 낙하 시 신체적 특성을 이용해 안전하게 착지할 수 있는 반면, 인간은 거대한 질량 탓에 높은 곳에서 떨어질 때 신체에 치명적인 충격을 받게 됩니다. 그럼에도 불구하고 곤충의 효율적인 움직임과 재생 능력은 현대 과학에 영감을 제공합니다. 재난 구조를 위한 소형 로봇이나 손상된 피부 조직을 회복시키는 의료 기술 등 곤충의 생물학적 특성은 미래의 혁신 기술을 탄생시키는 중요한 열쇠가 되고 있습니다. 이러한 곤충의 미세 구조와 생리적 비밀을 밝혀내기 위해서는 정밀한 관찰 도구가 필수적입니다. 한국기초과학지원연구원의 JEM-1400 Plus 투과 전자현미경은 곤충의 근육과 미세 구조를 고해상도로 분석하여 생명과학의 발전을 견인하고 있습니다. 눈에 보이지 않는 작은 영역을 명확히 분석하는 기술이야말로 미래 기술 혁신의 든든한 토대가 됩니다. 기초과학은 결코 단기간에 성과가 나타나지 않지만, 인류가 직면한 도전을 해결하고 삶을 풍요롭게 만드는 근본적인 힘입니다. KBSI와 같은 연구 기관의 노력은 기초과학의 튼튼한 뿌리를 다짐으로써 더 나은 미래를 향한 과학적 지평을 넓혀가고 있습니다.

[크브씨네x고구마머리] 크기대비 인간보다 100배의 점프력!  '곤충 점프력의 놀라운 비밀'    | KBSI X 고구마머리 콜라보 🍠
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[크브씨네] 큽쓴썰 EP.01 몽골 편 ‘금 캐러 왔는데...금이 안 보인다‘ #몽골 #금 #kbsi

몽골은 중앙아시아의 광활한 내륙 국가로, 바다가 없는 지형적 특성상 매우 건조하고 극단적인 기후 변화를 보입니다. 지질학적으로는 과거 고해양판이 닫히고 대륙들이 충돌하며 형성된 습곡과 조산대가 발달하여 지구과학적 연구 가치가 매우 높은 지역입니다. 특히 이곳에는 금속 광물과 석탄 등 막대한 천연자원이 매장되어 있어 전 세계 지질학자들의 주목을 받고 있습니다. 한국기초과학지원연구원 연구진은 이러한 몽골의 지질학적 특징을 바탕으로 현지에 매장된 다양한 금속 광산의 형성과 기원을 밝히기 위한 정밀한 연구를 수행하고 있습니다. 광산은 채굴 방식에 따라 지하 깊숙이 갱도를 파고 들어가는 지하 광산과 지상에서 아래로 큰 구덩이를 파 내려가는 노천 광산으로 구분됩니다. 연구진은 플루오라이트와 같은 특정 광물이 매장된 지하 갱도나 거대한 규모의 노천 광산 현장을 직접 방문하여 지질 조사를 수행합니다. 현장에서 정밀하게 채집된 암석 시료들은 한국기초과학지원연구원으로 운반되어 본격적인 분석 단계를 거치게 됩니다. 이렇게 수집된 시료들은 해당 광산이 어떤 지질학적 과정을 통해 형성되었으며, 그 근원이 어디인지를 분석하는 데 있어 핵심적인 단서가 됩니다. 채집된 시료는 전처리 과정을 거친 뒤 연대 측정 및 금속 동위원소 조성 분석에 활용됩니다. 이러한 연구는 단순히 과학적 호기심을 충족시키는 데 그치지 않고 실질적인 자원 탐사와 개발 효율성을 높이는 데 기여합니다. 광산의 형성 원리를 정확히 파악하면 이와 유사한 지질학적 특징을 지닌 다른 지역을 더욱 경제적이고 빠르게 탐색할 수 있기 때문입니다. 특히 광물 내 미세 성분의 함량을 정밀하게 분석하는 과정은 해당 광구의 가행 가능성과 자원으로서의 가치를 과학적으로 입증하는 중요한 지표가 되어 줍니다. 연구 현장에서는 LA-ICP-MS와 같은 동위원소 분석 장비와 SHRIMP라 불리는 첨단 연대 측정 장비가 핵심적인 역할을 합니다. 이를 통해 암석의 형성 시기와 성분을 규명하며 몽골 내 개별 광산들에 대한 정밀 데이터를 축적하고 있습니다. 연구팀은 향후 이러한 개별 데이터를 통합하여 특정 지역이나 몽골 전역의 광화대 형성을 이해하는 대규모 연구로 확장할 계획입니다. 이는 단순히 학술적 성과를 넘어 한국과 몽골 양국 간의 과학기술 교류를 활성화하고, 지질학 분야의 공동 연구 네트워크를 더욱 공고히 구축하는 데 큰 의미가 있습니다. 척박한 환경 속에서 진행되는 야외 지질 조사는 때로 캠프 생활을 동반하는 고된 여정이기도 합니다. 주변에 편의 시설이 없는 광야에서 연구진은 직접 식재료를 준비해 식사를 해결하며 연구를 이어가지만, 현지의 따뜻한 인심 덕분에 큰 힘을 얻기도 합니다. 실제로 몽골은 한국과 정서적으로 매우 친숙하며, 한국에서 일한 경험이 있는 현지인들을 어렵지 않게 만날 수 있을 정도로 양국은 깊이 연결되어 있습니다. 이러한 우호적인 관계와 상호 신뢰는 지질 조사 과정에서 현지 전문가들과의 원활한 협업을 가능하게 하며, 연구의 질을 높이는 든든한 기반이 됩니다.

