김병수_편집위원
희망
“인류의 미래에서 나노기술의 중요성은 과장된 것이 아니다. 나노기술은 산업과 질병치료에 확실한 희망이며, 무제한에 가까운 에너지의 공급, 무어 법칙의 연속 그리고 가난의 끝이다.”
마크 모젤레위스키(Mark Modzelewski), 나노산업연합회 전무
위험
나노기술은 안전, 안보, 평등 문제의 극복과 같은 세상에서 가장 절박한 문제를 기술이 해결해 줄 수 있다고 보는 기술적 해결(technofix) 분위기를 가속화시킨다. 유전공학을 통해 얻은 잠재적 생산성은 생산 문제라기보다는 분배와 접근 문제인 가난의 해결과 연결돼 있다. 정보통신기술은 정보격차를 메울 수 있는 수단으로 장려되고 있다. 이와 비슷하게 현재 나노기술은 정부에게 사회, 정치 경제적 변화에 필요한 행동을 피할 수 있는 폭 넓은 기회까지 제공해주고 있다. 더 나아가 나노기술은 사회 문제를 체계적인 방식으로 규명하는데 필요한 연구와 기아의 근본 원인, 비참한 삶, 환경파괴에 맞서 싸우는 정책 및 실천에 필요한 자금 및 지적, 정치적 의지를 다른 곳으로 돌릴 위험도 가지고 있다.
패트릭 멀바니(Patric Mulvany), 중간기술그룹 정책고문
나노기술 식품 및 농업
나노식품 개발
340억 달러의 매출을 기록하고 있는 식품 및 음료 분야의 거대 기업인 크레프트 식품(Kraft Food)은 2000년 NanoteK 컨소시엄을 출범시켜 아래 분야에 집중하고 있다.
각각의 소비자의 미뢰(味 )에 맞는 신제품. 예를 들어 잠복성이 있는 나노 입자들이 담겨 있는 투명하고 맛이 없는 음료가 내부적인 극초단파를 통해 소비자가 원하는 맛을 만들어내기 위해 활성화 된다.
알레르기나 영양결핍과 같은 개인의 영양 및 건강 프로파일을 인지한 맞춤 식품
소비자의 비타민 결핍을 검출하고 경고해 주는 식품 꾸러미
럿거스(Rutgers) 대학이 개발하고 있는 제품은
신체의 특정 지역으로 약을 운반할 때 사용하는 단백질인 “뉴트라슈티컬(Nutraceutical)” 식품.
식품 내부가 상하기 시작하면 색깔이 변해 소비자에게 경고해 주는 식품 꾸러미
나노농업 개발
나노 센서가 온도, 물의 양, 염도, 질소, 질병 모니터를 위해 작물이나 토양 위에서 반짝일 것이다.
나노 입자가 살충제로 이용되는 화학물질 전달 시스템 및 현존하는 농약 대용으로 사용될 것이다. 남캐롤라이나에 소재한 클렘슨(Clemson) 대학은 산업용으로 사육되는 가금류 고기에서 인간으로의 감염을 줄이기 위해 생물학적 반응성이 있어 박테리아와 결합할 수 있는 나노 입자를 개발하고 있다.
위험은 무엇인가?
앞서 지적한 모든 개발품들은 우리가 식품과 농업을 취급하는 방식과 같은 체계적인 문제들을 무시하고 있다. 소비패턴이나 동물의 복지 문제를 규명하려는 시도는 없고, 효율성과 수익성 향상만이 유일한 목표다. GM 식품이 좋은 본보기라고 할 수 있다. 예를 들어 자연에서 발견된 적이 없는 물질들이 식품공급 및 환경으로 들어간다면 어떤 일이 벌어질 것인가?
이미 미국은 농부보다 죄수가 더 많다. 농부들의 지식이 센서로 대체 된다면 농부라고 할 수 있는 사람들은 죄수 보다 더 적게 남게 될 것이며 농업은 컴퓨터 모델과 농업 기업들의 지시를 따르게 될 것이다.
