▲ 노벨상 메달(출처: 엔하위키 미러. http://mirror.enha.kr/wiki)
매년 노벨재단은 인류의 복지에 공헌한 사람이나 단체를 선발해 시상하고 있습니다. 시상 부문은 평화와 문학, 물리학, 화학, 생리·의학, 경제학 등이지요. 우리나라는 지난 2000년 김대중 대통령이 첫 노벨상(평화상)을 받은 이후 다음 수상자에 대한 기대감이 한층 높아졌는데요.
올해는 우리나라 화학자도 후보 명단에 올려 큰 관심을 받았습니다. 아쉽게도 우리나라의 노벨 화학상 수상은 다음을 기약하게 됐지만 수상자 후보로 노미네이트 된 것만으로도 우리나라의 화학과학분야가 크게 성장했다는 것을 실감할 수 있었답니다.
▲ 2014 노벨화학상 수상자들(출처: 위키피디아 http://ko.wikipedia.org/wiki)
지난 8일에 2014년 노벨화학상 수상자가 발표됐습니다. 노벨위원회는 “광학현미경의 한계를 넘어 초고분해능 형광 현미경 기술을 개발한 미국인 과학자 2명과 독일 과학자 1명에게 노벨 화학상의 영광이 돌아갔다”고 전했습니다.
광학현미경의 한계를 넘은 생체 세포와 단백질 등 ‘나노미터(㎚=10억분의 1m)’까지 관찰할 수 있는 길을 연 과학자는 미국 하워드휴즈의학연구소 '에릭 베치그 박사'와 스탠퍼드대 '윌리엄 머너 교수', 독일 막스플랑크 생물물리화학연구소 '슈테판 헬 박사'입니다. 세 명의 화학상 수상자는 무려 110만 달러의 상금이 주어지며, 오는 12월 10일 스웨덴 스톡홀름에서 열리는 노벨상 시상식에 참석하게 됩니다.
▲ 현미경(출처: 위키피디아 http://ko.wikipedia.org/wiki)
나노 단위까지 볼 수 있는 현미경이 왜 세계 역사에 길이 남을 중요한 발명이냐고요? 먼저 나노 형광 현미경은 과학계에서도 100년 이상 당연하게 여겨왔던 광학현미경의 한계를 극복했다는 평가를 받고 있답니다. 광학현미경은 가시광선을 이용합니다.
따라서 빛 파장의 1/2보다 높은 분해능을 가질 수 없다는 한계를 가지고 있었는데요. 광학현미경으로는 단일분자 단위 크기의 실험체를 조사하기란 매우 어려운 일이었습니다. 물론 극저온 환경에서 일부 관찰이 가능한데 그것마저도 정지 영상처럼 보인답니다.
형광분자를 이용한 초고해상도 현미경은 2개의 레이저빔을 이용해 하나는 형광분자가 빛나게 유도하고, 다른 레이저빔으로는 형광을 제거해 광학현미경을 뛰어넘는 고해상도를 얻을 수 있도록 고안됐습니다. 도넛 모양으로 레이저 테두리를 만드는 방식으로 구멍의 크기를 작게 만들어 미세한 관찰을 가능하게 한 것입니다.
이러한 원리에서 만들어진 초고해상도 형광 현미경은 상온에서도 살아 있는 세포 활동을 직접 관찰할 수 있답니다. 나노단위를 볼 수 있는 현미경의 등장으로 뇌 신경세포 사이에 연결부위인 시냅스의 형성이나 파킨슨병과 알츠하이머병에서의 단백질 응집, 수정란이 배아로 발달하는 모든 단계에서 단백질의 변화도 관찰할 수 있게 됐습니다.
▲ 3D 소프트웨어로 구현된, 회전하는 탄소 나노튜브의 애니메이션
(출처:위키피디아(http://ko.wikipedia.org/wiki/)
노벨위원회는 “기존 광학 현미경으로 볼 수 없었던 나노미터 세계를 볼 수 있는 길을 열었다”며 선정 이유를 밝혔는데요. 우리가 볼 수도 만질 수도 없었던 작디 작은 나노의 세계를 관찰할 수 있게 되면서 나노기술을 우리 실생활에 더욱 활발하게 응용할 수 있는 길이 생긴 것이죠. 대표적으로 ‘의료산업’과 ‘소재산업’의 신세계를 가져올 것으로 기대 받고 있습니다.