[크브씨네] 큽쓴썰 EP.01 몽골 편 ‘금 캐러 왔는데...금이 안 보인다‘ #몽골 #금 #kbsi
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[국산연구장비 활용 캠페인] 13편 한국표준과학연구원 박인용 교수

대한민국의 미래선도연구사업단에서는 세계 최고 수준의 연구 장비 개발에 매진하고 있습니다. 특히 현대 과학 기술과 첨단 산업 분야에서 필수적인 주사전자현미경의 원천 기술 확보에 집중하고 있는데, 그 핵심은 고품질의 전자빔을 구현하는 것입니다. 연구진은 우리가 개발한 전자빔의 성능을 정밀하게 평가할 수 있는 플랫폼을 독자적으로 구축하였습니다. 전자는 공기와 반응하면 즉시 흡수되는 성질이 있어 초고진공 환경을 조성하는 것이 무엇보다 중요한데, 이곳의 장비는 이를 완벽히 구현하여 다양한 전자원의 성능을 시험하고 상용화를 앞두고 있습니다. 전자현미경의 성능을 결정짓는 중요한 요소 중 하나는 방출되는 전자의 에너지 분포입니다. 마치 백 명의 선수가 달리기 경주를 할 때 모두가 동시에 결승선에 들어오는 것처럼, 모든 전자가 동일한 에너지 수준을 유지하며 방출되어야 선명한 이미지를 얻을 수 있습니다. 에너지 폭이 좁을수록 시료 면에 전자빔을 더욱 정밀하게 집중시킬 수 있어 나노미터 이하의 초고해상도 관찰이 가능해집니다. 이러한 기술력은 기존 광학 현미경의 한계를 뛰어넘어 미세 세계를 탐구하는 데 핵심적인 역할을 하며, 연구자들이 더 깊은 과학적 통찰을 얻을 수 있도록 돕습니다. 필드 이온 현미경(FIM)은 뾰족한 금속 탐침 끝에 고전압을 가하고 불활성 가스를 주입하여 구동됩니다. 이때 이온화된 입자들이 반발력에 의해 튕겨 나가며 탐침의 원자 구조를 스크린에 투영하게 됩니다. 실시간 영상을 통해 원자가 하나씩 떨어져 나가는 현상을 관찰할 수 있으며, 최종적으로 단 몇 개의 원자만 남겨 이를 정밀한 이온빔으로 활용하는 고도의 기술을 구현합니다. 이는 단순히 미세 구조를 보는 단계를 넘어, 원자 단위에서 제어된 이온빔을 생성함으로써 차세대 분석 장비를 개발할 수 있는 소중한 기초가 됩니다. 최근에는 형광 신호를 확인하는 광학 현미경과 고해상도 이미지를 제공하는 전자현미경을 결합한 하이브리드 시스템이 주목받고 있습니다. 연구진은 헬라 세포와 같은 바이오 시료를 대상으로 광학 영상을 통해 전체적인 위치를 파악한 뒤, 필요한 부분을 수십만 배까지 확대하여 관찰하는 유기적인 연구 환경을 조성했습니다. 특히 현미경의 핵심 부품인 경통과 자기장 렌즈, 스캐너 등을 직접 설계하고 제작함으로써 외산 장비에 의존하지 않는 독자적인 기술 생태계를 구축하고 있으며, 이는 국내 기초 과학 연구의 자립도를 높이는 데 크게 기여하고 있습니다. 현재 개발 중인 세계 최초의 신개념 장비는 물질과 전자빔이 충돌할 때 발생하는 미세한 에너지 변화를 포착하여 원자나 분자의 진동을 관찰할 수 있게 해줍니다. 이러한 장비가 완성되면 국내 연구자들도 세계적인 학술지에 논문을 발표할 수 있는 독보적인 데이터를 확보하게 될 것입니다. 처음 연구를 시작했을 때만 해도 국산화에 대한 관심이 낮았지만, 미래를 내다보고 꾸준히 기술을 개발해 온 끈기가 오늘날의 성과를 만들었습니다. 당장의 필요성을 넘어 미래 가치를 위해 포기하지 않고 연구를 지속하는 자세야말로 과학 기술 발전을 이끄는 가장 큰 원동력입니다.

