<파워인터뷰-현택환>“과학엔 ‘축적의 시간’ 필요… 노벨상 타는 것도 마찬가지”

클릭하시면 더 큰이미지를 보실 수 있습니다 현택환 교수가 지난 13일 서울대 연구실에서 자신의 대표 논문 액자 진열장 앞에 서서 당시 연구 에피소드를 소개하고 있다. 김낙중 기자

■ 올 노벨 화학상 후보 올랐던 현택환 서울대 석좌교수

선배 학자들도 아직 못받아
내가 받을 순서는 아니었다

美서 귀국뒤 가장 잘한 선택은
나노 연구로 진로 바꾼 것

‘나노입자 대량합성’ 논문
3000회 가까이 인용돼

다양한 논문 많이 읽어두면
연구할 때 영감에 큰 도움

“축적의 시간이 필요합니다.”

현택환 서울대 화학생물공학부 석좌교수 겸 기초과학연구원(IBS) 나노입자연구단장은 무심히 툭 한마디 던졌다. 지난 13일 서울 관악구 서울대 캠퍼스 연구실에서 만나 노벨상 이야기를 어떻게 꺼낼까 망설이던 참이었다. 그는 인터뷰 닷새 전(한국시간)에 발표된 노벨 화학상을 받지 못했다. 2020년 노벨 화학상은 ‘크리스퍼 유전자 가위’를 개발한 프랑스의 에마뉘엘 샤르팡티에와 미국의 제니퍼 다우드나 2명의 여성 학자에게 돌아갔다. 학술정보전문업체 클래리베이트 애널리틱스는 약 한 달 전에 현 교수를 한국 과학자 중 유일하게 유력 노벨상 후보로 거론했다. 클래리베이트는 2002년부터 생리의학·물리학·화학·경제학 분야에서 논문 피인용 빈도가 상위 0.01%에 드는 총 336명의 우수 연구자를 노벨상 후보로 선정, 이 가운데 54명이 실제 상을 받았다. 우리나라는 학문적 성과와는 별개인 노벨 평화상을 김대중 전 대통령이 2000년 수상한 기록 말고는 전무다. 특히 경제학을 제외한 과학 분야 3개 노벨상은 이웃 일본이 24명의 수상자를 배출하는 동안 단 1명도 받은 적이 없다. 그만큼 대한민국 국민의 자존심도 상해 ‘올해만은’ 하는 기대감이 높아졌던 것도 사실이다.

―9월에 유력 후보로 뽑혔을 때 여러 언론사가 앞다퉈 기사를 쓰는 등 작은 소동을 빚었죠.

“네, 그런데 저는 ‘솔직히 별로 기대하지 않는다. 내 연구의 뿌리가 되는 선배 학자들의 업적도 아직 노벨상을 받지 못했다’고 담담하게 털어놓았거든요. 지방지 기자들이 대구 생가에까지 쳐들어왔다고 하더라고요.”

현 교수는 왜 올해 자신이 노벨상을 받을 순서가 아닌지 학문적 계보를 따지면서 역사적으로 차근차근 설명하기 시작했다.

“클래리베이트의 예측은 과학 분야에서 더 정확합니다. 최근 10년간 80명의 노벨상 수상자 중 28명이 후보로 올랐던 인물입니다. 35%의 정확도가 갈수록 더 높아지는 느낌이에요. 과학의 복잡성이 증가함에 따라 공동 논문이 많아져서 일급 연구자끼리의 협업도 늘어나죠. 받을 만한 사람이 뻔해지는 거라고 할까요. 그런데 노벨상 후보로 올랐다가 그해에 곧장 수상에 성공한 경우는 힉스 입자를 예언했던 피터 힉스와 프랑수아 앙글레르(2013년 노벨 물리학상 수상자)밖에 없습니다. 그것도 1964년 힉스 이론을 선구적으로 수립한 지 49년 만의 일이었죠. 후보로 선정된 후 짧게는 1년, 길게는 10년 이상 지난 후에 실제로 노벨상을 받았습니다. 과학에는 이렇게 ‘축적의 시간’이 필요합니다.”

