순수 그라핀 제조, 분석에서 씨앗 성장법까지, 그라핀 연구의 새로운 가능성을 제시하다 - 대면적 그라핀 제작을 위한 그라핀 씨앗(seed) 성장법의 가능성 확인 - X-ray 분석기법 개발로 획기적 그라핀 분석기술 개발 탄소원자가 육각형 모양을 이루는 2차원 물질인 그라핀(Graphene)은 탁월한 전자소자 특성으로 차세대 소재로 주목받고 있으나 두께 0.4 나노미터인 순수 그라핀 제조에는 어려움이 있었다. 국제 연구팀이 5 나노미터(nm) 크기의 나노분말 및 수 십 크기의 시트형 순수 그라핀을 제조할 수 있는 방법을 개발했다. 또한 연구팀은 제조된 순수 그라핀을 투과전자현미경뿐만 아니라 사용이 용이한 X-ray로 증명함으로써 그라핀 분석에 획기적인 방법을 제시했다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 계면제어연구센터 이재갑 박사팀은 기계적 방법으로 나노분말 형태의 순수 그라핀을 대량으로 제조하고 이를 씨앗(Seed)으로 이용해 시트형으로 크게 성장시킬 수 있는 기술을 개발하였다. 관련 연구는 Nature 자매지인 Scientific Reports에‘The seeded growth of graphene’라는 제목으로 7월 14일 게재되었으며, 국내외 특허등록(미국등록 3, 한국등록 2) 및 출원(2건)하였다. 연구팀은 2013년 응용물리분야 권위지인‘Applied Physics Letters’지에 다중벽탄소나노튜브(MWNT)가 튜브 구조가 아니라 튜브로 보이는 나선형 흑연 구조체임을 발표한 바 있다.* 연구팀은 이러한 연구의 연장선에서 다중벽탄소나노튜브를 기계적으로 파쇄하였고, 그 결과 5 나노미터(nm) 크기의 그라핀 분말을 대량으로 제조할 수 있었다(그림 1 참고). 이것은 꼬아만든 지푸라기 줄을 짧게 자를 경우 이의 구성재료인 지푸라기(그라핀에 대응)으로 분해되는 원리와 같다. * Structure of multi-wall carbon nanotubes: AA' graphene helices, Vol. 102, No. 16, 161911-1~5 (2013, 04) 연구팀은 제조된 그라핀 나노분말을 X-ray장치로 분석하였다. 그 결과 그라핀으로 분해 전(MWNT, 즉 나선 흑연)과, 분해 후(그라핀 나노분말) 그리고 그라핀 나노분말의 액상처리 후 각 단계에서 특이한 패턴을 보였다(그림 2 참고). 연구팀은 이 “특이한 X-ray 패턴”이 순수 그라핀의 검증방법이 될 수 있음을 알았다. 그라핀을 전자소자 등으로 사용하기 위해서는 큰 면적을 가진 그라핀 제작이 필요하다. 연구팀은 5 나노미터 크기의 그라핀 분말을 씨앗(seed)으로 사용하고 기상화학 플라즈마증착(CVD)*장치를 이용하여 수십 나노미터 크기의 시트형 그라핀으로 성장시킬 수 있음을 보였다. 제조된 시료의 투과전자현미경분석에서 평면으로 보이는 그라핀 시트의 끝단이 한 원자층임을 확인할 수 있는 “가장자리(edge) 조직”이 나타남을 확인하였다. 연구팀은 이 투과전자현미경의 가장자리 조직과 위에서 설명한 특이한 X-ray 패턴을 순수 그라핀 존재의 직접적인 증거임을 제시하였다. 특히, X-ray 분석법은 투과전자현미경 분석과 비교할 때 매우 간단하므로 비용과 시간을 크게 줄일 수 있어 순수한 분말상 그라핀 연구에 활기를 불어 넣을 것이다. * 플라즈마증착 방식: 일정의 진공용기에 가스를 넣고 전기에너지를 가하면 중성의 가스가 전자와 이온으로 분리되어 플라즈마가 발생된다. 플라즈마는 기체의 높은 에너지 상태이기 때문에 이 증착 방식은 물질성장에 필요한 활성종 또는 이온을 효과적으로 형성시켜 반응 속도를 증가시킬 수 있다. 한편, 연구팀은 씨앗 성장실험에서 일부의 그라핀 시트가 서로 붙어 적층 그라핀(흑연)으로 변화함을 관찰하였다. 이 결과는 순수 그라핀을 수십 나노미터 이상의 크기로 제조하는데 어려움이 있고, 향후 이를 극복하는 것이 다음 과제임을 보여주는 것이다. 또한, 나노분말형 및 시트형 그라핀의 양자점, 유연전극 등의 응용연구가 수행될 것이다. 관련 연구는 KIST 이재갑 박사가 주도하고 한국표준과학연구원 김용일 박사, 한국기초과학지원연구원 김진규 박사, 영남대학교 민봉기 박사, KIST 이경일 박사, 박예슬 씨 및 영국의 Heriot-Watt대학교 John Phillip 교수가 참여하였다. ○ 연구진 KIST 이재갑 박사 ○ 관련자료 <특허/등록> o (미국)불규칙 흑연 및 나노리본상 그라핀을 이용한 그 제조 방법, 8586000 (2013.11.19). o (미국)그라핀분말의 정제방법, 8672246(2013.12.20) o (미국)그라핀리본의 제조방법, 8597607(2013.12.03) o (한국)그라핀제어 나노흑연의 제조방법, 1312104(2013.09.13) o (한국)구조제어된 그라핀리본의 제조방법,1096518(2011.12.14) <특허/출원> o (미국)그라핀탄소섬유 조성물 및 탄소섬유의 제조방법, 13/939349 (2013.07.11) o (한국)그라핀 시드를 이용한 탄소시트제조방법 및 이에 의해 제조된 탄소 시트, 10-2014-0076000 (2014.6.20.) ○ 그림자료 <그림 1> 나선형의 다중벽탄소나노튜브(MWNT)를 파쇄하여 나노크기의 그라핀 분말을 제조한 후 이를 플라즈마 CVD 장치에서 그라핀 시트로 성장시키는 과정을 보여주는 모식도 <그림 2> X-ray 패턴 및 모식도. (a, a’) 다중벽탄소나노튜브 (MWNT) , (b, b’) MWNT를 파쇄하여 제조한 그라핀 나노분말, (c, c’) 알콜에서 정제된 후의 그라핀 나노분말. 정제된 그라핀 나노분말의 X-ray 패턴에서 (002) 픽은 면간거리가 AB 적층의 3.35 Å, AA’ 적층의 3.44 Å, AA 적층의 3.53 Å의 대략적인 평균값인 3.48 Å에서 나타났는데, 이것은 분말상 순수 그라핀의 증거가 될 수 있다.

