신약 개발용 나노반도체 원천기술 개발한다

세계 경제를 재편하는 엄청난 기술 트렌드는 반도체를 기반으로 한다. 많은 산업 전문가들은 세계 반도체 시장 규모가 2023년 5000억달러에서 10년 후 1조달러로 약 두 배 성장할 것으로 예상한다. 이 성장의 주요 요인은 인공지능(AI)과 사물인터넷(IoT)의 부상이다.

황인상 기자 his@

AI, IoT를 비롯해 자동화, 자율주행 전기차, 청정에너지 등 기술의 구조적 변화는 향후 수십년간 거의 모든 경제 영역을 변화시킬 것이다. 모두 반도체를 기반으로 한다는 공통점이 있다. 이러한 신기술 도입은 반도체 생태계 전반에 성장과 혁신을 가져온다. 

‘2024년 반도체 글로벌 첨단 팹 연계 활용사업’ 선정 쾌거

▲ 국립부경대 휴먼바이오융합전공 임효령 교수

나노반도체 기술을 이용해 최근 주목받는 오가노이드칩(Organ-on-a-chip) 개발에 국립부경대학교와 하버드 의과대학, ㈜마라나노텍이 나선다. 본 공동연구팀은 지난달에 과학기술정보통신부의 ‘2024년 반도체 글로벌 첨단 팹 연계 활용사업’에 선정됐다고 밝혔다. 이번 사업은 나노반도체 및 응용분야 선도기술을 보유한 국내·외 연구기관과 반도체 첨단 인프라 기관인 나노종합기술원(National Nanofab Center; NNFC)과 NY Creates 간의 협력을 통해 나노반도체 분야 원천기술 개발을 위한 국제공동연구를 지원하는 사업이다. 본 사업 수주는 한·미 여성 중견·신진 연구자 간 협력을 통한 쾌거로, 주관기관인 임효령 교수팀은 사업비 10억 원을 지원받아 ‘반도체 기반 500 nm 급 다중 나노센서를 이용한 오가노이드 평가용 칩 개발’ 과제를 공동 수행한다.

해외 공동연구기관으로 하버드대학교 의과대학-브리검 여성 병원(Harvard Medical School-Brigham and Women's Hospital)의 신수련 교수팀, 용역연구기관으로 국립부경대 용당캠퍼스에 위치한 ㈜마라나노텍의 이혜연 대표팀이 함께하여, 반도체 공정 기반의 나노-바이오센서를 국가 첨단 전략 기술 분야에 응용할 뿐만 아니라 사업화하는 비전을 제시한다. 생체조직칩을 뜻하는 오가노이드칩은 반도체 미세 가공기업을 사용한 칩 위에 인공 장기를 배양해 체내 장기의 물리적·생리적 환경 분석 및 질병 모델링이 가능해서 신약 개발 분야의 중요한 기술로 주목받고 있다. 오가노이드칩 기술을 활용하면 질병의 조기 진단과 치료를 비롯해 신약 개발 비용과 시간 절감, 동물 실험에 대한 의존도를 줄여 동물 복지를 향상, 생명과학 및 첨단 제조 분야의 새로운 시장 개척 등 다양한 가능성이 기대되고 있다. 연구팀은 이번 사업으로 약물 반응 조건과 시간에 따른 다양하고 정확한 분석을 위해 실시간, 다중 검증이 가능한 오가노이드 평가용 칩을 개발할 계획이다. 사업 첫해인 올해는 나노센서-미세유체칩 시스템 개발을 시작으로 2년 차에는 고정밀 평가 기술개발, 3년 차에는 나노센서와 미세유체칩이 통합된 시제품 개발 및 3차원 심장 조직의 다중 평가 기술을 개발한다.

임효령 교수는 특히 공동 연구자들과의 협력에 중점을 두며 “이번 연구로 재료 설계에 따른 특성 평가에 한계를 두지 않고, 혼자서는 개발이 어려운 나노센서와 미세유체칩을 공동연구진의 경험과 우수 인프라을 바탕으로 제작 및 통합해 심장 오가노이드 등의 복잡한 생체 반응을 확인할 수 있게 되어 기쁘다. 특히 우수 연구자 분들과 함께 일할 수 있게 되어 기쁘고, 앞으로 생체 반응을 정밀하게 모니터링하고 분석할 수 있는 기술을 개발함으로써 장기적으로 생체 모사 기술 발전을 촉진하고, 글로벌, 학제 간, 세대 간 연구를 통해 다음 세대를 위한 인력 양성 및 교육에도 힘쓰겠다”고 밝혔다.

드러나지 않은 문제를 함께 정의할 수 있는 플랫폼 목표

임효령 교수는 2020년 웨어러블 유연 복합 전자기기를 리뷰한 논문을 Advanced Materials에 게재해 주목을 받았으며, 관련 성과로 국립부경대 휴먼바이오융합전공의 창립멤버로 임용되어 연구 수행과 함께 교육에 힘쓰며 학과 성장을 견인하고 있다. 휴먼바이오융합전공은 국립부경대에서 21년 새로 단과대학을 개편하면서 출범한 정보융합대학 소속 신규 학부인 스마트헬스케어학부의 신설 전공으로, 해외와 국내에 디지털 헬스케어, 바이오헬스 산업이 크게 성장하고 있는 당대에 국내 기술력을 증진하고 인재를 양성하고자 설립됐다. 사람의 건강 증진을 다학제적 관점에서 이루고자 이학, 공학, 의학 전문인이 교수진으로 참여하고 있으며, 임 교수는 그 중 재료 공학을 바탕으로 의료기기와 바이오 헬스 응용 분야에 나노 구조의 재료를 접목하여 성능을 극대화하는 연구를 진행하고 있다.

특히 ‘어떻게 하면 더 많은 사람이 웨어러블 센서를 활용할 수 있고, 이를 토대로 더 정확한 데이터를 얻어 사람의 건강에 어떻게 더 이롭게 쓸 수 있을까’를 고민해온 임 교수는 최근 ‘레이저발생장비 활용한 일체형 화학적 센서 패치 개발’ 과제로 신진연구자 인프라 지원사업에도 선정되며 관련 연구에 박차를 가할 수 있게 됐다. 임 교수는 “현재 주목받고 있는 디지털헬스, 바이오헬스, 체외진단, 현장 진단 및 웨어러블 디바이스 기술 개발에 레이저 발생 장비를 활용함에 따라 저가형 화학적 센서 디바이스를 패치 형태로 제작하고 정량적 모니터링, 헬스케어, 진단, 치료 유효성을 평가하여 고부가가치 산업으로의 범용성과 확장성을 높일 수 있다”고 부연했다. 한편 임효령 교수는 휴먼바이오융합전공 학생들에게 사람에 대한 애정을 놓지 말라고 강조한다. 임 교수는 “직업상 앞으로 교육과 연구에 관한 고민할 수 있는 시간과 시도해 볼 수 있는 기회가 많을 거라 기대하고 있다. 사람 건강을 다루는 것은 사람의 필요에 맞춘 공학 디자인이 필요하기에 드러나지 않은 문제를 함께 정의할 수 있는 플랫폼을 제시하는 것이 목표다”고 포부를 밝혔다. NM