고온 초전도체의 전망

비용 장벽을 극복하면 고온 초전도체가 보편화될 수 있습니다.

초전도체는 기본적으로 제로 저항으로 전기를 전도하므로 현재의 전력 전송, 변환 및 사용에서 많은 전력 손실을 방지합니다. 강력한 전자기장은 지금까지 저온 초전도체(LTS) Nb47Ti로 구성된 자기 공명 영상(MRI) 전자석으로 제한된 광범위한 상업적 초전도성을 가진 초전도체의 주요 응용 분야였습니다. LTS의 광범위한 적용은 액체 헬륨(4.2K 이하)으로 냉각해야 하는 필요성으로 인해 방해를 받았습니다. 고온 초전도체(HTS)( 1)는 액체 질소 온도(65~80K)에서 작동할 수 있어 LTS의 제약을 벗어날 수 있는 유비쿼터스 애플리케이션을 약속했습니다. 2050년까지 탄소 없는 경제를 위한 국제 에너지 기구 로드맵을 달성하는 것은 핵융합으로 생성된 전기를 사용함으로써 크게 촉진될 것입니다. HTS는 프로토타입 핵융합 원자로( 2 )에 사용되어 지금까지 HTS 기술의 상업적 개발을 가로막았던 비용 장벽을 극복할 수 있는 기회를 만들었습니다.
1987년 93K의 고온 초전도에 대한 예상치 못한 보고( 1 ) 이후 HTS가 전자석에 대한 고전적인 초전도 응용을 훨씬 넘어서 전력 산업( 3 )에 혁명을 일으킬 수 있다는 아이디어가 추구되었습니다. 많은 기술적 성공에도 불구하고( 4 ) HTS의 전기 산업 응용 분야는 거의 없는데, 그 주된 이유는 HTS 재료의 높은 비용으로 인해 구리 및 철 전기 인프라를 경제적으로 대체할 수 없기 때문입니다. 따라서 지난 10년 동안의 HTS 연구는 과학적 으로 흥미롭지만 제한된 시장인 “고전적인” LTS 전도체로는 불가능한 초고장 전자석을 만드는 것으로 되돌아갔습니다.). 그러나 HTS는 2050년 제로 탄소 목표에 기여하는 수단으로 경제적인 소형 핵융합로를 가능하게 할 수 있으며 핵융합의 개발은 상승적으로 HTS에 대한 수요를 창출하여 HTS 비용 절감을 가져올 새로운 생산 능력을 촉진합니다. 이것은 특히 전기 기술에서 구리와 철을 대체하기 위해 HTS의 경제성을 변화시킬 수 있습니다.
콤팩트한 토카막 핵융합 원자로 개발에 대한 대규모 투자( 6 , 7 )는 최고 성능의 HTS, REBa 2 Cu 3 O 7-δ (REBCO; RE, rare- 접지 요소), 20K 및 20T( 9 )에서 작동하는 코팅 도체(CC) 형태( 8 )). 소형 핵융합 토카막에서 HTS CC의 D자형 코일 세트는 플라즈마를 가두는 토로이달 자기장을 생성합니다(그림 참조). 이 시제품은 270km의 REBCO를 사용했으며, 이는 지금까지 만들어진 모든 고자기장 자석에 사용된 모든 REBCO CC 양의 몇 배입니다. 이 성과는 CC 생산의 대대적인 확장을 필요로 했으며 이제 REBCO CC를 핵융합뿐만 아니라 전기 유틸리티 및 액체 수소 경제에 대한 광범위한 적용에 적합한 가격으로 톤 단위로 제공할 수 있는 기회를 제공합니다.

토카막 핵융합로의 고온 초전도체
소형 토카막 핵융합 원자로와 같은 핵융합 발전의 개발은 고온 초전도체(HTS) 코팅 전도체의 성장과 상용화를 주도하고 있습니다.

https://www.science.org/cms/10.1126/science.abq4137/asset/e5f300d4-490e-473c-a98a-b061d75ade6f/assets/graphic/science.abq4137-f1.svg

