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[SET_IMAGE]4,original,right[/SET_IMAGE]“제   연구가 아직 충분하지 못한데도 이렇게 높게 평가해 주었습니다. 앞으로 더 훌륭한 연구를 하라는 채찍으로 생각하고 더욱 열심히 뛰겠습니다.”

2004년 12월 제8회 젊은 과학자상(자연과학 분야)을 받은 포항공대 수학과 변재형(39) 교수의 말이다. 변 교수는 방정식의 원리를 통해 기존 광통신 영역을 더욱 확장할 수 있는 발판을 마련했다는 평이다.

그의 연구 성과는 지금까지 관련 학계에서 광통신의 한계로 여겨졌던 스탠딩 웨이브(시간의 변화에도 형태를 보존하는 파형)의 영역을 확대시켰다는 것이다. 그는  이를 통해 후속 연구의 다양한 가능성을 열었다는 업적을 인정받아 이번에 수상자로 선정됐다.

변 교수는 “이 상은 교수들이나 연구자들에게 앞으로 더욱 좋은 논문을 많이 쓸 수 있는 기회를 만들어 주기 위한 것으로 생각한다”며 “마음은 무겁지만 더 많이 노력해 수학계에 기여하겠다”고 말했다.

 “수학자는 어려운 길을 개척하는 선구자”
변 교수는 한국 수학계의 ‘떠오르는 별’ ‘젊은 피’로 불린다. 그만큼 한국 수학계에서 그에게 거는 기대는 크다. 앞으로 많은 학문적 공적을 쌓을 수 있는 충분한 능력과 자질을 갖췄다는 것이 수학계의 중평이다. 방향이 정해지면 끝을 보는 성격인 변 교수는 새로운 도전을 준비하고 있다.

“수많은 미분 방정식 중 여러 문제에 응용 가능한 강력한 ‘변분론적 방법론’을 개발하는 데 총력을 기울이고 있습니다. 우리가 보는 연속적 현상은 자연의 기본 원리로부터 나오죠. 이를 미분 방정식으로 유도한 후 그 해(解·풀이)로써 현상을 이해할 수 있게 하는 것입니다. 그래서 미분 방정식의 해를 구하는 것이 중요합니다. 물론 쉬운 일은 아닙니다.

그러나 해는 어떠한 모양과 성질이 있는지, 또 얼마나 많이 존재하고 어떤 구조를 이루고 있는지 끊임없이 연구하는 것이 제가 해야 하고 해결할 일이라고 생각합니다.”

변 교수는 현재 자신의 연구 분야인 해석학과는 사뭇 다른 현대 대수학을 학생들에게 가르치고 있다. 그는 “대수학을 전공한 교수는 해석학을 가르치고, 저는 반대로 대수학을 가르친다”며 “이렇게 교과를 바꿔 강의하는 이유는 학생과 교수 모두 변화와 새로운 체험을 하고, 이런 시도 속에서 새로운 것을 창출해 낼 수 있기 때문”이라고 말한다.

변 교수는 “수학이란 우리가 경험하는 각 현상에서 추상적 모형을 만들어 내고 그 모형을 논리로 정확하게 이해하려는 노력”이라며 “고등학생 시절 ‘페르마의 마지막 정리’를 보고 미해결 문제를 풀고 말겠다는 도전의식이 생겨 수학과 인연을 맺게 됐다”고 말했다. 그 후 그는 수학을 ‘자신이 해야 할 일’로 여기고 있다. “남들이 가는 쉬운 길은 결코 가지 않는다”는 그는 앞으로의 포부를 이렇게 밝혔다.

“모든 학문이 끝나도 수학은 계속 진화할 것입니다. 하지만 속도는 느릴 것입니다. 물론 제 학문도 서서히 진화할 것입니다. 사실 앞선 수상자들도 수상 이후 놀라울 정도의 좋은 업적을 많이 발표하듯 이제 저도 훌륭한 논문을 더 많이 쓰기 위해 노력해야죠. 이를 통해 우리 수학계를 발전시키는 또 하나의 원동력이 되었으면 합니다. 앞으로도 내 집을 내 손으로 짓는 마음으로 수학계에서 새 분야를 개척해 나갈 계획입니다.”