순수 그라핀 제조, 분석에서 씨앗 성장법까지, 그라핀 연구의 새로운 가능성을 제시하다 - 대면적 그라핀 제작을 위한 그라핀 씨앗(seed) 성장법의 가능성 확인 - X-ray 분석기법 개발로 획기적 그라핀 분석기술 개발 탄소원자가 육각형 모양을 이루는 2차원 물질인 그라핀(Graphene)은 탁월한 전자소자 특성으로 차세대 소재로 주목받고 있으나 두께 0.4 나노미터인 순수 그라핀 제조에는 어려움이 있었다. 국제 연구팀이 5 나노미터(nm) 크기의 나노분말 및 수 십 크기의 시트형 순수 그라핀을 제조할 수 있는 방법을 개발했다. 또한 연구팀은 제조된 순수 그라핀을 투과전자현미경뿐만 아니라 사용이 용이한 X-ray로 증명함으로써 그라핀 분석에 획기적인 방법을 제시했다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 계면제어연구센터 이재갑 박사팀은 기계적 방법으로 나노분말 형태의 순수 그라핀을 대량으로 제조하고 이를 씨앗(Seed)으로 이용해 시트형으로 크게 성장시킬 수 있는 기술을 개발하였다. 관련 연구는 Nature 자매지인 Scientific Reports에‘The seeded growth of graphene’라는 제목으로 7월 14일 게재되었으며, 국내외 특허등록(미국등록 3, 한국등록 2) 및 출원(2건)하였다. 연구팀은 2013년 응용물리분야 권위지인‘Applied Physics Letters’지에 다중벽탄소나노튜브(MWNT)가 튜브 구조가 아니라 튜브로 보이는 나선형 흑연 구조체임을 발표한 바 있다.* 연구팀은 이러한 연구의 연장선에서 다중벽탄소나노튜브를 기계적으로 파쇄하였고, 그 결과 5 나노미터(nm) 크기의 그라핀 분말을 대량으로 제조할 수 있었다(그림 1 참고). 이것은 꼬아만든 지푸라기 줄을 짧게 자를 경우 이의 구성재료인 지푸라기(그라핀에 대응)으로 분해되는 원리와 같다. * Structure of multi-wall carbon nanotubes: AA' graphene helices, Vol. 102, No. 16, 161911-1~5 (2013, 04) 연구팀은 제조된 그라핀 나노분말을 X-ray장치로 분석하였다. 그 결과 그라핀으로 분해 전(MWNT, 즉 나선 흑연)과, 분해 후(그라핀 나노분말) 그리고 그라핀 나노분말의 액상처리 후 각 단계에서 특이한 패턴을 보였다(그림 2 참고). 연구팀은 이 “특이한 X-ray 패턴”이 순수 그라핀의 검증방법이 될 수 있음을 알았다. 그라핀을 전자소자 등으로 사용하기 위해서는 큰 면적을 가진 그라핀 제작이 필요하다. 연구팀은 5 나노미터 크기의 그라핀 분말을 씨앗(seed)으로 사용하고 기상화학 플라즈마증착(CVD)*장치를 이용하여 수십 나노미터 크기의 시트형 그라핀으로 성장시킬 수 있음을 보였다. 제조된 시료의 투과전자현미경분석에서 평면으로 보이는 그라핀 시트의 끝단이 한 원자층임을 확인할 수 있는 “가장자리(edge) 조직”이 나타남을 확인하였다. 연구팀은 이 투과전자현미경의 가장자리 조직과 위에서 설명한 특이한 X-ray 패턴을 순수 그라핀 존재의 직접적인 증거임을 제시하였다. 특히, X-ray 분석법은 투과전자현미경 분석과 비교할 때 매우 간단하므로 비용과 시간을 크게 줄일 수 있어 순수한 분말상 그라핀 연구에 활기를 불어 넣을 것이다. * 플라즈마증착 방식: 일정의 진공용기에 가스를 넣고 전기에너지를 가하면 중성의 가스가 전자와 이온으로 분리되어 플라즈마가 발생된다. 플라즈마는 기체의 높은 에너지 상태이기 때문에 이 증착 방식은 물질성장에 필요한 활성종 또는 이온을 효과적으로 형성시켜 반응 속도를 증가시킬 수 있다. 한편, 연구팀은 씨앗 성장실험에서 일부의 그라핀 시트가 서로 붙어 적층 그라핀(흑연)으로 변화함을 관찰하였다. 이 결과는 순수 그라핀을 수십 나노미터 이상의 크기로 제조하는데 어려움이 있고, 향후 이를 극복하는 것이 다음 과제임을 보여주는 것이다. 또한, 나노분말형 및 시트형 그라핀의 양자점, 유연전극 등의 응용연구가 수행될 것이다. 관련 연구는 KIST 이재갑 박사가 주도하고 한국표준과학연구원 김용일 박사, 한국기초과학지원연구원 김진규 박사, 영남대학교 민봉기 박사, KIST 이경일 박사, 박예슬 씨 및 영국의 Heriot-Watt대학교 John Phillip 교수가 참여하였다. ○ 연구진 KIST 이재갑 박사 ○ 관련자료 <특허/등록> o (미국)불규칙 흑연 및 나노리본상 그라핀을 이용한 그 제조 방법, 8586000 (2013.11.19). o (미국)그라핀분말의 정제방법, 8672246(2013.12.20) o (미국)그라핀리본의 제조방법, 8597607(2013.12.03) o (한국)그라핀제어 나노흑연의 제조방법, 1312104(2013.09.13) o (한국)구조제어된 그라핀리본의 제조방법,1096518(2011.12.14) <특허/출원> o (미국)그라핀탄소섬유 조성물 및 탄소섬유의 제조방법, 13/939349 (2013.07.11) o (한국)그라핀 시드를 이용한 탄소시트제조방법 및 이에 의해 제조된 탄소 시트, 10-2014-0076000 (2014.6.20.) ○ 그림자료 <그림 1> 나선형의 다중벽탄소나노튜브(MWNT)를 파쇄하여 나노크기의 그라핀 분말을 제조한 후 이를 플라즈마 CVD 장치에서 그라핀 시트로 성장시키는 과정을 보여주는 모식도 <그림 2> X-ray 패턴 및 모식도. (a, a’) 다중벽탄소나노튜브 (MWNT) , (b, b’) MWNT를 파쇄하여 제조한 그라핀 나노분말, (c, c’) 알콜에서 정제된 후의 그라핀 나노분말. 정제된 그라핀 나노분말의 X-ray 패턴에서 (002) 픽은 면간거리가 AB 적층의 3.35 Å, AA’ 적층의 3.44 Å, AA 적층의 3.53 Å의 대략적인 평균값인 3.48 Å에서 나타났는데, 이것은 분말상 순수 그라핀의 증거가 될 수 있다.