[국산연구장비 활용 캠페인] 13편 한국표준과학연구원 박인용 교수
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[크브씨네x고구마머리] '만약 인간이 세포 크기만큼 작아진다면 무슨 일이 일어날까?' | KBSI X 고구마머리 콜라보 🍠

눈에 보이지 않는 미시 세계는 우리가 상상하는 것보다 훨씬 정교하고 거대한 질서를 품고 있습니다. 1센티미터의 1만 분의 1에 불과한 마이크로미터 단위의 세계로 들어가면 중력의 영향이 약해져 마치 무중력 상태처럼 공중에 떠다니게 됩니다. 이곳은 우리가 일상에서 느끼는 물리 법칙과는 전혀 다른 원리가 지배하는 공간입니다. 아주 작은 존재들에게는 공기의 흐름조차 거대한 힘으로 작용하며, 인간의 눈으로는 결코 볼 수 없는 생명의 기초 단위들이 활발하게 움직이는 삶의 터전입니다. 미시 세계의 주역은 세포와 세균, 그리고 바이러스입니다. 식물 세포는 튼튼한 세포벽으로 형태를 유지하며, 포도상구균 같은 세균은 스스로 에너지를 만들고 번식하는 독립된 생명체로서 존재합니다. 반면 바이러스는 세균보다 훨씬 작으며 살아있는 숙주 세포 없이는 번식할 수 없는 독특한 존재입니다. 이들은 숙주 세포에 침투해 자신을 복제하며 때로는 치명적인 질병을 일으키기도 하지만, 최근에는 이를 역이용해 암세포를 파괴하는 ‘온콜리틱’ 치료법 같은 혁신적인 연구의 대상이 되기도 합니다. 미세한 크기로 줄어든 인간에게 미시 세계는 가혹한 환경입니다. 작은 물방울 하나가 거대한 홍수처럼 느껴지고, 미세한 온도 변화도 생존을 위협하는 자연재해가 됩니다. 감각 기관 또한 제 기능을 하기 어렵습니다. 소리의 파장이 길어지면서 낮은 주파수를 인식하지 못해 정적에 갇히게 되고, 빛의 파장 역시 우리가 인식하는 범위를 벗어나 세상은 어둡고 흐릿하게 변합니다. 세포들이 세포막과 캡슐로 자신을 보호하며 적응해온 것과 달리, 인간의 신체 구조는 이 극한의 미시 환경에서 버티기엔 너무나 취약합니다. 호흡 방식의 차이는 생존을 결정짓는 가장 큰 장벽입니다. 인간은 폐를 통해 공기를 들이마시지만, 세포는 농도 차이에 의한 ‘확산 과정’을 통해 산소를 흡수합니다. 만약 인간이 세포 크기로 작아진다면 기존의 폐 호흡은 불가능해집니다. 신체가 요구하는 높은 대사량을 충족하기에는 확산 과정만으로는 산소 공급이 턱없이 부족하기 때문입니다. 결국 미시 세계에서의 삶은 산소 결핍과 에너지 부족이라는 물리적 한계에 부딪히게 되며, 이는 아주 작은 세계의 생명체들이 각자의 크기에 최적화된 고유한 생존 전략을 가지고 있음을 시사합니다. 이러한 미시 세계를 정밀하게 관찰하고 이해하는 것은 인류의 건강과 미래를 위한 핵심 과제입니다. 한국기초과학지원연구원(KBSI)은 세계 최고 성능의 생물 전용 초고전압 투과 전자 현미경인 ‘Bio-HVEM’을 통해 이 보이지 않는 세계를 탐구합니다. 일반 현미경으로는 볼 수 없는 세포 내부의 미토콘드리아나 리보솜 같은 미세 구조를 저온 상태에서 손상 없이 관찰할 수 있게 해줍니다. 이러한 기초과학 연구는 질병의 원인을 규명하고 새로운 치료 전략을 세우는 든든한 토대가 되어, 인류가 더 나은 미래로 나아가는 길을 열어주고 있습니다.

