「과학, 그곳에서」를 시작하며

  본 「과학, 그곳에서」는 『전경』에 기록된 “서양의 모든 문물은 천국의 모형을 본딴 것이라.” (교운 1장 9절)와 “용력술을 배우지 말지어다. 기차와 윤선으로 백만근을 운반하고 축지술을 배우지 말라 운거(雲車)를 타고 바람을 제어하여 만리 길을 경각에 왕래하리라.”(예시 75)는 내용에 따라, 현대과학에서 중요시되는 과학의 개념과 기술들을 살펴보고자 마련했습니다. 현실적인 문명이기가 자연과 인간에게 조화와 상생의 가치로 펼쳐지는 것을 음미해보시기 바랍니다.

나노 기술 (Nanotechnology)

글 교무부

  자연에 있는 물질의 최소 단위라고 할 수 있는 분자 수준에서 물질을 만들고 이해하는 것이 나노과학(Nanoscience)과 나노기술이다. 나노과학은 전통적인 과학과 공학, 양자역학 그리고 생명과학이 만나는 곳에서 발생하며 나노기술은 나노과학의 지식을 이용해서 우리의 생활 방식과 작업하는 방식을 근본적으로 변화시킬 물질과 기계 그리고 장치들을 만들어 낸다.

  모든 사물이 인간의 오감으로 느끼고 조절과 제어가 가능할 정도로 커야만 한다는 것이 20세기 과학기술의 일반적인 경향이었다. 그러나 20세기 후반 마이크로(100만 분의 1미터) 전자기술의 도입으로 사물은 크기의 소형화와 휴대의 간편화, 지능화로 가고 있다. 나노기술은 물체를 원자나 분자 단위로 제조할 수 있는 기술을 말한다. 즉 나노미터 크기의 물질(나노물질)들이 갖는 독특한 성질과 현상을 찾아내 나노물질을 정렬시키고 조합하여 매우 유용한 성질의 소재나 시스템을 생산하는 과학과 기술을 통칭한다. 마이크로 크기란 작지만 여전히 우리들의 눈에 보이는 기술을 말한다. 하지만 앞으로는 ‘보이지 않는 나노 시대’로 진입하게 될 것이다. 나노기술의 대부인 미국의 에릭 드렉슬러는 나노테크놀로지는 건강에서 식량 문제까지 인류의 모든 생활을 혁명적으로 바꾸어 놓을 것이라고 호언장담하였다. 이 사람은 1970년대 대학 시절에 이미 분자 크기의 기계를 만든다는 생각을 하였다. 분자 크기의 암세포 파괴 기구를 만들어 몸속에 집어넣은 후 암세포만 골라 고통 없이 없애게 한다든가, 나노 컴퓨터를 옷감에 장치해서 외부의 기온과 습도에 맞게 옷감의 두께를 알아서 조절할 수 있을 것이라는 그 당시로는 꿈같은 이야기를 지어내었던 것이다. 그러나 현재 나노기술에 대한 연구가 빠른 속도로 진행되고 있어 우리에게 여러 가지 가능성을 던져주고 있다.

  나노(nano)라는 단어는 난쟁이를 뜻하는 ‘나노스(Nanos)’에서 유래되어 지금은 아주 미세한 물리학적 계량 단위로 쓰이고 있다. 나노는 10억 분의 1이라는 단위로서 나노세컨드(ns)는 10억 분의 1초를 나타내고, 나노미터(nm)는 10억 분의 1미터를 가리킨다. 눈으로는 볼 수 없는 세계로 전자 현미경을 통해야 접근 가능했던 극미의 세계가 나노의 세계다.

  일반적으로 나노물질은 적어도 한 변의 길이가 나노미터의 크기에 이르는 물질을 말한다. 즉 세 변이 모두 100nm 이하의 물질은 물론이고 한 변만이라도 100nm 이하의 크기를 갖는다면 그것은 나노물질이 된다. 나노규모의 크기를 예로 들면 사람의 머리카락의 두께는 50,000nm 정도이고 박테리아세포는 수백나노미터의 크기이다. 그런데 보통 흔히 보는 물질이라도 나노미터 크기를 갖는 나노물질이 되면 물리적ㆍ화학적으로 독특한 성질과 현상을 나타낸다. 나노물질은 그 크기가 조금만 변해도 색깔과 같은 물리적 성질뿐만 아니라 화학적 성질도 크게 달라진다. 따라서 나노구조란 우리가 이제까지 만든 가장 작은 물질이 아니라, 우리가 만든 가장 단단한 물체이다. 또한 나노규모가 특별한 이유는 물질의 열적 전기적 전도성, 경도, 융점 등의 일상적인 성질들이 입자-파동의 이중성과 양자효과 등으로 표현되는 성질들과 만나는 지점이기 때문이다.

