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나노기술
나노기술(nanotechnology 또는 nanotech)은 10억분의 1미터인 나노미터 크기의 물질을 조작하는 기술이다. 원자, 분자 및 초분자 물질을 합성하고, 조립, 제어하며 혹은 그 성질을 측정, 규명하는 기술을 말한다. 대부분 일반화된 나노기술의 정의는 '국가나노기술개발전략 (NNI: National Nanotechnology Initiative)'이 적어도 1~100 나노미터의 크기를 가진 물질을 다루는 기술이라 정의했으며 일반적으로는 크기가 1 내지 100나노미터 범위인 재료나 대상에 대한 기술이 나노기술로 분류한다.
나노 기술은 표면 과학(Surface Science), 유기 화학(Organic Chemistry), 분자 생물학(Molecular Biology), 반도체 물리학(Semiconductor Physics), 미세 제조(Microfabrication) 등의 다양한 과학 분야에 포함되어 이용 범위가 매우 넓다. 나노 기술은 의학, 전자 공학, 생체재료학, 에너지 생산 및 소비자 제품처럼 광대한 적용 범위를 가진 새로운 물질과 기계를 만들 수 있지만 한편으로 많은 문제를 야기할 수도 있다고 한다. 따라서 이러한 불안감은 나노기술의 특별한 규제가 정당화되는지 여부에 대한 권리 옹호 단체와 정부 간의 논의로 이어지고 있다.
목차
개요
나노기술은 10억분의 1 수준의 정밀도를 요구하는 극미세가공 과학기술을 말하는데, 기존의 재료 분야들을 횡적으로 연결함으로써 새로운 기술영역을 구축하고, 기존의 학문분야와 인적자원 사이의 시너지 효과를 유도하며 최소화와 성능향상에 기여하는 바가 크다.
나노는 난쟁이를 뜻하는 그리스어 나노스(nanos)에서 유래하였다. 1나노초(㎱)는 10억 분의 1초를 뜻한다. 1나노미터(nm)는 10억 분의 1m로서 사람 머리카락 굵기의 10만 분의 1, 대략 원자 3~4개의 크기에 해당한다.
나노기술은 100만 분의 1을 뜻하는 마이크로를 넘어서는 미세한 기술로서 1981년 스위스 IBM연구소에서 원자와 원자의 결합상태를 볼 수 있는 주사형 터널링 현미경(STM)을 개발하면서부터 본격적으로 등장하였다. 미국·일본 등의 선진국에서는 1990년대부터 국가적 연구과제로 삼아 연구해 오고 있다.
나노기술의 특징은 물리·재료·전자 등 기존의 재료 분야들을 횡적으로 연결함으로써 새로운 기술영역을 구축하고, 기존의 인적 자원과 학문 분야 사이의 시너지 효과를 유도하며, 크기와 소비 에너지 등을 최소화하면서도 최고의 성능을 구현할 수 있으므로 고도의 경제성을 실현할 수 있다는 점 등이다.
지금까지 알 수 없었던 극미세 세계에 대한 탐구를 가능하게 하고, DNA구조를 이용한 동식물의 복제나 강철섬유 등 새로운 물질제조를 가능하게 한다. 전자공학 분야에서는 나노미터의 정밀도가 요망되며, 이것이 실현된다면 대규모 집적회로(LSI) 등의 제조기술은 비약적으로 향상될 것이다.
한국에서는 2002년 나노기술개발촉진법을 제정하여 국가적으로 나노기술의 육성 및 발전을 꾀하고 있다. 법률적으로 나노기술은 나노미터 크기의 범주에서 조작·분석하고 이를 제어함으로써 새롭거나 개선된 물리적·화학적·생물학적 특성을 나타내는 소재·소자 또는 시스템을 만들어 내는 과학기술로 정의된다.
역사
리처드 파인만은 1959년 12월 29일, There is plenty of room at the bottom 이라는 강연을 통해 개개의 원자를 조작하고 미세한 소자에 전 세계의 정보를 저장하는 시대를 예견하여 최초로 나노 기술을 천명하였다. 그 후 1987년 나노과학의 아버지 에릭 드렉슬러(Eric Drexler)가 처음으로 나노 조작 기술 및 나노 로봇을 직접적으로 언급하며 실제 제조 기술에 나노 기술이 활용되어 다양한 기능 제품들이 등장할 것이라고 주장했다. 그러나 에릭이 당시 이유 없이 허무맹랑한 추측을 했던 것은 아니고, 6년 전인 1981년에 주사 터널링 현미경(STM)이 발명되어 원자의 제어와 인위적인 나노 구조물 조작하는 나노 기술의 역사에 있어서 빼놓을 수 없는 획기적인 전환점이 생겼기 때문에 가능했던 얘기다.
