[Best R&D Group] 김철기 DGIST 신물질과학전공 교수(자성 기반 라이프케어 연구센터장)

2020 아시아 자성연합회(AUMS)상 수상
 

김철기 교수가 아시아 자성연합회(AUMS, Asian Union of Magnetics Societies)가 주관하는 2020년 AUMS상 수상자로 선정됐다. 2년마다 시상하는 AUMS상에 한국인으로 2번째 수상이어서 더 의미가 깊다.
 

사진=임성희 기자 

자성소자와 바이오의료 접목으로 세계적 연구자 반열
2000년대 초 개발한 스핀트로닉스 센서 소자를 기반으로 바이오의료 연구를 접목하며 새로운 분야를 개척해 온 김철기 교수. 재료공학과 교수의 바이오 연구가 새로운 바람을 일으킨 것이다. 그의 선견지명은 오늘날 나노 자성과 바이오 의료를 접목한 Nano-BioMedical-Magnetics 경계 기술의 세계적 연구자라는 타이틀을 얻게 했다. 2008년 설립된 아시아 자성연합회는 유럽자성협회(European Magnetics Association)와 더불어 세계적인 자성협회이다. 한국, 일본, 중국, 대만, 베트남, 러시아 등 총 6개 회원국으로 이뤄져 있으며 김철기 교수의 AUMS상 수상은 한국인으로서는 2번째이다. “한국자기학회에서 추천되었고 회원들의 염원으로 30여 명의 국제자문단 투표에 의해 선정된 만큼 모든 회원분들과 기쁨을 함께 나누고자 합니다. 초기에는 AUMS 수상자가 아시아 태생이면서 미주에서 활동하는 분들이 많았는데 근래에는 아시아 국가 내 연구자가 수상하기 시작했고 이는 지난 10여 년 전과 비교해서 아시아인이 분야별로 선도연구자가 되었다는 것을 의미합니다” 김 교수는 카이스트 박사과정부터 자성 소재, 자기 센서, 스핀트로닉스 소자에 관한 연구를 수행했고 그가 개발한 ‘고감도 자기감지 센서소자칩’은 ‘3D 자기감지 소자칩’으로 특허등록이 됐으며 현재 국가 소부장(소재·부품·장비) 사업에 선정돼 국내 전자부품 기업을 통해 대량생산 라인을 구축 중이다. ‘3D 자기감지 소자칩’은 휴대폰, 자동차, 위성, 자기스캐너 등에 방향 제어를 위해 탑재되는 최첨단 센서다. “2000년대 초 ‘스핀트로닉스’라는 신조어가 탄생하고 국내에서 관련 연구가 성숙됐지만 국내산업 응용이 불투명하여 새로운 연구 분야 개척의 필요성을 느꼈습니다. 이에 2002년 미국, 독일, 프랑스 유수의 연구기관, 연구실을 방문하면서 다음 10년을 집중할 수 있는 분야를 구상했고, 그 당시 바이오칩 연구가 태동하면서 자성기술과 바이오 기술을 접목 분야로 계획했습니다” 자성 전문 엔지니어가 바이오 연구를 통해 새로운 분야를 개척했기에 그 부분에서 높은 평가를 받은 것 같다는 김철기 교수의 자평. 하지만 현재 그는 더 새로운 분야의 문을 열고 있다. 단일 세포분석 장비에서 난제 기술인 능동제어 다중 세포 집게기술을 자기적 방법으로 개발하며 2017년 노벨물리학상을 받은 광학 집게 방법보다 성능이 우수하다고 평가하고 있다.
 

세계적인 연구자로 그가 주목받을 수 있었던 건 재료공학과 교수의 바이오 연구로 새로운 바람을 일으킨 것처럼 그가 모험을 즐기는 우직한 연구자였기 때문일 것이다. 사진=임성희 기자 

차세대 IoT에 필수적인 ‘3D 자기감지 소자칩’을 세계적으로 선보일 D-DAY 기대
김철기 교수는 “연구는 현재 기술에 응용할 수 있는 분야와 10년 후에 적용할 수 있는 분야가 있습니다”라며 10여 년 전 특허등록한 ‘3D 자기감지 소자칩’이 현재 상용화를 앞두고 있다고 전했다. “10년 전 바이오칩을 겨냥해서 온도 안정성을 갖춘 자기 센서를 만들어 특허까지 등록했는데, 그 센서가 유럽 다국적기업의 특성분석에서 자기감지 및 IoT 성능 ‘세계 최고’라는 평가를 받으며 앞으로 유럽 수출을 목전에 두고 있고, 현재 국내 자동차부품기업과 협력 연구 중이며, 성능 평가 후 대량판매가 될 예정입니다”라며 그는 “미국, 일본은 연구 결과를 이용해서 새로운 부품과 기술 개발에 굉장히 적극적이지만 국내는 특허 이전 및 연계가 미흡합니다. 현재 대량생산 라인을 구축하는 회사와 반드시 상용화에 성공해서 한국에서 연구자와 기업 협력의 새로운 롤모델을 보여주겠습니다”라고 강한 의지를 보였다. 그가 현재 진행 중인 능동제어 다중 세포 집게기술의 향후 10년도 청사진이 보인다. 독일 막스프랑크연구소와 라이프니츠 연구소에서 협력 연구에 관심을 보여 연구 교류가 이뤄지고 있다.
 