짐 토마스(Jim Thomas), ETC 그룹의 유럽 프로그램 코오디네이터
나노기술은 기업이 관계시설, 비료 및 살충제와 같은 투입량을 조절하기 위해 나노 센서와 결합된 분자 육종기술을 통한 농업에 대한 통제 증가는 농부들을 농업과 관련 없도록 만들 것이다. 자연 생산품을 대체한 합성 분자들은 수백만 가지의 1차 생산물을 없애 버리고 제 3세계의 경제적 선택권을 빼앗을 것이다. 이는 현재의 추세인 생명에 대한 특허 독점을 가속화시킬 것이다. 가장 중요한 것은 나노기술과 생명에 대한 분자적 관점이 식품과 건강의 전일적(holistic) 시스템을 침식할 것이라는 것이다.
반다나 시바, 인도 과학기술 및 생태 연구 재단 소장
나노기술과 의학
더욱 빠른 약품 전달
MIT 연구자들은 금으로 된 나노입자를 DNA 가닥 사이에 첨가했다. 금으로 판금 된 DNA가 자기장을 만나게 되면 가닥들이 서로 분리된다. 자기장이 제거되면 가닥들은 다시 붙는다. 연구진은 입자들을 이용해 유전자를 끄고 켤 수 있는 효과적인 스위치를 개발했다. 목표는 신약 개발 시간을 단축하는 것인데, 제약 연구자은 어떤 약의 효과를 모의 실험할 수 있다. MIT의 실험실은 이 기술을 체외에서의 검출과 측정을 세포 및 체내의 분자적 수준에서 모니터링하고 조작할 수 있도록 진화시킬 계획이 있는 생명공학 회사 engeneOS에 라이선스를 줬다. 바꿔 말하면 이제 시험관 검사는 중단되고 생체 작업이 시작된 것이다.
인공 세포 생산
로버트 프라이타스(Robert Freitas)는 자연적인 적혈구 보다 236번 이상 많은 산소를 조직에 운반할 수 있는 인공 적혈구를 개발하고 있다. “호흡세포(respirocyte)”라고 이름 붙여진 이 인공세포는 직경이 1 마이크론이고 원격으로 재 프로그래밍이 가능한 나노컴퓨터가 실려 있다. 프라이타스는 자신의 장치가 빈혈과 심장질환 뿐만 아니라 스포츠와 수중활동에서 인간의 수행능력을 향상시키는데 사용될 수 있다고 예측하고 있다. 프라이타스는 이것의 위험으로 과열, 폭발 그리고 “물리적 보전권의 상실(loss of physical integrity)”을 들었다.
더욱 빠르고 정확한 진단
스탠포드 대학의 어떤 화학자는 당뇨병 환자들에게 이식하기 위해서 한 가닥의 탄소 나노튜브를 이용하는 당(glucose) 센서를 개발하고 있다.
더욱 향상된 약제 전달 방법
플로리다 대학의 연구자들은 콘텍트 렌즈를 통해 약품을 눈으로 운반할 수 있는 나노캡슐 젤(nanocapsule gel)을 만들었다.
파우더젝(Powderjeck)은 나노입자로 된 약품을 피부를 통해 매우 빠른 속도로 전달 할 수 있는 시스템을 개발했는데 이미 스카이 제약(SkyePharm)은 빨아먹는 나노약품들을 시장에 출시했다.
로레알(L”Oreal)은 화장품 업계에서 유사한 기술을 선도하고 있다. 1995년부터 자사의 상품들을 사용자의 피부로 깊숙이 침투시킬 수 있는 비타민 E가 담긴 나노캡슐에 넣어왔다.
향상된 이미지화
캠브리지 대학의 연구자들은 암세포와 결합할 수 있는 나노입자를 설계하고 있다. 레이져 빛이 암에 걸린 장기를 통과하면 나노입자들이 그것을 포착해 선명한 이미지를 만들어 낸다.
위험
나노기술 연구에 필요한 막대한 자금으로 인해 노력의 대부분을 이익이 남는 의학에 쏟는 결과를 가져올 것이다. 예들 들어 부자들의 생활 양식에 대한 의학이 세상의 대부분을 차지하고 있는 가난한 사람들을 괴롭히는 질병에 대한 의학보다 더 많게 될 것이다. 식품에서도 마찬가지인데 나노기술은 삶의 문제 해결책을 사회 그 자체의 근본 원인의 규명보다는 기술적 해결에서 찾는다.