백창훈 기자

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[SET_IMAGE]6,original,left[/SET_IMAGE]“많은 사람이 정신질환으로 고통받잖아요? 치료까지는 못하더라도 원인이라도 알아보자고 시작했죠.”

김은준(40) 한국과학기술원 생명과학과 부교수의 말이다. 그는 뇌과학 분야에서 국내 ‘최고 중 최고’로 꼽힌다.

김 교수의 주된 관심 대상은 신경세포 사이에서 신경 전달이 일어나는 접점인 시냅스(synapse). 이번에 젊은 과학자상을 받은 것도 신경세포의 시냅스 생성과 관련된 분자기전(Molecular Me-chanism) 규명 및 이를 통해 밝혀진 시냅스 단백질과 정신지체·언어장애 등 다양한 뇌질환의 관련 여부를 규명한 업적을 높게 평가받았기 때문이다.

의사가 꿈이었던 김 교수가 고등학교 졸업 후 진학한 곳은 의대가 아닌 약대였다. 집안 사정상 ‘빨리 돈을 벌어야겠다’는 생각에서다. 하지만 약대에서 신경계에 작용하는 약물 메커니즘에 매료된 그는 약사라는 인기 직업 대신 학문의 길을 택했다. 그리고 그 뒤 지금까지 연구자로서 외길을 걸어오고 있다.

 “10년 안에 세계 5대 연구소로 키울 것”
김 교수는 시냅스를 구성하는 단백질을 찾는 일에 연구 초점을 맞추고 있다.

“인간이 넘어졌을 때 통증을 느끼는 것은 모두 신경세포 간에 신경 전달이 일어나기 때문입니다. 그 접점을 시냅스라고 하죠. 그런데 신경 전달이 일어나기 위해서는 첫째로 신경전달물질이 신경세포로부터 떨어져 나와야 하고, 둘째로 그것을 받아들이는 수용체가 있어야 합니다. 이 때문에 신경세포에는 이런 과정을 돕는 단백질이 반드시 필요합니다. 현재 약 10만 개 정도의 단백질이 이 과정에 관여하는 것으로 알려져 있습니다. 이렇게 많은 단백질이 어떻게 모여 시냅스를 만들고 신경 전달을 돕는지, 그 상호작용의 분자기전을 밝히는 일을 하고 있죠.”

시냅스에 관한 연구는 아직 ‘신경전달물질이 세포 밖으로 나와 다른 신경세포 수용체에 부착하는 방식으로 신경 전달이 이뤄진다’는 수준에서 크게 벗어나지 못한 것이 현실이다. 그러나 김 교수의 이번 연구는 이 수준을 뛰어넘을 수 있는 돌파구를 마련한 것이다. 시냅스 구성의 핵심 역할을 하는 단백질인 ‘PSD-95’와 ‘Shank’를 새로 찾아내 그 기능을 밝혀낸 것이다. 특히 그가 하버드대 의대에서 ‘포스트 닥’(박사후과정)을 밟으며 제1 저자로 세계적 자연과학 학술지 <네이처>에 기고한 논문 ‘PSD-95에 의한 K이온 채널의 집적’은 시냅스를 구성하는 다양한 단백질에 대한 연구를 촉발한 것으로 평가받는다.

“세포막은 물의 표면과 비슷해 수용체가 둥둥 떠다닙니다. 그런데 이렇게 수용체가 유동적이면 신경전달물질이 제대로 전달되기 힘들죠. 때문에 수용체를 시냅스에 고정해 줄 무엇인가가 필요한데, 그것이 바로 ‘PSD-95’ 단백질입니다.”

또한 ‘PSD-95’와 ‘Shank’는 수백 개의 단백질과 접합을 이루는 구조 단백질이자 핵심 단백질로 시냅스를 구성하는 다른 단백질을 추가로 찾는 데도 중요한 기여를 했다.

젊은 과학자상이 연구성과보다 앞으로의 가능성을 보고 주는 상인 만큼 더 큰 부담이 된다는 김 교수. 그는 “격려 차원으로 생각하고 좋은 논문을 써 보답할 생각”이라고 말한다. 그는 “세계 10대 연구소 간의 경쟁이 갈수록 치열해지고 있다”며 “10년 안에 한국과학기술원을 세계 5대 연구소로 키우는 것이 목표”라고 조심스럽게 욕심을 내비쳤다.