순수 그라핀 제조, 분석에서 씨앗 성장법까지, 그라핀 연구의 새로운 가능성을 제시하다 - 대면적 그라핀 제작을 위한 그라핀 씨앗(seed) 성장법의 가능성 확인 - X-ray 분석기법 개발로 획기적 그라핀 분석기술 개발 탄소원자가 육각형 모양을 이루는 2차원 물질인 그라핀(Graphene)은 탁월한 전자소자 특성으로 차세대 소재로 주목받고 있으나 두께 0.4 나노미터인 순수 그라핀 제조에는 어려움이 있었다. 국제 연구팀이 5 나노미터(nm) 크기의 나노분말 및 수 십 크기의 시트형 순수 그라핀을 제조할 수 있는 방법을 개발했다. 또한 연구팀은 제조된 순수 그라핀을 투과전자현미경뿐만 아니라 사용이 용이한 X-ray로 증명함으로써 그라핀 분석에 획기적인 방법을 제시했다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 계면제어연구센터 이재갑 박사팀은 기계적 방법으로 나노분말 형태의 순수 그라핀을 대량으로 제조하고 이를 씨앗(Seed)으로 이용해 시트형으로 크게 성장시킬 수 있는 기술을 개발하였다. 관련 연구는 Nature 자매지인 Scientific Reports에‘The seeded growth of graphene’라는 제목으로 7월 14일 게재되었으며, 국내외 특허등록(미국등록 3, 한국등록 2) 및 출원(2건)하였다. 연구팀은 2013년 응용물리분야 권위지인‘Applied Physics Letters’지에 다중벽탄소나노튜브(MWNT)가 튜브 구조가 아니라 튜브로 보이는 나선형 흑연 구조체임을 발표한 바 있다.* 연구팀은 이러한 연구의 연장선에서 다중벽탄소나노튜브를 기계적으로 파쇄하였고, 그 결과 5 나노미터(nm) 크기의 그라핀 분말을 대량으로 제조할 수 있었다(그림 1 참고). 이것은 꼬아만든 지푸라기 줄을 짧게 자를 경우 이의 구성재료인 지푸라기(그라핀에 대응)으로 분해되는 원리와 같다. * Structure of multi-wall carbon nanotubes: AA' graphene helices, Vol. 102, No. 16, 161911-1~5 (2013, 04) 연구팀은 제조된 그라핀 나노분말을 X-ray장치로 분석하였다. 그 결과 그라핀으로 분해 전(MWNT, 즉 나선 흑연)과, 분해 후(그라핀 나노분말) 그리고 그라핀 나노분말의 액상처리 후 각 단계에서 특이한 패턴을 보였다(그림 2 참고). 연구팀은 이 “특이한 X-ray 패턴”이 순수 그라핀의 검증방법이 될 수 있음을 알았다. 그라핀을 전자소자 등으로 사용하기 위해서는 큰 면적을 가진 그라핀 제작이 필요하다. 연구팀은 5 나노미터 크기의 그라핀 분말을 씨앗(seed)으로 사용하고 기상화학 플라즈마증착(CVD)*장치를 이용하여 수십 나노미터 크기의 시트형 그라핀으로 성장시킬 수 있음을 보였다. 제조된 시료의 투과전자현미경분석에서 평면으로 보이는 그라핀 시트의 끝단이 한 원자층임을 확인할 수 있는 “가장자리(edge) 조직”이 나타남을 확인하였다. 연구팀은 이 투과전자현미경의 가장자리 조직과 위에서 설명한 특이한 X-ray 패턴을 순수 그라핀 존재의 직접적인 증거임을 제시하였다. 특히, X-ray 분석법은 투과전자현미경 분석과 비교할 때 매우 간단하므로 비용과 시간을 크게 줄일 수 있어 순수한 분말상 그라핀 연구에 활기를 불어 넣을 것이다. * 플라즈마증착 방식: 일정의 진공용기에 가스를 넣고 전기에너지를 가하면 중성의 가스가 전자와 이온으로 분리되어 플라즈마가 발생된다. 플라즈마는 기체의 높은 에너지 상태이기 때문에 이 증착 방식은 물질성장에 필요한 활성종 또는 이온을 효과적으로 형성시켜 반응 속도를 증가시킬 수 있다. 한편, 연구팀은 씨앗 성장실험에서 일부의 그라핀 시트가 서로 붙어 적층 그라핀(흑연)으로 변화함을 관찰하였다. 이 결과는 순수 그라핀을 수십 나노미터 이상의 크기로 제조하는데 어려움이 있고, 향후 이를 극복하는 것이 다음 과제임을 보여주는 것이다. 또한, 나노분말형 및 시트형 그라핀의 양자점, 유연전극 등의 응용연구가 수행될 것이다. 관련 연구는 KIST 이재갑 박사가 주도하고 한국표준과학연구원 김용일 박사, 한국기초과학지원연구원 김진규 박사, 영남대학교 민봉기 박사, KIST 이경일 박사, 박예슬 씨 및 영국의 Heriot-Watt대학교 John Phillip 교수가 참여하였다. ○ 연구진 KIST 이재갑 박사 ○ 관련자료 <특허/등록> o (미국)불규칙 흑연 및 나노리본상 그라핀을 이용한 그 제조 방법, 8586000 (2013.11.19). o (미국)그라핀분말의 정제방법, 8672246(2013.12.20) o (미국)그라핀리본의 제조방법, 8597607(2013.12.03) o (한국)그라핀제어 나노흑연의 제조방법, 1312104(2013.09.13) o (한국)구조제어된 그라핀리본의 제조방법,1096518(2011.12.14) <특허/출원> o (미국)그라핀탄소섬유 조성물 및 탄소섬유의 제조방법, 13/939349 (2013.07.11) o (한국)그라핀 시드를 이용한 탄소시트제조방법 및 이에 의해 제조된 탄소 시트, 10-2014-0076000 (2014.6.20.) ○ 그림자료 <그림 1> 나선형의 다중벽탄소나노튜브(MWNT)를 파쇄하여 나노크기의 그라핀 분말을 제조한 후 이를 플라즈마 CVD 장치에서 그라핀 시트로 성장시키는 과정을 보여주는 모식도 <그림 2> X-ray 패턴 및 모식도. (a, a’) 다중벽탄소나노튜브 (MWNT) , (b, b’) MWNT를 파쇄하여 제조한 그라핀 나노분말, (c, c’) 알콜에서 정제된 후의 그라핀 나노분말. 정제된 그라핀 나노분말의 X-ray 패턴에서 (002) 픽은 면간거리가 AB 적층의 3.35 Å, AA’ 적층의 3.44 Å, AA 적층의 3.53 Å의 대략적인 평균값인 3.48 Å에서 나타났는데, 이것은 분말상 순수 그라핀의 증거가 될 수 있다.

