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<인터뷰 원문>

 

진행 : 디일렉 한주엽 대표, 디일렉 이수환 전문기자

출연 : 서울대학교 곽선영 교수

 

-다시 왔습니다. 오늘 킨텍스 전시관에 나와 있는데요. 오늘부터 7월 7일까지 3일간 개최되는 나노코리아 2023 현장입니다. 『나노코리아 2023』은 각종 분야의 나노 기술에 관한 기업의 기술 연구 그리고 학계 연구 결과물을 볼 수 있는 자리입니다. 물론 양산 결과물도 볼 수 있고요. 그래서 저희가 오늘과 내일 양일에 걸쳐서 정부 포상받은 우수한 나노 기술 연구자와 기업 관계자를 모시고 라이브로 인터뷰하는 시간을 가지게 됐습니다. 이번 시간은 서울대학교의 곽선영 교수님을 모셨습니다. 교수님 안녕하십니까.

“안녕하세요.”

-이번에 교수님이 과학기술정보통신부 장관상을 받으셨는데 수상 내용이 “나노입자의 플라즈몬 특성을 활용해 다양한 스트레스 반응으로 생성되는 식물 내인성 화합물 실시간 검출 기술을 개발하였다.”라고 수상 내역이 나와 있어요. 제가 읽기는 했는데 약간 암호문 같아서, 사실 대부분 다 그런데 어떤 내용으로 수상 하신 겁니까?

“제가 만든 것은 식물이 받는 스트레스에 의해서 환경적인 부분을 우리가 검출하는 게 아니라 식물 자체가 느끼고 반응하는 것을 읽을 수 있는 센서를 만들었는데요.”

-식물이 스트레스 받나 보죠?

“스트레스를 받을 수도 있고 안 받을 수도 있는데 식물을 키워보셨으면 식물이 죽기도 하잖아요. 보통은 잘 죽이잖아요.”

-난 같은 것도 금방 죽잖아요.

“그래서 ‘얘가 왜 죽었을까.’ 우리가 생각을 해보게 되는데요. 그게 시발점이었던 것 같아요. 그러니까 ‘왜 죽었을까? 얘를 잘 키울 수 있는 방법은 없었을까?’ 식물은 말을 할 수 없기 때문에 표현을 못하잖아요. 그래서 저희가 나노 센서를 개발해서 나노 사이즈이기 때문에 굉장히 작아서 식물에 상처 없이 잘 도입을 할 수가 있거든요. 그래서 나노 센서를 상처 없이 식물 안에다 심어놓고 식물이 내는 언어를 저분자 화합물을 얘네들이 내게 되는데 그걸 실시간으로 읽을 수 있는. 그래서 ‘얘가 지금 무슨 스트레스를 받고 있구나.’ ‘덥구나, 춥구나, 목이 마르구나.’, ‘병에 걸렸구나.’ 이런 걸 알 수 있게 하는 센서를 만든 것입니다.”

-그 센서는 뭘 측정하는 겁니까?

“내인성 화합물이라는 건데, 내인성이라는 것은 식물이 스스로 자기가 만들어내는 분자 같은 건데. 쉽게 생각하면 우리가 만들어내는 호르몬 같은 걸 생각하시면 돼요. 그러니까 분자 구조가 똑같은 건 아닌데. 그런 식으로 식물들도 어떤 자극에 대응해서 자기 나름대로 분자들을 만들어내거든요. 내인성 화합물, 저분자 화합물이라고 표현을 했습니다.”

-그러면 내인성 저분자 화합물이 많이 나오냐 적게 나오냐 간헐적으로 나오냐에 따라서, 얘가 스트레스를 받는지 추운지 아닌지에 대한 것은 이미 그전에 규정이 돼 있던 겁니까?

“규정이 되어 있던 것을 저희가 참고로 해서 보고 있는데요. 그전에는 실시간으로 검출은 할 수가 없었고요. 식물 전체를 갈아서 그 안에 있는 유전자가 이런 유전자가 특별히 높아졌다. 저분자 화합물이 특별히 농도가 높아졌다. 이렇게 하는 정도였고. 저희가 처음으로 센서를 집어넣어서 식물을 죽이지 않고 실시간으로 화합물 농도 변화를 볼 수 있었습니다.”

-그 센서가 화합물을 인식하는 것은, 그 센서는 그럼 어떤 걸로 만들어져요?