“초미세입자(Ultrafine particles, UFRs)”는 크기가 10000분의 1 보다 작은 입자들이다. 우리가 진화하는 동안 건강과 연관이 있는 UFPs는 환경 속에 거의 없었고 주로 해가 없으면서 용해될 수 있는 바다로부터 온 소금들이었다. 우리는 현재 다양한 자원의 연소에서 나온 많은 UFPs의 영향을 받고 있는데 여기에 더해 나노기술 산업은 약품 전달에서 선크림까지 폭넓은 분야에서 많은 양의 UFPs를 생산하고 있다.
무해한 물질이라도 미립자로 전환되면 독성을 가지는 경향이 있다. 일반적으로 입자가 작아지면 반응성과 독성이 커진다. 이것은 놀라운 사실이 아닌데 산업적 화학 반응을 향상시키기 위해 촉매들이 어떻게 만들어지는지를 보면 된다.
UFPs는 폐의 보호막을 통과해 공기와 혈액이 가스를 교환되는 장소에 들어갈 수 있다. 입자들을 씻어내는 청소(scavanger)세포는 UFPs를 “외부의 것”으로 인식하는데 어려움을 겪으며, 입자들이 너무 많아 제 역할을 못하고 압도당할 수 있다.
UFPs가 소화기나 피부를 통해서도 몸에 침입 할 수 있다는 증거가 있다. 게다가 몸의 구획을 나누는 막(menbrane)에 위치한 “카베올라(caveolar)” 구멍을 통해 나노입자들이 침투할 수 있는 자연적 “통로”가 있고 뒤이어 몸을 순환하는 것으로 보인다. 이런 일시적인 구멍은 단백질과 같은 “거대 분자들(macromolecule)”의 수송에 관여하는 것으로 알려지고 있다. 이 구멍들은 UFPs가 통과하기에 적당한 사이즈로 열린다. 제약 산업계는 특정 장기, 특히 매우 제한적인 뇌혈관장벽(Blood-Brain Barrier)으로의 약품 전달을 향상시키기 위해서 이 효과를 탐구하고 있다.
화학자들은 새로운 화학물질을 UFPs에 편승시켜(piggybacking) 신체 막의 가리개를 통과할 수 있는 UFPs의 설계가 가능할 것으로 보고 있다. 그러나 이것은 교통 오염에서 나오는 UFPs가 신체에 의도하지 않은 침입을 일으키는 것처럼 동일한 매커니즘이 중요 장기에 적용 될 수 있다는 것을 의미한다.
신체는 입자들이 발휘하는 독성 효과나 나타날 수 있도록 충분히 열린다.
비얀 하워드, 리버풀 대학의 인간 및 세포생물학과 교수
나노기술과 환경
나노비젼
나노기술은 투입되는 원료의 양과 쓰레기 배출이 적은 윤택한 소비재를 생산할 수 있는 잠재력을 가지고 있는데 이로 인해 이산화탄소 발생을 줄여 지구 온난화를 감소시킬 수 있다. 또한 나노기술은 쓰레기를 줄이고 생명을 위태롭게 하지 않는 천연 물질로 변환시킬 수 있는 잠재력을 가지고 있다.
레스터 밀브레스, 뉴욕 주립대의 과학과 사회 프로그램 연구원
개발
나노센서 — 나노믹스사(Nanomix Inc.)는 나노 튜브를 이용해 화학 플랜트 및 정련 과정에서 가스 누출을 검출할 수 있는 센서들을 제작하고 있다. 그들은 이 센서가 기존의 전통적 가스 검출기보다 비용이 10배나 적고 1년 동안 시계 건전지에서 작동할 것이라고 주장한다.
