최근 미 과학재단(NSF)은 수백만 달러를 프린스턴 대학 내의 공학연구센터(Engineering Research Center)에 지원하였으며, 이러한 연구자금지원은 센서 기술에 있어 혁명적 변화를 가져올 장치 개발에 사용될 예정이다. 새로 개발될 것으로 기대되고 있는 장치는 대기 중이나 공장, 심지어 인간의 호흡을 통해 배출되는 미세한 양의 화학물질까지 추적해낼 수 있는 능력을 갖추게 될 것이다.

이번 연구의 목적은 위에서 언급한 바와 같은 장치를 개발, 지역 내 대기오염도 측정 관련 기관들이나 온실효과의 전개과정을 연구하는 과학자들, 혹은 환자를 진료하는 의사들의 연구 및 진료수행 과정을 적은 비용으로 보다 간편하게 전환하기 위한 것이다.

이번 연구에는 프린스턴 대학 이외에도 University of Maryland, Baltimore County, Rice University, Johns Hopkins University, Texas A&M University and the City college of New York 등이 참여한다. NSF의 자금지원 외에 추가적으로 산업계의 지원이 예상되는 이번 연구에는 향후 10년 간에 걸쳐 총 4천만 달러가 넘는 금액이 지원될 것으로 기대되고 있으며, NSF의 연구자금은 5월 1일, 첫 연구연도를 위한 2백 97만 달러의 지원으로부터 시작되었다.

중간적외선(mid-infrared light)을 활용한 의료환경분야의 새로운 돌파구

공학연구센터 내에 설립된 MIRTHE(Mid-Infrared Technologies for Health and the Environment)라고 명명된, 이번 연구를 진행하게 될 센터에서는 6개 대학의 40여 명의 교수진과 30여 명의 대학원생, 30여 명의 학부생이 연구를 수행하게 된다. 또한 기술의 상업화를 위해 MIRTHE는 수십 개의 관련 산업기관과 협력하는 동시에, MIRTHE의 연구결과를 과학 및 공학교육에 활용하기 위하여 몇몇 교육관련 파트너와도 苾째喚甕?맺게 된다.

MIRTHE의 연구는 기초과학에서부터 응용기술에 이르기까지 폭넓은 범위를 포함하는 것이 특징으로, 예를 들어 존스 홉킨스의 Terence Risby 교수 및 기타 연구진은 의사들이 환자 호흡 내 화학물질 측정을 통해 간과 신장의 이상을 진단하고 모니터할 수 있도록 하는 기구를 개발 중에 있으며, 이외에 다른 연구진들은 화학무기 발견이나 대기오염도 측정에 활용될 센서를 개발 중에 있다.

이번 연구와 관련, 프린스턴 대학의 부교수이자 센터 책임자인 Claire Gmachl은 현재 개발 중인 센서가 휴대용으로 사용이 간편한 것이 장점이라고 언급하면서, 최근 개발된 센서들이 정확도가 높은 반면 작동에 반드시 전문가가 필요하고 부피가 지나치게 크며 가격이 비싼 것이 흠이라고 지적하였다. 그는 이러한 문제점들을 감안, MIRTHE의 연구목표는 비슷하거나 그 이상의 감도를 유지하면서도 크기와 비용을 획기적으로 감축한 센서를 개발하는 것이라고 말했다.

이번 연구를 가능하게 하는 핵심 기술은 QCL, 혹은 양자폭포레이저(Quantum Cascade Laser)로, 이는 전자들이 장치 내에서 폭포와 같이 여러 개의 얇은 물질층을 통과하면서 레이저로 동작하게 하는 기술을 말한다. Gmachl은 QCL 개발의 선구자로 이 기술과 관련, 2005년 MacArther "genius grant"로 선정되었다. QCL의 주요 장점은 이들이 중자외선(mid-infrared) 영역에서 빛을 방출한다는 것으로, QCL을 이용하여 과학자들은 마치 태양광이나 인간의 눈이 사물을 보여주는 것과 동일한 원리로 암모니아나 메탄, 이산화탄소 등 특정한 화학물질들을 볼 수 있게 되는 것이다.

이 기술이 가진 잠재적 활용 가능성과 관련, MIRTHE의 산업부문 파트너 중 하나인 Daylight Solutions의 CEO Tim Day는 30여 년 전 일반 가정에서는 트랜지스터를 거의 찾아볼 수 없었지만 현재 일반 가정에서도 손목시계, microwave 및 텔레비전 등에서 트랜지스터를 쉽게 찾을 수 있는 것처럼, QCL 또한 이와 유사한 정도로 향후 일상생활에 적용될 것으로 전망하였다.

한편, 연구와는 별도로 MIRTHE의 핵심미션 중 하나는 향후 센터의 지식을 산업과 정부, 기타 학계에 확산시키는 역할을 담당할 학생들을 교육시킴으로써 경쟁력 있는 연구 인력의 확보를 지원하는 것이다. 이러한 목표를 수행하기 위하여 MIRTHE는 기술이 사회문제를 해결하는데 있어 지니고 있는 직접적인 연관성을 센터의 연구를 통해 증명함으로써 과학에 대한 학생들의 호기심을 자극하려고 노력하고 있다. MIRTHE는 연구에 참여하고 있는 대학들이 운영하는 여러 프로그램들과 협력, 대학생과 중고교 학생들의 과학 및 공학관련 프로젝트들에 대한 참여를 유도하고 있다.

* kosen21 참조