‘양자생물학의 시대가 온다’
양자생명물리과학원 (IQB)

  • 407호
  • 기사입력 2018.11.13
  • 취재 백승지, 이수경 기자
  • 편집 이수경 기자

생명의 기원을 탐구하고자 하는 인간의 호기심은 단순히 과학적 사고에서 뿐만 아니라, 사회적, 종교적, 문제에 머무르지 않고 역사 인류학적 근원에 이르기까지 그 궁금증이 확대 된다. 왜냐하면, 우리 자신이 바로 생명체이기 때문이다. 물리학에서 small world (나노세계) 에서는 그 미시 세계를 지배하는 양자역학적 현상들이 일어난다. 


지금까지는 관찰하기 어려웠던 생명체내 미시세계에서 양자역학적인 현상을 밝히고 연구하는 양자생명물리학 분야는 점점 그 중요성을 인정받고 있다. 생명이란 과연 무엇인가, 생명의 다양성, 생명의 유연성은 어디에서 오는 것인가, 그 근원적인 현상 아래에는 어떠한 과학적 원리가 작용하고 있는가에 대해 끊임없이 파고드는 학문이기 때문이다. 이러한 매력에도 불구하고, 생명이란 단어에는 익숙하지만, 양자? 게다가, 물리학은 어렵다? 라는 선입견으로 인해 양자생물학은 지금껏 몇몇 소수 학자들의 연구 분야로 여겨져 왔다.


초기의 양자물리학 개척자들은 양자물리현상을 생물학적으로 응용하는 것에 깊은 관심을 보였었다. 양자역학의 아버지 에르빈 슈뢰딩거는 물리학자의 관점에서 본 생명현상에 대한 자신의 견해를 70여년 전에 이미 “생명이란 무엇인가 (What is Life?)”라는 책에 기술하였고, 또한, 닐스 보어, 파스칼루 조던, 맥스 델브룩은 상보성에 대한 양자 개념은 바로 생명과학의 근본적인 개념일 수 있다고 주장하기도 했다. 에르빈 슈뢰딩거의 견해 이후로 약 20년 후, 퍼올로브 뢰딘은 DNA의 돌연변이는 양자 터널링 현상을 가지고 그 메커니즘을 설명할 수 있다고 발표하고, 양자생물학. 즉, 양자생명물리학이라고도 불리는 학문 분야를 소개했다. 이렇게 기초과학분야을 융합하여 양자역학을 통한 생명현상에 대한 이해를 높여감으로써 미래는 “양자생물학의 시대가 온다"라고 과감히 말할 수 있다.


이러한 양자생물학의 중요성을 인지하고 우리 대학에서도 양자생명과학 분야에 시대적 선두자로서 자리매김하기 위해 올가을에 양자생명물리과학원 (Institute of Quantum Biophysics (IQB))을 설립했다.


자세한 이야기를 들어보기 위해 양자생명물리과학원 원장 루크 리 (Luke P. Lee) 교수를 만났다.


과학원에서는 생물학, 화학, 물리학, 공학 및 의학의 경계를 아우르는 양자생명물리학의 기초연구를 통해 근본적인 과학적 탐구 뿐만 아니라 이를 통해 아직 해결되지 않은 의료 핵심 문제를 해결하고 나노바이오 의료분야의 산학협력을 통해 최첨단 양자바이오칩 등을 사업화하여 양자생명물리분야에 차세대 전문인재를 양성하는데 그 목적이 있다. 나아가 양자생명물리과학 분야에 긴밀한 국제협력연구를 추진해 더욱 발전시킬 계획이다.


양자생명물리과학원 설립 배경에는 VISION2020+(2017)의 융합 R&E클러스터 육성 정책에 따른 양자생명물리과학 분야를 대학의 전략분야로 육성하려는 데 있다. 나노바이오기술 및 정밀의료 응용연구 분야를 키우고 해외석학과 교내 연구진이 공동연구를 수행하며 산학 협력을 추진할 기초-응용-산업체로 이어지는 전주기형 플랫폼이다.


IQB의 목표는 기초과학, 공학, 의학 연구진이 함께 혁신적인 양자의료기술 개발을 위한 과학적 기초를 구축하는 것으로, 기초양자생물물리학 및 양자생물학적통합회로 (QBICs)에 대한 체계적인 이해를 통해 획기적인 저비용 의료 디바이스를 개발하여 미래지향적인 ‘5P메디슨’ (Preventive, Predictive, Personalized, Participatory, and Precision Medicine) 시스템을 구현하여 글로벌 의료 분야에서 선두적인 역할을 하는 것이다.