“센서는 지금 표면 증강 라만 산란(SERS)이라는 기술을 사용했는데요. 분자들을 우리가 확인할 때 사람의 지문처럼 분자 지문이라는 것도 있습니다. 그래서 라만 스펙트럼이 각각의 특이적인 분자의 특이적인 스펙트럼 패턴을 보여주는데요. 저희 센서는 표면에 저분자 화합물이 붙었을 때 그 분자의 특이적인 스펙트럼을 나타내게 해주고. 그리고 나노파티클을 이용해서 시그널을 굉장히 많이 증폭을 시켰어요. 10의 7승배 이상을 증폭시켰기 때문에 적은 농도로 존재하는 화합물도 신호를 읽을 수가 있었습니다.”

-그 센서는 어떻게 만들었습니까?

“연구실에서 합성을 하는데요. 처음에는 나노파티클을 템플레이트로 사용될 수 있는 실리카 나노파티클 위에 은나노 쉘을 싸고 그 위에 포지티브 차지를 갖는 폴리머 고분자를 달고. 저분자 화합물과 유기 반응이 아닌 그러니까 공유 결합이 아닌 비공유 결합을 이용해서 달라붙으면 스펙트럼을 읽을 수 있는 식으로 설계를 했습니다.”

-그럼 그 센서의 크기는 어느 정도예요?

“300nm 정도 됩니다.”

-그러면 센서가 식물 안에는 어떻게 들어갑니까? 주사기 같은 걸로 집어넣는 겁니까?

“여러 가지 방법이 있을 텐데요. 지금 저희가 사용하는 방법은 주사기의 주삿바늘을 빼고, 그러면 이렇게 그냥 뭉툭하게 아프지 않은 부분이 있잖아요. 그 주사기 안에 나노파티클 솔루션을 담은 다음에 이파리를 보시면 걔네들이 숨을 쉬어야 하기 때문에 기공이라는 구멍들이 있습니다. 그 기공 사이즈가 3~5μm 정도 돼요. 기공이 이렇게 열리면. 그래서 나노미터 사이즈의 파티클은 쉽게 그 안으로 집어넣을 수가 있습니다.”

-똑똑 떨어뜨려서 이렇게 집어넣는 거군요.

“주사기로 프레셔를 살짝 가해줘요. 그러면은 구멍으로 쏙 들어가요.”

-그러면 센서가 들어갔어요. 센서가 안에서 그 화합물이 많이 나오는지 적게 나오는지 간헐적 나오는지 읽어서 그 정보는 우리가 밖에서 어떻게 봐요?

“정보는 스펙트럼을 컬렉션하는 디바이스가 있는데요. 거기서 스펙트럼을 수집한 다음에 그냥 스펙트럼을 보면, 얘가 아까 분자 고유의 지문이라고 했잖아요. 그래서 얘가 누구다라는 걸 알 수가 있습니다.”

-집어넣고 그런 기계가 옆에 가깝게 있으면 다 보이고. 그 센서가 통신을 하는 거예요?

“통신이라기보다는 측정을 하는 거예요. 쉽게 생각하면 거의 카메라로 찍는 수준이라고 생각하시면 됩니다. 그럼 스펙트럼이 나오고.”

-이걸 쓰게 되면 직설적으로 식물하고 소통을 할 수 있게 되는 거 아닙니까?

“소통을 한다는 건 조심스럽기는 한데요. 왜냐하면 내 말을 식물이 알아들을 수는 없으니까요, 아직은요. 근데 식물이 느끼는 경험을 우리가 어느 정도 알 수는 있기 때문에, 엿 듣는 정도는 가능하다고 생각합니다.”

-어느 분야에 바로 적용이 가능할까요?

“그래서 지금 랩(Lab) 수준이기 때문에 식물 생명과학 분야에서 다 익스트랙션을 하고 파괴적인 방법으로만 알 수 있었던 부분을 이제는 실시간으로 살아 있는 상태에서 여러 가지 종류의 실험 대상 식물에다가 적용해서 연구용으로도 사용하는 게 가능할 것 같고. 그리고 저희가 더 궁극적으로는 농작물 쪽에 응용해서 사용하려고 합니다. 아시다시피 기후 변화 이런 것들 때문에 병충해나 감염병 이런 것들이 많아지고 있어서, 조기 진단이 굉장히 중요해지고 있는데요. 그런 쪽으로 응용해 보고자 합니다.”

-식물의 내인성 화합물이 많이 나오냐 적게 나오냐의 유무로, 아까 잠깐 말씀해 주셨지만. 춥다거나 물을 더 달라거나 광합성을 더 해야 된다든지 이런 여러 가지 정보들이 있을 텐데, 아까 기존에 연구되어 있는 걸로 조합을 하셨다고 했는데 어떤 것을 알 수 있습니까?

