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  [GT] 사람에게 무해한 새로운 항바이러스 물질 개발 外
어떤 신기술이 세상을 극적으로 변화시킬까? 세계 최고의 연구소에서 나오는...




  • 어떤 신기술이 세상을 극적으로 변화시킬까? 세계 최고의 연구소에서 나오는 놀라운 혁신을 독점 소개합니다.


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    사람에게 무해한 새로운 항바이러스 물질 개발


    아직 개발 초기 단계에 있지만 이 새로운 치료법의 광범위한 스펙트럼 활동은 최근 코로나 바이러스 발병과 같은 새롭게 널리 퍼진 바이러스성 질병에 효과적인 것으로 나타났다.


    표백제와 같은 오늘날 소위 ‘바이러스성’ 물질은 일반적으로 접촉된 바이러스를 파괴할 수 있지만 동시에 인체에 매우 유독하므로 심각한 피해를 입히지 않으면서 인체에 투입하거나 적용할 수는 없다. 한편, 오늘날의 비 독성 항바이러스 약물은 바이러스 성장을 억제함으로써 작용하지만 바이러스가 이러한 치료법에 돌연변이를 일으키고 저항력을 가질 수 있기 때문에 항상 신뢰할 수 있는 것이 아니다. 그러나 이번 설탕을 통해 개발된 새로운 종류의 항바이러스 물질은 바이러스를 광범위하게 파괴하면서 인간에게는 무해하다.


    변형된 당 분자는 단순히 바이러스의 성장을 제한하는 것뿐만 아니라 바이러스의 외부 표피를 파괴하여 사멸시킨다. 또한 이 새로운 접근 방식은 약물 내성을 방지하는 것으로 나타났다.


    연구진은 사이클로 덱스트린(cyclodextrins)으로 알려진 천연 포도당 유도체로부터 변형된 분자를 성공적으로 조작했다. 이 분자는 감염 전에 바이러스를 유인하여 파괴시키기 때문에 감염을 방지한다.


    이는 새로운 유형의 항바이러스 물질로 역사상 최초로 광범위한 스펙트럼 효능을 보이는, 바이러스 감염 치료에 있어 게임 체인저가 될 가능성이 있다. 또한 잘 알려지지 않은 새로운 감염을 다루는 측면에서도 마찬가지다.


    이 분자는 현재 특허를 받았으며 한 스핀-아웃(Spin-Out, 기업의 일부 기술 또는 사업을 분리하여 회사를 만드는 것) 기업이 이 새로운 항바이러스 물질을 계속해서 실제 응용 분야에 적용할 계획이다. 추가적인 실험 이후, 이 물질은 바이러스 감염에 대한 크림, 연고, 나잘 스프레이 및 기타 유사한 형태의 치료제로 사용될 수 있다. 이 새로운 물질은 광범위한 바이러스를 분해할 수 있기 때문에 약물 내성 바이러스에 대해서도 비용 효율적인 새로운 치료법이 될 것으로 기대된다.


    - Science Advances, January 29, 2020, Vol. 6, No. 5, “Modified Cyclodextrins As Broad-Spectrum Antivirals,” by Samuel T. Jones, et al.  ⓒ 2020 American Chemical Association for the Advancement of Science.  All rights reserved.

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    https://advances.sciencemag.org/content/6/5/eaax9318


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    만능 줄기 세포를 ‘전분화능’으로 되돌리는 방법이 개발되다


    정자와 난자의 결합에 따라 발생하는 접합자(Zygotic) 게놈 활성화는 우리 삶의 시작을 표시하는 것이다. 수정란(zygotes)으로 불리는 그 결과로 생긴 초기 배아(early embryos)는 전분화능(totipotency, 모든 세포로 분화할 수 있는 능력)으로 알려진 특성으로 전체 어떤 기관으로도 발달할 수 있다. 이러한 전분화능 세포는 발달 계층의 꼭대기에 위치하며, 만능 배아 줄기 세포(pluripotent embryonic stem cells)를 능가하는 모든 세포 유형의 최대 능력을 갖추고 있다.


    주목할 만한 것은 이러한 전분화능 접합자(수정란) 세포가 만능으로 성숙함에 따라 그들의 전분화능력을 잃는다는 점이다. 그러나 현재 싱가포르의 과학자들은 만능 세포를 조작하여 이전에는 수정란에만 존재한다고 생각되는 전분화능 능력을 획득하는 방법을 발견했다. 이것은 포유동물 발달의 초기 형성에서 전분화능이 어떻게 형성되는지에 대한 핵심적인 통찰력을 제공할 뿐만 아니라, 이전에 탐구되지 않은 잠재적인 세포 요법에 대한 새로운 문을 열어주고 있다.


