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2017년 12월 12일 화요일

상용화를 앞둔 바늘 없는 주사기 PRIME




(PRIME is a needle-less injection device that might hit the market soon, thanks to a new commericalization deal(Credit: Portal Instruments))


 수년 전 부터 MIT의 연구팀은 바늘 없는 주사기를 개발하기 위해 노력해왔습니다. 바늘 대신 주사액을 고속 제트로 분사해 피부를 뚫고 투여하는 방식으로 혈관내 주사의 경우에는 사용할 수 없지만, 근육 주사는 충분히 대체할 수 있는 신기술이라고 할 수 있습니다. 그 원리에 대해서는 이전 포스트를 참조해 주시기 바랍니다. 




 현실화되면 인슐린 투여를 받아야하는 당뇨 환자처럼 주사를 매일 같이 맞아야 하는 환자에게 큰 도움이 될 것으로 기대되었습니다. 2012년부터 이어진 연구의 결실로 이제 MIT의 연구자들과 그들이 설립한 스핀 오프 기업인 Portal Instruments가 개발한 PRIME이라는 바늘 없는 주사기가 상용화 단계에 이르렀습니다. 


 PRIME은 위의 사진에서 보는 것과 같은 기기에 일회용 약물 용기를 장착한 후 초고속 제트로 분사하는 장치로 상용화되면 환자에게 고통없이 주사를 투여할 수 있을 뿐 아니라 의료진이 주사바늘에 찔릴 위험도 없어 획기적인 약물 투여 방법이 될 것으로 기대됩니다. 더구나 감염 위험이 있는 의료 폐기물이 양도 획기적으로 줄일 수 있다는 점도 장점입니다. 


 약물 용기에서 초속 200m의 속도로 나온 미세 약물 제트는 사람 머리카락 굵기보다 얇기 때문에 피부를 뚫고 투여되는 순간에 통증 신경을 거의 건드리지 않아 통증도 없고 피부에 상처를 덜 만듭니다. 제조사에 의하면 약물의 양을 매우 정확하게 조절할 수 있으며 더 나아가 약물이 투입될 깊이까지 조절이 가능하다는 점이 큰 장점입니다. 


 물론 이 기기가 널리 사용되기 위해서는 안전성 및 신뢰성이 충분히 검증되어야 할 것입니다. 과연 언제 실물을 볼 수 있게 될지 궁금하네요. 


 참고 


우주 이야기 725 - 두 개의 슈퍼 지구가 있는 행성계



(Credit: University of Montreal)


 지구에서 111광년 떨어진 별 K2-18에는 슈퍼 지구형 행성이 존재합니다. K2-18b는 이름처럼 케플러 K2 임무 중에 발견되었으며 그 크기는 지구와 해왕성의 중간으로 슈퍼 지구형 행성일 가능성이 높습니다. 공전 주기는 39일 정도로 거리를 생각하면 액체 상태의 물이 있을 가능성이 있습니다. 


 그런데 몬트리얼 대학의 연구팀은 최근 이 K2-18에 슈퍼 지구형 행성이 하나 더 있다는 사실을 발견했습니다. 유럽 남방 천문대(ESO)의 외계 행성 사냥꾼인 High Accuracy Radial Velocity Planet Searcher (HARPS)로 연구를 진행하던 중 33일 주기로 공전하는 또 다른 슈퍼 지구형 행성인 K2-18c가 발견된 것입니다. 


 비록 두 행성 모두 모항성에서 가깝지만, K2-18 자체가 어두운 적색 왜성이기 때문에 K2-18b에는 액체 상태의 물이 존재할 가능성이 있습니다. 다만 K2-18c는 그러기에는 다소 뜨거울 것으로 예상됩니다. 이 둘의 관계는 지구와 금성과 비슷하다고 할 수 있습니다. 


 아무튼 슈퍼 지구형 행성을 만들기 위해서는 태양계에 있는 암석형 행성 (수성, 금성, 지구, 화성)을 모두 합친 것보다 더 많은 질량이 필요합니다. 태양 보다 작은 적색왜성에 이렇게 큰 슈퍼 지구형 행성이 두 개나 존재한다는 것은 지구 같은 암석형 행성이 생각보다 더 흔하게 생길 수 있음을 시사하는 결과입니다. 항상 작은 천체가 큰 천체보다 더 흔할 테니까요. 


 하지만 현재의 관측 기술로는 이 행성들이 미니 해왕성일 가능성도 완전히 배제할 수 없습니다. 더 확실한 답을 얻기 위해서는 제임스 웹 우주 망원경 같은 강력한 차세대 망원경의 힘이 필요합니다. 앞으로 관측 기술이 발전함에 따라 우리는 슈퍼 지구의 진실에 대해서 더 자세히 알게 될 것입니다. 