“저희가 이번에 한 것은 상처가 났을 때 나오는 화합물이 특이적인 화합물이 있고요. 그리고 아주 추울 때, 오랫동안 냉장고에 식물을 넣어놨을 때 나오는 화합물이 또 따로 있었고. 진균병, 감염병에 걸렸을 때 나오는 특징적인 물질이 또 따로 있었습니다. 그래서 물질을 감지하게 되면 얘가 어떤 원인 때문에 이 물질을 내게 되는지, 그러니까 스트레스의 원인도 조금 더 구체적으로 파악을 할 수가 있었고. 또 특이한 점은 한 가지 화합물이 아니라 2~3가지 화합물이 동시에 나오는 걸 봐서 조금 더 정확한 진단을 할 수가 있다는 점입니다.”

-우리가 벌목할 때 나무 자르잖아요. 그럴 때 밑에 그런 게 막 나오고 그러겠네요. “아파, 나를 자르지마”

“그렇죠. 그런 것도 궁금하시잖아요. 그래서 그런 것도 해보고 싶어요. 예전에 가위를 식물 옆에 가져다 대면 막 싫어한다는 것도 실험하고 했는데, 그걸 케미컬 화합물을 어떻게 내는지는 저희가 아직은 보지 못했거든요. 가위를 들 때는 사실 저희는 못 봤고. 상처를 내면 나오는 화합물을 봤는데요.”

-“아파.” 이렇게.

“그렇죠, 소리를 지르는 거죠.”

-그 나름대로는.

-그런 경우는 봤던 것 같습니다. 옆에서 특정 주파수의 악의적인 말을 했을 때 식물 열매가 아주 안 좋은 상태가 썩어가고. “사랑한다, 좋아한다.” 이랬을 때, 근데 그건 결과물일 뿐이고 이걸 실시간으로 볼 수 있는 센서를 지금 하셨다는 거 아닙니까.

“그게 막 “이런 거 아닐까?”라고 생각했던 걸 실질적으로 확인해 볼 수 있는 어떤 도구가 생겼다. 어떻게 보면 소통을 시작하는 단계가 된 것 같습니다.”

-약간 소통이 많이 되면 집 안에 나무 같은 걸 갖다 놓기 약간 무섭다는 생각도…

-일본에서 기적의 사과라고 그래서 농약이나 이런 걸 전혀 뿌리지 않은 농부가 사과한테 쓰다듬으면서 애완동물처럼 하니까 가장 당도가 높은 사과가 나왔다. 그런데 그건 말 그대로 결과물일 뿐이니까, 이게 실제로 어떤 메커니즘으로 그러는지를 모르잖아요. 이것만으로도 굉장히 농작물이나 이런 걸 할 때 좀 획기적인 로우 데이터가 만들어질 수 있을 거라는 생각이 듭니다.

-주로 어떤 식물에 이 센서를 집어넣을 수 있습니까?

“처음에 연구실에서 연구를 시작할 때는 빨리 크는 식물을 선택했었어요. 시금치라든지.”

-콩나물 같은.

“콩나물은 이파리가 없어서 저희가 지금 단계에서는 다른 데도 넣을 수는 있는데, 이파리에 넣어서 하는 게 좀 편해서 잎 채소(leafy vegetables)를 주로 하고 있는데요. 그런 걸 하다가 그래도 조금 더 의미 있는 경제작물이나 곡물 같은 걸 좀 해보자 해서, 밀하고 보리도 같이 해봤었습니다.”

-밀하고 보리는 굉장히 식량 안보랑도 관련이 있는 작물들 아닙니까?

“그래서 미리 진균병 같은 것들의 감염을 막을 수 있고. 또 이게 농약이랑도 연관이 되는데요. 병증이 나타나기 시작하면 이미 너무 많이 확산이 돼서 다 폐기 처분을 해야 되는 경우가 많아서, 걸렸는지 안 걸렸는지 모르는데 미리 방제적으로 농약을 계속 치는 경우가 많다고 해요. 그런데 정확한 진단이 가능하고 눈으로 보기 전에 조기 진단이 가능하게 되면 농약을 살포하는 횟수를 훨씬 줄일 수도 있다고 생각합니다.”

-지금 이 센서는 실험실에서 이렇게 만든다고 했는데 만드시려면 대략 한 어느 정도 시간에 어느 정도를 만들 수 있습니까?

“그램(g)으로 말씀을 드려야 될까요? 밀리그램(mg)에서 그램(g) 단위 정도.”

-하루에요?

“한 이틀 정도.”

-그럼 식물에 한 번 넣을 때는 몇 그램(g) 정도 넣어야 됩니까?

“마이크로그램(μg), 아주 미세한 양입니다. 식물에 독성을 주지 않아야 하고. 바이오컴패터블(biocompatible)을 해야 되기 때문에, 그것도 저희가 농도를 최적화했고. 아주 적은 농도에서도 잘 반응하는 걸 볼 수가 있었습니다.”