자성 기반 라이프케어 연구센터(ERC)로 심혈관 질환 새로운 진단 기법 개발
암 진단에 집중된 나노바이오 기술에 대한 역발상으로 김철기 교수가 주목한 질환이 바로 심혈관 질환이다. 이는 2016년부터 융합연구자로서 그가 의료분야에서 새로운 이슈를 도출해내고자 영남대 의대 교수팀과 주기적인 간담회를 가지며 얻은 아이디어다. 전 세계적으로 암은 사망률이 13%이지만 심혈관 질환은 31%로 두 배 이상이다. 하지만 그동안 암 연구에 가려 소외되면서 현재 나노바이오 기술로 심혈관 질환에 접근하는 연구센터는 전혀 없는 상태다. 이에 2018년 심혈관 질환 진단에 초점을 둔 선도연구센터(ERC)를 유치한 김철기 교수는 크게 3그룹으로 나눠 혈액을 통한 분자진단 (micro-), 세포를 통한 진단(meso-), 그리고 혈관탄성·혈류를 통한 진단(macro-) 연구를 진행하고 있다. “앞으로 5년 안에 저희가 만든 센서로 혈압측정과 동시에 혈관탄성·혈류에 의한 혈관 나이 측정이 가능할 것으로 보입니다. 이를 통해 어느 정도 심혈관 질환을 가려낼 수 있을 것으로 생각합니다”
 

김철기 교수는 “박사가 장래 취업을 보장해주는 시기는 지났습니다. 연구 및 일상에서 ‘AI’와 공존을 생각해야 합니다. AI가 할 수 있는 일이 점점 늘어날수록 인간은 더 새롭고 창의적인 일을 해야 합니다. 이미 이슈화된 문제, 남들이 열심히 하는 문제보다는 새로운 문제를 제기하는 연구, 새로운 분야를 개척하는 연구를 해야 합니다”라고 제자들에게 강조했다. 사진=임성희 기자 

모험을 즐기는 우직한 연구자
국제협력을 강조하는 김철기 교수는 우리나라가 도움을 받은 만큼 과학기술 후진국에 돌려줘야 한다고 말했다. 그래서 현재 그는 베트남 하노이 국립대학 ‘Micro-Nano-Technologies’ key lab 공동소장을 맡아 공동 기술 개발 및 연구환경 조성에 참여하고 있다. 덧붙여 좀 더 폭넓은 시야로 해외와 교류하고 나누는 과학기술문화가 정착되길 바라는 마음도 전했다. 엔지니어이지만 바이오 분야를 접목하며 새로운 길을 개척해왔기에 김 교수는 제자들에게도 ‘모험’의 중요성을 백 번, 천 번 강조한다. “박사가 장래 취업을 보장해주는 시기는 지났습니다. 연구 및 일상에서 ‘AI’와 공존을 생각해야 합니다. AI가 할 수 있는 일이 점점 늘어날수록 인간은 더 새롭고 창의적인 일을 해야 합니다. 이미 이슈화된 문제, 남들이 열심히 하는 문제보다는 새로운 문제를 제기하는 연구, 새로운 분야를 개척하는 연구를 해야 합니다”
 
그는 자신을 천상 엔지니어라며 항상 기술의 상용화를 생각한다고 했다. 현재 ‘3D 자기감지 소자칩’ 상용화를 목전에 두고 있는 그의 마음은 어떨까? 10년을 기다린 그의 기술. 본인 기술에 대한 믿음이 있었기에 그 긴 시간을 기다릴 수 있었을 것이다. 향후 10년 김철기 교수는 또 다른 기술의 상용화를 목전에 두고 있을 것이다. 세계적인 연구자로 그가 주목받을 수 있었던 건 그가 모험을 즐기는 우직한 연구자였기 때문일 것이다.

이슈메이커 임성희 기자 shlim@issuemaker.kr