 참고 



 Characterization of the K2-18 multi-planetary system with HARPS: A habitable zone super-Earth and discovery of a second, warm super-Earth on a non-coplanar orbit. arxiv.org/abs/1707.04292


시아노박테리아를 출력하는 프린터?



(Demonstration of inkjet-printed bioenergy wallpaper. 1: Printed photosynthetic organisms in green; 2: Printed CNT anode; 3: Printed CNT cathode; 4: Paper substrate; 5: Solid medium. Credit: M. Sawa et al. Nature Communications)


 앞서 소개드린 것과 같이 최근에는 박테리아를 포함한 배지를 3D 프린터로 출력해서 여러 가지 용도로 사용하려는 연구가 진행 중입니다. 임페리얼 칼리지 런던과 캠브리지 대학의 연구팀은 광합성을 하는 시아노박테리아를 이용해서 에너지를 공급할 수 있는 바이오 프린터를 연구했습니다. 시아노박테리아 가운데 일부는 전기를 생산하는 것도 있어 태양 전지와 비슷하게 광합성을 통해 전기를 생산할 수 있습니다. 이는 biophotovoltaic cell라고 부를 수 있습니다. 


 사실 이런 경우 박막 태양 전지를 사용할 수도 있지만, 전통적인 태양 전지에 비해서 시아노박테리아가 가진 몇 가지 이점이 존재합니다. 가장 큰 장점은 시아노박테리아가 인체에 무해하다는 점입니다. 따라서 사람 몸에 문신처럼 새기는 형태의 바이오 잉크의 경우 시아노박테리아가 더 안전합니다. 두 번째 장점은 시간이 지나면 저절로 분해된다는 점입니다. 따라서 일회용으로 사용할 센서나 기기에 더 적합합니다. 마지막으로 증식이 매우 간단해 가격이 저렴하다는 장점이 있습니다. 


 물론 반대로 장기간 사용하기에는 내구성이 약하며 얻어지는 전류가 많지 않다는 점은 단점이지만, 사용하는 목적에 따라서는 큰 단점이 아닐 수 있습니다. 예를 들어 피부에 붙이는 바이오 센서의 전력 공급 목적으로 적합하다고 할 수 있습니다. 하지만 시아노박테리아를 길들여서 얌전하게 전력을 공급하게 만드는 일은 말처럼 쉽지 않습니다. 영화 매트릭스처럼 몸이 마비된 인간에서 에너지를 공급하는 게 아니라 살아있는 정상 박테리아를 이용해야하기 때문이죠. 특히 박테리아에서 나오는 약한 전류를 기기에서 사용할 수 있게 바꾸는 것이 문제입니다. 


 연구팀은 이 박테리아들이 얇은 배지 안에서도 잘 자라게 만들면서도 이들이 내놓는 약한 전류를 확보하기 위해 카본 나노튜브 (CNT)를 이용해서 전극을 출력했습니다. (사진) 그 결과 기존의 방법보다 내놓는 에너지의 양도 3-4배 증가하고 100시간 동안 낮과 밤 사이클 동안 전력을 공급할 수 있었습니다.


 연구팀은 이런 박막 필름 생체 광전기 (thin-film biophotovoltaic (BPV)) 패널이 여러 모로 쓰임새가 많을 것으로 기대하고 있습니다. 아무튼 박테리아를 이용해서 전기를 생산한다는 것 자체가 영화 매트릭스의 바이오 프린터 버전 같다는 생각이 드네요. 


 참고 


Sawa, M., Fantuzzi, A., Bombelli, P., Howe, C., Hellgardt, K., Nixon, P. "Electricity generation from digitally printed cyanobacteria." Nature Communications. DOI: 10.1038/s41467-017-01084-4

2017년 12월 11일 월요일

5억3천만년 전의 눈?


(Schmidtiellus reetae fossil. Credit: Gennadi Baranov)

(Schmidtiellus reetae fossil's right eye. Credit: Gennadi Baranov)


 눈과 이빨, 집게 같은 부속지, 단단한 껍데기를 갖춘 생물이 본격적으로 등장한 것은 캄브리아기 이후입니다. 이 시기 갑작스럽게 생물 다양성이 폭발적으로 증가하면서 다양한 생물이 등장한 것은 산소의 증가나 포식이라는 새로운 생존 전략의 등장이 큰 역할을 한 것으로 생각됩니다. 동시에 원인이자 결과로 눈의 진화 역시 다양한 생존 전략을 진화시켜 생물상을 더 복잡하게 만들었습니다. 


 최근 에딘버러 대학의 연구팀은 무려 5억3천만년 전의 것으로 추정되는 눈의 화석을 발견했습니다. 만약 연대 추정이 옳다면 캄브리아기가 시작되고 나서 얼마되지 않아 눈이 진화한 것으로 해석할 수 있습니다. 