-재료비는 많이 들어갑니까?

“재료비보다는 인건비라고 할 수 있을 것 같습니다. 그래도 기술력이 있어야 퍼포먼스가 좋은 센서를 만들 수가 있어서요.”

-이 기술이 고도화가 계속되면 아까 식량 안보도 얘기했지만, 농작물의 생산 확대 이런 쪽으로도 이어질 수 있겠다는 생각이 좀 드네요.

“그쪽으로 해보려고 하고 있습니다. 제가 서울대학교 농업생명과학대학 소속의 교수로 재직 중이어서 농생대 교수님들이랑 토론도 많이 하고, 얘기를 많이 하게 되면 그쪽으로 애플리케이션을 할 수 있는 방향이 굉장히 많은 것 같아서 확장을 많이 해보려고 하고 있습니다.”

-그러면 지금 논문을 작성하셨던 거죠? 여러 가지 연구를 수행했던 기간은 어느 정도 됩니까? 냉장고에 넣어놓고 아까 여러 가지 하셨다고 했었는데요.

“처음에 센서 디자인, 표면 증강 라만분광(SERS) 센서를 사용을 했는데. 제가 공동연구를 서울대학교 사범교육 화학교육과 정대홍 교수님이랑 같이 했는데 연구실에서 항상 동물과 인간을 대상으로 했었기 때문에, 식물에다가 이렇게 적용을 해보는 데 굉장히 많은 시행착오가 있었어요. 그것만 한 1년 반 정도 걸리고. 그다음에 실제적인 데먼스트레이션을 식물에다가 하고, 질병 모델에다가 테스트해보고 하는 것도 한 1년 반 해서, 총 3년 정도 걸린 것 같습니다.”

-주로 시금치랑?

“아뇨 지금은 물냉이, 밀, 보리.”

-처음에는 시금치를 하다가 밀, 보리.

“시금치는 예전에. 제가 나노파티클을 식물에 넣은 건 2014년부터 했거든요.”

-오래 하셨네요.

“그런데 이 페이퍼 자체는 제가 서울대에 와서 2019년 여름부터 시작했던 프로젝트입니다.”

-혹시 비슷한 연구를 한 논문이라든지 조금 이것과 방향은 약간 다른데, 이런 시도라든지 이런 것도 한국 뿐만 아니라 다른 나라에서도 혹시 그런 사례들이 있습니까?

“나노파티클을 이용해서 플랜트 센서를 만들어본다 했던 게. 제가 2014년에 시작했다고 했는데, 그게 MIT 화학공학과의 마이클 스트라노 교수님 랩인데요. 거기서 나온 제자들이 또 각각 패컬티가 되면서 계속해서 이어가고 있고. 거기서 또 파생된 사람들이 이런 분야를 연구하고 있고. 한국에 와보니까 전기 센서 쪽도 많이 하시는 것 같습니다. 그래서 아직은 나노 센서를 식물에 넣는다는 게 아주 큰 리서치 분야는 아닌 것 같고, 서서히 성장하고 있는 분야라고 생각합니다.”

-혹시 이 센서 연구 결과물을 좀 더 고도화시켜서 사업화를 할 계획이나 기술이전 계획이나 이런 것들이 있습니까?

“저희는 생각이 아주 많아서. 그러니까 이게 사업화도 생각이 있는데 아직은 너무 연구 단계, 기초 단계이기도 하고 원천기술 쪽이기도 하고 해서요. 구체적인 계획이라면 아직은 없고요. 공동연구 하는 정대홍 교수님이랑 상의하고 있습니다, 특허 같은 것 좀.”

-쌀에, 벼라고 해야 합니까? 벼에다가 집어넣어서 그 친구들의 반응을 느끼고 하면, 얘도 추우면 춥다는 걸 느끼고 이런 걸 발견을 하셨던 건데. 밥을 먹을 때 약간 이상한 기분이 들 수도 있겠다는 생각도 좀 드는데.

“이건 과학적인 건 아닌데. 우리가 소통했을 때 과연 좋기만 할 것인가…”

-그렇게 해도 돼지고기나 소고기는 잘 먹으니까요.

-그건 우리가 살아있는 걸 직접 도축을 안 하니까. 죽어 있는 걸 먹고. 연구를 직접 하시면 약간 그런 생각도 들 것 같다는 생각도 좀 드네요.

“맞습니다.”

-그런 생각을 실제로 하셨어요?

“네. 왜냐하면 아프다고 표현을… 이게 너무 과학적이지 않지만.”

-교수님 오늘 말씀 고맙고요. 장관상 받으신 거 축하드립니다.

“감사합니다.”

-고맙습니다.

정리_최홍석 PD nahongsuk@thelec.kr

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