순수 그라핀 제조, 분석에서 씨앗 성장법까지, 그라핀 연구의 새로운 가능성을 제시하다 - 대면적 그라핀 제작을 위한 그라핀 씨앗(seed) 성장법의 가능성 확인 - X-ray 분석기법 개발로 획기적 그라핀 분석기술 개발 탄소원자가 육각형 모양을 이루는 2차원 물질인 그라핀(Graphene)은 탁월한 전자소자 특성으로 차세대 소재로 주목받고 있으나 두께 0.4 나노미터인 순수 그라핀 제조에는 어려움이 있었다. 국제 연구팀이 5 나노미터(nm) 크기의 나노분말 및 수 십 크기의 시트형 순수 그라핀을 제조할 수 있는 방법을 개발했다. 또한 연구팀은 제조된 순수 그라핀을 투과전자현미경뿐만 아니라 사용이 용이한 X-ray로 증명함으로써 그라핀 분석에 획기적인 방법을 제시했다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 계면제어연구센터 이재갑 박사팀은 기계적 방법으로 나노분말 형태의 순수 그라핀을 대량으로 제조하고 이를 씨앗(Seed)으로 이용해 시트형으로 크게 성장시킬 수 있는 기술을 개발하였다. 관련 연구는 Nature 자매지인 Scientific Reports에‘The seeded growth of graphene’라는 제목으로 7월 14일 게재되었으며, 국내외 특허등록(미국등록 3, 한국등록 2) 및 출원(2건)하였다. 연구팀은 2013년 응용물리분야 권위지인‘Applied Physics Letters’지에 다중벽탄소나노튜브(MWNT)가 튜브 구조가 아니라 튜브로 보이는 나선형 흑연 구조체임을 발표한 바 있다.* 연구팀은 이러한 연구의 연장선에서 다중벽탄소나노튜브를 기계적으로 파쇄하였고, 그 결과 5 나노미터(nm) 크기의 그라핀 분말을 대량으로 제조할 수 있었다(그림 1 참고). 이것은 꼬아만든 지푸라기 줄을 짧게 자를 경우 이의 구성재료인 지푸라기(그라핀에 대응)으로 분해되는 원리와 같다. * Structure of multi-wall carbon nanotubes: AA' graphene helices, Vol. 102, No. 16, 161911-1~5 (2013, 04) 연구팀은 제조된 그라핀 나노분말을 X-ray장치로 분석하였다. 그 결과 그라핀으로 분해 전(MWNT, 즉 나선 흑연)과, 분해 후(그라핀 나노분말) 그리고 그라핀 나노분말의 액상처리 후 각 단계에서 특이한 패턴을 보였다(그림 2 참고). 연구팀은 이 “특이한 X-ray 패턴”이 순수 그라핀의 검증방법이 될 수 있음을 알았다. 그라핀을 전자소자 등으로 사용하기 위해서는 큰 면적을 가진 그라핀 제작이 필요하다. 연구팀은 5 나노미터 크기의 그라핀 분말을 씨앗(seed)으로 사용하고 기상화학 플라즈마증착(CVD)*장치를 이용하여 수십 나노미터 크기의 시트형 그라핀으로 성장시킬 수 있음을 보였다. 제조된 시료의 투과전자현미경분석에서 평면으로 보이는 그라핀 시트의 끝단이 한 원자층임을 확인할 수 있는 “가장자리(edge) 조직”이 나타남을 확인하였다. 연구팀은 이 투과전자현미경의 가장자리 조직과 위에서 설명한 특이한 X-ray 패턴을 순수 그라핀 존재의 직접적인 증거임을 제시하였다. 특히, X-ray 분석법은 투과전자현미경 분석과 비교할 때 매우 간단하므로 비용과 시간을 크게 줄일 수 있어 순수한 분말상 그라핀 연구에 활기를 불어 넣을 것이다. * 플라즈마증착 방식: 일정의 진공용기에 가스를 넣고 전기에너지를 가하면 중성의 가스가 전자와 이온으로 분리되어 플라즈마가 발생된다. 플라즈마는 기체의 높은 에너지 상태이기 때문에 이 증착 방식은 물질성장에 필요한 활성종 또는 이온을 효과적으로 형성시켜 반응 속도를 증가시킬 수 있다. 한편, 연구팀은 씨앗 성장실험에서 일부의 그라핀 시트가 서로 붙어 적층 그라핀(흑연)으로 변화함을 관찰하였다. 이 결과는 순수 그라핀을 수십 나노미터 이상의 크기로 제조하는데 어려움이 있고, 향후 이를 극복하는 것이 다음 과제임을 보여주는 것이다. 또한, 나노분말형 및 시트형 그라핀의 양자점, 유연전극 등의 응용연구가 수행될 것이다. 관련 연구는 KIST 이재갑 박사가 주도하고 한국표준과학연구원 김용일 박사, 한국기초과학지원연구원 김진규 박사, 영남대학교 민봉기 박사, KIST 이경일 박사, 박예슬 씨 및 영국의 Heriot-Watt대학교 John Phillip 교수가 참여하였다. ○ 연구진 KIST 이재갑 박사 ○ 관련자료 <특허/등록> o (미국)불규칙 흑연 및 나노리본상 그라핀을 이용한 그 제조 방법, 8586000 (2013.11.19). o (미국)그라핀분말의 정제방법, 8672246(2013.12.20) o (미국)그라핀리본의 제조방법, 8597607(2013.12.03) o (한국)그라핀제어 나노흑연의 제조방법, 1312104(2013.09.13) o (한국)구조제어된 그라핀리본의 제조방법,1096518(2011.12.14) <특허/출원> o (미국)그라핀탄소섬유 조성물 및 탄소섬유의 제조방법, 13/939349 (2013.07.11) o (한국)그라핀 시드를 이용한 탄소시트제조방법 및 이에 의해 제조된 탄소 시트, 10-2014-0076000 (2014.6.20.) ○ 그림자료 <그림 1> 나선형의 다중벽탄소나노튜브(MWNT)를 파쇄하여 나노크기의 그라핀 분말을 제조한 후 이를 플라즈마 CVD 장치에서 그라핀 시트로 성장시키는 과정을 보여주는 모식도 <그림 2> X-ray 패턴 및 모식도. (a, a’) 다중벽탄소나노튜브 (MWNT) , (b, b’) MWNT를 파쇄하여 제조한 그라핀 나노분말, (c, c’) 알콜에서 정제된 후의 그라핀 나노분말. 정제된 그라핀 나노분말의 X-ray 패턴에서 (002) 픽은 면간거리가 AB 적층의 3.35 Å, AA’ 적층의 3.44 Å, AA 적층의 3.53 Å의 대략적인 평균값인 3.48 Å에서 나타났는데, 이것은 분말상 순수 그라핀의 증거가 될 수 있다.