이때까지만 해도 나노 기술은 단순히 앞으로 이런 기술이 등장할 것이라는 예견에 불과했으나, 이미 1960년대부터 기반 물질의 기계적인 연결에 대한 구상이 시도되어왔고, 1980년대초 나노 기술의 기반이라고 할수 있는 기계적으로 맞물린 분자 구조(MIMA)의 합성이 이루어졌고, 1996년 처음으로 미국 정부에서 나노 기술 육성을 논의한 후 1998년 마침내 국가과학기술위원회(NSTC)가 창설됨에 따라 급속도로 나노 기술은 진전하기 시작했다. 미국의 클린턴 정부는 국가나노기술개발계획(NNI)을 발표하여 나노 기술의 구체적인 목표를 제시했으며 한국도 2001년 국가나노기술종합발전계획을 수립하여 다양한 나노 기술 창출, 나노 제품 시장 선점, 나노 기술을 통한 에너지 및 환경 문제 해소를 목표로 하고 있다.
특성
광학적
나노 영역에서는 크기에 따라 색깔이 변한다. 예를 들어 금(Au)은 일반적으로는 황금색을 띠지만 10-200 nm 사이의 크기에서는 구형일 경우 적색 계열의 색을 띠며, 모양과 구조에 따라 청색이나 녹색 등의 다양한 색을 띠게 된다.
화학적
모든 물질은 큰 덩어리에서 작은 덩어리로 쪼개짐에 따라 물질 전체의 표면적이 급격히 커지게 되며 이로 인해 나노물질은 독특한 특성을 갖게 된다. 예를 들어 이산화티타늄(TiO2)은 TiO2 입자 크기가 20nm 이하라 할 때 형광등이나 백열등에서 발생되는 약한 자외선을 받으면 살균력, 자가세척력, 김서림 방지 효과를 갖기 때문에 다양하게 사용된다.
물리적
다결정질 재료의 입자는 각 입자마다 기본적인 배열은 같으나 방향이 다르고 입자와 입자 사이에 존재하는 단위 면적당 입계가 많을수록 강한 물리적 성질을 띠게 되는 경향이 있다. 그러나 나노물질 입자의 경우 일반적인 경향과는 달리 특정 결정립 크기영역에서 강도가 급격히 증가하는 현상을 보인 결과들이 있어 작을수록 강하다는 일반 상식이 통하지는 않는 것으로 보인다. 다만, 다른 복합체와 섞었을 경우 물리적 강도가 증가하는 것으로 볼 때 나노입자가 물리적 성질이 우수하다고 보고 있다.
전자적
전자적인 성질을 띠는 반도체, 자성금속, 나노입자들은 크기가 작아지면서 일반적으로 10~100nm 정도에서 자기적인 성질이 최대가 되는 것으로 알려져 있다. 자기적인 성질이 극대화됨과 동시에 크기가 매우 작고 균일한 크기의 구 형태 자성금속 나노입자를 합성하여 이들의 규칙적인 배열을 통해 이 입자 하나하나를 각각 한 개의 비트로 사용할 수 있다고도 알려져 있는데 이런 자성 입자는 크기가 수 nm로 주로 코발트나 코발트와 백금의 합금형태로 이루어진다.