역사적으로 고에너지 물리학 커뮤니티는 새로운 초전도체에 대한 지배적인 수요를 제공했으며 실제로 초고에너지 입자 가속기의 필수 구성 요소로서 LTS와 HTS 모두에 대한 수요를 주도하고 있습니다. 20T, 20K 토로이달 필드 융합 자석( 9 )의 시연은 CERN( 10 ) 의 미래 원형 충돌기를 위한 HTS 지원 쌍극자 자석의 설계 및 작동에 대한 강력한 논거를 만들었습니다 . 15~25K에서 작동하는 HTS는 대형 강입자 충돌기에서 LTS 자석을 냉각하기 위한 오늘날의 값비싼 솔루션인 1.8K의 현재 초유체 헬륨에 비해 막대한 극저온 절감 효과를 제공할 수 있습니다.
65~80K의 액체 질소에서도 헬륨을 사용하지 않고 작동할 수 있다는 전망은 원래 HTS, 특히 REBCO의 광범위한 응용 분야에 대한 기대를 불러일으켰습니다. 그러나 HTS를 적용하려는 시도는 극저온을 절약함으로써 초전도체를 유용하게 만드는 것은 높은 전이 온도(또는 임계 온도 T c )뿐만 아니라 더 중요한 것은 높은 전류 밀도(J c ) 를 강한 자기장. 높은 Jc 는 초전도체 내부의 양자화된 와류가 다양한 구조적 결함에 의해 움직이지 않도록 “고정”되는 정도에 따라 달라집니다. 높은 J c 달성구조적 이방성으로 인해 발생하고 강력한 와류 피닝을 어렵게 만드는 REBCO의 초전도 특성의 현저한 이방성을 처음으로 이해해야 하는 20년 이상의 집중적인 연구 활동이었습니다( 11 ) . REBCO 화합물이 박막으로 성장할 수 있는 능력은 고밀도의 절연 나노스케일 RE 2 O 3 및 BaZrO 3 와 같은 페로브스카이트 화합물을 통합하여 액체 질소 온도에서도 높은 J c 를 가능 하게 하는 매우 강력한 와류 피닝을 가능하게 했습니다. ( 12 ).
HTS 적용을 가로막는 두 번째 독립적인 문제: 다결정 전도체 내의 거의 모든 입자 사이에서 발생하는 초전도 특성을 국지적으로 저하시키는 장애에 대한 큰 민감성(입계, GB)(13 ) . 두 가지 주요 LTS 재료인 Nb47Ti와 Nb3Sn은 높은 캐리어 밀도, 등방성, s파 초전도체인 반면 , cuprate HTS는 현저하게 이방성 d파 초전도체로 GB 캐리어 밀도와 초전도 특성은 다음을 제외하고 모두 강하게 저하됩니다. 매우 낮은 각도의 GB(인접한 두 입자 사이의 결정학적 방향의 차이가 매우 작은 경우). 이로 인해 곡물 간 연결성이 크게 저하되고 J c다결정 재료( 13 ). 따라서 HTS 도체가 등장하는 데는 1km도 훨씬 안 되는 길이에서도 15년 이상이 걸렸다. 대조적으로, LTS 컨덕터는 일반적으로 10km가 훨씬 넘는 단일 길이로 만들어집니다.
오늘날 사용 가능한 세 가지 상용 HTS 재료(REBCO 및 비스무트 스트론튬 칼슘 구리 산화물(BSCCO) 화합물 Bi-2223 및 Bi-2212) 각각에 대해 높은 Jc로의 경로 는 장거리 과류 수송에 장애물. REBCO의 경우, 완전히 새로운, 주로 증착 박막 생산 경로가 필요했습니다( 12 ). 특히, Bi-2212 및 Bi-2223은 기존의 와이어 제조 경로로 만들 수 있지만 질감이 좋지 않아 결과적으로 Jc가 낮아지는 대가가 있습니다 .. 대조적으로, 박막 CC 제조 공정의 산업화는 약한 와류 피닝 및 GB 초전류 차단 문제를 모두 해결하여 이제 경제적인 HTS의 대량 생산을 가능하게 합니다.

현재 전 세계적으로 500~1000m 길이에 가까운 단결정 질감의 REBCO CC가 만들어지고 있다. 지배적인 생산 경로는 IBAD(이온 빔 보조 증착)를 사용하여 10~50nm 두께의 입방체 질감 MgO 템플릿을 Hastelloy-C276과 같은 30~100µm 두께의 질감이 없는 강한 금속 기질 위에 성장시킵니다. . 약 100nm 두께의 일부 중간 산화물 층은 MgO를 1~3µm 두께의 REBCO 층에 격자 일치시킬 수 있게 합니다. 이 층은 1~2µm의 스퍼터링된 은으로 보호되고 마지막으로 더 두꺼운 5~50µm 두께의 은으로 보호됩니다. REBCO에서 전기적 안정성과 초전도 손실을 방지하기 위해 일반적으로 전기 도금되는 µm 구리 층. 공정의 대부분 또는 전부는 자본 비용이 높고 처리량이 상대적으로 느린 여러 개의 물리적 기상 증착 챔버를 필요로 합니다. CC 제작을 복잡하고 비싸게 만듭니다. 핵융합 발전 개발을 위한 HTS에 대한 수요 증가는 REBCO CC 제조를 잠재적으로 막대한 비용 절감과 함께 완전한 산업 운영으로 이끄는 혁신적인 영향을 미칠 수 있습니다.
초전도체에 일반적으로 사용되는 비용 메트릭인 킬로암페어미터당 달러($/kA-m)는 자기장에서 77K에서 1000A의 전류를 전송하는 데 필요한 도체의 미터당 비용을 정의합니다(즉, 자기장이 가해지지 않음); 또는 더 일반적으로 사용자가 원하는 온도 및 자기장에서. HTS의 현재 볼륨 가격 범위는 $150에서 $200/kA-m입니다. 초전도 응용 프로그램의 상업적 실행 가능성에 대한 많은 분석은 $50/kA-m의 도체 비용이 전력 사용을 위한 광범위한 응용 프로그램의 티핑 포인트임을 보여줍니다. 장기적 전망은 HTS 비용이 매우 큰 규모로 생산될 때 $10/kA-m 이하로 예상합니다( 14 ).
제조 가능한 모든 초전도체 중에서 가장 “강력한” Nb47Ti(사용 가능한 작동 영역 및 온도 공간의 의미에서)가 상업적 톤수 규모에 도달한 유일한 것입니다. 값비싼 Nb에도 불구하고 Nb47Ti로 만든 MRI 전자석은 영구 전류 모드에서 작동하고 작은 극저온 냉각기만 필요하기 때문에 Nb47Ti는 MRI의 대량 시장 응용 프로그램의 경제적인 원동력이 되었습니다. 컴팩트 핵융합 반응로는 REBCO CC로만 달성할 수 있는 특성이 필요하기 때문에 현재의 높은 HTS 비용을 견딜 수 없는 많은 새로운 시장에 HTS의 뚜렷한 이점을 제공할 수 있는 기회가 제공됩니다.
프로토타입 소형 핵융합로( 6 , 7 )는 HTS 공급을 지난 3년 동안 연간 수백에서 수천 킬로미터로 10배 증가시켜야 했습니다. 이 수요는 HTS 제조를 견고하고 확장 가능하게 만든 최근의 발전을 가능하게 하여( 8 ) 필요한 생산량을 연간 수 톤 수준으로 증가시킬 수 있습니다. 이 생산 규모의 엄청난 확장은 곧 도체 비용을 ~$100/kA-m로 줄일 수 있습니다. HTS 사용 비용도 초전도체 Jc와 생산 수율에 크게 의존 합니다 . 오늘날 최고의 실험실 샘플은 Jc 가 상업용 전도체보다 2배 이상( 15), 따라서 추가적인 산업 개선 경로를 제공합니다. 생산 기술이 성숙함에 따라 제조 수율도 증가하여 비용이 더욱 절감됩니다. 이를 통해 HTS CC는 전기 유틸리티 및 풍력 터빈에서 구리와 철을 대체하는 응용 분야에서 경쟁력을 갖추게 될 것이며 아마도 수소 냉각 초전도 모터로 전기 항공기를 가능하게 할 수도 있습니다.
전반적으로, HTS 재료와 그 산업 응용 분야에 대한 현재의 전망은 역사적입니다. 35년 전 MRI 전자석용 Nb47Ti 생산에 일어났던 것처럼 REBCO 초전도체 사용이 확대될 기회가 있기 때문입니다. 소형 핵융합 발전(아직 프로토타입 단계에 있음)의 개발은 기하급수적인 연간 생산량 증가를 가져온 직접적인 자극제입니다. 응용 초전도체 커뮤니티는 현재의 구리, 철 및 LTS 사용에 비해 오늘날의 REBCO CC 가격으로 아직 경제적이지 않은 다른 전기 기술 응용 분야의 추가 수요와 가격 인하의 선순환을 예상하고 있습니다. HTS 재료 및 응용 프로그램의 지속 가능한 미래 시장은 에너지 생산, 유통, 그리고 사용; 약; 운송; 그리고 연구.

