지난 18일 특허청은 나노 분말 특허출원이 급증하고 있다는 보도를 했다. 3년 전에는 3건에 불과하던 것이 작년에는 30건이나 되어서, 10배가 넘는 증가세를 보였으며, 앞으로 증가세가 계속될 것으로 보고 있다.

나노는 10억 분의 1을 의미하는 접미어이고, 나노미터란 십억 분의 1미터에 해당된다. 우리의 몸 속에 있는 단백질의 크기가 1-20나노미터정도의 크기다. 나노기술이란 나노미터 수준에서 물체들을 만들고 조작하는 기술을 통칭하는 말이다.

현재 반도체 공정의 마이크론 기술에서 사용되는 마이크로미터의 1000분의 1에 해당하는 크기가 바로 나노미터다. 나노기술은 21세기의 새로운 사업으로 이끌어갈 핵심기술의 하나로 보고 있다. 미래의 응용기술 대부분은 나노기술에 기반을 두고 발전할 것으로 본다.

나노기술은 크게 두 가지다. 단순하게 물질의 크기가 작아짐으로서 얻어지는 정보저장과 처리의 극대화 기술이고, 다른 하나는 이미 실현되고 있는 기술들을 나노미터 크기로 재 제조함으로서 기존의 벌크 물질에서 볼 수 없었던, 새로운 물리적, 화학적 성질을 유도, 이용해서 새로운 소재 및 소자를 형성하고 이용하는 기술이다.

이번에 특허청에 출원한 나노분말에 관한 것도 미크론 혹은 서브미크론 분말이 갖지 못하는 특성을 갖고 있어서 여러 가지 분야에 활용된다. 나노 분말은 전자, 자기 및 광전자 응용, 의학, 약학 및 화장품, 에너지, 촉매 및 구조체 응용 부문에 사용된다.

외국의 이러한 나노분말의 특허출원동향은 1991년 이후에 한국, 미국, 일본, 유럽 등에서 약 1천여 건이나 나노분말에 관련한 특허가 출원되었다. 세계시장규모는 2000년에 4억9,300만 달러였으나, 매년 13% 정도씩 늘고 있는 추세라고 한다.

나노기술의 핵심은 생체컴퓨터 만들기

21세기에 들어서 선진국들은 나노기술에 막대한 투자를 하고 있다. 우리나라 역시 국가전략과학기술로 집중개발 하려고 하고 있다. 나노기술의 연구가 가장 기대되는 것은 생체전자공학으로서, 생명공학과 전자공학이 결합되는 생체컴퓨터이다.

오늘날 컴퓨터에 사용되는 실리콘 반도체 대신에 단백질과 같은 유기 분자를 사용하여서 현재의 컴퓨터보다 속도가 빠른 컴퓨터를 만들어 내는 것이다. 생체 컴퓨터는 유기 분자가 스위치 역할을 하기 때문에 분자나 나노미터 크기의 부품으로 만들어야 한다.

그러한 이유가 나노컴퓨터라는 말을 하게 되고, 이것이 개발되어야 생체전자공학이 발전하게 된다. 인체는 대개 빛처럼 나노미터 수준에서 모든 일이 발생하고 이루어진다. 그렇게 보면 바이러스는 가공할만한 나노기계가 된다.

따라서 그러한 자연 나노기계를 인공의 나노기계로 처리할 수 있게 하는 방법의 연구가 나노 의학연구의 출발점이 되는 것이다. 우리나라는 2001년 7월에 나노기술 종합발전계획을 수립했다.

이 계획에서는 10년 간 1조5천억 원을 나노기술 분야에 투입하여 세계 5위 수준의 기술 경쟁력을 확보하려는 비전을 담고 있다. 또한 1만3천여 명의 나노 전문인력을 양성하고, 나노기술의 산업화에 필요한 나노제조장비 기반시설을 구축할 계획이다.

현재 성과로는 나노소재 분야에서 포항공대가 세계에서 가장 얇은 직경 0,4나노미터의 금속선을 제조하는데 성공했다. 카이스트도 자기조립방법에 의해 규칙적 배열의 나노포러스 물질 제조에 성공하였고, 원자층 두께의 정밀도로 니켈 자성 박막을 인위적으로 조직하여 새로운 자기 특성을 얻을 수 있음을 발견했다.

서울대는 수십 나노미터 직경의 일정한 나노입자 제조에 성공했다. 국내 민간 기업들도 신상품, 기존 제품의 부가가치 창출을 위해 나노기술 연구에 박차를 가하고 있다. 이 번에 특허청에 출원된 나노분말 특허출원도 그러한 맥락이다.

2040년대, 냉동보존인간이 최초로 소생한다?

사람을 냉동 시켜서 오랜 동안 보관했다가 다시 살릴 수 있다면 어떻게 될까, 신의 영역을 침범하는 일이지만 그것이 2040년경이면 가능하다고 보고 있다. 과학자들은 냉동인간을 소생시킬 수 있다고 보고 있는데, 현대과학으로 인체 냉동보존 기술이 실현되려면 반드시 두 가지 기술이 개발되어야 한다.

하나는 인간을 냉동상태로 보존하는 기술이고, 다른 하나는 해동상태에서 뇌 세포를 복구하는 일이다. 뇌의 보존은 저온 생물학과 관련된 반면에, 뇌 세포의 복구는 분자 수준에서 물체를 조작하는 나노기술과 관련된다.