‘축적의 시간’은 현 교수가 2015년 서울대 공대 동료 교수 25명과 함께 공동저자로 참여한 책의 제목이기도 하다. 서로 다른 전공의 국내 석학들이 우리나라 산업의 미래 경쟁력 확보를 위해 ‘도전과 실패의 오랜 경험 축적에서 나오는 창의적 개념설계 능력이 중요하다’고 제언해 당시 큰 주목을 받았다. 추격형 양적 성장의 한계에 다다른 한국 경제에 주는 따끔한 고언인 셈이다. 그의 ‘축적론’은 이어졌다.

“한국에서 화학 전공으로 학·석사를 마치고 1991년 미국 일리노이대로 유학을 갔습니다. 박사 과정 첫 3년간은 아무런 결과도 얻지 못했어요. 하지만 졸업 논문은 최우수논문상인 ‘파이퍼 상’을 탔습니다. 그리고 귀국했지요. 이때 지금 생각해도 제 인생에서 가장 잘한 결정 중 한 가지를 하게 됩니다. 바로 미국에서 했던 모든 공부를 제로로 돌리고, 나노 연구에 평생을 걸겠다는 결심이지요.”

일리노이대에서 음파화학 전공으로 무기화학 박사를 취득한 그는 이듬해인 1997년 서울대 교수로 자리를 잡자 유학 말기부터 마음을 빼앗겼던 나노 연구로 과감하게 방향을 180도 전환했다. 한국에서는 나노란 용어 자체가 생소했던 시절이라 선배 교수가 “니나노의 나노를 말씀하시는 건가요?” 하고 농담을 건넬 정도였다. 하지만 당시 미국에서는 나노 테크놀로지가 새롭게 부상하는 최신 과학 분야로 주목받았다. 빌 클린턴 전 대통령이 1997년 취임과 동시에 나노텍 육성을 국가 핵심과제로 선언했을 정도였다.

“그때나 지금이나 제 생활은 ‘읽고 쓰기’로 요약됩니다. 논문을 읽거나 논문을 쓰는 게 일과죠. 이것저것 전공과는 좀 동떨어진 논문이라도 읽어두면 나중에 연구에 큰 영감을 받는 일이 많으니까요. 그런데 유학을 마무리할 무렵부터 나노 관련 논문이 큰 흥미를 끌었어요. ‘이걸 하고 싶다’는 마음이 강렬하게 들었죠. 귀국해서 교수로 자리 잡자마자 실천에 옮긴 겁니다. 그리고 4년 후인 2001년 미국 과학저널 사이언스에 ‘균일한 나노입자 합성’ 논문을, 2004년 네이처 머티리얼스에 ‘균일한 나노입자 대량합성’ 논문을 싣게 됩니다. 제 대표작으로 꼽히는 논문이죠. 앞 논문은 편집자 선정 권두 논문으로 약 1700회, 뒤 논문은 더 많이 3000회 가까이 다른 논문들에 인용됐습니다.”

슬슬 현 교수의 평생 연구 주제인 나노 테크놀로지에 대해 이야기할 시점이라고 느꼈다. 나노(Nano)는 그리스어로 난쟁이를 뜻하는 나노스(Nanos)에서 유래된 용어다. 한마디로 아주 작다는 의미다. 나노미터(㎚)는 1m의 10억 분의 1(10-9m) 길이다. 머리카락 지름의 5000분의 1, 분자나 원자의 크기다. 물 분자나 금 원자가 0.3㎚ 정도 된다.


“스승·제자 노벨상 받는 美 학맥 부러워… 젊은 학자 연구 돕겠다”

과학 3관왕 된 나는 복받은 사람
사제간 연구 면면히 이어지도록
받은만큼 더 베풀어야겠다 생각

소재성질 제어하는게 나노기술
열 잘 견디게·엄청 가볍게 등
응용 가능한 가짓수 무궁무진

메디컬 테크놀로지에 관심 많아
올2월 뇌전증 발작 실시간 탐지
뇌센서 연구로 네이처지에 논문
자가면역질환 극복도 도전 과제


우리 혈관 안에서 혈액을 운반하는 헤모글로빈 단백질의 크기는 30∼40㎚다. 앞서 클린턴 전 대통령은 연설에서 “미 의회도서관에 소장된 모든 정보를 각설탕 한 덩어리 크기에 넣을 수 있는 기술”이라고 나노의 위력을 설명했다.