The prospects of high-temperature superconductors
Overcoming cost barriers could make high-temperature superconductors pervasive

R EFERENCES AND NOTES1. M. K. Wu et al., Phys. Rev. Lett. 58, 908 (1987).

2. P. Ball, Nature599, 362 (2021).

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8. A. Molodyk et al., Sci. Rep. 11, 2084 (2021).

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10. P. Védrine et al., in European Strategy for ParticlePhysics—Accelerator R&D Roadmap, N. Mounet, Ed. (CERN Yellow Reports: Monographs, CERN-2022-001), chap. 2, pp. 9–59.

11. D. J. Bishop, Nature365, 394 (1993).

12. J. L. MacManus-Driscoll, S. Wimbush, Nat. Rev. Mater. 6, 587 (2021).

13. H. Hilgenkamp, J. Mannhart, Rev. Mod. Phys.74, 485 (2002).

14. V. Matias, R. H. Hammond, Phys. Procedia36, 1440 (2012).

15. G. Majkic et al., Supercond. Sci. Technol. 33, 07 LT 0 3 (2020)

SCIENCE
22 Jun 2023
Vol 380, Issue 6651
pp. 1220-1222
DOI: 10.1126/science.abq4137

강력한 조직 표면 접착 및 활성 주사 약물 전달을 위한 파란 고리 문어에서 영감을 받은 마이크로니들 패치

초록
조직내 국소 약물은 ​​피부, 점막 또는 내장 질환의 치료에 중요합니다. 그러나 체액의 접착을 보장하면서 적절하고 제어 가능한 약물 전달을 제공하기 위한 관통 표면 장벽은 여전히 ​​어려운 과제입니다. 여기에서 파란 고리 문어의 약탈적인 행동은 국소 약물을 개선하기 위한 전략에 영감을 주었습니다. 효과적인 조직 내 약물 전달을 위해 푸른 고리 문어의 치아와 독액 분비물에서 영감을 받아 능동형 주사 미세바늘을 준비하였다. 온도에 민감한 소수성 및 수축 변화에 따른 온디맨드 방출 기능을 통해 이러한 미세 바늘은 초기 단계에서 적절한 약물 전달을 제공한 다음 장기 방출 단계를 달성할 수 있습니다. 그 동안에, 바이오닉 흡입 컵은 젖었을 때 미세 바늘이 제자리에 단단히 고정되도록(>10 킬로파스칼) 개발되었습니다. 습식 결합 능력과 다중 전달 방식으로 이 마이크로니들 패치는 궤양의 치유 속도를 가속화하거나 종양의 조기 진행을 멈추는 등 만족스러운 효능을 달성했습니다.