    이 연구는 만능 배아 줄기 세포를 페트리접시 배양기에서 전분화능으로 유도할 수 있는, NELFA 로 불리는 전분화능 유발 성장 인자를 확인했다. NELFA는 세포의 유전자 조절 및 대사 네트워크에 특정 변화를 일으킴으로써 이러한 일을 가능케 한다. 구체적으로, NELFA는 수정란에서만 활성이고 배아 줄기 세포에서는 침묵하는 특정 유전자를 재활성화시키는 능력을 갖고 있다. NELFA는 또한 만능 줄기 세포의 경로를 사용하여 에너지를 변경할 수 있다. 이러한 모든 변화로 인해 만능 줄기 세포가 ‘전분화능 상태’로 되돌아가도록 한다.


    배아 외부의 세포에서 전분화능을 유도하는 이 방법을 발견하는 것은 또한 치료 목적을 위해 최대 세포 가소성을 가진 세포를 조작하는 수단을 제공한다. 이것은 재생 의학, 특히 세포 대체 요법의 잠재적 응용성을 증대시키고 있다.


    이 연구의 최종 목표는 연구 결과를 쇠약성 질병 및 발달 장애의 치료와 같은 임상 응용을 위한 신속하고 효율적인 세포 재프로그래밍 전략의 개발로 변모시키는 것이다.


    - Nature Cell Biology, January 13, 2019, “Maternal Factor NELFA Drives a 2C-Like State in Mouse Embryonic Stem Cells,” by Zhenhua Hu, et al.  ⓒ 2020 Springer Nature Limited.  All rights reserved.

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    https://www.nature.com/articles/s41556-019-0453-8


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    갈륨, 인듐, 주석, 비스무트 합금을 사용한 새로운 수소 발생 반응


    경제성과 환경 친화성으로 인해 수소는 운송을 포함한 수많은 응용 분야에서 화석 연료 및 배터리 전기 에너지의 매력적인 대안이다. 그러나 밀도가 낮기 때문에 수소를 효율적으로 운반하기가 어렵고 기존의 온보드(onboard) 수소 생성 방법은 느리고 에너지 집약적이다.


    최근 한 중국 연구팀이 연료 전지와 함께 사용하기 위해 실시간 주문형 수소 생성 시스템을 엔지니어링하는 데 큰 진전을 이루었다. 그들은 이 결과를 「신재생에너지 저널(Journal of Renewable and Sustainable Energy)」에 소개했다.


    이들 연구진은 갈륨, 인듐, 주석, 비스무트 합금을 사용하여 수소 발생 반응을 촉진시켰다. 이 합금이 물에 담긴 알루미늄 판을 만나면 수소가 생성된다. 이 수소원이 양성자 교환막 연료 전지에 연결되었을 때, 수소의 화학 에너지가 전기 에너지로 변환되었다.


    양성자 교환막 연료 전지는 전통적인 발전 방법과 비교할 때 변환 효율이 매우 높다. 빠르게 시작하고 조용히 실행할 수 있다. 또한, 이로 인해 발생하는 유일한 폐기물은 물이므로 환경 친화적이다.


    연구진은 비스무트가 없는 갈륨, 인듐 및 주석의 합금과 비교할 때 합금에 비스무트의 첨가가 수소 생성에 큰 영향을 미친다는 점을 발견했다. 합금에 비스무트를 포함시키면 보다 안정적이고 내구성있는 수소 생성 반응이 일어났다. 이 수소 발생 시스템의 설계에서 또 다른 중요한 요소는 합금을 재활용하는 능력이다. 이는 비용 및 환경 영향을 최소화하는 데 도움이 된다.


    물론 이 새로운 수소 발생기와 연료 전지가 운송 및 기타 응용 분야의 상용 솔루션이 되기 전에 몇 가지 문제는 여전히 해결되어야 한다. 예를 들어, 반응 후 혼합물 분리를 위한 기존의 방법은 부식 및 오염 문제를 유발할 수 있으며 수소 반응 공정에서 열 소산도 최적화해야 한다.


    이러한 난제가 해결되면 이 기술은 운송부터 무수히 많은 휴대용 장치에 이르는 다양한 응용 분야에 사용될 수 있다.


    - Journal of Renewable and Sustainable Energy, January 28, 2020, “Instant Hydrogen Production Using Ga-In-Sn-Bi Alloy-Activated AI-Water Reaction for Hydrogen Fuels Cells,” by Shuo Xu, et al.  ⓒ 2020 AIP Publishing LLC.  All rights reserved.