 연구팀이 에스토니아에서 발굴한 화석은 매우 원시적인 삼엽충의 화석으로 100개 정도의 원시적인 낱눈 (ommatidia)을 지니고 있었습니다. 현생 절지동물과 마찬가지로 삼엽충 역시 여러 개의 작은 눈이 합쳐진 겹눈(compound eye)을 가지고 있었는데, 이 화석에서 확인할 수 있는 겹눈은 매우 원시적인 것으로 렌즈의 증거도 없고 낱눈의 숫자도 적어서 시력이 매우 나빴을 것임을 짐작할 수 있습니다. 


 하지만 이런 원시적인 눈이라도 포식자나 먹이의 존재를 흐릿하게나마 파악할 수 있다면 생존 가능성을 증가시켰을 것입니다. 그리고 점차 눈이 좋은 후손들이 선택되면서 자연 선택에 의해 시력이 점점 우수한 후손들이 등장했을 것입니다. 과학자들은 발트해 연안에서 발견된 이보다 수백만 년 후의 삼엽충 화석과의 비교를 통해서 이와 같은 가설을 옳다는 것을 검증했습니다. 


 비록 이 눈은 절지동물과 다른 계통인 우리와는 직접적인 연관이 없지만, 초기 눈의 진화에 대해서 중요한 단서를 제공하고 있습니다. 눈으로 보고 먹이를 잡거나 포식자를 피하는 행동은 더 다양한 진화상의 압력 - 예를 들어 매복이나 위장 같은 - 을 진화시켰을 것이고 이는 우리가 아는 생태계를 만드는 데 큰 역할을 했을 것입니다. 


 참고 


Structure and function of a compound eye, more than half a billion years old, Proceedings of the National Academy of Sciences (2017). www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1716824114


공수 가능한 경전차를 개발하는 미 육군



(C-130 수송기에서 저공 낙하산 투하 중인 M551 Sheridan 경전차. public domain )


 미 육군이 105 mm 포를 장착한 경전차인 MPF (Mobile Protected Firepower) 사업을 진행하고 있습니다. 최근 사업 제안 요청서(RFP)를 발표해 초기 개발 및 생산 자금으로 2019년 회계 년도에 1억 7600만달러, 2020년 회계 년도에 3억 1,100만달러, 2021년 회계 년도에 3억 6000만 달러, 2022년에 3억 7600만 달러라는 상당히 거금의 예산을 투입할 계획입니다. 


 내년 초에 입찰을 진행할 MPF는 C-17 수송기에 두 대를 탑재할 수 있으며 더 중요하게는 낙하산 공수가 가능해질 전망입니다. 따라서 목적으로 봤을 때 1996년에 대체 기종 없이 퇴역한 M551 Sheridan 경전차의 역할을 대신하게 될 전망입니다. 다만 15.2t에 불과했던 쉐리던 보다는 더 무거워서 저공 낙하산 투하는 어려울 것으로 보입니다. 


 사실 낙하산으로 대규모 공수 투하가 가능한 전차는 러시아가 더 선호하는 전략이기는 합니다. 하지만, 아무래도 방어력이 너무 약하다보니 실제로 기갑 부대로써 역할을 할 수 있을지에 대해서 회의적인 시각도 적지 않았습니다. 그러나 현실적으로 대규모 전차 대 전차의 전차전보다는 소규모 국지전 및 게릴라전의 비중이 올라가면서 가볍고 배치가 빠른 경전차에 대한 요구가 커지는 것이 사실입니다. 


 스트라이커 장갑차 역시 이와 같은 상황에서 개발된 것이고 여기에 105mm 포를 단 형태도 등장했지만, 이 경우에는 방어력을 너무 희생했다는 비판도 제기되었습니다. 따라서 그 중간에 갭을 매워줄 경전차가 MPF가 될 것으로 보입니다. 


 구체적인 스펙은 정해지지 않았지만, M1128 Mobile Gun System (MGS)에 탑재된 경량화 105mm 포인 105 mm M68A1 (M68A1E4)이나 혹은 동급의 주포가 탑재될 가능성이 높아보이며 스트라이커보다는 무거워지면서 방호력도 그 만큼 강해질 것으로 보입니다. 아마도 BMD-4M 같은 러시아 공수 차량 보다는 더 무거워질 가능성이 커보이는데, 방호력과 무게가 얼마나 나갈지가 가장 궁금하네요. 


 이 경전차는 대략 504대 정도 배치될 것으로 예상되며 앞으로 여러 회사가 경쟁해 최종 사업자를 결정할 것으로 보입니다. 그 때가 되면 다시 포스팅을 할 것 같습니다. 