[크브씨네x고구마머리] '만약 인간이 세포 크기만큼 작아진다면 무슨 일이 일어날까?'  | KBSI X 고구마머리 콜라보 🍠
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[국산연구장비 활용 캠페인] 12편 가천대학교 이동우 교수

암 치료의 패러다임이 환자 맞춤형으로 진화하고 있습니다. 과거에는 표준화된 치료법을 일괄 적용했지만, 이제는 환자 개개인의 조직을 활용해 치료 효율을 극대화하는 방식이 주목받고 있습니다. 그 중심에는 '오가노이드' 기술이 있습니다. 오가노이드란 환자의 암세포를 체외에서 3차원으로 배양하여 만든 일종의 오가노이드입니다. 이를 통해 환자에게 직접 항암제를 투여하기 전, 체외에서 다양한 약물의 반응을 미리 시험해 볼 수 있습니다. 이는 불필요한 시행착오를 줄이고 부작용을 최소화하며, 환자에게 가장 적합한 치료 전략을 수립하는 데 결정적인 역할을 합니다. 오가노이드 배양 과정은 고도의 정밀함과 청결을 요구합니다. 먼저 병원에서 전달받은 환자의 암 조직에서 암세포를 추출한 뒤, 헤파 필터가 장착된 클린룸 환경에서 본격적인 작업이 시작됩니다. 추출된 세포는 3D 바이오 프린터를 통해 384-웰 플레이트에 정확한 양으로 자동 분주됩니다. 사람이 손으로 직접 수행하는 대신 자동화된 시스템을 사용함으로써 실험의 재현성과 정확도를 높입니다. 이렇게 배양된 암세포들은 실제 장기나 조직과 유사한 3차원 덩어리 형태를 갖추게 되며, 여기에 여러 항암제를 처리하여 사멸 반응을 실시간으로 추적 관찰하게 됩니다. 특히 국내 기술로 개발된 정밀 스캐너는 오가노이드 연구의 효율성을 획기적으로 높였습니다. 기존의 형광 현미경 관찰은 세포에 특수 염색을 해야 하는데, 이 과정에서 세포가 죽게 되어 실험의 연속성이 끊기는 한계가 있었습니다. 하지만 정밀 스캐너는 형광 염색 전의 상태인 브라이트 필드를 측정할 수 있는 기능을 갖추고 있습니다. 이를 통해 세포를 파괴하지 않고도 배양 과정 전반을 실시간으로 모니터링할 수 있어, 시간별로 별도의 실험군을 준비할 필요가 없습니다. 이는 연구 자원의 낭비를 줄이고 소규모 실험만으로도 방대한 데이터를 확보하게 해줍니다. 기존의 2D 배양 방식은 암세포를 바닥에 얇게 펴서 키우는 형태였으나, 이는 실제 인체 내의 입체적인 환경과는 큰 차이가 있었습니다. 실제 암 조직은 수많은 세포가 덩어리를 이루고 상호작용하는 3차원 구조물이기 때문입니다. 오가노이드를 활용한 3D 배양은 이러한 한계를 극복하여 체내 환경과 유사한 조건을 재현합니다. 환자의 유전 정보를 그대로 간직한 채 덩어리로 자라난 세포들은 약물에 대해 실제 몸속에서 일어날 법한 반응을 정확히 보여줍니다. 결과적으로 체외 실험의 신뢰도가 향상되었으며, 이는 정밀 의료 시대의 핵심적인 기반 기술로 자리매김하고 있습니다. 정밀 스캐너의 기술력 향상은 바이오 산업 전반에 긍정적인 변화를 불러오고 있습니다. 해외 장비와 비교했을 때 성능 면에서 뒤처지지 않으면서도, 연구자의 요구에 맞춘 유연한 업그레이드가 가능하다는 장점이 있습니다. 오가노이드와 같은 입체적인 시료는 초점이 잡히는 범위가 제한적일 수 있지만, 최신 스캔 기술을 통해 여러 단면의 이미지를 합쳐 선명한 전체 모습을 구현해 냅니다. 이러한 기술적 뒷받침 덕분에 암 환자들은 자신에게 가장 효과적인 약물을 더 빠르고 정확하게 찾아낼 수 있게 되었습니다. 첨단 과학과 의료 기술의 융합은 이제 머나먼 미래가 아닌 현실이 되었습니다.