나노 계측 기술
나노 계측 기술 (Scanning Probe Technology)은 나노기술의 기반이 되는 핵심기술로 나노미터 수준의 물성, 구조 및 성분을 계측하고 분석해내는 기술이라고 할 수 있다. 나노 계측 기술은 최근 SPM기술을 중심으로 입사원의 종류에 따라 X-선 기술 전자/이온빔 기술 적외선, 자외선, 가시광선 기술로 구분할 수 있다. 나노계측 기술은 그 기술의 범위가 실로 방대하기 때문에 이를 총 망라하여 검색 분류 분석하는 것은 현실적으로 어려운 일이다. 따라서 본 분석에서는 분석대상 기술을 나노 계측 기술의 대표주자라고 할 수 있는 SPM기술을 중심으로 현재 한국이 다른 국가에 비해 강점을 보이고 있는 반도체 산업과 관련하여 여러 가지 박막들의 표면형상, 구조, 물리적 화학적 특성 등을 계측 분석해 내는 박막분석용 계측 기술 중 현재 많이 사용되고 있거나 미래에 그 수요가 증가될 것으로 예상되는 몇몇 나노 계측 기술에 국한하였다. 또한 나노기술이 발전됨에 따라 여러 가지 분야 즉 화학,물리,생물,지리 등등에 많이 이용될 예정이다
나노 세계의 세 가지 접근 방법
- 상부하향식 방법
큰 것을 깎아 만들어가는 방법으로 공구 등의 기술 발전을 통해 발전해나갔다. 현미경을 통한 미생물의 관찰, 박테리아의 발견, 마이크로미터 센서 등을 예로 들 수 있다.
- 하부상향식 방법
특정한 분자 간의 상호 작용을 이용하여 분자들이 원하는 형태로 자체적으로 조립되도록 하는 방법이다. 하부 상향식 방법 중에서는 특히 용액 및 증기상 합성법이 많이 사용되고 있는데, 이는 용액 내에서 미세 결정 생성시 계면 활성 분자와 같은 안정화제를 첨가해 결정의 생성을 제어하는 방법이다. 또한 증기상 합성법은 순물질을 기화시켜 증착시키거나, 화합물을 미세 결정으로 증착시킨다. 이러한 화학적 방법을 통해 특정 배향을 갖는 단분자층을 다른 물질로 바꾸어 가며 쌓을 수 있어 다양한 성질을 가진 나노 소재를 만들 수 있다.
- 생체 모방적 접근방법
생체공학 및 biomimicry(생물체의 특성, 구조, 및 원리를 산업 전반에 적용시키는 것)는 연구 및 엔지니어링 시스템과 현대 기술의 설계에 자연계에서 발견되는 생물학적 방법 및 시스템을 적용하는 것을 목표로 하고 있다. 생광물화(Biomineralization)-유기체에 있는 무기물의 형성-가 연구 시스템의 일례다.
응용분야
전자, 통신
- 낮은 전력소모, 적은 생산 비용으로 백만 배 이상의 성능을 갖는 나노 구조의 마이크로프로세서 소자
- 10배 이상의 대역폭과 높은 전달속도를 갖는 통신 시스템
- 현재보다 용량은 크고 크기는 작은 대용량 정보저장장치(초고집적 반도체 소자)
- 대용량 정보를 수집 처리하는 집적화된 나노 센서 시스템
- 정보저장, 메모리 반도체, 포켓사이즈 슈퍼로봇
- 더 빠르고 더 작고 더 얇고 더 가벼운 스마트 인터페이스
- 전계 방출 디스플레이(FED)에 응용
재료
- 기계가공하지 않고 정확한 모양을 갖는 나노 구조 금속 및 세라믹
- 원자단위에서 설계된 고강도의 소재, 고성능의 촉매
- 뛰어난 색감을 갖는 나노 입자를 이용한 인쇄
- 나노 크기를 측정할 수 있는 새로운 표준
- 절삭공구나 전기적, 화학적, 구조적 나노코팅
- 나노입자인 이산화 티타늄으로 코팅한 화장실 : 더러움이나 박테리아에 저항성을 갖게된다.
- 나노입자로 이루어진 화장품 : 피부에 쉽게 흡수되어 성분을 몸 속에 쉽게 운반한다.
의료
- 진단학과 치료학의 혁명을 가능케 하는 빠르고 효과적인 염기서열 분석
- 원격진료 및 생체이식소자를 이용한 효과적이고 저렴한 보건치료
- 나노 구조물을 통한 새로운 약물전달 시스템(표적 지향성 약물 운반 시스템) : 암세포만을 표적으로 하는 치료방법이다.
- 암 조직의 나노 스케일의 구멍을 통해 100 나노미터 이하의 운반체를 이용하여 항암제를 운반하는 방법
- 내구성 및 생체 친화력 있는 인공기관
- 인체의 질병을 진단, 예방할 수 있는 나노센싱 시스템
- 항원,항체가 결합하는 반응을 이용하는 방법 : 운반체로서 나노물질인 풀러렌 이용
- 암세포와 바이러스 등을 분쇄하거나 손상된 세포를 복구할 수 있는 나노로봇
- 나노로 만든 주사기의 주사바늘 : 통점과 통점사이로 주사하여 통증이 없다.