양자생명물리과학원은 크게 4개의 연구센터 (Theoretical, Computational, and Design (TCAD), Experimental Quantum Biophysics (EQB), Quantum Biological ICs (QBICs) Medicine, Large-scale Advanced Manufacturing Platform (LAMP))를 두었으며, 3개의 협력 연구 (Berkeley-Harvard-SKKU 국제협력연구, 산학협력연구, SAIHST-IQB협력연구)를 추진한다.


                      연구분야

                                                                                   세부내용

Quantum Biophysics

  살아있는 생체시료의 원격시공간을 조절하여 나타나는 양자물리현상을 이해하고 관련 나노물리 신호변화와 생체정보변화의 상관관계 연구

BASIC-QBIC

  Soft-state Biological Application Specific Integrated Circuits (BASICs)과 Quantum biophysics and Quantum bioelectronics IC (QBICs) 기술을 기반으로 생체 의료 분야 적용을 위해 quantum biological electron transfer (QBET)를 이용하여, QBET-based Rx, 나노광학, 나노플라스모닉, 나노안테나, 바이오 MEMS, 광유체학, 양자생체신호조절을 위한 최첨단 나노기술을 융합하여 quantum biological interface devices (QBIDs) 바이오칩 개발

  Molecular diagnostic IC

  BASIC 및 QBIC 기술을 기반으로 ultrafast precision molecular diagnostic systems (iMDx) 및 microphysiological analysis platform (MAP)을 개발하고 활용하여, 초정밀 분자진단 및 정량진단 의료AI시스템을 구현하여 4대 질환(암, 뇌질환, 면역질환, 희귀질환)에 대한 5P Medicine 연구

  Organogenesis on Chip

 생체 모든 기관을 바이오 칩 위에 설계하여 성숙화시키고 4대 질환에 대한 병리학적/생리학적 변화 진단


- 양자생명물리과학원 발전계획


양자생명물리과학원은 연구 방면에서는 교내 성균나노과학기술원, 나노구조물리연구단 및 삼성융합의과학원, 성균바이오 융합과학 기술원등과 인적, 물적으로 교류를 확대하고, 연구를 통한 사업화에는 삼성전자, 삼성디스플레이, 벤쳐기업 등과의 산학협력을 통해 구축된, 산업화 플랫폼 (LAMP)를 통하여 QBICs 생산화를 가속화할 계획이다.


그러기 위해 대외 연구비 수주를 통한 지속적이고 성장 가능한 기반을 마련하고 (ERC급 국책과제 수주) 신설예정인 생명물리과학과와 연계하여 전문인력을 양성하는 데 많은 노력을 할 것이다.


루크 리 교수는 “선구적인 양자생물학적 연구 환경 구축은 혁신적인 의료 진단 플랫폼의 발전과 더불어 인류의 스마트한 건강생활을 가능하게 할 것이다. 따라서, 양자생물물리학 연구 기반으로 한 첨단 의료 시스템이 다가올 미래에 질병을 진단하고, 예방하는 방법에 있어 큰 획을 긋고, 전 세계를 현대 의학의 혜택에 더 가깝게 할 것이다.”라고 말했다.


생명현상에서 양자현상의 중요성은 나노기술이 융합되어 인체 질환을 진단함으로서 그 빛을 발할 것이고, 과학 발전의 극치를 보여주는 듯하다. 물리학이 생물학을 만나 우리가 상상하지 못했던 일이 현실로 이루어져 인류를 보호하고 발전시킬 수 있다는 것은 가슴 벅찬 일이 아닐 수 없다. 양자생명물리과학원의 설립으로 과학과 생명이 한 단계 더 진보한다고 생각하면 정말 멋진 일이 아닐 수 없다. 앞으로 양자생명물리과학원의 연구가 기대된다.


QBIC(Quantum Biological Integrated Circuits)란 무엇입니까?


양자 플라즈모닉, 양자점, 탄소 양자점 또는 그래핀 양자점등을 통합한 나노 또는 마이크로유체 회로로 된 새로운 분자 진단칩으로서, 미래 예방 의학에 막대한 영향을 미칠 수 있는 최첨단 의료 진단 회로 시스템이다. 더 나아가, 나노 스케일 QBIC은 회로 자체가 나노점이 되어 살아있는 세포내에 양자생물학적 전자전달 (QBET) 기반의 분자 pacemaker로 구현 된다.