methods and performance specifications

2012. 7

전략기획팀

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2012년 미래유망기술

건강한 삶

편리한 생활

쾌적한 환경

• 진단과 치료를 동시에 하는 데라그노시스 • 살아있는 세포의 분자이미징 기술 • 테라헤르츠파 응용 기술

• 뇌-기계 인터페이스 • 소형기기 전원용 연료전지 • 나노 유체 응용기술

• 인쇄 가능한 태양전지 • 플라스틱 대체 신소재 • 해양 바이오매스의 바이오 리파이너리 • 도심 홍수대비 생태 저류지 기술

자료 : 2012년 KISTI 미래유망기술세미나

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1. 건강한 삶 : 진단과 진료를 동시에 하는 테라그노시스(theragnosis)

테라그노시스(theragnosis) : 치료(therapy)와 진단(diagnosis)의 조합으로 이루어진 합성어로, 형광물

질 등으로 질환을 조기에 진단하고 여기에 약물을 붙여 동시에 치료하는 기술

• 나노기술(nanotechnology)과 분자영상기술(molecular imagine)이 접목되면서 다기능 나노입자 프로브가 개발되었

고, 생체내 약물 전달시스템을 이용한 진단과 치료가 동시에 가능한 테라그노시스(theragnosis)기술로 발전.

• 테라그노시스와 나노입자 프로브의 개발은 의약품을 질병부위에 선택적으로 전달함으로써 부작용을 최소화할 수 있

는 맞춤형 의학분야의 현실화를 가능하게 하고, 암환자 개인의 초기 상태에서 모니터링 뿐만 아니라 항암제 운반과

효능의 연장을 가능하게 하여 치료효과를 증진시킴.


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2. 건강한 삶 : 살아있는 세포의 분자이미징 (live cell molecular imaging

살아있는 세포의 분자이미징 : 세포 뿐만 아니라 실험동물의 생체가 살아있는 상태에서, 세포 또는 분자 수준에서 일어나는 대사물질의 변화, 질병의 원인물질 또는 주입된 약물에 의한 생체 현상들을 영상화 및 정량화하여 분석하는 기술

• 세포 내에서 일어나는 여러 분자 수준의 변화를 시간적 추이에 따라 영상화한 기술로 첨단영상기술과 분자세포생물

학이 접목된 분야임.

• 향후 환자의 몸 안을 3차원 동영상으로 시간적 추이에 따라 관찰해 병인규명, 질병의 조기 진단 및 치료에 혁명적인

변화를 가져 올 것으로 예상.

• 생체 분자 발현의 변화, 질병의 특징, 진행과정, 역학을 이해하는 기술로 프로브의 합성, 실시간 영상화, 질병의 조기

진단, 고감도 약물 스크린 등의 다양한 분야의 발전이 함께 요구됨.


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3. 건강한 삶 : 테라헤르츠파 응용 기술

테라헤르츠파 응용 기술 : 다양한 물질을 잘 투과하면서도 생체 세포에 무해한 특성을 지니는, 마이크로

파와 적외선 사이의 주파수대(0.1 ~ 10THz)의 전자기파를 활용한 기술

• 인체에 자극 및 손상없이 질병이 있는 부분의 조직을 검사하는 목적으로, 또한 오래된 미술품의 염료를 분석하는 등

가시광에서 볼 수 없는 영역을 투시하여 정보를 얻는 목적으로 활용됨.

• 테라헤르츠파는 물질의 유전 특성에 따른 대비를 이용하여 보안 검색이나 우편물 내 마약 검출 등 여러 층으로 둘러

싸인 구조 내부의 물질을 탐색하는데 응용될 수 있으며, 실제로 X-ray를 대체하여 공항 검색 및 보안 등에 응용됨.

• 본격적인 상용화를 위해서는 테라헤르츠파 부품, 고출력 고효율 테라헤르츠파 발생법 및 광원 개발, 고감도 센서 등

의 개발이 요구됨.