  비록 드렉슬러가 말한 수준에 도달하려면 아직 멀었지만 나노 수준에서 원자를 결합시켜 새로운 물질을 만들어내는 연구가 잇달아 발표되는 가운데 과학자들은 이런 연구에 의해 21세기의 신소재의 개발과 응용이 급속하게 진행될 것으로 보고 있다. 나노기술이 이미 실용화되었거나 개발이 진행 중이거나, 또는 장래에 개발 가능성이 있는 중요 사례로 탄소나노튜브, 나노금속의 합금계, 나노세라믹스나 나노유리, LIGA 프로세스, 주사형프로브현미경이 있다.

  이밖에 반도체 나노디바이스, 반도체 나노프로세스, 정보통신에서의 양자 닷트(Quantum Dots), 1970년대 노벨상 수상자인 파인만(Feynman) 박사에 의해 주장된 전자나 스핀 등의 양자역학적인 거동에 기초한 “양자 컴퓨터”, 컴퓨터 하드 디스크의 “수직기록장치”(이를 이용하여 제작된 하드디스크의 용량은 1평방인치당 100 기가비트 저장), 나노코팅, 표적 의약품 전달시스템(Targeted Dr ug Delivery System) 등 무수히 많은 나노크기의 기술이 개발되고 있다.

  나노기술의 유용성에도 불구하고 나노기술은 기본적으로 통제할 수 없다는 불안 요소를 갖고 있다. 우리가 나노기술로 나노 단위의 로봇, 즉 나노봇(nanobot)을 만들었다고 하자. 나노봇은 특정한 기능을 하도록 만든 분자 크기의 로봇이다. 우리 몸 안의 효소와 비슷하다고 보면 된다. 그런데 이 나노봇을 우리가 통제하기란 사실상 불가능하다. 나노세계는 일반 물리의 지배도 받지만 양자역학의 지배도 동시에 받는 세계이기 때문이다. 초기 제작할 때 어떻게 움직일 지 예측하지만 일단 몸 안에 들어간 나노봇 개체 하나 하나의 움직임을 조절할 수는 없다. 일단 우리 몸에 들어간 나노봇은 무슨 짓을 할지 모른다. 나노봇은 피부를 뚫고 몸속으로 들어가며 세포 속으로 손쉽게 들어갈 수 있다. 만약 세포 속으로 들어간 나노봇이 세포를 변형시켜 세포의 정상적인 성장과 분열 현상을 방해한다면 어떻게 될까? 정상세포를 암으로 바꾸는 치명적인 결과가 생길지도 모른다. 나노봇은 너무 작기 때문에 문제를 일으켰을 때 제거할 수도 없다. 나노봇 아이디어를 처음 내놓은 미국의 에릭 드렉슬러 박사도 또 다른 관점에서 나노기술의 암울한 미래를 예측하기도 하였다. 그는 자신의 저서 『창조의 엔진』에서 나노기계가 자기복제를 통해 생물을 죽일 수도 있다고 주장했다. 효과적인 치료를 위해 자기 복제하는 나노봇이 등장하는데, 이 나노봇이 인간의 통제를 벗어나 마치 꽃가루처럼 바람을 타고 이동하면서 주위 환경에 있는 것들을 모조리 먹어치우면 지구 생태계를 불과 며칠만에 회색 먼지로 바꿔버릴 수도 있다고 경고했다. 나노봇은 아직 먼 미래의 이야기지만 나노입자는 이미 시판됐다. 이 나노입자의 위험성에 대한 경고도 이미 조금씩 흘러나오고 있다. 우리 몸은 피부가 있어 해로운 물질이 몸 안에 침투하는 것을 막지만, 나노 입자는 너무 작아서 피부를 그냥 통과한다. 심지어 세포막도 뚫고 세포 속으로 들어갈 수 있다. 몸에 해로운 물질을 나노 수준으로 만들면 치명적이라는 뜻이다. 기술적인 면에서는, 나노기술은 이미 국방과 무기에 관련해서 많은 주목을 받고 있다. 나노기술을 이용한 방탄복이나 고성능 통신 장비를 생각할 수 있다.

  나노튜브와 같은 초고강도 나노물질은 주로 탄소로 이루어지기 때문에 금속탐지기나 화학적 냄새 탐지기에 걸리지 않는다. 테러 단체들이 특정한 유전적 성향을 가진 사람들을 표적으로 하는 바이러스를 찾거나 특정한 개인만을 노리는 바이러스를 만들 수도 있다. 나노기술과 줄기세포에 관한 생명공학에서의 논쟁은 새로운 원소를 발견했을 때나 새로운 행성을 발견했을 때보다 더 민감한 무엇인가가 내포되어 있다. 현 시점에서의 이러한 소란과 논쟁은 아직 일어나지 않은 거대한 논쟁의 시작에 지나지 않는다. 미래에는 나노컴퓨터의 등장으로 인공지능이나 각 개인의 DNA암호가 누군가나 또는 어떤 조직에 의해 정보가 독점되고 통제가 될 것이다. 나노 세계는 인류문명에 어떤 의미로 다가 올 것이며, 이 모든 문제들에 대해서 공학자나 과학자, 정치가, 역사학자, 사상가 그리고 종교학자들 간의 학제적인 연구와 심도 있는 논의가 필요할 것이다. 미래가 아닌 현 시점에서, 매우 진지하게 말이다.