“21세기는 한 명의 천재로는 부족합니다. 20세기에는 아인슈타인, 마리 퀴리, 막스 플랑크 등의 천재들이 세상을 바꿨다면, 지금은 같이 일해야 세계적인 난제를 풀어낼 수 있죠.”

26일 사이언스올(www.scienceall.com)에서 열린 ‘2020 대한민국 과학기술대전- 겨울밤 과학산책’에서 현택환 서울대 화학생물공학부 석좌교수 겸 기초과학연구원(IBS) 나노입자 연구단 단장은 ‘모두 함께 하는 과학’의 중요성을 강조했다.

현 단장은 노벨 화학상의 유망 후보자로 거론되는 나노과학 분야의 세계적 석학이다. 그는 현재 추진하고 있는 다양한 나노기술 분야 연구 성과를 비대면으로 시민들과 실시간 공유하며 대한민국 나노기술 분야의 잠재 가능성을 보여줬다.

균일한 나노입자 합성, 승온법으로 해결

나노기술(nano-technology)은 원자, 분자 단위의 작은 크기의 단위에서 물질을 합성하고 제어하는 과학기술이다. 나노는 10억 분의 1 수준을 나타내는 단위다. 이렇게 작은 단위의 물질을 규명하고 제어하는 나노기술이 중요한 이유는 현대인의 생활에 꼭 필요한 IT(Information Technology), BT(Bio Technology), ET(Environment Technology) 분야에 응용되는 ‘도우미 기술’이기 때문이다.

나노입자 기술은 균일하게 대량 합성하는 것이 중요하다. 현 단장은 승온법으로 균일한 나노입자를 합성해 학계에 큰 주목을 받았다. 그는 균일한 나노입자를 합성하는 표준합성법을 산업현장에 활용해 얻은 가장 커다란 성과물로 삼성의 ‘QLED TV’를 꼽았다. 우리가 보는 QLED TV나 노트북 화면이 바로 양자점을 제대로 균일하게 대량으로 합성해 만든 결과물이다.

나노연구는 산업현장뿐만 아니라 진단과 치료 부문의 응용기술로도 빠르게 진화하고 있다. 현 단장은 연구개발 중인 산화철 나노입자를 이용한 고해상도 자기공명영상(MRI) 조영제에 대해 설명했다.

기존 MRI 조영제는 가돌리늄으로 만들어졌다. 가돌리늄은 독성이 있어 신부전증 환자가 사용했을 때에는 치명적인 문제를 야기할 수 있다. 현 단장은 “가돌리늄 조영제를 반복해서 사용하면 피부가 딱딱하게 굳는 문제가 발생할 수 있다”며 “특히 알츠하이머나 파킨슨병과 같은 퇴행성 뇌 질환에 영향을 미칠 수도 있다”며 안전한 조영제 개발의 필요성을 강조했다.

산화철 나노입자 기반의 MRI 조영제는 기존 조영제에 비해 독성이 낮고 조영효과는 높은 것으로 나타났다. 현 단장은 “쥐, 개, 돼지 실험에 이어 최근 중국과의 공동연구를 통해 원숭이 실험을 추진하고 있다. 사람 전 단계까지 적용됐다”고 설명했다.

세리아 나노입자도 의료 분야에서 대활약 중이다. 현 단장은 불치병, 난치병 치료를 위한 세리아 나노입자 연구 결과를 소개했다. 현 단장은 “우리 몸 효소와 비슷하게 행동하는 나노입자를 발견했다. 바로 세리아 나노입자”라고 말했다. 세리아 나노입자는 뇌졸중, 파킨슨병, 패혈증 치료 등에 큰 효과가 있을 것으로 기대되고 있다.

[겨울밤 과학산책 다시보기]

실시간 비대면 대결의 묘미, 흥미진진한 사이언스 배틀퀴즈

한편 이날 ‘국민 과학 덕후를 찾아라’ 사이언스 배틀 퀴즈가 실시간 라이브로 진행됐다. 과학상식을 묻는 사이언스 배틀 퀴즈에는 사전 신청자 100명이 출사표를 던졌다. 게임에는 1인 당 총 4번 참가할 수 있다. 문제는 1라운드 당 15문제씩 총 60문제가 준비됐다.

1라운드는 구글의 엔지니어이자 미래학자인 레이 커즈와일이 주장한 ‘특이점’을 묻는 문제로 출발했다. 블랙홀, 페니실린, 스티븐 호킹, 힉스 입자 등 다양한 과학 분야의 문제들이 출제됐다.

참가자들의 선택을 어렵게 하는 문제들 많았다. 정전기 유도현상이 도체에서 잘 일어나는 이유는 무엇일까. 바로 도체 내의 ‘이것’ 때문이다. ‘이것’은 무엇일까. 답은 바로 ‘자유전자’다. 우주탐사선의 항법 중 하나로 행성의 중력을 이용해 궤도를 조정하는 방법을 묻는 질문도 참가자들을 아리송하게 만든 문제다. 정답은 ‘스윙 바이’다.

신종 코로나바이러스 감염증-19(Covid-19)에 대한 문제도 나왔다. 최근 코로나 백신으로 나온 미국 제약회사 화이자가 개발한 백신의 종류를 묻는 질문이었다. 정답은 ‘RNA 백신’. 화이자 백신은 인류 최초로 접종되는 mRNA 백신이다. 이 문제에서 3명의 탈락자가 나왔다.

3라운드는 난이도가 더 높았다. 밀레니엄 7대 수학 난제 중 하나였던 3차원 구면의 위상학적 특징에 관한 정리를 묻는 ‘푸앵카레 추측’은 전원 오답이 나왔다. 문제를 모두 틀린 3명이 다시 패자 부활하여 푼 9번 문제도 또 전원 오답이었다. 양자역학에서 실험 대상의 파동성과 입자성을 구분하는 실험을 묻는 질문이었다. 정답은 ‘이중슬릿 실험’이다.

퀴즈는 끝나는 순간까지 긴장을 늦출 수 없는 상황이 지속되며 분위기가 한껏 고조됐다. 흥미진진한 게임을 펼친 각 라운드의 우승자들은 “크리스마스에 뜻깊은 행사에 참여한 것 같아 기분이 좋다”며 한 목소리로 외쳤다. 우승자들이 받는 상금은 우승자의 이름으로 소외계층 아동에게 모두 기부될 예정이다.

배틀 퀴즈게임을 진행한 목정완 과학커뮤니케이터는 “오늘 퀴즈를 끝까지 함께 푼 모두가 ‘승자’”라며 “앞으로도 늘 일상에서 과학을 더 가깝고 재미있게 만나길 바란다”라고 당부했다.