생명공학
- 하이브리드 시스템의 합성피부, 유전자 분석/조작
- 분자공학으로 제작된 생화학적으로 분해 가능한 화학물질
- 동식물의 유전자 개선
- 동물에게 유전자와 약물제공
- 나노 배열을 기반으로 한 분석기술을 이용한 DNA 분석
환경, 에너지
- 새로운 배터리, 청정연료의 광합성, 양자태양전지, 염료 감응 태양 전지
- 나노미터 크기의 다공질 촉매제
- 극미세 오염물질을 제거할 수 있는 다공질 물질
- 자동차산업에서 금속을 대체할 나노 입자 강화 폴리머
- 무기물질, 폴리머의 나노 입자를 이용한 내마모성, 친환경성 타이어
- 나노 센서를 이용한 쓰레기 소각로의 배기가스 검사 및 공장 폐수 수질 검사, 식품 품질 검사
- 산소를 이용한 오염 물질 분해에 이용하는 전기 분해 촉매
- 탄소 나노튜브를 활용한 수질 환경 정화 시스템
국방
- 무기체계의 변화(소형화, 고속, 장거리 이동능력 향상)
- 무인 원격무기(무인 잠수함, 무인 전투기, 원격센서시스템)
- 은폐(Stealth) 무기
항공우주
- 저전력, 항방사능을 갖는 고성능 컴퓨터
- 마이크로 우주선을 위한 나노기기
- 나노 구조 센서, 나노 전자공학을 이용한 항공 전자공학
- 내열, 내마모성을 갖는 나노 코팅
문제점
- 나노입자의 독성
한 때 기적의 광물로 불렸던 석면이 폐에 흡입이 되면 폐암 및 각종 질병을 유발하는 것으로 알려지면서 최근에 크게 문제가 되고 있는 것과 같이 훨씬 더 작은 나노 입자가 인간에게 무해하다고 확신할 수 없다.
- 나노물질, 인체로의 침투
나노입자도 호흡이나 피부를 통해 체내로 유입이 가능하며 세포막을 자유자재로 투과할 수 있다. 따라서 폐나 심장 등 여러 기관에 영향을 미칠 수 있고 심지어 뇌까지 침투가 가능하며 태아에게까지 전달될 수 있다. 더 나아가 DNA까지 파괴될 수 있는 위험성이 제기되고 있다.
- 나노 입자의 환경오염 가능성
미국 환경보호처(EPA)는 삼성전자의 은 나노 세탁기에 대해 안전성을 입증할 증거를 제시하라고 요구하고 있고 '은 나노 입자로 살균이 가능하다면 제초제나 살충제와 같은 효과를 내는 것이 아니냐?' 하는 의문을 제기한다. 하지만 삼성은 그에 대해 이미 안전성을 입증한 바다. 미국 환경보호처가 제기한 의문처럼 나노입자는 공중보건과 수자원에 해를 끼칠 수 있으며 인체를 비롯해 자연환경 속에 존재하는 모든 생명체에 영향을 미칠 수 있는 가능성이 존재한다. 그들은 정밀하게 정제된 입자들인 만큼 안정적으로 오랫동안 자연계에 존재할 수 있으며 생물농축도 가능하다.
나노공학과 생명공학의 융합
나노 단위에서 생명공학 기술을 접합시켜 현재의 생명공학 기술에서 한 단계 더 진일보한 형태의 기술 분야로 생명체를 구성하는 바이오 물질을 나노미터 크기의 수준에서 조작, 분석하고 이를 제어할 수 있는 과학과 기술을 지칭한다. 이를 통해 현재 의학의 한계를 극복하고 질병을 새로운 방법으로 규명, 진단, 치료, 예방이 가능해 질 것으로 전망된다.