[국산연구장비 활용 캠페인] 12편 가천대학교 이동우 교수
한국기초과학지원연구원
  • 생명과학
  • 융합
  • 공학·기술

[국산연구장비 활용 캠페인] 11편 이화여자대학교 조수연 교수

레이저 조사에 따라 전기가 흐르는 도체에서 부도체로 변하거나, 빛의 흡수와 반사 특성이 달라지는 물질이 있다면 현대 과학의 패러다임을 바꿀 수 있습니다. 이화여자대학교 저차원 물질 실험실에서는 이러한 마법 같은 변화를 실현하는 저차원 물질을 집중적으로 연구하고 있습니다. 저차원 물질은 나노미터 수준의 아주 얇은 두께를 가지며, 외부 조건의 미세한 변화에도 물리적 성질이 급격하게 변하는 독특한 특징을 지닙니다. 이러한 특성은 차세대 반도체나 디스플레이 등 다양한 미래 기술의 핵심 소재로서 무한한 잠재력을 보여줍니다. 저차원 물질의 성질을 규명하기 위해서는 정밀한 합성 기술과 측정 장비가 필수적입니다. 연구실에서는 화학 기상 증착법(CVD) 장비를 활용하여 원자 층 단위의 얇은 박막을 증착하며 시료를 제작합니다. 이렇게 만들어진 물질은 팁 프로브 장비를 통해 전기 저항을 측정함으로써 금속성이나 절연성 여부를 판단하게 됩니다. 특히 물질의 두께에 따라 색상과 물리적 특성이 완전히 달라지기 때문에, 미세한 두께별 변화를 정밀하게 관찰하고 데이터를 축적하는 과정은 소재 공학 연구의 가장 기초적이면서도 중요한 단계라고 할 수 있습니다. 최근 주목받는 몰리브데늄 다이텔루라이드(MoTe2)와 같은 2차원 물질은 레이저를 쏘는 것만으로도 결정 구조가 바뀌는 '상전이' 현상을 일으킵니다. 기존의 X선 분석 방식으로는 너무 얇은 저차원 물질의 내부 구조를 파악하기 어려웠으나, 빛의 산란을 이용한 라만 분광법이 도입되면서 상세한 분석이 가능해졌습니다. 레이저 조사 후 변화된 영역의 라만 스펙트럼 피크를 분석하면 해당 물질이 어떤 물리적 상태로 변했는지 명확하게 확인할 수 있습니다. 이는 소재의 내구성이나 열전도도, 빛의 반사율을 자유자재로 조절할 수 있는 기술적 토대가 됩니다. 연구의 효율성을 극대화하기 위해 연구실에서는 국산 연구 장비를 적극적으로 도입하여 연구자 맞춤형 시스템을 구축했습니다. 레이저 파워를 정밀하게 제어할 수 있는 국산 라만 분광기를 활용해 시료에 가해지는 열이나 반응도를 세밀하게 측정합니다. 또한 진공 상태에서 전기 저항을 측정할 수 있는 장비는 외산보다 뛰어난 확장성을 제공합니다. 이러한 맞춤형 장비들은 연구자가 의도한 최적의 실험 환경을 조성해주며, 이는 권위 있는 학술지의 표지를 장식하는 등의 우수한 연구 성과로 이어졌습니다. 저차원 물질의 상전이 특성을 활용하면 혁신적인 미래 기술 구현이 가능합니다. 예를 들어, 특정 파장의 빛을 선택적으로 흡수하거나 반사하는 성질을 이용해 노이즈가 적은 고성능 이미지 센서를 개발할 수 있으며, 가시광선을 넘어 적외선과 자외선 영역까지 촬영하는 장비 제작도 가능합니다. 또한 얇고 유연한 구조 덕분에 웨어러블 소자로의 응용이 가능하며, 빠른 응답 속도를 바탕으로 광통신 및 정보 처리 분야에서도 획기적인 변화를 가져올 것입니다. 연구자의 아이디어와 특화된 장비의 결합은 앞으로도 새로운 과학적 발견의 지평을 넓혀갈 것으로 기대됩니다.