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    https://aip.scitation.org/doi/10.1063/1.5124371


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    더 얇고 유연한 미래의 터치 스크린 물질 개발


    호주의 연구자들이 미래의 터치 스크린을 위한 매우 얇고 유연한 전자 물질을 개발했다. 이 물질을 사용하면 터치 스크린을 신문처럼 인쇄 할 수 있고, 둥글게 말 수도 있다. 이 터치 반응 기술은 최근 「네이처 일렉트로닉스(Nature Electronics)」 저널에 소개되었는데, 기존 터치 스크린 물질보다 100배나 더 얇기 때문에 튜브처럼 감을 수 있다.


    새로운 전도성 시트를 만들기 위해 연구자들은 액체 금속 화학을 사용하여 휴대폰 터치 스크린에 공통인 박막을 사용하고 이를 3D에서 2D로 축소했다. 이 나노 박막은 기존 전자 기술과 쉽게 호환되며 놀라운 유연성으로 인해 신문처럼 롤투롤 공정을 통해 제조될 수 있다. 오늘날의 휴대 전화 터치 스크린은 대부분 투명한 물질, 인듐-주석-산화물로 만들어졌으며 전도성이 높지만 매우 취약하다.


    이에 이들 연구원들이 제작한 매우 얇고 유연한 이 물질은 구부릴 수 있고 비틀 수 있으며 현재 터치 스크린을 제조하는 느리고 값 비싼 방식보다 훨씬 저렴하고 효율적으로 만들 수 있다. 또한 2D로 변환하면 더 투명해 지므로 더 많은 빛을 통과하고 에너지를 절약할 수 있다.


    이 재료는 LED 및 터치 디스플레이와 같은 다른 많은 광전자 응용 분야뿐만 아니라 미래의 스마트 창으로도 사용될 수 있다. 또한 연구팀은 개념 증명으로서 이미 이 신소재를 사용하여 작동하는 터치 스크린을 만들었으며 기술에 대한 특허를 신청했다.


    - Nature Electronics, January 24, 2020, “Flexible Two-Dimensional Indium Tin Oxide Fabricate Using a Liquid Metal Printing Technique,” by Robi S. Datta, et al.
    ⓒ 2020 Springer Nature Limited.  All rights reserved.

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    https://www.nature.com/articles/s41928-019-0353-8


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    웨어러블 제품에 적합한 새로운 배터리 개발


    오늘날 전자 제품은 주머니와 지갑 등 어디에나 나타나고 있고, 점차적으로 더 피부에 닿거나 옷에 부착되고 있다. 그러나 웨어러블 전자 제품은 편안하지 않고 화학 물질 누출 또는 연소로 인해 안전을 위협할 수 있는 부피가 크고 단단한 배터리에서 전력을 끌어 내야하는 필요성으로 인해 상당히 제한되어왔다.


    그러나 최근 스탠포드 연구진은 일반 배터리에 적용되는 가연성 제품보다 더 안전하게 전력을 저장하기 위해 특수한 유형의 플라스틱에 기반하는 부드럽고 신축성이 있는 배터리를 개발했다. 이 새로운 신축성 배터리는 최근 「네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications)」에 소개되었다.


    배터리에 플라스틱 또는 폴리머를 사용하는 것은 새로운 방식은 아니다. 한동안 리튬 이온 배터리는 폴리머를 전해질로 사용했는데, 이는 음이온을 배터리의 양극으로 전달하는 화학 물질이기도 하다. 그러나 이러한 고분자 전해질은 유동성 겔이며, 경우에 따라 누출되거나 불꽃으로 파열될 수 있다.


    이러한 위험을 피하기 위해, 이들이 개발한 새로운 중합체는 끈적거리지 않고 견고하고 신축성이 있다. 그러함에도 여전히 배터리의 극 사이에서 효과적으로 전하를 운반하는 것으로 나타났다. 실험 테스트에서 이 실험용 배터리는 압착, 접힘, 그리고 원래 길이의 거의 두 배로 늘어 나도 일정한 출력을 유지했다.


    이 프로토 타입은 일반적인 크기의 배터리보다 약 절반 반 정도의 에너지를 저장한다. 이를 보완하기 위해 이들 연구팀은 이 신축성 배터리의 에너지 밀도를 높이고 더 큰 버전의 기기를 구축하며, 향후 실험을 통해 실제 상황에서도 성능을 입증하기 위해 노력하고 있다. 이 장치의 잠재적 응용 분야 중 하나는 스탠포드에서 개발 중인 바디넷(BodyNet) 웨어러블 기술의 일부로 심박수 및 기타 중요한 징후를 모니터링하기 위해 피부에 달라붙도록 설계된 신축성 센서에 전력을 공급하는 것이다.


    - Nature Communications, November 26, 2019, “Decoupling of Mechanical Properties and Ionic Conductivity in Supramolecular Lithium-Ion Conductors,” by David G. Mackanic, et al.  ⓒ 2019 Springer Nature Limited.  All rights reserved.

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    https://www.nature.com/articles/s41467-019-13362-4