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4. 편리한 삶 : 뇌-기계 인터페이스

뇌-컴퓨터 인터페이스 : 인간의 두뇌와 컴퓨터를 직접 연결해 뇌파를 통해 컴퓨터를 제어하는 기술

• 뇌-컴퓨터 인터페이스 수단으로서 뇌파는 신경세포들의 자발적인 전기적 활동을 측정하기 때문에 측정 비용이 저렴

하고, 인체에 무해하며, 뇌 내 정보처리에 대한 실시간 정보 제공이 가능하고, 일체의 동작을 필요로 하지 않은 가장

직관적인 인터페이스.

• 뇌파를 쉽고 간편하게 측정할 수 있는 기술 및 UI의 오작동을 막기 위해 잡신호를 제거하고, 뇌파를 정확하게 측정하

는 기술이 요구됨.

• 뇌-컴퓨터 인터페이스는 차세대 유비쿼터스 기술의 핵심 요소이며, u-헬스케어 산업 등 생체신호의 측정과 분석이

요구되는 다양한 산업의 원천기술

• 뇌-컴퓨터 인터페이스는 신체 장애인을 위한 복지형 인터페이스로 활용될 수 있음.


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5. 편리한 삶 : 소형기기 전원용 연료전지

소형기기 전원용 연료전지인 DBFC(Direct Borohydride Fuel Cell) : 보로하이드라이드(수소화붕소나트

륨)의 수용액을 연료로 하는 자기제어가 가능한 수동형 연료전지

• 휴대형 DBFC는 가동부가 없고 작동이 신속하며, 백금과 같은 촉매를 사용하지 않고 일반재료를 사용하기 때문에 비

용이 저렴함. 또는 가연성 물질이 없기 때문에 안정성이 높고, 열 발생이 적으며, 넓은 온도영역에서 운전이 가능함.

• 향후 8개의 전자를 생성할 수 있는 새로운 양극 촉매와 더불어, 산소의 전기환원과 과산화수소의 효율적 공정을 얻기

위한 효율적인 촉매의 개발이 필요하며, 휴대용 DBFC의 소형화 및 경량화를 위한 추가적인 연구개발이 필요함.

• 휴대형 DBFC는 이미 상용화되어 미국과 일본 등에서 일부 판매되고 있으나, 아직까지는 세계 각국에서 성능향상을

위한 연구개발이 지속되고 있음.


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6. 편리한 삶 : 나노 유체 응용기술

나노유체 : 물, 에틸렌 글리콜(EG), 엔진오일 등과 같은 유체의 열전도도가 일반 금속류에 비해 크게 제한된 냉각 성능을 나타내기 때문에 이를 향상시키기 위해 나노미터 크기의 금속입자를 순수 유체에 혼입시켜 냉각 성능을 극대화시킨 유체

• 나노유체는 크게 향상된 열전달 성능과 유체안정성을 가지고 있으며, 막힘현상(clogging) 없이 마이크로채널 유동이

가능하며, 또한 개선된 열전달 성능으로 인해, 작고 가벼운 열교환기를 설계할 수 있어 기기의 소형화를 꾀할 수 있음.

• 나노유체는 소형전자기기, 자동차, 바이오(의료), 원자력시스템 등 광범위한 분야로의 응용이 가능.

• 나노유체의 열전달 성능향상을 위해 물리적 메커니즘, 최적입자크기, 형상, 입자체적농도, 유체첨가, 입자코팅 및 주

성분 유체 등의 연구 개발이 요구됨.


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7. 쾌적한 삶 : 인쇄 가능한 태양전지

인쇄 가능한 태양전지 : 종이, 옷감, 플라스틱과 같이 얇고 유연한 재질 등에 잉크젯 프린터를 사용하는

것처럼 산화 증착과정을 통해 저렴하게 태양전지를 인쇄할 수 있는 기술

• 저렴한 가격과 작은 크기가 핵심인 초소형 어플리케이션에서 배터리나 커패시터와 같은 에너지 저장장치의 유연성

과 소형화에 대한 요구가 증가함.

• 유연하게 휘어지는 전자회로나 표시장치 및 경량 엑스레이 영상 패널까지도 프린트하는 것이 가능하므로 인쇄가능

한 태양전지의 개발은 제품의 유연화와 초소형을 가능하게 함.

