지상에서 ‘우주’ 환경 구현해 새로운 물질상 발견

우주행성탐사, 게놈지도, 신약 개발 다양한 분야 활용 가능

국제우주정거장(ISS)에서는 ‘우주’라는 특수한 환경을 이용해 다양한 실험이 이뤄진다.

우주에서는 중력이 거의 없어 물체가 공중에 뜨고, 대류 현상도 없어 결정 구성 시 방해요소가 없다.

이러한 특성상 우주에서는 단백질 분자구조를 정확히 파악하는 ‘단백질 결정’에 관한 실험이 진행된다.

국내 연구진이 지상에서 우주와 같은 극한 환경을 구현해 지구에는 존재하지 않는 새로운 물질 상을 발견하는 데 성공했다.

한국표준과학연구원(KRISS)은 창의융합센터 이근우ㆍ이수형 박사팀은 정전기 공중부양장치로 액체를 공중에 띄우고서 물을 증발시켜 준안정상태의 초과포화 결정을 얻어 새로운 물질상을 발견했다고 3일 밝혔다.

연구에 사용된 정전기 공중부양장치는 두 전극 사이에 중력을 극복할 만큼의 강한 전압을 걸어 물체를 부양시키는 장치다.

미국(NASA), 일본(JAXA), 독일(DLR) 등의 선진 항공우주국에서만 보유하고 있는 최첨단 장비로 표준연은 2010년 자체 개발에 성공했다.

최근 지구 중심부나 우주 행성과 같은 초고온ㆍ초고압ㆍ초과포화 등의 극한 환경에 대한 연구가 활발히 진행 중이다.

그러나 매번 우주에서 실험하는게 불가능해 지상에서 극한 환경과 유사한 조건을 만든 뒤 물질의 변화를 측정해야만 한다.

지금까지는 시료를 용기에 담아 극한 환경으로 변화시키는 방법을 사용했지만, 용기가 시료에 영향을 줄 수 있어 물성 변화를 정확하게 측정하기 어려웠다.

이를 해결하고자 연구팀은 정전기 공중부양장치로 시료를 공중에 띄웠다.

연구팀은 기존 접촉식 기법에서는 어려웠던 300∼400％ 이상의 깊은 초과포화 상태를 구현했다.

연구팀이 공중에 띄운 인산이수소칼륨(KDP) 수용액은 초과포화 상태에서 구조 변화가 일어나 준안정적인 상태의 결정이 생성되는 것으로 확인됐다.

이 박사는 “앞으로 극한 환경의 탐사를 위한 항공우주 분야, 신소재 개발, 게놈지도 제작과 같은 바이오 분야 등에 사용될 것으로 기대된다”며 “특히 약을 초과포화 상태로 만들어 체내 흡수를 훨씬 빠르게 해 제약 분야에서도 활용도 가능하다”고 밝혔다.

이번 연구 성과는 지난 달 24일 미국 국립과학원회보(PNAS)에 실렸다. 최소망 기자 somangchoi@