나노가 단순히 작게 만드는 기술만을 의미하는 건 아니다. 나노 크기로 작게 줄이면 표면적이 엄청 커지는 것은 물론이고, 물질 자체의 성질이 변한다. 황금은 나노 사이즈로 작아지면 포도주색으로 변한다. 중세인들은 이를 교회 스테인드글라스 채색에 이용했다. 원리는 몰랐지만. 어렵게 말하면 분자나 원자 크기만큼 작아지면 원자 주위를 도는 전자의 움직임에 제한이 가해지기 때문이다.

양자역학에 따라 빛 등 모든 물리법칙이 바뀐다. 이처럼 아주 작거나 우주 단위로 아주 커지면 다른 물리법칙이 적용된다. 그래서 나노는 작아짐으로써 발생하는 새로운 현상들의 집합체를 뜻한다. 이 새로운 현상 중 인간에게 이로운 것을 극대화하려고 과학자들은 큰 걸 잘게 쪼개는 톱다운, 점에서 쌓아 올려 나노 크기로 성형하는 보텀업 방식을 동원해 온갖 재료를 삼각형·원형으로, 평면·입체로 잘라도 보고 쌓아도 보고 한다.

―왜 나노기술이 중요한가요.

“모든 다른 기술을 도와주는 ‘도우미 기술’이기 때문입니다. 예를 들어 정보기술(IT), 바이오기술(BT)이 한계에 부딪혔을 때 나노기술(NT)이 새로운 돌파구를 열어줄 수 있습니다. 스마트폰을 봅시다. 이 제품은 디스플레이, 배터리, 마이크로프로세서 같은 반도체 칩 등 여러 가지 부품을 조립해 만듭니다. 이 부품은 무엇으로 만들까요. 바로 소재(material)입니다. 철, 플라스틱, 유리…. 이런 게 소재입니다. 이 소재의 성질을 조절해 우리가 원하는 기능을 갖도록 하는 게 나노기술입니다. 전기가 잘 통하게, 열을 잘 견디게, 엄청 가볍게, 이렇게 말이죠. 소재는 물질이니까 자꾸 잘게 쪼개면 분자, 원자 수준으로 작아지겠죠. 원자만 한 아주 작은 나노 크기의 물질을 마음먹은 대로 컨트롤하는 겁니다.”

현 교수의 2001년, 2004년 시그니처 논문은 ‘균일한 나노입자 합성’을 다뤘다. 뒤 논문은 앞의 논문을 대량 상업생산에 맞게 개선한 것이다. ‘나노입자’를 ‘균일하게’ ‘대량’ 합성한다는 게 왜 중요할까. 나노입자는 1000만 분의 1(100㎚) 이하 크기의 물질 조각이다. 특히 10∼15㎚ 크기로 형성시킨 나노입자 결정(crystal)을 양자점(Quantum Dot)이라고 부른다. 여기에 자외선을 쪼이면 다양한 빛깔이 나온다. 삼성전자의 퀀텀닷 TV는 이에 바탕을 둔 제품이다. 양자점 이론은 1980년대 초반에 러시아와 미국 교수 2명에게서 나왔다. 양자점의 나노입자 크기가 형광 빛깔을 결정한다. 다시 말해 크기를 조절하면 3원색(RGB)을 모두 낼 수 있다. 단, 크기가 균일해야 선명한 색을 얻는다. 예컨대, 7㎚ 크기에서 빨간색이 나왔으면 나노입자 크기를 7㎚로 모두 같게 만들어야 한다. 크기가 다르면 여러 색이 섞여 나와 흐릿해진다. 미국 교수와 제자가 1993년 처음으로 균일한 카드뮴셀레나이드(CdSe) 반도체 나노입자를 만들었고, 다시 그 제자가 2000년 균일한 철·백금(FePt) 나노입자 생산 방법을 발표했다. 그런데 두 논문이 제시한 열주사(注射)법(Hot-injection method)으로는 균일성이 떨어져 들쭉날쭉한 입자를 체로 거르듯 골라내야 해 대량생산이 불가능했다.