오효림 기자

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[SET_IMAGE]8,original,left[/SET_IMAGE]“화학으로 세상의 문제를 풀자.” 한국과학기술원 화학과 최인성(36) 교수가 이끄는 연구소(BioMEMS and Bionanotechnology Lab)의 모토다.

최 교수는 나노 바이오 센서 및 약물 전달 시스템과 생체 친화성 고분자 코팅 연구 기술을 비롯한 표면생유기화학 분야를 정립해 ‘분자 단위에서 표면 제어를 통한 나노-바이오기술(NBT) 연구’업적으로 지난해 제8회 젊은 과학자상을 수상했다. 나노-바이오 기술 분야에서 원천기술을 확보했다는 점을 높게 평가받았다.

“나노-바이오 기술의 목표는 질병의 조기 진단과 효과적 치료입니다. 저는 화학을 중심에 두고 나노와 바이오 기술을 어떻게 접목할 수 있을지 연구하고 있죠.”

그는 특히 지난해 체내에 한번 이식하면 정해진 시간에 꼭 필요한 만큼의 약물을 방출하는 ‘약물 전달 마이크로 칩’을 개발해 주목을 받았다. 그러나 학계에서 그는 ‘표면생유기화학’이라는 분야를 정립한 학자로 더 유명하다.

NBT 원천기술 확보
 “환자 몸에 정맥주사관 등 임플란트를 삽입하면 불가피하게 생체물질과 인공물질이 접하는 면이 생깁니다. 그것을 화학적으로 개면이라고 합니다. 우리 몸은 인공물질인 임플란트가 들어오면 무조건 나쁘다고 인식합니다. 그래서 이를 공격하기 위한 단백질을 만들어 내고, 이 단백질이 임플란트에 달라붙어 부작용을 일으키는 경우가 많습니다. 이 같은 현상을 효과적으로 제어하는 기술, 즉 단백질을 원하는 자리에 정확히 접합시키거나 혹은 반대로 접합을 억제하는 기술을 연구하는 것이죠. 표면생유기화학이라는 이름은 제가 붙인 것이고요.”

그는 표면생유기화학은 응용 분야가 무궁무진하다고 말한다.

“표면생유기화학은 기반(基盤)기술입니다. 이 기술을 응용하면 단백질 칩이나 DNA 칩, 세포 칩 등도 만들 수 있죠.”

화학 전공자인 최 교수가 ‘나노’의 세계에 뛰어든 것은 1994년. 연구자들 사이에도 나노기술이 널리 알려지기 전이었다.

“제가 박사 과정에 들어갈 때만 해도 나노기술이라는 말이 없었어요. 박사 학위를 이수하기 위해 미 하버드대학에 진학한 뒤 무조건 가장 유명한 유기화학 전공 교수를 찾아갔죠. 그런데 졸업할 무렵이 돼서야 제가 하고 있던 연구가 나노기술이었다는 것을 알았습니다. 지도교수인 와이즈반 교수는 어느새 나노 분야에서 대가가 되어 있었고요.”

 박사 과정 후 그는 화학을 더 공부하고 싶다는 생각에 매사추세츠 공대(MIT) 화공과에서 박사후과정을 밟았다.

“박사후과정에서 제 지도교수가 메디컬 바이오(醫工學) 분야를 창시한 렝거 박사였습니다. 덕분에 자연스럽게 의공학에 발을 담그게 됐죠. 저는 화학과 나노를 공부했기 때문에 자연스럽게 두 분야를 융합할 수 있었고요. 처음부터 공대에서 연구를 시작했으면 여기까지 못 왔을 거예요. 화학에서 시작해 조금씩 응용학문으로 넘어왔기 때문에 가능했다고 봅니다.”

젊은 나이에 큰 상을 받게 된 것이 부담스럽다는 최 교수. 그러나 그는 “세계 과학계를 선도하라는 채찍으로 생각한다”고 말한다.

“우리 윗세대 연구자들은 선진국의 연구 성과를 따라잡기에 급급했습니다. 그러나 그들의 노력 덕분에 이제 우리나라의 연구 수준도 선진국과 동급에 와 있다고 생각합니다. 이제 우리 몫은 세계 과학자들을 선도하는 것이라고 생각합니다. 젊은 과학자상은 그 역할을 짊어지고 나가라는 의미로 알고 있습니다. 상의 무게에 걸맞은 좋은 성과를 낼 수 있도록 노력하겠습니다.”