- 1) 조영제 개선
첫째는 조영제 개선으로, 조영제는 자기공명영상(MRI) 촬영이나 컴퓨터단층(CT) 촬영과 같은 방사선 검사 때에 조직이나 혈관을 잘 볼 수 있도록 각 조직의 X선 흡수 차이를 인위적으로 크게 함으로써 영상의 대조도를 크게 해주는 약품이다. 그 중 하나는 ‘자기 꼬리표’이다. 자성을 나타내는 나노 입자에 항체를 붙여서 체내의 항원이 흩어져 있는 곳에 도달하면 항원과 항체가 서로 결합하여 자성 입자가 머물게 된다. 항체에 붙은 자성입자는 자성을 통해서 항원을 꽉 붙잡게 되고, 그곳에 자장을 걸면 자성 입자는 한 방향으로 나열하게 되며, 그곳에는 자석이 있는 것과 같으므로 항원이 있는 장소를 정확히 찾을 수 있다. 이 때 자성 입자를 태그(tag)라 불리며 바로 자석의 존재로 꼬리표를 달아 장소를 정확히 알아내는 것이다.
둘째는 '주자성 세균'이다. 자기장을 따라 원하는 목적지를 향해 위아래로 움직일 수 있다. 체내에 지름이 35~120nm에 20여개의 자기 결정으로 만들어진 사슬을 지니고 있기 때문에 결정들이 함께 모여 소형의 나침반 역할을 한다.
셋째는 '암 치료법'이다. 기존의 약물은 표적세포뿐만 아니라 정상세포에도 작용하여 약효가 제대로 발현되지 못하거나 정상세포의 부작용을 유발하는데, 마그네틱태그 기술의 응용을 통해서 나노 입자의 약물을 효과적으로 표적세포로 이동시키는 기술의 실현이 가능해졌다. 이를 통해 약물의 효능과 효과를 극대화 하고 부작용을 최소화할 수 있다. 이는 암 치료에도 응용될 수 있다. 자성 나노 입자를 암 세포에서 주로 나타나는 단백질을 표적으로 삼아 찾아가게 만들어 놓고 체내 투입한 뒤, 암 부위에 자석을 갖다 대면 그쪽으로 자성 나노 입자들이 집중적으로 몰리게 된다. 이어 암세포들은 스스로 자살하라는 신호를 세포에 전달하면서 암세포들은 스스로 자살 신호를 만들어 죽게 된다.
- 2) 양자점
양자역학을 따르는 독특한 광학특성을 갖는 나노 스케일의 반도체 결정이다. 나노 크기의 반도체 입자가 중심을 이루고 있다. 양자점은 통상 2～10nm의 직경을 가지며 약 50개 정도의 원자로 구성된다. 양자점의 크기를 조절하여 다양한 색의 발현이 가능하다. 입자가 작으면 짧은 파란색의 빛을 내고 입자가 클수록 붉은 빛을 내는데, 가시광선 영역 파장의 모든 색을 발현할 수 있다.
- 3) 나노 바코드
‘나노 DNA 바코드 기술’은 신분 확인이나 질병 유무 등의 판별이 가능하고 원산지 표시, 질병확산을 방어할 수 있다. 인코딩으로 인공 합성된 DNA 염기서열 속에 원하는 정보를 입력할 수 있으며, 유기복합체(유기-무기 하이브리드) 만들기로 산화실리콜, 수산화마그네슘류의 무기물인 나노격자 안에 DNA를 삽입(캡슐화)하는 유기-무기 복합체를 만든다. 인크립팅으로 유⋅무기 복합체를 원하는 곳에 넣어준다. 상품의 경우 수만 개를 뿌려 외부 자극에 노출되어도 한 두 개로 판별이 가능하다. 끝으로 디코딩할 수 있다. 이러한 양자점의 문제점을 극복하고 개선하면, 이 나노 입자는 암 추적이나 생체 내 분자대사에 대한 연구에 유용하게 쓰일 것으로 기대된다.
- 4) 금 나노 입자
나노입자의 성장(팔면체)과 부식(구형)을 여러 번 반복함에 따라 다양한 크기의 입자를 만들 수 있다. 완벽한 구형의 금 나노 입자는 DNA센서, 광결정, 투명망토 등 첨단 광학기술 분야 핵심소재로 응용될 수 있다. 또한 금 입자의 파노공명은 외부환경에 민감해 입자의 주위 환경에 약간의 변화만 있어도 영향을 받기 때문에, 개발된 금 나노 입자는 고감도 센서의 주요 소재로 활용 가능하다. 이를 이용한 의료용 검출 소자 개발, 새로운 의료용 센서개발 연구에 활용되고 있다.