나노 단위의 로봇이 존재한다면?
‘신기한 마법 스쿨버스’라는 만화 기억나시나요? 버스가 나노 단위만큼 작아져서 사람의 신체 곳곳을 돌아다니는 교육 만화였는데요. 나노과학이 발전한다면, 만화 같은 상상이 현실이 됩니다. 스마트 약이라고 불리는 나노캡슐이 발명되면, 우리의 혈관 안을 돌면서 특정 바이러스를 퇴치시킬 수 있다는데요. 이러한 나노로봇이 발전하면 인체의 신비를 풀 수 있는 실마리는 물론 건강상태를 실시간 체크할 수 있으며, 불치의 병으로 여겼던 에이즈나 에볼라와 같은 병들도 쉽게 치료할 수 있는 길이 열리게 됩니다.
▲ 탄소나노튜브 다발(출처:위키피디아 http://ko.wikipedia.org/wiki/)
세상에서 가장 강한 물질! 탄소나노튜브
탄소나노튜브에 대한 이야기는 한화케미칼 블로그 화학 이야기에서도 다룬 소재 중 하나인데요. 나노단위의 탄소 분자배열을 변경하여 매우 단단하고 견고한 물질을 만들어 낸 것이 바로 탄소나노튜브입니다. 탄소나노튜브로는 지상에서 대기권 밖까지를 이어주는 엘리베이터를 만들 수 있을 정도로 튼튼하다고 하네요. 항공과 교통, 통신 분야에서 활용범위가 매우 넓은 신소재라고 할 수 있습니다.
▲ 이미지 출처: 한화케미칼 홈페이지 (http://hcc.hanwha.co.kr/business/namo_cnt.jsp)
탄소나노튜브는 한화케미칼에서도 생산하고 있답니다!
한화케미칼은 우수한 전도체이자 경량의 친환경 소재인 탄소나노튜브에 대해 오래 전부터 관심을 갖고 연구하며 생산하고 있는데요. 수직계열화와 응용 분야별 맞춤형 상품, 그래핀 소재와의 시너지 등 한화케미칼만의 3가지 강점으로 미래 나노 신소재 분야를 선도해나갈 준비를 하고 있답니다.
가장 첫 번째 강점은 수직계열화를 이룩해 사업 가치를 더욱 극대화한 것을 꼽을 수 있습니다. 탄소나노튜브의 핵심 제조 기술을 확보하고 응용제품을 직접 개발함으로서 원료와 제품 등 이 분야에 대한 제품 수직 계열화를 구축해 나가고 있답니다. 그 밖에도 탄소나노튜브의 응용분야를 한층 넓히고자 그래핀 사업에 진출했습니다. 특히 그래핀은 탄소나노튜브와 비슷하지만 서로 다른 구조를 가지고 있는데요. 따라서 이 두 가지 물질을 융합한 응용물질에 대한 기대도 높아지고 있답니다. 향후 연구 개발을 진행해 두 소재의 상호보완적 활용 방안을 찾아 산업의 시너지 효과를 더욱 높이겠다는 계획인데, 어떤 놀라운 소재가 우리 삶에 나타나게 될지 기대가 큽니다.
나노 ‘현미경’의 발명으로 나노 세계에 진입하게 되면서 우리 인류의 삶이 엄청 크게 뒤바뀔 수 있다는 가능성을 체감하게 되는데요. 세상은 빨리 돌아가고 있고 사람들은 그대의 머리 위로 뛰어 다니고 있다는 서태지와 아이들 1집 ‘환상 속의 그대’라는 노래 구절이 떠오릅니다. 앞으로 화학이 이루어낸 세상은 얼마나 더 빠르게 우리의 상상을 뛰어 넘고 있을까요?