소개
조직내 국소 약물은 ​​신속한 작용, 높은 약물 생체이용률 및 최소 침습성의 장점을 가지고 있으며, 종양 성장 억제, 장기 질환 감소 또는 외상 치유 가속화에 빠르고 효과적인 치료를 제공합니다( 1 – 3 ) . 그러나 이 약물 전달 방법의 철저한 개발을 위해서는 해결해야 할 많은 문제가 남아 있습니다. 예를 들어, 구강 또는 복강에 적용할 때 체액 또는 삼출물에 의해 젖은 연조직 표면에 대한 약물 전달체는 건조하고 단단한 표면에 있는 약물 전달체에 비해 접착이 어려워 약물 손실 가능성이 증가합니다( 4 ) . 한편, 약물을 점액으로 전달하거나 삼출물이 표적 부위에 진입하는 데 장애가 되는 것에도 어려움이 있습니다( 2 , 5). 또한 항염증, 항협심증, 항종양 등 많은 상황에서 약물을 투여할 때 약물 방출의 농도 조절이 필요하므로 빠른 발병 및 장기간 유지 요법을 달성할 수 있다( 6 – 8 ) . 이제 일부 전달 플랫폼이 천공 능력( 1 , 5 , 9 ) 또는 다른 표면 투여 습식 접착 플랫폼이 조직 표면에 결합할 수 있는 능력(1, 5, 9 )으로 조직으로 제어된 약물 방출을 달성하기 위해 개발되었지만 ( 2 , 10 ), 소수의 포뮬라가 조직내 국소 약물에 대한 모든 임상적 요구를 충족할 수 있는 우수한 특성을 나타낼 수 있습니다.
절묘한 외모와 치명적인 독성으로 유명한 푸른 고리 문어는 습한 환경에서 먹이를 단단히 잡고 입으로 가져가 먹이의 껍질을 깨물고 독을 뿜어 죽입니다( 11 ) . 여기에서 파란색 고리 문어의 포식 행동에서 영감을 받아 약물 전달 능력을 제어할 수 있는 습식 결합 마이크로니들 패치인 실크 피브로인-플루로닉 F127(Silk-Fp)-폴리(N-이소프로필아크릴아미드)(PNIPAm)가 개발 되었습니다 . 조직 표면 접착 및 효과적인 국소 약물을 달성합니다( 그림 1A ). 구체적으로, 플루로닉 F127(F127) 기반 하이드로겔 흡입 컵은 습식 접착 기능을 제공하기 위해 Silk-Fp로 제조됩니다( 그림 1B).). 흡입 컵의 내벽은 탄닌산(TA)으로 변형되어 생체 적합성 화학 결합을 제공합니다( 12 ). 또한, 유연한 컵형 구조는 기압차( 13 , 14) 로 인해 물리적 접착을 달성할 수 있을 뿐만 아니라) 액체 환경으로부터 내부 화학 결합 계면을 보호할 수도 있습니다. 따라서 Silk-Fp 패치는 물리적/화학적 접합 능력에 따라 젖은 조직에 저항하고 며칠 동안 안정적으로 유지될 수 있습니다. 게다가, Silk-Fp 패치에 실크 피브로인(SF)과 PNIPAm을 포함하는 제어 가능한 약물 방출 하이드로겔 마이크로니들(MN)은 효과적인 조직 내 약물 전달을 달성하도록 설계되었습니다. ( 15 , 16), 이러한 복합 하이드로겔 마이크로니들(Silk-Fp MNs)은 구강 궤양 또는 초기 표재성 종양을 치료하기 위해 적용됩니다. Silk-Fp MN은 조직 표면의 점액층 또는 부드러운 장벽을 관통할 수 있으며, 그런 다음 두 가지 투여 모드인 급속 발병 및 장기 유지 치료를 차례로 활성화할 수 있습니다(그림 1C ). 간단히 말해서, Silk-Fp MN은 높은 종횡비 구조와 신뢰할 수 있는 강도로 인해 생체 내에서 궤양이나 종양에 구멍을 뚫는 것으로 관찰됩니다( 17 , 18 ). 표적 조직에 들어간 후 수축하는 Silk-Fp MN 은 상전이 온도 이상 으로 가열될 때 PNIPAm이 친수성 상태에서 소수성 상태로 변환되기 때문에 약물 용액의 일부를 주입할 수 있습니다 .). 따라서 Silk-Fp MN은 치료 초기 단계에서 충분한 약물 농도(<2시간)를 제공할 수 있습니다. 그런 다음 다음 2일 동안 Silk-Fp MN은 하이드로겔 상태로 치료 효과를 유지하기 위해 나머지 약물을 점진적으로 전달할 것입니다( 그림 1C ). 따라서 생체 공학적 Silk-Fp 패치는 안정적인 습식 접착력과 제어 가능한 조직 내 약물 전달 기능을 가지고 있어 DEX 방출을 통해 구강 궤양의 치유 속도를 높이거나 5-FU를 탑재했을 때 종양 성장을 거의 완전히 정체시킬 수 있는 능력을 가지고 있습니다.

https://www.science.org/cms/10.1126/sciadv.adh2213/asset/0590d871-5659-4a78-89de-f0682b3478a9/assets/images/large/sciadv.adh2213-f1.jpg 그림 1 . 푸른 고리 문어에서 영감을 받은 약물 전달 패치.
( A ) 히드로겔 마이크로니들(MN) 흡인컵 약물 전달 플랫폼은 파란 고리 문어의 포식 과정을 모방하여 개발되었습니다. 이 재료는 젖은 조직 표면 접착 및 자체 제어 다단계 약물 방출을 달성합니다. ( B ) 하이드로겔 흡인 컵의 조직 접착은 부압 고정 및 페놀 수산기 그룹과 조직 단백질 사이의 공유/수소 결합에서 비롯됩니다. ( C ) 패치의 약물 적재 MN은 실크 피브로인, F127 및 PNIPAm 복합 하이드로겔로 구성됩니다. 이 MN은 조직에 침투한 후 체온을 감지하고 2시간 이내에 신속한 약물 전달을 제공한 다음 지속적인 약물 방출을 실행하여 수일 내에 치료 효과를 유지함으로써 주입 동작을 지능적으로 활성화할 수 있습니다.