수소는 지구온난화를 야기하는 이산화탄소 문제와 화석연료의 고갈에 대비하는 차세대 에너지원으로 많은 연구가 이루어지고 있다. 수소 연료전지자동차, 발전소 등 활용가능성이 무궁무진한 수소는 현재 기체 상태로 저장함에 따라 많은 양의 수소를 저장 및 운반하지 못한다는 문제를 가지고 있었다. 우리 원 도시에너지시스템연구단 김서영 박사는 국내 최초로 수소를 액화시키는 연구개발 기술력을 바탕으로 벤처 기업인 하이리움 산업을 설립하였다. 김서영 박사는 연구단장시절, 연구원의 승인을 받아 하이리움 산업을 탄생시켰으며, CEO로서 본 사업을 이끌게 된다. 수소를 저장 및 운반하기 위하여 고압 기체수소, 수소산화물 등 다양한 방법이 있지만 액체수소는 부피 및 질량대비 가장 많은 양의 수소를 저장 할 수 있는 방법이다. 액체수소는 이미 1960년대부터 미국에서는 로켓의 연료 등으로 다양하게 사용되어 왔지만 첨단우주기술 및 군사전용기술로 지정되어 수출금지 품목으로 분류되어 왔으며, 기술적 이유로 국내에서는 생산이 불가능 하였다. 최근 들어 연료전지 개발이 활성화되고 시장이 커짐에 따라 액체수소의 사용처 역시 우주 관련 산업 뿐 아니라 자동차, 무인항공기 등 다양한 파워팩 분야로 확대되고 있다. 액체수소 기반 수소 공급시스템은 기존 연료전지 및 수소 내연기관의 작동 시간문제를 최소 3-4배 이상으로 해결 할 수 있게 된다. 김서영 박사 연구팀은 1996년부터 국내 최초 액화수소 연구개발을 진행하였으며, 최근 미래창조과학부의 국가과제를 수행하며 보다 완성도 높은 수소액화기, 저장용기 및 극저온 장치의 개발에 성공하였다. 2009년에는 세계 최초 의료용 연료전지냉동고 개발에도 성공 하였던 연구팀으로 수소 공급장치 및 연료전지 융합 시스템기술에 있어서 세계 최고 수준의 기술력을 보유하고 있다. 하이리움 산업은 극저온유체 이송관, 액화수소 저장용기 등 해외경쟁업체 대비 우수한 가격 및 기술경쟁력을 바탕으로 군수 산업 및 의료산업에 액체 수소를 공급하여 새로운 시장을 창출하여 창조 경제에도 이바지한다는 목표를 가지고 있다. 또한 보유 기술을 바탕으로 무인항공기 및 무인잠수함용 액화수소 연료탱크 및 연료전지 개발이 진행 중이다. 김서영 박사는 “액화수소는 국내 다양한 시장을 만들 수 있는 중요한 에너지원으로 이를 국산화 한 것에 자부심을 느낀다.” 라며 “대한민국 우주개발 및 달 탐사 프로그램 등의 참여를 통해 항공 우주 산업에도 공헌 할 수 있도록 노력하겠다.”라고 말했다.

우리 원은 자체 개발한 로봇 ‘실벗’을 활용해 덴마크에 합작회사를 설립할 계획이라고 3일 밝혔다. 프론티어지능로봇사업단(단장. 김문상 책임연구원)에 따르면, 합작사에는 현지 투자자와 덴마크 오르후스 시청, 그리고 우리 원이 출자한 로봇전문기업 ‘로보케어’가 참여하여, 회사가 설립되면 노인치매예방을 위해 두뇌 활성을 꾀하는 ‘브레인 피트니스 프로그램’을 탑재한 한국형 로봇 ‘실벗’을 유럽 전역에 판매할 계획이다. 실벗은 2007년부터 지난해까지 프론티어지능로봇사업단이 개발한 한국형 지능로봇으로, 사람의 얼굴 생김새와 표정을 인식하고 간단한 대화를 나누는 것은 물론, 스스로 사물을 인식하고 장애물을 피해 움직이는 기능을 갖췄다. 그리고 노인 건강 도우미 역할을 위해 기억력·주의력·인지력 등을 향상시키는 치매예방 게임을 탑재하고 있어, 국내 강남구 치매지원센터, 삼성노블타운티, 부산광역치매지원센터, 경기치매지원센터와 덴마크 노인복지센터 등에서 활용되고 있다. 올해 초 출시한 실벗3는 초기 모델보다 소음과 고장률을 낮추고 작동 속도, 인식 및 내비게이션 기능을 향상시켰다. 합작사 설립은 2011년 덴마크 기술자문가 그룹 (CareNet)이 우리 원을 방문한 이후, 두 세 차례 덴마크 현지에서 실시한 시범사업을 거쳐 본격화 되었다. 올해 초 합작회사 설립을 먼저 제안한 덴마크 오르후스 시청은 (Aarhus Kommune)은 양국간 합작사 설립에 참여할 현지 법인과 투자자 유치는 물론 현지 내 제품 수요처 발굴에 적극적으로 나서고 있어, 참여기관들의 지분 비율, 투자 규모 등 세부적인 사항을 조율해 연내 합작사를 출범시킬 계획이다. 2011년 말부터 꾸준히 덴마크 오르후스 시 내, 비카가든 (노인복지센터)에서 ‘실벗’을 도입하여 ‘브레인 피트니스 프로그램(Brain Fitness Program)’을 운영해온 오르후스 시청은, 올해 초 ‘로보케어’로 부터 최신 모델인 ‘실벗3’ 한 대를 더 구입했고, 오는 8월에는 대당 약 2만6000달러 가격에 석 대를 더 구매할 예정이다. 실벗의 주된 수요처기도 한 오르후스 시청이 합작사가 만든 로봇 제품을 다시 구매한다면 더욱 안정적인 수익을 창출할 것으로 예상되는데 유럽 전역으로 사업을 확장하면 대규모 투자 유치 또한 기대된다. 우리 원 출자 로봇전문기업은 ‘로보케어’는 이번 합작사 설립에 로봇 하드웨어와 소프트웨어 제작 기술과 소프트웨어개발도구(SDK) 등을 제공하여, 자금 투자 없이 기술 투자로 지분을 보유할 예정이다. 우리 원이 자체 개발한 지능형 로봇 ‘실벗’의 SDK를 활용한다면, 유럽 사정에 알맞은 맞춤형 프로그램을 탑재하여 현지 소비자와 기관 관계자들의 주목을 끌 것으로 전망된다. 실벗을 개발한 김문상 프론티어지능로봇사업단장은 “이제는 로봇을 시범도입하는 수준에서 정식 제품으로 수출하기 위한 현지 입찰 절차 등의 법적 행정 조치가 끝났다”고 밝혔다. 김 단장은 “복지 선진국이 노인 복지 분야에 로봇을 선도적으로 도입하는 사례”라며 “노인 복지와 로봇 기술이 결합하는 새로운 생태계가 탄생할 것”으로 기대한다고 말했다.