 참고




수장룡의 내이가 알려준 비밀



(Transparent skulls of an extinct plesiosaur (top) and a living crocodile (bottom). The inner ear is the pink structure towards the back of the head. Credit: James Neenan)


(Sauropterygians had inner ears that closely resembled members of the crocodile family (green) or sea turtles (blue), which also share similar lifestyles and swimming modes. Semi-aquatic sauropterygians with jointed limbs had similar lifestyles to crocodiles. The fully-aquatic plesiosaurs had flippers, much like sea turtles, and have similar shaped inner ears. Credit: James Neenan)


 중생대 바다에는 수장룡 (plesiosaur)이라는 독특한 해양 파충류가 번성했습니다. 이들은 매우 오랜 세월 바다를 누비다가 멸종된 생물로 중생대 바다를 그린 복원도에 빠지지 않고 등장하는 존재입니다. 일반적으로 수장룡은 목이 긴 해양 파충류로 소개되지만, 사실 이 생물이 번성한 비결 가운데 하나는 외형적인 특징이 아니라 겉으로 드러나지 않는 특징에 있습니다. 

  
 우리가 3차원 공간에서 균형을 잡고 움직임을 감지하기 위해서는 내이(inner ear)의 기능이 중요합니다. 특히 육지에서 생활하던 생물이 바다로 들어가게 되면 사실상 3차원적인 변화가 더 심해지므로 여기에 적응할 필요가 있습니다. 

  
 옥스퍼드 대학의 연구팀은 수장룡을 포함한 더 큰 해양 파충류 그룹인 기룡류 (Sauropterygian)의 내이 구조를 현생 생물과 비교했습니다. 그 결과 예상과는 달리 플레시오사루우스(plesiosaur)에 속하는 기룡류의 경우 악어가 아닌 바다 거북과 비슷한 내이를 지녔다는 사실이 밝혀졌습니다. 기룡류는 후손 없이 멸종된 그룹으로 거북의 조상과는 오래 전 갈라졌기 때문에 이는 수렴진화에 의한 것으로 볼 수 있습니다. 


 다른 한편으로 목이 짧은 수장룡의 일종인 플리오사우루스 (pliosaur)는 상대적으로 내이가 작은 특징을 가지고 있었습니다. 이들의 내이가 짧아진 것은 목이 짧은 것과 연관이 있어 보이는데, 현생 동물 가운데 고래 역시 그런 특징을 가지고 있기 때문입니다. 이는 내이의 진화가 생각보다 매우 빠르고 다양하게 이뤄질 수 있음을 시사합니다. 


 오랜 세월 번성했던 해양 파충류로 수장룡과 그 그연 동물들은 사실 가끔 다큐멘터리 등에서 소개되는 것 이외에 대중의 관심을 끌지 못하는 존재들입니다. 하지만 그들에게도 공룡 만큼이나 다양한 사연과 독특한 생태가 있다는 점은 분명합니다. 



 참고 


"Evolution of the sauropterygian labyrinth with increasingly pelagic lifestyles". Current Biology, 27. DOI: 10.1016/j.cub.2017.10.069 



2017년 12월 10일 일요일

3D 프린터 출력물이 와이파이와 연결되다






(The 3D-printed objects and sensors make use of backscatter technologies and mechanical movement to wirelessly transmit data without electronics or batteries(Credit: Mark Stone/University of Washington))


 워싱턴 대학의 연구팀이 3D 프린터 출력물을 와이파이를 통해 스마트 기기나 PC에 연결하는 방법을 개발했습니다. 합성수지와 구리를 섞은 잉크를 이용해서 결과물을 출력해서 별도의 배터리나 전자 장치 없이 와이 파이로 신호를 보낼 수 있게 한 것입니다. 


 원리는 이렇습니다. 우선 3D 프린터로 출력된 부품 가운데 안테나 역할을 하는 부분이 와이파이 라우터에서 나오는 전기적 에너지를 저장합니다. 후방 산란 (backscattering)되는 미세한 전자기파의 에너지를 수집하는 것입니다. 반대로 와이파이 신호를 보내는 것은 기계적 장치에 의해 조절됩니다. 기어와 태엽을 이용해서 신호를 한 번에 방출하는 것이죠. 




(동영상) 


 연구팀은 다양한 움직임을 와이파이 신호로 바꾸는 3D 프린터 출력물을 테스트 했습니다. 예를 들어 세제 통에 있는 세제의 잔량을 확인하거나 바람의 속도를 측정하는 등의 여러 가지 응용이 가능하다는 것을 보여준 것입니다. 


 3D 프린터로 출력한 결과물을 와이파이와 연결할 수 있다면 새로운 형태의 사물 인터넷이 가능할 것을고 기대됩니다. 다만 안테나 역할을 한 부품을 비롯해서 해당 부품들을 안전하게 회수해서 재활용하는 것도 염두에 둬야 할 것 같습니다. 출력할 때 분리수거를 염두에도 두고 표식을 새기는 것도 좋은 방법일 것 같네요.


 참고