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adh2213

Blue-ringed octopus-inspired microneedle patch for robust tissue surface adhesion and active injection drug delivery

SCIENCE ADVANCES
21 Jun 2023
Vol 9, Issue 25
DOI: 10.1126/sciadv.adh2213

수렵 채집 생활 방식은 번성하는 장내 미생물 군집을 촉진합니다

Tanzanian Hadza 그룹의 샘플에는 이전에 과학에 알려지지 않은 종이 포함되었습니다.

인간의 내장은 수조 개의 미생물로 가득 차 있지만, 이 광대한 공동체에 대한 대부분의 연구는 도시 지역에 사는 사람들에 초점을 맞추었습니다. 이제 연구팀은 탄자니아 북부의 수렵 채집 사회 구성원인 Hadza 사람들의 장내 미생물군을 시퀀싱하고 이를 네팔 및 캘리포니아 사람들의 미생물군과 비교했습니다 1 . 이 연구는 Hadza가 다른 그룹의 사람들보다 장내 미생물이 더 많은 경향이 있을 뿐만 아니라 서구식 생활 방식이 장내 개체군의 다양성을 감소시키는 것으로 보인다는 사실을 발견했습니다.

Hadza에는 1인당 평균 730종의 장내 미생물이 있었습니다. 평균적인 캘리포니아 장내 마이크로바이옴은 277종에 불과했고 네팔 마이크로바이옴은 그 사이에 속했습니다. 농업 기반 생활 방식을 가진 사람들은 평균 436종의 미생물을 가지고 있는 반면, 채집 생활을 하는 사람들은 평균 317종을 가지고 있었습니다.

팀은 또한 코르크 따개 모양의 박테리아 Treponema succinifaciens 와 같이 캘리포니아 샘플에는 존재하지 않는 종을 Hadza 마이크로바이옴에서 발견했습니다 . 네팔 마이크로바이옴 중 일부에만 이 미생물이 포함되어 있어 사회가 산업화됨에 따라 박테리아가 죽어가고 있음을 시사합니다.

균형 조정
이전 연구에서는 인간의 장내 미생물이 지역과 라이프스타일에 따라 다르지만 산업화되지 않은 인구의 데이터가 부족하다는 사실을 발견했다고 캘리포니아 스탠포드 대학의 미생물학자인 저스틴 소넨버그(Justin Sonnenburg)는 말했습니다. “시퀀싱 노력의 일부는 그 격차를 메우고 과소 대표되는 세계 지역에 더 많은 데이터를 제공하는 것이었습니다.”라고 그는 말합니다.
비산업적 라이프스타일을 사는 사람들의 마이크로바이옴이 산업화된 사회의 사람들보다 더 다양하다는 것은 잘 알려져 있지만, 연구 결과는 그 차이가 이전에 생각했던 것보다 더 뚜렷하다는 것을 보여줍니다. 스탠포드에서.

“데이터는 인간 마이크로바이옴에 대한 우리의 그림을 크게 확장합니다. “시퀀스에 숨겨진 숨겨진 이야기가 있다고 확신합니다.”

연구원들은 2013년에서 2014년 사이에 유아와 어머니를 포함한 167명의 Hadza 사람들로부터 수집한 대변 샘플에서 미생물군을 시퀀싱했습니다. 2021년 연구 2 에서 식단이 마이크로바이옴에 미치는 영향을 조사했습니다.

다양성 감소
이 샘플에서 Sonnenburg와 그의 팀은 박테리아, 박테리아를 감염시키는 바이러스, 고세균 및 진핵생물이라고 불리는 그룹의 단세포 유기체를 포함하여 인간 장에서 발견되는 미생물로부터 90,000개 이상의 게놈을 시퀀싱했습니다. 이러한 미생물 게놈의 약 44%는 통합 인간 위장관 게놈 데이터베이스와 같은 대규모 카탈로그에 아직 기록되지 않았습니다. Hadza 샘플에서 복구된 게놈 시퀀스 중 1,000개 이상이 과학에 새로운 박테리아 또는 고세균 종에서 유래했습니다.

게다가, 산업화된 집단에서 흔히 발견되는 장내 미생물 종은 종종 산화적 손상에 반응하는 것과 관련된 유전자를 포함하고 있습니다. 연구진은 내장의 만성 염증이 그러한 손상을 유발하여 해당 유전자에 대한 선택적 압력을 생성할 수 있다고 의심한다고 Stanford의 미생물학자인 매튜 올름(Matthew Olm)은 말했습니다. “만성 염증 상태에 있다면 장내 미생물군이 적응해야 한다는 것이 이치에 맞을 것입니다.”라고 그는 말합니다. 이 유전자는 Hadza microbiome에서 검출되지 않았습니다.

