나노기술 및 정책 정보

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▶ 과학기술진흥기구(JST) 연구개발전략센터(CRDS), (부감 워크샵 보고서) 나노·기술재료분야 구분별분과회 ‘나노·기술재료 연구가 실현하는 신흥감염증대책 능력의 지속적 강화 –포스트 코로나 시대-’ 게재

□ 개요

과학기술진흥기구(JST) 연구개발전략센터(CRDS)가 2020년 7월 12일, 18일에 개최된 부감 워크숍에서 발표된 나노기술·재료분야 구분별 분과회의 ‘나노기술·재료 연구가 실현하는 신흥 감염증 대책 능력의 지속적인 강화 –포스트 코로나 시대-’에 관한 보고서를 게재함.

신종 코로나 바이러스 감염(COVID-19)의 세계적 유행으로 인해, 긴급 감염증 대책과 포스트 코로나 사회의 견고성을 위한 검토·대처가 다양한 분야에서 진행되고 있으며, 포스트 코로나 시대를 염두, 신흥 감염증 대책 능력을 지속적으로 강화하는 데 기여하기 위해, 나노기술·재료 분야에서연구 개발 동향을 부감·검토할 목적으로 본 워크숍을 기획함.

공헌이 기대되는 나노기술·재료 관련하여 CRDS가 실시한 예비적 검토를 바탕으로 3가지 테마를 설정하고 각 분야의 전문가들이 논의를 진행함.

○ (테마 Ⅰ) 미래의 의료 기반 기술을 창조하는 나노기술·재료

: 미래의 의료로 이어질 것으로 기대되는 나노재료와 나노·마이크로 디바이스를 활용한 새로운 기술, 이들을 신형 코로나 바이러스 감염증 대책에 적용

- mRNA 백신은 생리 환경 하에서의 mRNA의 불안정성, 과도한 면역 반응 야기 등의 문제점이 있지만, 고분자 미셀형 나노 머신을 이용하면 mRNA를 안정화하여 송달할 수 있음

- ‘인텔리전트 혈소판 응집채 분류법(iPAC)’에 의해 혈액 중의 혈소판 응집 덩어리를 분류·분석하여, 혈소판 응집 덩어리를 아테롬(atherom) 혈전증의 바이오 마커로 사용할 수 있음

- (highZ)금속(Au, Gd 등)을 내포하는 나노입자를 암세포에 포함시켜 단색 X선을 조사할 때 발생하는 오제(auger) 전자 의해 국소적으로 암 세포를 사멸시킬 수 있음. 나노입자로 신형 코로나 바이러스를 타겟팅 하면 바이러스 불활화에 적용할 수 있음

○ (테마 Ⅱ) 진단·바이러스 검출·감염 예방을 혁신하는 나노기술·재료

: 바이러스의 고감도 신속 검출 및 진단을 가능하게 하는 디바이스와 물질·재료 및 빛을 활용한 바이러스 백신 및 관련 기술을 대상으로하는 2가지 테마에 관한 내용을 제공

<바이러스 검출 및 진단 디바이스>

- ‘광고정화법’은 모든 단백질을 칩에 고정화 할 수 있음. 이 방법으로 만든 마이크로 어레이 칩을 통해 다항목·in situ 항체 검사가 가능하며, 신종 코로나 바이러스 항체 검사에도 적용 가능

- 바이오 직교형 진화 분자 공학 기술을 이용하여 정확한 표적 지향성 분자를 만들 수 있음. 항체를 대신하여 항원을 검출, 형광을 발하는 항원 검사용 분자 인식 프로브 작성이 가능해짐

- 당쇄로 수식된 그래핀 FET를 검출 장치에 이용함으로써 조류 독감 바이러스가 인간에게 감염 가능성이 있는지 여부를 판별 할 수 있게 됨

- 인공 세포 반응기(펨토 리터 리액터) 안에 효소, 항원·항체를 넣으면, 1분자 수준에서 반응을 볼 수 있어 초고감도 분석이 실현 가능해짐. 본 기술을 기반으로 Digital ELISA법을 기술 이전 받은 기업이 신종 코로나 바이러스 신속 진단 시스템을 개발 중

<물질 및 빛을 활용한 바이러스 대책 관련 기술>

- 액정 분자의 자기조직화를 이용하여 결함 없이 크기를 정밀하게 제어한 구멍을 갖는 나노 구조막을 형성할 수 있음. 수중의 바이러스를 제거하는 분리막으로 사용할 수 있으며, 크기 25nm의 Q β 바이러스의 경우 제거율 99.9999%로 제거할 수 있음

- 하수구로부터 신종 코로나 바이러스를 감지하고 향후 유행을 예측하는 시도가 세계적으로 이루어지고 있음. 검사 모니터링 방법은 아직 검토 중이며, 샘플 채취 및 농축 등에 이바지하는 재료들이 검토되고 있음

- 빛에 의한 항바이러스 효과는 주로 파장이 짧은 UV-C에 의해 RNA와 단백질이 변성되어 바이러스가 불활화하기 때문에 생김. 광촉매를 사용하면 UV-C보다 긴 파장의 빛으로도 산화 환원 반응으로 바이러스 불활화가 가능. 나노재료의 성질(포토닉스, 플라즈모닉스)을 이용하여 빛을 국소적으로 모아 빛의 효과를 높일 가능성도 있음

○ (테마 Ⅲ) 미래 의료를 위한 최첨단 과학기술의 전개

: 양자 기술, 시뮬레이션, AI, 로봇 등 미래의 의료에 활용될 것으로 기대되는 최첨단 과학기술의 전개

- 나노포어 기술은 인플루엔자 바이러스 아(亜)형까지 식별하고, 마이크로포어 기술은 100nm~10μm의 다양한 크기의 바이오 에어로졸을 검색할 수 있음. 기계 학습과 결합하면 식별 능력이 향상됨

- 나노 다이아몬드 NV 센터에 의한 양자 센서와 슈퍼 편광 극을 이용한 초고감도 MRI 등 양자 기술에 의한 생체 계측 기술의 의학·신약 개발 연구로의 응용이 기대

- ‘후가쿠(富岳)’를 신형 코로나 감염 치료제 탐색에 적용, 약 2100개의 기존 의약품이 신형 코로나 바이러스의 증식·감염과 관련된 단백질에 결합하는지를 분자 시뮬레이션 프로그램을 통해 최초로 확인함. 신규 의약품 개발의 고효율화, 스피드 업을 위해서는, AI가 스스로 분자 디자인을 시행하는 신약 AI 및 시뮬레이션 기술을 결합시키는 것이 중요

- 원격 의료, 원격 조작을 실현하는 로봇에 대한 기대가 높아지고 있음. 수술 로봇의 안전 조작에는 시각 정보 이외에 역각의 제시가 효과적임. 또한, 인간 협조형 자율 제어를 통해 데이터 디스크를 일부 자동화·효율화하는 것이 가능하게 됨. 향후, 체내에서 움직이는 로봇,