알츠하이머 병, 기억장애 치료를 위한 신약개발 가능성 열려 - KIST, 반응성 성상교세포 연구를 통한 기억장애 원인 규명 알츠하이머병 환자의 뇌에서 흔하게 발견되는 반응성 성상교세포가 억제성 신경전달물질인 가바를 생성, 분비하고 이를 통해 기억장애가 발생된다는 사실이 세계 최초로 국내 연구진에 의해 밝혀짐으로써 기억력상실, 치매 등과 같은 난치병의 치료 및 차세대 신약개발의 새로운 장을 열었다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 뇌과학연구소 이창준 박사연구팀을 중심으로 KAIST를 비롯한 국내외 연구팀이 참여한 이번 연구는 미래창조과학부(장관 최문기)와 한국연구재단(이사장 정민근)이 추진하는 세계수준의 연구센터(WCI)사업과 뇌과학연구소의 플래그쉽 과제의 일환으로 수행되었으며, 세계적 권위지인 네이쳐메디슨(Nature Medicine) 최신호(6.30일자)에 게재되었다.(논문명 : GABA from reactive astrocytes impairs memory in mouse models of Alzheimer disease) 알츠하이머병은 치매를 일으켜 인지장애를 초래하는 치명적인 난치병으로 미국에서는 65세 인구 여덟 명중 한명에게 발병하는 것으로 알려져 있다. 우리나라에서도 인구의 고령화와 함께 그 수가 매년 증가하는 추세이며, 기억력 장애로 인해 실종된 치매 노인 수는 2011년 기준 7600명이 이른다. 하지만 현재까지도 정확한 발병 기전과 원인이 밝혀지지 않고 있고, 알츠하이머병 환자의 사후 뇌 검사를 통해 신경세포의 사멸이 기억력 장애를 야기한다는 사실만이 알려져 왔다. 본 연구팀은 알츠하이머병 환자의 뇌에서 흔하게 발견되는 반응성 성상교세포 내에서 도파민을 산화시키는 효소로 알려진 마오-B의 작용으로 생성된 억제성 신경전달물질 가바가 베스트로핀이라는 특정한 음이온 채널을 통해 외부로 방출되어 신경세포의 정상적인 신호전달을 방해한다는 사실을 밝혔다. 또한, 이 같은 연구결과를 바탕으로 알츠하이머 생쥐에서 마오-B혹은 베스트로핀의 억제를 통해 반응성 성상교세포내 가바의 생성과 분비를 제한하였고, 신경세포의 발화능력과 시냅스 가소성이 회복됨에 따라 기억력도 회복되는 것을 확인할 수 있었다. 행동실험을 위하여 사용된 생쥐는 본능적으로 어두운 장소를 좋아하지만, 한번 어두운 장소에서 전기적 자극을 경험한 생쥐는 다시 어두운 장소에 들어가지 않는다. 그러나 알츠하이머에 걸린 생쥐는 전기 자극을 경험했던 장소를 기억하지 못하고 또 다시 어두운 방에 들어간다. 본 연구팀은 이러한 생쥐에게 마오-B 억제제를 투입하여 반응성 성상교세포의 가바 생성을 억제하였고, 생쥐가 다시 어두운 방에 들어가지 않는 행동 변화를 통하여 기억력이 회복되었음을 증명하였다. 마오-B 억제제, 셀레길린은 파킨슨병의 치료 보조제로 사용되고 있지만, 알츠하이머병 환자에게는 큰 효과를 보이지 못하는 것으로 알려져 있다. 연구팀은 셀레길린이 처음 며칠은 효과를 보이지만, 오래 복용할수록 약효가 줄어든다는 사실을 밝혔는데, 셀레길린을 1주일간 투여한 생쥐의 경우 신경세포의 발화능력이 회복되었지만, 2주에서 4주이상 투여기간이 증가될수록 발화능력이 향상되지 않았다. 이는 장기 복용 시에도 약효가 지속되는 새로운 치료제가 필요함을 시사 하고 있다. KIST 이창준 단장과 KAIST 김대수 교수는 “이번 연구를 통해 알츠하이머 발병 시 기억력이 감퇴되는 원인을 규명하였고, 반응성 성상교세포의 가바의 생성과 분비 억제가 기억력을 회복시키는 새로운 치료방법이 될 수 있다는 사실을 제시하였다. 더 나아가, 장기 복용 시에도 약효가 지속되는 신약개발의 토대를 마련했다”고 연구의의를 밝혔다. ○ 연구진 KIST 이창준 박사 ○ 용어설명 1. 네이쳐 메디신(Nature Medicine) o 세계적인 학술저널 Nature 출판그룹에서 발간하는 초기 임상 연구분야의 권위 있는 학술지. 저명 과학자의 검증을 거친 뒤에야 게재될 정도로 논문의 심의과정이 엄격한 것으로 알려져 있으며, 피인용지수(Impact Factor)가 2012년 기준 24.302임 ※ 피인용지수(IF) : 특정 잡지에 실린 논문이 어느 특정연도나 기간 동안 인용된 빈도수의 척도로서 그 논문이 실린 잡지의 수준을 평가하는 척도 2. 성상교세포(Astrocyte) o 뇌세포에는 신경세포 외에도 신경세포에 영양분이나 신경전달물질 등을 운반하는 글리아 또는 아교세포가 있는데, 성상교세포는 이런 아교세포의 일종. 아교세포는 신경세포의 위치를 고정하거나 혈액 뇌관문을 형성하는 등 뇌 활동에 중요한 역할을 담당 3. 마오-B (B형 모노아민 산화효소, monoamine oxidase B / MAO-B) o 뇌에서 신경전달물질을 대사하는 효소. 도파민을 산화시켜 여러 가지 산화반응물을 생성할 수 있음. 4. 가바 (GABA) o 신경계나 혈액에 함유되어 있으며, 억제성 신경전달물질로 흥분성 신경전달물질인 글루타메이트와 함께 포유류의 중추신경계에서 가장 일반적으로 쓰이는 신경전달물질 중 하나 5. 셀레길린 (selegiline) o 마오-B를 억제해 도파민의 중추대사를 늦추는 기전을 가지고 있으며, 파킨슨병 환자의 치료 보조제로 사용됨 ○ 그림 설명 <그림 1> 정상생쥐와 알츠하이머 생쥐의 뇌의 해마 부분에서 성상교세포 (초록)와 GABA (빨강)를 면역염색 후 공초점 현미경으로 관찰. 알츠하이머 생쥐의 뇌는 아밀로이드 플라크 (파랑)가 생성되는데, 플라크 주변의 성상교세포는 반응성 성상세포로 변성되며 세포 내에 GABA를 많이 함유하고 있다. <그림 2> 정상생쥐와 알츠하이머 생쥐의 뇌의 해마 치아이랑 부분에서 신경세포가 발화할 확률을 비교. 정상 생쥐의 신경세포는 전기자극에 반응하여 신경세포가 발화한다. 알츠하이머 생쥐의 신경세포는 전기자극에 잘 반응하지 않지만, 마오-B를 억제하면 정상 생쥐의 신경세포처럼 발화능력을 회복한다. <그림 3> 정상 생쥐와 알츠하이머 생쥐의 기억력을 수동 회피 실험을 통해 측정. 정상 생쥐는 어두운 방에서 받았던 전기자극을 기억하고 다음 날에는 어두운 방에 들어가지 않는 반면, 기억력이 손상된 알츠하이머 생쥐는 어두운 방을 기억하지 못하고 다음 날에도 어두운 방에 들어가는데, 1주일간 셀레길린을 투입시 정상 생쥐처럼 기억력이 회복되어 어두운 방에 들어가지 않는다.