냉동되었던 인간이 다시 살아나려면, 먼저 저온에서 뇌를 보존하는 기술이 개발되어야 하고, 그리고 해동 후에 뇌 기능을 회생하는 기술이 개발되어야 한다. 사람의 다른 신체부위 중 일부인 피부나, 뼈, 골수, 장기 등은 현재의 기술로도 저온 보존이 가능하다.

세포의 경우 구성물질의 85%가 물이어서 냉동을 하면 얼음으로 바뀌기 때문에, 부피가 팽창해서 세포가 파괴될 것이라고 생각하게 된다. 하지만 일반적으로 물이 얼음으로 바뀌어도 세포의 부피는 10%정도 팽창하는데 그칠 뿐이다.

세포는 부피가 50-100%까지 늘어나더라도 내부에 형성된 얼음 때문에 세포가 죽는 일은 발생하지 않는다. 하지만 세포가 냉동 될 때에 물이 빠져 나오기 때문에 세포 사이에 얼음이 형성되는 결과로 세포가 팽창하기보다는 오히려 축소된다.

따라서 세포가 축소되면 세포막에 변화가 생겨서, 결국은 세포가 죽는 다는 것이 콩팥이나 배아의 연구를 통해서 얻어졌지만, 아직은 뇌에 대해서는 적용할 수가 없다. 현재로서는 뇌가 냉동되면 각 부위의 세포와 조직기능이 어떻게 변화하는지 더 연구를 해야 하는 단계다.

아직 연구가 완숙된 것은 아니지만, 뇌 역시 냉동을 하면 형성되는 얼음에 의해서 인지능력이 손상되지는 않으며, 동결을 방지하는 글리세롤을 사용하면 뇌의 기능을 온전히 유지할 수 있는 것으로 밝혀졌다.

결과적으로 이러한 연구결과는 인체 냉동 보존시설을 실현함에 있어서 저온 생물학의 측면에서는 별다른 장해 요인이 없음을 말해 주고 있다. 하지만 앞으로 냉동보존을 잘하는 기술과 이를 복원하는 기술에 대한 연구가 계속되어야 한다. 후자의 복원기술이 나노기술이다.

인체는 수십 개조의 세포로 이루어져 있으며 냉동될 때에 세포를 구성하는 수분이 밖으로 빠져나가 얼음으로 바뀐다. 수많은 세포 주변에 형성된 얼음은 마치 바늘이 풍선을 터트리듯이, 이웃 세포막을 손상시키게 되는데, 뇌 세포 역시 그러하다.

신체의 많은 기관은 새로운 것으로 교체할 수가 있다. 심장이나 콩팥, 피부 같은 것은 바꾸면 그만이다. 그러나 뇌는 다른데 그 이유는 뇌의 개최에는 의식과 기억이 들어 있기 때문이다. 뇌 세포가 손상되면 그 안에 저장된 정보들이 같이 손상되기 때문이다.

해동하여서도 뇌 세포를 원상태로 돌려놓아야 한다. 인체 냉동보존 기술의 이론가들은 이러한 것을 해결하기 위해서 세포수복기계로서, 나노 크기의 컴퓨터, 센서 기술이 필요하며, 그 크기는 박테리아와 바이러스 정도라고 한다.

그러한 나노 기계가 백혈구처럼 인체 내를 돌아다니고, 바이러스처럼 세포막을 여닫으며, 세포 안팎을 들락거리며 세포와 조직의 손상된 부위를 수리하게 된다고 한다. 그러한 나노로봇이 개발되면 냉동보존에 큰 도움이 될 것이라고 한다.

따라서 냉동보존기술의 성패는 저온 생물학 못지 않게 나노기술의 발전에 달려 있다고 미래 과학자들은 말한다. 전문가들은 2030년까지는 세포 수복기능을 가진 나노로봇이 출현 할 것으로 보고 있다.

2040년쯤이면 냉동보존 하였던 인간이 소생되는 최초의 인간이 나타날 것으로 보고 있지만 쉽지 않은 일이다. 결국 죽은 사람의 영혼이 시체와 함께 보존 될 수가 있는가 하는 문제를 생각하면 많은 의문이 생기게 된다.

나노기술은 정보기술, 생명공학기술, 환경기술, 재료기술 등과 결합되어서 산업의 기술 혁신을 주도해 나갈 뿐만이 아니라 인류의 삶에 대한 혁명적인 변화를 초래할 것으로 전망하여서 미래 산업으로 본다.

하지만 인간의 진화가 사람의 몸에서 태어난 후손보다 기계에 의해서 주도되는 세상이 오면, 인간의 유전자는 아무짝에도 쓸모가 없게 된다. 따라서 로봇이 지배하는 세상이 되면 지구는 엄청난 재앙을 불러올 것이라는 우려의 목소리가 높다.

앞으로의 미래산업은 어떻게 변할지 아무도 모르지만, 확실한 것은 인간이 모든 기계에 의해서 통제된다는 점이다. 그래서 반대론 자들은 신의 영역을 침범하는 일이라고 하며, 더 큰 재앙과 싸우게 될지도 모른다고 말한다.