- 5) 나노로봇
첫째는 미래에는 질병을 고치는 나노로봇이 현실화될 수 있다. 에릭 드렉슬러(Dr. Eric Drexler)는 ‘세포수복 기계’로 치료할 수 없는 질병은 거의 없을지도 모른다고 말한 바 있다. 또한 몸의 모든 세포와 조직은 젊었을 때의 상태로 복구해 놓을 수도 있다고 한다. 따라서 세포의 수복 기계는 인간의 숙명인 노화를 방비할 뿐만 아니라 생명을 연장할 수 있다. 그러나 모든 사람이 장수한다고 해서 반드시 행복한 사회가 될 것인지는 아무도 모른다. 또 드렉슬러가 상상한 의학용 나노기계는 잠수함처럼 생긴 면역기계이다. 이 나노로봇은 면역세포처럼 혈류를 따라 순회하면서 침입자를 격멸하기 때문에 ‘면역기계’라고도 부른다. 면역기계의 내부에는 침입자의 모양을 식별하는 나노센서와 함께 침입자를 파괴하도록 되어 있는 나노컴퓨터가 들어 있다. 혈류를 통해 항해하는 면역기계는 센서로부터 정보를 받으면 컴퓨터에 저장된 침임자의 자료와 비교한 다음에 새로운 물질로 판단되는 즉시 이를 격멸한다. 드렉슬러는 "순찰하는 백혈구에게 잡아먹히지 않으려고 면역기계는 비슷한 제복을 입은 동료 경찰처럼, 신체가 이미 알고 있으며 신뢰하고 있는 분자인 양 겉 모습을 위장 할 수 있다"고 덧붙인다. 드렉슬러가 꿈꾸는 의학용 나노로봇, 큰 면역기계가 개발되면 신체 전반에 걸쳐 침입자를 공격하고 완전히 제거할 수 있을 것이다. 나노의학이 인류를 모든 질병으로부터 벗어나게 할 수 있을지 지켜볼 일이다.
둘째는 뇌안에서 활동하는 나노로봇이다. 로버트 프라이타스는 놀라운 산화 능력을 가진 인공호흡세포를 만들게 되면, 이 나노로봇으로 하여금 이산화탄소까지 제거하게 할 수 있으므로 허파를 대체할 수 있다고 상상했다. 또한 프라이타스는 혈구 나노로봇에 이어 혈관계 자체를 대체하는 개념도 내놓았다. 나노로봇을 혈액에 집어넣었다가 다시 꺼내는 기술이 완성되면 혈구로봇을 쉽게 교체할 수 있다. 이 인공 혈관계는 영양분과 산도를 운반하여 혈관계 역할을 수행한다. 프라이타스는 이처럼 폐가 인공적으로 흐를 수 있다면 막대한 압력으로 피를 내뿜는 펌프인 심장이 필요 없게 될 것이라고 주장한다. 심장은 고장이 자주 나서 생명을 좌우하는 기관인데, 심장을 아예 없애게 된다면 심장으로 인한 갖가지 질환에 시달릴 필요가 없게 될 뿐만 아니라 수명이 단축될 걱정을 하지 않아도 될 것 같아 보인다.
셋째는 신경계를 누비는 나노로봇이 현실화될 수 있다. 나노로봇이 혈뇌 장벽을 뚫고 지나가려면 나노로봇의 지름은 20나노미터 미만이어야 하기에 뇌를 스캔하는 기능을 제대로 수행하기가 쉽지 않지만 가능성은 있다고 본다. 뇌만을 스캔하는 나노로봇들은 서로 정보를 교환하고 신경계세포의 연력상태를 변경시킬 수 있으므로 뇌의 기능을 보강하여 감각 능력이나 기억 능력을 향상시켜 줄 것이다. 나노로봇으로 분자 수준에서 우리의 몸뿐만 아니라 마음까지 재설계하고 재구성하게 되는 셈이다.
나노기술의 미래
나노기술의 미래를 논의한 일부 저자들은 나노기술의 증대, 진화, 그리고 미래 등으로 나눠 전망하고 있다. 나노기술의 증대의 예로는 기존의 소재를 나노스케일 장비로 보강시켜서 더욱 나은 페인트를 개발하는 것이다. 나노기술의 진화는 나노구조, 나노기술을 이용한 통신처리, 의료 이미지화, 에너지 전환 등을 통하여 환경을 감지하고 분석하는 더욱 고차원의 과업을 수반한다. 시약의 조준 전송 및 트랜지스터, 태양광전지, 발광다이오드, 다이오드 레이저와 같은 소자가 그 활용 사례다. 나노기술의 진화로 인해 컴퓨터 분야가 더욱 빠른 처리속도, 작아진 크기 그리고 저장 공간의 증대를 통해 현저히 개선될 것으로 보인다.