알츠하이머 병, 기억장애 치료를 위한 신약개발 가능성 열려 - KIST, 반응성 성상교세포 연구를 통한 기억장애 원인 규명 알츠하이머병 환자의 뇌에서 흔하게 발견되는 반응성 성상교세포가 억제성 신경전달물질인 가바를 생성, 분비하고 이를 통해 기억장애가 발생된다는 사실이 세계 최초로 국내 연구진에 의해 밝혀짐으로써 기억력상실, 치매 등과 같은 난치병의 치료 및 차세대 신약개발의 새로운 장을 열었다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 뇌과학연구소 이창준 박사연구팀을 중심으로 KAIST를 비롯한 국내외 연구팀이 참여한 이번 연구는 미래창조과학부(장관 최문기)와 한국연구재단(이사장 정민근)이 추진하는 세계수준의 연구센터(WCI)사업과 뇌과학연구소의 플래그쉽 과제의 일환으로 수행되었으며, 세계적 권위지인 네이쳐메디슨(Nature Medicine) 최신호(6.30일자)에 게재되었다.(논문명 : GABA from reactive astrocytes impairs memory in mouse models of Alzheimer disease) 알츠하이머병은 치매를 일으켜 인지장애를 초래하는 치명적인 난치병으로 미국에서는 65세 인구 여덟 명중 한명에게 발병하는 것으로 알려져 있다. 우리나라에서도 인구의 고령화와 함께 그 수가 매년 증가하는 추세이며, 기억력 장애로 인해 실종된 치매 노인 수는 2011년 기준 7600명이 이른다. 하지만 현재까지도 정확한 발병 기전과 원인이 밝혀지지 않고 있고, 알츠하이머병 환자의 사후 뇌 검사를 통해 신경세포의 사멸이 기억력 장애를 야기한다는 사실만이 알려져 왔다. 본 연구팀은 알츠하이머병 환자의 뇌에서 흔하게 발견되는 반응성 성상교세포 내에서 도파민을 산화시키는 효소로 알려진 마오-B의 작용으로 생성된 억제성 신경전달물질 가바가 베스트로핀이라는 특정한 음이온 채널을 통해 외부로 방출되어 신경세포의 정상적인 신호전달을 방해한다는 사실을 밝혔다. 또한, 이 같은 연구결과를 바탕으로 알츠하이머 생쥐에서 마오-B혹은 베스트로핀의 억제를 통해 반응성 성상교세포내 가바의 생성과 분비를 제한하였고, 신경세포의 발화능력과 시냅스 가소성이 회복됨에 따라 기억력도 회복되는 것을 확인할 수 있었다. 행동실험을 위하여 사용된 생쥐는 본능적으로 어두운 장소를 좋아하지만, 한번 어두운 장소에서 전기적 자극을 경험한 생쥐는 다시 어두운 장소에 들어가지 않는다. 그러나 알츠하이머에 걸린 생쥐는 전기 자극을 경험했던 장소를 기억하지 못하고 또 다시 어두운 방에 들어간다. 본 연구팀은 이러한 생쥐에게 마오-B 억제제를 투입하여 반응성 성상교세포의 가바 생성을 억제하였고, 생쥐가 다시 어두운 방에 들어가지 않는 행동 변화를 통하여 기억력이 회복되었음을 증명하였다. 마오-B 억제제, 셀레길린은 파킨슨병의 치료 보조제로 사용되고 있지만, 알츠하이머병 환자에게는 큰 효과를 보이지 못하는 것으로 알려져 있다. 연구팀은 셀레길린이 처음 며칠은 효과를 보이지만, 오래 복용할수록 약효가 줄어든다는 사실을 밝혔는데, 셀레길린을 1주일간 투여한 생쥐의 경우 신경세포의 발화능력이 회복되었지만, 2주에서 4주이상 투여기간이 증가될수록 발화능력이 향상되지 않았다. 이는 장기 복용 시에도 약효가 지속되는 새로운 치료제가 필요함을 시사 하고 있다. KIST 이창준 단장과 KAIST 김대수 교수는 “이번 연구를 통해 알츠하이머 발병 시 기억력이 감퇴되는 원인을 규명하였고, 반응성 성상교세포의 가바의 생성과 분비 억제가 기억력을 회복시키는 새로운 치료방법이 될 수 있다는 사실을 제시하였다. 더 나아가, 장기 복용 시에도 약효가 지속되는 신약개발의 토대를 마련했다”고 연구의의를 밝혔다. ○ 연구진 KIST 이창준 박사 ○ 용어설명 1. 네이쳐 메디신(Nature Medicine) o 세계적인 학술저널 Nature 출판그룹에서 발간하는 초기 임상 연구분야의 권위 있는 학술지. 저명 과학자의 검증을 거친 뒤에야 게재될 정도로 논문의 심의과정이 엄격한 것으로 알려져 있으며, 피인용지수(Impact Factor)가 2012년 기준 24.302임 ※ 피인용지수(IF) : 특정 잡지에 실린 논문이 어느 특정연도나 기간 동안 인용된 빈도수의 척도로서 그 논문이 실린 잡지의 수준을 평가하는 척도 2. 성상교세포(Astrocyte) o 뇌세포에는 신경세포 외에도 신경세포에 영양분이나 신경전달물질 등을 운반하는 글리아 또는 아교세포가 있는데, 성상교세포는 이런 아교세포의 일종. 아교세포는 신경세포의 위치를 고정하거나 혈액 뇌관문을 형성하는 등 뇌 활동에 중요한 역할을 담당 3. 마오-B (B형 모노아민 산화효소, monoamine oxidase B / MAO-B) o 뇌에서 신경전달물질을 대사하는 효소. 도파민을 산화시켜 여러 가지 산화반응물을 생성할 수 있음. 4. 가바 (GABA) o 신경계나 혈액에 함유되어 있으며, 억제성 신경전달물질로 흥분성 신경전달물질인 글루타메이트와 함께 포유류의 중추신경계에서 가장 일반적으로 쓰이는 신경전달물질 중 하나 5. 셀레길린 (selegiline) o 마오-B를 억제해 도파민의 중추대사를 늦추는 기전을 가지고 있으며, 파킨슨병 환자의 치료 보조제로 사용됨 ○ 그림 설명 <그림 1> 정상생쥐와 알츠하이머 생쥐의 뇌의 해마 부분에서 성상교세포 (초록)와 GABA (빨강)를 면역염색 후 공초점 현미경으로 관찰. 알츠하이머 생쥐의 뇌는 아밀로이드 플라크 (파랑)가 생성되는데, 플라크 주변의 성상교세포는 반응성 성상세포로 변성되며 세포 내에 GABA를 많이 함유하고 있다. <그림 2> 정상생쥐와 알츠하이머 생쥐의 뇌의 해마 치아이랑 부분에서 신경세포가 발화할 확률을 비교. 정상 생쥐의 신경세포는 전기자극에 반응하여 신경세포가 발화한다. 알츠하이머 생쥐의 신경세포는 전기자극에 잘 반응하지 않지만, 마오-B를 억제하면 정상 생쥐의 신경세포처럼 발화능력을 회복한다. <그림 3> 정상 생쥐와 알츠하이머 생쥐의 기억력을 수동 회피 실험을 통해 측정. 정상 생쥐는 어두운 방에서 받았던 전기자극을 기억하고 다음 날에는 어두운 방에 들어가지 않는 반면, 기억력이 손상된 알츠하이머 생쥐는 어두운 방을 기억하지 못하고 다음 날에도 어두운 방에 들어가는데, 1주일간 셀레길린을 투입시 정상 생쥐처럼 기억력이 회복되어 어두운 방에 들어가지 않는다.

