한국기초과학지원연구원(KBSI)
외산 의존 연구 장비, 국산화에서 상용화까지

텅스텐 필라멘트 투과전자현미경. 사진=KBSI 제공
텅스텐 필라멘트 투과전자현미경. 사진=KBSI 제공
한국기초과학지원연구원(KBSI)은 국내 대형 연구시설장비 대표 기관으로, 국가적으로 구축하고 활용하는 연구시설·장비를 총괄 관리하는 정부출연연구기관이다. KBSI는 그동안 축적된 첨단연구장비 운영 노하우와 분석과학 전문 인력을 활용해 첨단연구장비 인프라를 조성하고, 전량 수입에 의존하던 연구장비들을 국산화해 연구장비 생태계 혁신에도 주력하고 있다. KBSI가 최근 개발한 △기체 클러스터 이온 빔 장치 △전자석 기반 물성측정 장비 △30㎸ 투과전자현미경은 모두 다양한 연구 분야에서 활용도가 매우 높다.

◇전량 수입하던 질량분석장비 핵심요소 국산화=전량 수입에 의존하는 질량분석장비는 생체 시료나 미량 성분 분석은 물론 신약 개발이나 신소재·반도체 공정분석 등 다양한 분야에서 활용되고 있다. 최근에는 환경과 인체를 위협하는 미세먼지나 미세플라스틱을 분석하는 데에도 쓰이고 있다. 활용처만큼 종류가 다양해 국산화 요구가 크다.

KBSI 연구장비개발부 최명철 박사 연구팀이 국내 최초로 개발한 `기체 클러스터 이온 빔 장치`는 이차이온 질량분석기 국산화의 핵심요소다. 이온빔을 시료에 쏴 이차이온을 일정하게 생성시키는 역할을 한다. 이 장치는 시료를 훼손하지 않으면서, 현재 국내외에서 사용되는 최첨단 클러스터 이온빔과 유사한 수준의 성능을 가지고 있다.

연구팀은 더 나아가 현존하는 질량분석장비의 한계를 넘어서는 국산 질량분석장비 개발을 목표로 연구개발에 몰두 중이다. KBSI는 앞으로 OLED(유기발광다이오드), 미세플라스틱 등 유기물질과 생체시료의 3차원 화학 영상 분석이 가능한 `3차원 분자 영상 질량분석기`를 완성할 방침이다.

◇전자기 물성측정장비 상용화…외산 독점 시장 판 흔든다=전자석 기반 전자기 물성측정 장비는 물리·화학 분야 기초연구에 필수적인 장비다. 그동안 외산 장비가 국내 시장을 독점해왔지만, 연구장비개발부 박승영·최연석 박사 연구팀의 개발로 관련 장비를 전량 국산화할 수 있는 길이 열렸다.

연구팀은 그동안 총 7종의 관련 제품을 개발했다. 장비 발열문제를 해결하기 위해 냉각성능을 최적화해 설계했다. 이는 기존 외산 제품보다 우수한 성능을 갖추게 된 계기가 됐다.

개발된 7종의 제품 중 5종은 2019년부터 시판돼 국내 주요 대학과 출연연을 비롯한 여러 연구·산업 장비 제조업체에 판매됐다. 7종 모두가 시판되면 동급의 외산 모델이 독점하고 있는 시장을 완전히 대체할 수 있게 된다.

박승영 박사는 `제3회 지식재산의 날` 기념식에서 전자석 기반 물성측정장비를 개발하고 사업화한 공적을 인정받아 과학기술정보통신부 장관 표창을 수상했다.

◇보급형 투과전자현미경 국내 최초 개발=투과전자현미경은 나노미터(㎚) 수준의 식별 능력으로 시료의 내부구조를 영상화하고 분석할 수 있어 기초과학 연구에서 가장 많이 활용되는 장비다. 현재 일본과 미국 업체들이 전 세계 투과전자현미경 시장의 97%를 점유하고 있다. 이들이 고가의 중·대형 모델만을 판매하는 탓에 국내 수요자들은 필요 이상의 고성능 모델을 높은 가격에 도입해야 했다.

이 같은 상황에서 연구장비개발부 한철수 박사 연구팀이 `30㎸ 투과전자현미경` 국산화에 성공하고, `KBSI 투과전자현미경 개발 플랫폼`까지 구축하는 쾌거를 거뒀다.

연구팀이 개발한 현미경은 `텅스텐 필라멘트 전자원 모델`과 `전계방출형 전자원 모델`이다. 모두 낮은 전압에서 나노미터 수준의 식별 능력을 갖춰 세포 등의 생체 바이오 시료 및 그래핀과 같은 연성 소재 분석에 효과적이다.

연구팀은 2025년까지 향상된 성능의 `60㎸ 수차보정 투과전자현미경` 기술을 개발해 국산 장비의 수준을 한 단계 더 높일 계획이다.

KBSI 관계자는 "꾸준한 연구개발을 통해 일본과 미국 등이 독점해온 연구장비 시장의 판도를 바꾸고, 지속가능한 연구장비산업 생태계를 조성하기 위해 꾸준한 연구개발을 이어나가겠다"고 밝혔다. 정인선 기자

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국산 전자석 기반 물성측정장비 상용화 제품(DCEM60모델). 사진=KBSI 제공
국산 전자석 기반 물성측정장비 상용화 제품(DCEM60모델). 사진=KBSI 제공
기체 클러스터 이온빔 장치 시제품. 사진=KBSI 제공
기체 클러스터 이온빔 장치 시제품. 사진=KBSI 제공

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