[국산연구장비 활용 캠페인] 11편 이화여자대학교 조수연 교수
한국기초과학지원연구원
  • 물리학
  • 화학
  • 융합
  • 공학·기술

[크브씨네마] '작전명 : 타이니어' 전이성 폐암 질환을 공략하다!! #KBSI #홀로토모그래피현미경 #범죄도시

암은 현대 의학이 해결해야 할 가장 어려운 과제 중 하나로, 특히 암세포가 원래의 위치를 벗어나 다른 장기로 퍼지는 전이 현상은 치료를 매우 힘들게 만듭니다. 한국기초과학지원연구원(KBSI)과 국립순천대학교 공동 연구진은 이러한 전이성 암을 제어하기 위해 'HO-2'라는 단백질에 주목했습니다. 연구진은 전이 과정에서 HO-2 단백질의 발현이 활발해진다는 사실을 확인했으며, 이를 암세포를 찾아내는 핵심 지표로 활용하였습니다. 이는 전이의 길목을 차단할 수 있는 중요한 과학적 근거를 마련한 것으로 평가받습니다. 연구진이 개발한 '타이니어(TiNIR)'는 표적 단백질에 반응하여 암세포를 찾아내는 것은 물론, 암의 증식과 이동을 직접적으로 방해하는 다목적 도구입니다. 이 물질이 HO-2의 활동을 저해하면 암세포 내부에 활성산소가 발생하게 되는데, 이는 세포의 주기를 방해하고 운동성을 크게 떨어뜨리는 효과를 냅니다. 결과적으로 타이니어(TiNIR)는 전이성 암세포를 선택적으로 공격하는 억제제 역할을 수행하게 됩니다. 이러한 메커니즘은 단순히 암을 발견하는 수준을 넘어, 전이 자체를 능동적으로 차단할 수 있는 새로운 가능성을 열어주었습니다. 이번 연구의 또 다른 성과는 암세포의 움직임을 실시간으로 관찰할 수 있는 3차원 홀로토모그래피 기술의 도입입니다. KBSI 이성수 박사 연구팀은 세계 최초로 이 기술을 이용해 타이니어(TiNIR)가 처리된 폐암 세포가 어떻게 변화하고 이동하는지를 정량적으로 분석하는 데 성공했습니다. 기존의 분석법과 달리 살아있는 세포의 상태를 실시간으로 추적할 수 있어, 향후 암 질환 치료제 개발에 있어 매우 차별화된 데이터를 제공할 수 있습니다. 이러한 첨단 영상 분석 기술은 차세대 항암 신약 개발의 새로운 이정표가 될 것으로 기대됩니다.

[크브씨네마] '작전명 : 타이니어' 전이성 폐암 질환을 공략하다!!  #KBSI #홀로토모그래피현미경 #범죄도시
한국기초과학지원연구원
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