알츠하이머 병, 기억장애 치료를 위한 신약개발 가능성 열려 - KIST, 반응성 성상교세포 연구를 통한 기억장애 원인 규명 알츠하이머병 환자의 뇌에서 흔하게 발견되는 반응성 성상교세포가 억제성 신경전달물질인 가바를 생성, 분비하고 이를 통해 기억장애가 발생된다는 사실이 세계 최초로 국내 연구진에 의해 밝혀짐으로써 기억력상실, 치매 등과 같은 난치병의 치료 및 차세대 신약개발의 새로운 장을 열었다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 뇌과학연구소 이창준 박사연구팀을 중심으로 KAIST를 비롯한 국내외 연구팀이 참여한 이번 연구는 미래창조과학부(장관 최문기)와 한국연구재단(이사장 정민근)이 추진하는 세계수준의 연구센터(WCI)사업과 뇌과학연구소의 플래그쉽 과제의 일환으로 수행되었으며, 세계적 권위지인 네이쳐메디슨(Nature Medicine) 최신호(6.30일자)에 게재되었다.(논문명 : GABA from reactive astrocytes impairs memory in mouse models of Alzheimer disease) 알츠하이머병은 치매를 일으켜 인지장애를 초래하는 치명적인 난치병으로 미국에서는 65세 인구 여덟 명중 한명에게 발병하는 것으로 알려져 있다. 우리나라에서도 인구의 고령화와 함께 그 수가 매년 증가하는 추세이며, 기억력 장애로 인해 실종된 치매 노인 수는 2011년 기준 7600명이 이른다. 하지만 현재까지도 정확한 발병 기전과 원인이 밝혀지지 않고 있고, 알츠하이머병 환자의 사후 뇌 검사를 통해 신경세포의 사멸이 기억력 장애를 야기한다는 사실만이 알려져 왔다. 본 연구팀은 알츠하이머병 환자의 뇌에서 흔하게 발견되는 반응성 성상교세포 내에서 도파민을 산화시키는 효소로 알려진 마오-B의 작용으로 생성된 억제성 신경전달물질 가바가 베스트로핀이라는 특정한 음이온 채널을 통해 외부로 방출되어 신경세포의 정상적인 신호전달을 방해한다는 사실을 밝혔다. 또한, 이 같은 연구결과를 바탕으로 알츠하이머 생쥐에서 마오-B혹은 베스트로핀의 억제를 통해 반응성 성상교세포내 가바의 생성과 분비를 제한하였고, 신경세포의 발화능력과 시냅스 가소성이 회복됨에 따라 기억력도 회복되는 것을 확인할 수 있었다. 행동실험을 위하여 사용된 생쥐는 본능적으로 어두운 장소를 좋아하지만, 한번 어두운 장소에서 전기적 자극을 경험한 생쥐는 다시 어두운 장소에 들어가지 않는다. 그러나 알츠하이머에 걸린 생쥐는 전기 자극을 경험했던 장소를 기억하지 못하고 또 다시 어두운 방에 들어간다. 본 연구팀은 이러한 생쥐에게 마오-B 억제제를 투입하여 반응성 성상교세포의 가바 생성을 억제하였고, 생쥐가 다시 어두운 방에 들어가지 않는 행동 변화를 통하여 기억력이 회복되었음을 증명하였다. 마오-B 억제제, 셀레길린은 파킨슨병의 치료 보조제로 사용되고 있지만, 알츠하이머병 환자에게는 큰 효과를 보이지 못하는 것으로 알려져 있다. 연구팀은 셀레길린이 처음 며칠은 효과를 보이지만, 오래 복용할수록 약효가 줄어든다는 사실을 밝혔는데, 셀레길린을 1주일간 투여한 생쥐의 경우 신경세포의 발화능력이 회복되었지만, 2주에서 4주이상 투여기간이 증가될수록 발화능력이 향상되지 않았다. 이는 장기 복용 시에도 약효가 지속되는 새로운 치료제가 필요함을 시사 하고 있다. KIST 이창준 단장과 KAIST 김대수 교수는 “이번 연구를 통해 알츠하이머 발병 시 기억력이 감퇴되는 원인을 규명하였고, 반응성 성상교세포의 가바의 생성과 분비 억제가 기억력을 회복시키는 새로운 치료방법이 될 수 있다는 사실을 제시하였다. 더 나아가, 장기 복용 시에도 약효가 지속되는 신약개발의 토대를 마련했다”고 연구의의를 밝혔다. ○ 연구진 KIST 이창준 박사 ○ 용어설명 1. 네이쳐 메디신(Nature Medicine) o 세계적인 학술저널 Nature 출판그룹에서 발간하는 초기 임상 연구분야의 권위 있는 학술지. 저명 과학자의 검증을 거친 뒤에야 게재될 정도로 논문의 심의과정이 엄격한 것으로 알려져 있으며, 피인용지수(Impact Factor)가 2012년 기준 24.302임 ※ 피인용지수(IF) : 특정 잡지에 실린 논문이 어느 특정연도나 기간 동안 인용된 빈도수의 척도로서 그 논문이 실린 잡지의 수준을 평가하는 척도 2. 성상교세포(Astrocyte) o 뇌세포에는 신경세포 외에도 신경세포에 영양분이나 신경전달물질 등을 운반하는 글리아 또는 아교세포가 있는데, 성상교세포는 이런 아교세포의 일종. 아교세포는 신경세포의 위치를 고정하거나 혈액 뇌관문을 형성하는 등 뇌 활동에 중요한 역할을 담당 3. 마오-B (B형 모노아민 산화효소, monoamine oxidase B / MAO-B) o 뇌에서 신경전달물질을 대사하는 효소. 도파민을 산화시켜 여러 가지 산화반응물을 생성할 수 있음. 4. 가바 (GABA) o 신경계나 혈액에 함유되어 있으며, 억제성 신경전달물질로 흥분성 신경전달물질인 글루타메이트와 함께 포유류의 중추신경계에서 가장 일반적으로 쓰이는 신경전달물질 중 하나 5. 셀레길린 (selegiline) o 마오-B를 억제해 도파민의 중추대사를 늦추는 기전을 가지고 있으며, 파킨슨병 환자의 치료 보조제로 사용됨 ○ 그림 설명 <그림 1> 정상생쥐와 알츠하이머 생쥐의 뇌의 해마 부분에서 성상교세포 (초록)와 GABA (빨강)를 면역염색 후 공초점 현미경으로 관찰. 알츠하이머 생쥐의 뇌는 아밀로이드 플라크 (파랑)가 생성되는데, 플라크 주변의 성상교세포는 반응성 성상세포로 변성되며 세포 내에 GABA를 많이 함유하고 있다. <그림 2> 정상생쥐와 알츠하이머 생쥐의 뇌의 해마 치아이랑 부분에서 신경세포가 발화할 확률을 비교. 정상 생쥐의 신경세포는 전기자극에 반응하여 신경세포가 발화한다. 알츠하이머 생쥐의 신경세포는 전기자극에 잘 반응하지 않지만, 마오-B를 억제하면 정상 생쥐의 신경세포처럼 발화능력을 회복한다. <그림 3> 정상 생쥐와 알츠하이머 생쥐의 기억력을 수동 회피 실험을 통해 측정. 정상 생쥐는 어두운 방에서 받았던 전기자극을 기억하고 다음 날에는 어두운 방에 들어가지 않는 반면, 기억력이 손상된 알츠하이머 생쥐는 어두운 방을 기억하지 못하고 다음 날에도 어두운 방에 들어가는데, 1주일간 셀레길린을 투입시 정상 생쥐처럼 기억력이 회복되어 어두운 방에 들어가지 않는다.