호주 멜버른에 있는 Hudson Institute of Medical Research의 미생물학자인 Samuel Forster는 비서구 인구를 연구하면 인간 장내 미생물 군집에 대한 보다 완전한 그림을 구축하고 라이프스타일과 지역에 따라 어떻게 다른지 파악하는 데 도움이 될 것이라고 말했습니다. 이것은 연구원들이 산업화된 인구에서 어떤 종이 ​​사라지고 있는지, 그리고 이것이 인간의 건강에 어떤 영향을 미치는지 추적하는 데 도움이 될 수 있다고 Forster는 말합니다. “우리는 우리가 가지고 있는 미생물의 완전한 보완을 이해할 기회가 있습니다.”라고 그는 말합니다. “멸종되기 전에 지금 이해함으로써 멸종 사건을 효과적으로 피하고 있습니다.”

Hunter-gatherer lifestyle fosters thriving gut microbiome
Samples from the Tanzanian Hadza group included species previously unknown to science.

References
Carter, M. M. et al. Cell https://doi.org/10.1016/j.cell.2023.05.046 (2023).
Wastyk, H. C. et al. Cell 184, 4137–4153 (2021).

https://www.nature.com/articles/d41586-023-02065-y

탐나는 임팩트 팩터가 제거된 빠르게 성장하는 오픈 액세스 저널

Web of Science는 세계에서 가장 큰 저널 중 하나를 포함하여 약 50개의 저널을 삭제합니다.
가장 빠르게 성장하는 오픈 액세스 출판사 두 곳의 거의 24개 저널(볼륨 기준으로 세계에서 가장 큰 저널 중 하나 포함)은 더 이상 주요 학술 승인을 받지 못할 것입니다. 3월 20일, Web of Science 데이터베이스는 수십 개의 다른 저널과 함께 저널을 삭제했으며, 논쟁의 여지가 있지만 저자와 기관에 무게를 두는 인용 기반 품질 척도인 임팩트 팩터를 제거했다고 밝혔습니다. 이 움직임은 표면적으로는 참신함보다는 과학적 건전성을 위해 선택된 많은 양의 기사로 표시되는 비즈니스 모델에 대한 지속적인 논쟁과 게스트 편집 특별 호를 위해 많은 수의 기사를 모집하는 일부 오픈 액세스 출판사의 관행을 강조합니다.

분석 회사인 Clarivate에서 운영하는 Web of Science 마스터 저널 목록은 효과적인 동료 검토 및 윤리적 출판 관행 준수를 포함하여 24가지 품질 측정을 기반으로 저널을 나열하고 나열된 저널이 표준을 충족하는지 정기적으로 확인합니다. 클래리베이트는 목록에 있는 일부 저널의 임팩트 팩터를 계산합니다. Web of Science의 편집장인 Nandita Quaderi는 “학문 기록의 무결성에 대한 위협이 증가하고 있기 때문에” 회사가 올해 품질 검사를 확대했다고 말했습니다. 클래리베이트는 50개 저널을 목록에서 삭제했는데, 이는 1년 동안 이례적으로 많은 수였다.

“내 기대는 이 초기 상장 폐지가 빙산의 일각일 뿐이라는 것입니다.
Web of Science 임팩트 팩터(2년 동안 논문당 평균 인용 횟수)를 잃은 저널은 저자에게 좋지 않은 소식입니다. 영향을 미친다는 비판에도 불구하고 이 지표는 고용, 임기, 승진 결정에서 품질의 대용으로 널리 사용되기 때문입니다. 요인은 방법론적으로 결함이 있습니다. 영향을 받는 저널은 또한 미래의 저자를 유치하는 데 어려움을 겪을 것입니다.

클래리베이트는 처음에 삭제된 저널의 이름을 지정하거나 구체적인 이유를 밝히지 않았습니다. 그러나 19개의 Hindawi 저널과 2개의 MDPI 제목 제거에 대한 보고서가 유포된 후 Science 에 확인했습니다 . MDPI 저널에는 작년에 약 17,000개의 기사를 발표한 International Journal of Environmental Research and Public Health가 포함됩니다. 2022년에는 Web of Science 저널 임팩트 팩터 4.614로 공중 보건 분야의 모든 저널 중 상위 절반을 차지했습니다.

성명서에서 MDPI는 Clarivate가 Web of Science의 “콘텐츠 관련성” 기준에 따라 MDPI 저널을 제거했다고 밝혔습니다. 많은 수의 특집을 발행하는 MDPI의 관행이 우려의 핵심일 가능성이 높다고 외부인들은 말합니다. “[Clarivate의] 발표는 성장 모델로 특별 이슈를 사용하기 위한 최고 수준에 접근하고 있음을 시사합니다.”라고 Johnson은 말합니다.
MDPI가 2010년에 설립된 이래로 MDPI의 급격한 성장의 대부분은 특집 기사가 차지합니다. 이전에 Multi-disciplinary Digital Publishing Institute라고 불렸던 이 기관은 이후 최대 오픈 액세스 논문 출판사이자 네 번째로 큰 학술 출판사가 되었습니다. 전체적으로 약 400개의 저널을 생산합니다. 오픈 액세스 논문의 발행인은 일반적으로 저자에게 수수료를 부과하고 출판 즉시 무료로 읽을 수 있도록 합니다. 프랑스 국립 농업, 식품 및 환경 연구소의 경제학자 Paolo Crosetto와 Pablo Gómez의 미발표 분석에 따르면 2022년 임팩트 팩터가 있는 거의 100개의 MDPI 저널이 187,000개의 기사를 포함하는 17,000개 이상의 특별 호를 발행했습니다. 큐 왕립 식물원의 Barreiro. (그들의 분석은 2021 버전을 확장합니다..) 일부 MDPI 타이틀은 하루에 4개의 특별 호를 발행했습니다.