현 교수는 2001년 크기 분리 과정을 거칠 필요 없이 바로 균일한 자성체 산화철(Fe2O3) 나노입자를 만드는 승온(乘溫)법(Heat-up process)을 창안해 마침표를 찍었다. 2004년에는 생산방법을 더 개량해 독성 없는 염화철(FeCl2)을 출발 물질로 기존 기술보다 최소한 1000배 싸게, 1000배 더 많이 만들 수 있다는 평가를 받았다. 이제 세계 어디서나 균일한 나노입자를 대량생산하려는 연구소나 공장들은 현 교수의 논문에서 출발해야 한다.

―나노 연구를 20년 이상 했는데 지겹진 않나요. 다른 걸 해보고 싶은 마음이 전혀 안 드는지. 다음에 도전하고 싶은 연구는 무엇인가요.

“나노는 다른 분야에 응용할 수 있는 가짓수가 무궁무진합니다. 요새는 의료 쪽에 특히 관심이 많죠. 저는 70살 넘어서도 과학 연구를 계속하고 싶어요. 알츠하이머·파킨슨병 같은 퇴행성 질환, 크론병·관절염 같은 자가면역질환을 새로운 접근법으로 파보고 싶습니다. 환자들에게 도움이 되는 메디컬 테크놀로지를 개발하려는 겁니다. 지금처럼 산업현장에 응용하는 연구도 전체의 3분의 1 정도는 할애해 계속하고 싶군요.”

올해 2월 현 교수가 네이처 나노테크놀로지에 게재한 논문도 뇌전증(간질)의 발작을 실시간 감시하는 뇌 센서 개발에 관한 내용이다. 발작의 사전 탐지에 나노 기술을 적용한 것이었다. 자칫 목숨을 잃을 수도 있는 뇌전증 환자의 심한 발작은 미리 알면 대처가 가능하다. 발작하기 직전에 뇌 신경세포가 흥분하면서 포타슘(칼륨)을 방출하는데 양이 많진 않아 검출하기가 쉽지 않다. 현 교수 연구팀은 나노입자 안에 포타슘과 만나면 색을 내는 염료를 가둬 이 문제를 해결했다. 발작이 임박할수록 색이 점점 진해지기 때문에 의료진이 대처할 수 있게 된다. 역시 올해 초 나온 네이처 머티리얼스 논문은 물과 산소만으로 과산화수소를 만드는 새 방법을 선보였다. 반도체 세정제로 쓰는 과산화수소를 몸속 효소의 화학적 구조를 흉내 내는 발상으로 100% 국산화하는 데 성공했다. 독성이 있는 팔라듐 대신 구리 촉매를 사용해 싸고 친환경적인 기술이기도 하다.

―노벨상은 다음으로 미뤘지만 국내의 상이란 상은 거의 다 받았지요.

“우리나라 과학 3관왕에 해당하는 1, 2, 3등 상은 모두 수상한 셈이죠. 2016년 대통령이 주는 ‘최고과학기술인상’을 받았고, 2012년 ‘호암 공학상’을, 2008년 ‘포스코 청암 과학상’을 수상했으니까요. 더 거슬러 올라가면 2002년 당시 김대중 대통령이 준 ‘젊은 과학자상’을 받았고요. 2005년 ‘듀폰 과학기술자상’도 기억이 나네요. 저는 개인적으로 미국 유학 시절에 면면히 이어지는 서구의 학맥이 가장 부러웠습니다. 스승이 이끌고 제자가 따라가서 노벨상도 나오는 것이죠. 수상자의 위아래를 훑어보면 다 스승과 제자로 이어져 있어요. 어느 순간 ‘난 복 받은 사람이다. 하나님의 은혜다. 받은 것만큼 더 베풀어야겠다’는 생각이 들더군요. 제 연구도 연구지만 젊은 학자들의 연구를 열심히 도우려 하고, 고등학생 대상의 강연도 1년에 몇 번씩 하는 이유입니다.”

노성열 기자 nosr@munhwa.com