반면, 한 때 기적의 광물로 불렸던 석면이 폐에 흡입이 되면 폐암 및 각종 질병을 유발하는 것으로 알려지면서 최근에 크게 문제가 되고 있는 것과 같이 훨씬 더 작은 나노 입자가 인간에게 유해하지 않다고 확신할 수 없다. 나노 입자의 환경오염 가능성과 관련 미국 환경보호처(EPA)는 삼성전자의 은 나노 세탁기에 대해 안전성을 입증할 증거를 제시하라고 요구한 바 있다. '은 나노 입자로 살균이 가능하다면 제초제나 살충제와 같은 효과를 내는 것이 아니냐?'는 의문을 제기한 것이다. 하지만 삼성은 이에 대해 이미 안전성을 입증했다. 미국 환경보호처가 제기한 의문처럼 나노입자는 공중보건과 수자원에 해를 끼칠 수 있으며, 인체를 비롯해 자연환경 속에 존재하는 모든 생명체에 영향을 미칠 수 있는 가능성이 존재한다.
나노기술에서 부상하는 분야는 바이오나노기술이다. 이는 살아있는 유기체의 화학적 법칙에 기초한 합성기술로서 분자 생물학과 나노기술을 연결시켜 살아있는 세포에서 발견되는 자연 나노기계의 구조와 기능을 갖춘 나노스케일의 기계를 개발하는 것이다. 현재 우리가 개발해야하고, 더 나은 삶을 위한 나노생명기술의 미래는 아래와 같다.
첫째는 질병 발생 전 예방에 활용될 것이다. 미래에는 질병이 발생하고 치료하는 현대 의학과는 달리 질병이 발생하기 전에 예방하게 될 것이다. 현재 MRI, CT 등의 의료 장비로 신체 내부를 관측하는데 발생하는 한계를 나노 로봇을 이용하여 극복이 가능해질 것이다. 나노 로봇은 실시간으로 체내를 이동하여 건강을 관리하고, 만약 수술이 필요하다면 나노 로봇이 직접 수술하여 피부에 상처를 남기지 않는 수술이 가능할 것이다.
둘째는 개인 특성에 맞는 맞춤 의학이 가능해질 것이다. 현재의 의학은 같은 질병이면 누구든지 같은 방법으로 치료하고 있다. 하지만 미래에는 유전자 염기서열이 모두 분석되어 각 개인의 유전자 서열을 분석해 유전적인 요인으로 인한 발병인지, 환경적인 요인으로 인한 발병인지 등 정확한 원인 규명과 그에 알맞은 치료가 이루어 질 수 있을 것이다. 나노 기술과 융합하여 줄기세포를 배양하여 치료하는 등 이식이 필요한 경우 면역반응 걱정 없는 치료가 가능해 질 것이다.
셋째는 랩온어칩(Lab on a chip) 실현이 가능해질 것이다. 랩온어칩은 바이오칩의 일종으로 작은 크기의 칩 하나로 실험실에서 할 수 있는 연구를 수행할 수 있도록 만든 장치를 뜻한다. 생물학, 화학 실험실의 구성 요소를 미세화 하여 하나의 칩에 구현함으로써 기존의 실험을 하나의 칩에서 수행할 수 있도록 한다. 랩온어칩을 이용한 실험은 미량의 생체 시료 및 시약을 이용함으로써 분석의 효율성 및 정확성을 꾀할 수 있고, 하나의 단일 세포의 생물학적, 화학적 반응을 검출할 수 있도록 함으로써 진단장치로 주목 받고 있는데, 이 칩을 이용하면 한 방울의 피로도 각종 암 진단이나 적혈구, 백혈구의 세포 수 측정이 가능하다.
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참고자료
- 〈나노 기술〉, 《위키백과》
- 〈나노과학〉, 《나무위키》
- 〈나노기술〉, 《두산백과》
- 〈나노기술(nano技術)〉, 《한국민족문화대백과사전》
- 이상수 전 (사)광주연구소 이사장, 〈4차 산업혁명, 나노기술이란? 〉, 《시민의소리》, 2018-04-18
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