• 유기박막이라고 부르는 차세대 태양전지는 실리콘이 아닌 탄소와 질소를 원료로 사용하며, 두께는 수백 나노미터이

고 잉크젯 방식으로 곡면에도 인쇄가 가능함.


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플라스틱 대체 신소재 : 석유 합성 플라스틱을 대체하는 친환경 신소재

• 일상생활에서 널리 사용되는 일반적인 석유 합성 플라스틱은 자연환경에서 분해되는 데 짧게는 수 백 년이 걸리며,

환경호르몬을 유발하는 등의 문제가 있음.

• 특히, 석유자원의 고갈에 대한 대비 등으로 신소재에 대한 관심이 폭증됨.

• 플라스틱 대체 신소재는 초기에는 생분해성 고분자를 중심으로 연구개발이 진행되었으나, 최근에는 바이오매스와 같

이 재생 가능한 자원 등으로 연구가 확대되고 있음.

• 기존의 바이오플라스틱 개념을 뛰어넘는 물을 주성분으로 한 Aqua material, 나무의 리그닌, 천연섬유, 천연접착제

등을 포함한 액체나무 Arboform과 같은 플라스틱 대체 신소재도 개발되고 있음.

8. 쾌적한 삶 : 플라스틱 대체 신소재


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9. 쾌적한 삶 : 해양 바이오매스의 바이오 리파이너리 (bio-refinery)

바이오 리파이너리 : 바이오매스(biomass)로부터 바이오에탄올, 바이오디젤 등과 같이 재생가능한 연료

와 바이오플라스틱 등의 화합물 및 전력을 생산하기 위한 바이오매스 전환 공정과 장치

• 지구 온난화로 인한 평균 온도 상승을 억제하기 위해 장기적으로 탄소중립형 에너지 개발이 필수적임.

• 곡물류를 원료로 하는 1세대 바이오매스와 초본류를 이용한 2세대 바이오매스의 경우, 소비자간의 원료 확보 경쟁

및 에너지 생산을 위한 작물 수요 급증에 따라 가격상승의 부작용을 초래함.

• 해양 바이오매스의 경우, 식물제 바이오매스보다 성장속도가 빠르고, 물, 이산화탄소, 햇빛, 미네랄만 있다면 어디에

서나 성장이 가능하며, 식물계 바이오매스보다 5~10배 많은 양을 생산할 수 있음.

특히 해양 바이오매스는 성장하는 동안에 광합성에 의해 이산화탄소를 흡수하고, 폐수에서 발생하는 질소를 처리할

수 있는 능력이 있어 환경 오염을 줄이는데 크게 기여함.

• 해양 바이오매스를 이용한 바이오에너지 생산의 경우, 어촌 지역의 부가창출뿐 아니라 고용 창출면에서 큰 경제적

효과를 기대할 수 있음.


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10. 쾌적한 삶 : 도심홍수 대비 생태저류지기술

생태저류지기술(Bioretention) : 주차장, 도로/보도의 가장자리, 건물 및 기타 유휴공간을 활용하여 미생물이나 식물 등의 자연 정화기능을 이용해 빗물의 침투, 여과, 저장, 증발과 같은 자연상태의 물순환 체계가 도시에서 유지되도록 하는 기술

• 도심홍수로 인한 각종 재해 발생과 비점오염원 배출 확산으로 하천 수질 악화 등이 심각한 사회문제로 부각.

• 급격한 강우 유출 억제로 재해방지 및 비점오염원 배출 저감은 물론 생태공간 조성을 통해 도시 경관미를 증대하는

효과가 있음. 또한 친수 및 생태공간이 확보된 주거환경에 대한 수요가 증대하는 사회 트렌드에 적극 부합하는 기술.

• 생태저류지 기술은 저영향개발(Low Impact Development : LID) 기법의 대표적인 사례.

• 선진 각국은 이미 빗물관리체계에 LID 개념을 적극 적용하고 있고, 최근 국내에서도 아산탕정신도시를 분산형 빗물

관리시스템 설치 시범지역으로 지정하는 등 향후 동 기술이 급속히 확산될 것으로 예상됨.


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