재생가능에너지 — 일본에서는 태양 전기를 더욱 효과적으로 생산하기 위해서 빛에 반응하는 나노 결정들이 개발되고 있다. 미국 에너지성에서 온 연구자들은 플라스틱 태양전지를 만들 수 있는 광전자 나노막대(photovoltic nanorod)를 플라스틱에 끼워 넣는 작업을 진행중이다. 동시에 개발자들은 투명하게 뿌릴 수 있거나 변형된 도로 표면에 적용할 수 있는 또는 건물 외장재가 많은 에너지를 생산 할 수 있는 얇은 필름 형태의 ‘태양 벽지(solar wallpaper)’나 나노솔라 페인트의 생산을 희망하고 있다. 클렘슨 대학의 연구자들은 구부리면 전기가 발생하는 “압전현상(piezzoelectric)”을 만들어내기 위해 탄소 나노튜브를 플라스틱에 끼워 넣는 작업을 하고 있다. 예들 들어 이런 물질로 돛을 만들면 바람에 퍼덕이면서 전기를 생산해 낼 수 있다. NEC는 랩탑에 장착하기 위해 탄소 “나노호른(nanohorn)”에 기초한 연료전지를 개발하고 있는데 2004년부터 생산된다.
라이스(Rice) 대학은 나노입자들의 반응성을 이용해 오염물질을 정화할 수 있는 방법들을 개발하고 있다. 이미 나노스케일(Nanoscale)을 비롯한 다수의 소규모 기업들이 탄저균을 파괴하거나 거를 수 있는 제품들을 생산하고 있다. 인바이로시스템(Envirosystem)은 Ecotru라는 나노유상액을 환경 친화적 살균제로 판매하고 있다.
분자재생 및 바이오모방(biomimicry) — 개발자들은 자연적 과정의 모방을 통해 자연에서 쉽게 분해 될 수 있는 합성 물질 생산을 바라고 있다. 드렉슬러와 같은 나노 환상가들은 분자 크기의 나노 로봇이 독성 폐기물의 분해하거나 그것의 일부를 이용해 새로운 생산물을 만들 수 있는 날이 올 것이라고 예측한다.
파국(catastrophe) 피하기 — 기술자인 멀홀(Douglas Mulhall)은 나노 세상에서의 실제 환경적 재앙은 인간의 활동에서 오는 것이 아니라 지진, 운석과 같은 자연 재해에서 올 것이라고 주장한다. 또한 그는 환경주의자들이 새로운 나노기술을 이용해 자연재해를 근절하기 위한 캠페인을 벌여야 한다고 주장한다. 예컨데 나노로봇은 운석을 발견하고 파괴할 수 있으며 인공 모래톱은 조석파(tidal wave)가 미국을 덮치는 것을 막을 수 있다.
위험
원자력, 합성 플라스틱, GMO와 같은 기술에서 제기되는 동일한 문제가 나노기술에서도 제기되고 있는데 환경주의자들은 “나노전기를 통한 값싼 전기 생산” 이나 “나노화학을 통한 더 나은 삶”과 같은 전망에 신중한 자세를 취한다. 여기에는 세 가지의 우려가 있다.
독성
나노수준에서는 양자효과로 인해 물질의 속성이 달라져 새로운 효과를 보이는데 화학적 반응성이 더욱 커진다. 부분적으로 기업들이 선크림, 화장품, 도료, 폭약, 전지, 항상제 붕대 등에 관심 갖게 하는 이유는 이런 성질들 때문이다. 그러나 만약 그들이 다르다면 환경적, 독성적 영향을 안전한 대량 생산품과 왜 동일하게 여겨야 하는가? 영향에 대한 어떤 환경적, 독성학적 정보들이 있는가? 기본적으로 없다. 그리고 우리가 보는 것처럼 규제도 없다. 마치 BSE 처럼 “위험의 증거”가 없으면 “위험하지 않다는 증거”도 없다와 같다. 우리는 나노입자가 위험한지 여부를 확실히 알지 못한다. 따라서 대량으로 환경으로 방출하기 전에 찾아야 한다.
덩 파르(Doung Parr) 그린피스 UK 과학자문단장
나노바이오안전성
나노생명공학 연구자들은 나노전선으로 자랄 수 있도록 DNA, 바이러스, 박테리아 심지어는 프리온을 재 설계하고 있으며 분자 매커니즘을 구성하거나 의학적 이식체나 센서를 개발하고 있는데 특히 분자수준에서 우리가 알고 있는 것처럼 떨어져 나온 유전자, 슈퍼바이러스, 생명체는 예측할 수 없는 방법으로 인간에게 영향을 미치거나 오염물질로 진화할 능력을 가지고 있다. 정확한 유전 공학이라고 해도 대부분 예측 불가능한 2차 효과를 수반하고 나노기계에서 뼈대를 형성하지 못한 합성 DNA의 작은 가닥들은 이론적으로 바이러스나 살아 있는 생명체로 들어갈 수 있다.