회의론자들은 이 관행이 전문성이 부족하거나 이해 상충이 있거나 제지 공장에서 생산된 조작된 원고를 받아들이는 객원 편집자의 조작에 특히 취약하다고 우려합니다. Crosetto는 “그들이 잘못했다는 증거가 없습니다. “하지만 이 게스트 편집을 누구에게나 맡기면 [제품 품질에 대한] 신뢰가 어렵다는 것은 당연합니다.”
예를 들어 Trás-os-Montes 대학의 Carlos Peixeira Marques와 Alto Douro는 MDPI가 농업, 동물 과학 및 공학 분야의 객원 편집자로 일하기 위해 여러 차례 초대장을 보냈지만 비즈니스 및 관광 분야에서는 한 번도 보내지 않았다고 말했습니다. . “[MDPI] 특별 문제의 절대적으로 미친 숫자로 인해 최소한의 피어 리뷰 기준을 보장하는 것이 불가능해졌습니다.”라고 그는 말합니다.

Crosetto는 MDPI의 특별호 원고를 검토하고 출판하는 속도도 문제라고 말합니다. 2022년 MDPI의 제출에서 승인까지 평균 시간은 37일로, 그가 비교를 위해 검토한 또 다른 대규모 오픈 액세스 출판사인 PLOS 저널 계열의 200일보다 훨씬 낮습니다. 약 3개의 논문 중 1개는 MDPI의 처리 기간이 1개월 이하였습니다. 리뷰어를 모집하고 원고를 수정하는 데 걸리는 시간을 고려할 때 “이것은 불가능해 보입니다.”라고 그는 말합니다.
논평을 위해 MDPI에 도달하려는 Science 의 시도는 실패했습니다. 그러나 과거 성명에서 회사와 지지자들은 적절하게 수행된 빠른 동료 검토를 통해 저자가 기존 저널을 통해보다 더 빨리 동료와 결과를 공유할 수 있다고 말했습니다. 객원 편집자로 일하면 후배 연구원들이 편집 기술을 개발하고 동료들과 네트워크를 형성하는 데 도움이 될 수 있습니다. 그리고 이 회사는 부정적인 결과가 있는 논문을 포함하여 보다 선별적인 저널에서 거부될 수 있는 기술적으로 건전한 논문을 위한 배출구를 제공한다고 말합니다.

특수한 문제도 Hindawi에게 문제가 되었습니다. 소유주인 학술 출판사 Wiley는 3월 9일 “손상된 기사”를 식별한 후 2022년 10월 중순부터 1월 중순까지 Hindawi 저널의 특집 게재를 중단한다고 발표했습니다. Wiley의 수석 부사장인 Jay Flynn은 특별호가 제지 공장과 콘텐츠를 조작하는 “나쁜 행위자”의 표적이 되었다고 말합니다.

이에 대해 Wiley는 직원을 추가하고 편집 제어를 강화하여 AI 기반 심사와 수동 검사를 결합했다고 그는 말했습니다. 이로 인해 Hindawi 저널에서 500건의 철회가 발생했으며 앞으로 약 1200건이 추가될 것으로 예상됩니다. Hindawi는 1월로 끝나는 분기의 특별 이슈 중단으로 인해 900만 달러의 매출 손실을 보고했습니다. 클래리베이트가 삭제한 힌다위 저널 19개는 웹 오브 사이언스에 등재된 저널의 약 1/3을 차지합니다.
저자가 게시하기 위해 비용을 지불하는 기사의 수를 늘리는 게시자는 MDPI만이 아닙니다. 2022년에는 55개의 오픈 액세스 생물의학 저널이 각각 2000개 이상의 전체 기사를 실었으며, 이는 2015년 11개에서 증가한 것입니다. 논평 에 따르면 2022년 이러한 “메가저널”의 300,000개 기사는 그해 해당 분야의 모든 문헌의 4분의 1이었습니다. Stanford University의 John Ioannidis와 동료들이 3월 20일 JAMA 에 발표했습니다 .

“메가저널은 이미 제대로 작동하지 않는 과학적 평가 및 출판 시스템을 영속시키고 강조할 수 있습니다.”라고 그들은 썼습니다. 출판에 따른 비용 지불 모델은 출판에 대한 기관의 할당량을 충족하려는 저자에게 인센티브를 제공하며 “메가저널은 기존 저널에서 이미 긴장된 리뷰어 풀을 고갈시킬 수 있습니다.” Ioannidis는 메가저널과 기존 저널의 피어 리뷰 품질을 비교하는 더 많은 연구가 필요하며 기관과 기금 제공자는 투명하고 엄격한 연구에 대해 연구자에게 보상할 것을 제안합니다.

Correction, 29 March, 1:35 p.m.: This article has been revised to indicate that MDPI, not Clarivate, stated that Clarivate delisted two MDPI journals based on Web of Science’s “content relevance” criterion.
doi: 10.1126/science.adi0098

Fast-growing open-access journals stripped of coveted impact factors

https://www.science.org/content/article/fast-growing-open-access-journals-stripped-coveted-impact-factors

COVID 슈퍼 전파자를 만드는 것은 무엇입니까? 과학자들은 의도적으로 지원자를 감염시킨 후 더 많은 것을 배웁니다.