오효림 기자

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[SET_IMAGE]10,original,right[/SET_IMAGE]37세 젊은 과학자 신중훈 교수는 늘 유쾌하다. 자신의 연구 업적에 대해서도 “실리콘 나노 결정을 이용해 장난을 친 것뿐”이라고 익살스럽게 표현한다. 그러나 연구 성과에 대한 자부심은 대단하다.

그의 연구의 핵심은 실리콘과 광통신을 융합하는 것.

“21세기 정보혁명을 가능하게 한 기반기술인 반도체 집적회로 기술과 광통신 기술의 융합은 그동안 많은 과학자 사이에서 꿈의 기술로 여겨져 왔습니다. 지난 10년 동안 가장 활발히 연구됐던 분야 중 하나고요. 그러나 실리콘에는 기본적으로 빛을 내는 성질이 없기 때문에 실리콘을 광기술에 응용한다는 것이 거의 불가능하다는 게 정설이었죠. 제 연구는 실리콘을 나노 결정으로 조그맣게 만들면 성질이 바뀐다는 것을 증명해 낸 것입니다.”

실리콘을 3나노m 크기로 잘게 부수면 색은 물론 전기적·광학적 성질이 바뀌어 통상적 크기일 때 실리콘이 가질 수 없는 성질을 띠게 된다고 한다. 이렇게 성질이 바뀐 나노 결정 실리콘에 발광 기능을 가진 희토류 원소를 조합하면 전기적으로 우수한 물질이 만들어진다는 것이다.

세계 굴지의 연구그룹보다 2년 이상 앞서
이 같은 연구 결과는 유럽정보기술개발전략(ESPIRIT) 프로젝트 및 일본전신전화(NTT), 매사추세츠 공대(MIT) 등 굴지의 연구 그룹보다 2년 이상 앞선 것으로 평가받고 있다. 또한 이 기술을 광통신 증폭기에 접목할 경우 크기 및 단가를 획기적으로 줄일 수 있을 것으로 기대된다.

“모든 통신 네트워크는 증폭하는 과정이 필요합니다. 현재 광증폭기는 가격이 개당 100만 원 정도입니다. 크기도 하드 디스크만 하고요. 그러나 실리콘 나노 결정을 이용하면 작고 저렴한 광증폭기를 만들 수 있습니다. 세계적 반도체 회사와 통신회사가 이 기술에 주목하는 이유가 여기에 있습니다.”

그러나 그는 “연구의 경제적 파급효과도 중요하지만, 그동안 광기술에 응용이 불가능하다고 여겨지던 실리콘을 나노 결정으로 만들면 광증폭이 가능하다는 것을 증명해 냈다는 점에 큰 희열을 느낀다”고 덧붙였다.

그가 물리학에 관심을 가진 것은 고등학교 무렵. 그는 “물리학이 재미있었고내가 잘할 수 있는 분야라고 생각했다”고 말한다.

“직관적으로 어떻게 될 것이라고 예상하고 실험했는데, 그대로 결과가 나올 때 그 쾌감이 물리학의 매력인 것 같아요.”

은행원인 아버지를 따라 초등학교 졸업 후 줄곧 외국에서 공부한 그는 하버드대학 졸업 후 캘리포니아 공과대학(CALTEC)에서 박사 및 박사후과정을 수료했다. 실리콘에 관심을 가진 것도 그 무렵이었다. 그가 실리콘에 관심을 가진 이유는 간단했다.

“전 세계에 가장 큰 영향을 미치는 반도체가 실리콘이잖아요?”

앞으로 3년간 실리콘과 광기술 융합을 좀 더 깊이 연구할 계획이라는 신 교수. 그는 “미국 국비장학생이 공부하기 위해 제 연구실을 찾아오도록 만드는 것이 목표”라고 말한다.

“미국 국비장학생이면 전 세계 어느 연구실에나 갈 수 있는 실력의 학생입니다. 그런 학생이 연구하고 싶다며 제 연구실을 찾아 오는 것만큼 확실한 평가는 없죠. 그 정도는 되어야 10년 뒤 젊은 과학자상이 성공한 프로그램이었다고 평가받지 않겠어요?”

오효림 기자