회색 구(Goo) 와 녹색 구
나노기술과 관련해 지속되고 있는 환경적 공포는 선 마이크로시스템의 설립자인 빌 조이에 의해 대중화 됐다. 그것은 무분별한 복제자에 의한 지구적 에코파지(ecophagy)로 알려져 있지만 대부분 “회색 구(grey goo) 문제” 이 시나리오에서는 통제 불능의 자기 복제 로봇이 꽃가루 분출처럼 퍼지고 순식간에 복제할 수 있으며 지구의 생태계를 “먼지”나 “구(goo)”로 만든다. 위험한 나노로봇은 바이러스처럼 쉽게 거칠어지고 작아지고 퍼질 수 있다. 많은 나노기술 체제에서는 과학 소설에 나오는 분자 나노로봇을 없애고 있는 반면 최근의 나노기술 진전의 대부분이 자기 복제 역학 보다는 생물학을 이용하는 하이브리드 생의학적 나노기계에 초점을 맞추고 있다. 실제로 회색 구보다 인간의 통제를 벗어난 나노바이오기계를 의미하는 그린 구가 더욱 큰 문제가 될 수 있음을 의미한다.
나노기술과 군사
개발
2002년 봄 미군은 5년간 5천만 달러를 투자해 MIT 내에 군 나노기술 연구소(ISN, Institute for Soldier Nanotechnolgies)를 설립했다. ISN은 거대한 사업을 진행 중인데 8개 학과 35명의 MIT 교수들과 몇몇 산업 협력자들이 포함된 150명의 연구진이 나노 연구에 참여하고 있다. 거대화학 회사인 듀폰사는 섬유와 중합체에 대한 수년간의 경험을 가져왔다. 군수 산업체인 레이시온사가 시스템 통합을 맡을 예정이다.
우선적인 목표 중 하나는 군인 개개인의 수행능력을 향상시키는 것이다. 개발품에는 나노 장비를 장착해 20 피트의 벽을 뛰어 넘을 수 있고, 수퍼맨의 인공 손발로 싸우고, 자신들을 볼 수 없게 만들 수 있고 자동 응급 치료가 가능한 제복을 입은 미래의 전사들이 포함돼 있다. 그들은 이미 구부리고 펼 수 있는 인간의 근육만큼 강한 “외부근육(exomuscle)”을 개발했다.
다른 당면한 목표는 군인 개인장비의 무게를 145파운드에서 45파운드로 낮추는 것이다. 연구소는 현재 종이보다 더 가벼운 분자 “사슬행낭(chain mail)”을 개발하고 있다.
위험
모든 새로운 전쟁은 더욱 정밀한 무기를 요구하는 동시에 의도하지 않은 민간인 사망의 감소를 가져온다. 하지만 여전히 전쟁에 우호적이며 부차적 손상이 희생자를 내고 있고 지구에 영향을 미치고 있다. 나노기술은 단지 강력함을 만드는데 기여할 것이며 힘을 통한 모험을 할 수 있도록 세계의 대부분을 더욱 강하게 만들 것이다.
더 나아가 군사적인 목적으로 개발된 기술들의 상당수는 평시에 자신들이 사용될 영역을 발빠르게 찾을 것이다. 예를 들면
원격 카메라 설계의 향상을 통해 나노기술은 거의 모든 곳에 발견할 수 없는 비디오 카메라, 마이크로폰, 송신기의 설치를 가능하게 할 것이다. 휴대성의 발전으로 인해 극소유체공학 플랫폼이 작은 표본을 값싸고 빠르게 분석하게 될 것이다. 고용주나 보험회사들이 차별을 위해 이런 기술들을 사용한다면 개인의 자유를 심각히 위협하게 될 것이다.
미첼 메타(Michael D Mehta) 박사, 생명공학의 사회학 프로그램 학장
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