소식, 2023년 6월 15일
엄격한 연구에서는 가벼운 증상만 가지고 있음에도 불구하고 엄청난 양의 바이러스를 공기 중으로 뿜어내는 ‘슈퍼 셰더’를 식별합니다.

SARS-CoV-2에 의도적으로 감염된 사람들에 대한 연구는 바이러스 전파에 대한 풍부한 통찰력을 제공했습니다. 1 .

간행물은 과학자들이 의도적으로 지원자들에게 COVID-19 유발 바이러스를 감염시킨 논란이 많은 ‘도전 연구’ 의 데이터를 설명합니다 2 . 이 접근법은 반대를 불러일으켰지만, 이 작업은 이제 증상의 심각성이 사람들의 전염성과 관련이 있는지, 가정 COVID-19 테스트가 바이러스 확산을 줄이는 데 역할을 할 수 있는지 여부와 같은 공중 보건에 중요한 질문에 대한 데이터를 산출 했습니다 .

결과는 질병의 중증도와 전염성이 사람마다 얼마나 광범위하고 예측할 수 없는지를 강조합니다. “그리고 이 바이러스를 제어하기 어렵게 만든 것은 인간 사이의 가변성입니다.”라고 작업에 참여하지 않은 샌프란시스코 캘리포니아 대학의 전염병 의사 Monica Gandhi는 말합니다. 6월 9일 Lancet Microbe 에 발표된 이 연구는 또한 바이러스가 아닌 인간의 생리학이 COVID-19의 일부 불일치에 대한 책임이 있음을 시사합니다 1 .

장점이 있는 디자인
챌린지 연구는 “매우 대담하다”고 Gandhi는 말합니다. 어떤 사람들은 심각한 질병을 일으킬 수 있는 감염을 사람들에게 주는 것이 비윤리적이라고 주장하지만 연구 설계에는 이점이 있습니다. 챌린지 연구는 백신 테스트 속도를 상당히 높일 수 있으며 사람들이 양성 반응을 보이거나 증상이 나타나기 전 단계와 같은 COVID-19의 특정 측면을 이해할 수 있는 유일한 방법입니다.

연구자들은 알려진 양의 바이러스 입자를 코에 분사하여 34명의 건강한 젊은 참가자에게 접종했습니다. 18명이 감염되어 최소 14일을 병실에 틀어박혀 보냈습니다. 연구원들은 매일 참가자의 코와 목, 공기, 참가자의 손과 방의 다양한 표면에서 바이러스 수준을 측정했습니다.

자연적으로 획득한 COVID-19의 증상과 중증도는 전파 경로, 바이러스 변종 및 사람이 노출된 바이러스의 양에 따라 다를 수 있습니다. 그러나 챌린지 연구에서 “우리는 그것이 모두 통제되었다는 것을 알고 있습니다”라고 이 논문의 공동 저자인 Imperial College London의 전염병 연구원 Anika Singanayagam은 말합니다.

감염이 발생한 18명의 참가자 중 2명은 전체 연구 과정에서 검출된 공기 중 바이러스의 86%를 배출했습니다. 둘 다 가벼운 증상만 나타냈지만 말입니다. 이전 연구 3 에서는 많은 사람을 감염시키는 슈퍼 전파자가 존재한다는 증거를 제시했습니다. 그러나 그러한 사람들이 엄청난 양의 바이러스를 방출하는 ‘슈퍼 셰더’인지 아니면 단순히 사회적 접촉이 많은지 여부는 논쟁의 여지가 있다고 아르헨티나 에스페란자 해안 수의학 연구소의 질병 생태학자인 Pablo Beldomenico는 말합니다. 이 연구는 “슈퍼세더의 존재를 뒷받침한다”고 그는 말합니다.

신속한 테스트는 그 가치를 보여줍니다
참가자들은 격리된 날마다 신속 항원 검사라고도 하는 측면 흐름 검사를 사용했습니다. 참가자 중 어느 누구도 양성 판정을 받기 전에 감지할 수 있는 수준의 바이러스를 공기 중으로 방출하지 않았으며, 극히 일부만이 감지할 수 있는 바이러스를 일시적으로 착용한 손, 표면 또는 마스크에 남겼습니다.

양성 판정을 받았을 때 대부분의 참가자는 이미 피로나 근육통과 같은 경미한 증상을 경험했습니다. 즉, 사람들이 증상을 감지하자마자 검사를 실시한다면 신속한 검사가 바이러스 확산을 통제하는 “강력한 도구가 될 수 있다”고 일리노이 대학교 어바나-샴페인 캠퍼스의 전염병 연구원인 크리스토퍼 브룩은 말합니다.

일부 연구자들은 연구 결과가 오늘날의 세계와 관련이 있는지 의문을 제기합니다. 코를 통해 투여되는 감염 경로는 대부분의 자연 감염 경로와 다릅니다. 그 결과, 연구 참여자와 실제 세계에서 감염된 사람들 간에 바이러스 배출이 다를 수 있습니다. 현재 우세한 Omicron 변종은 연구원들이 사용한 2020 변종과 다르게 퍼진다고 그의 동료인 Kristen Coleman은 덧붙였습니다.

이러한 한계에도 불구하고 이 작업은 “여전히 우리에게 정말 유용한 정보를 제공한다”고 Singanayagam은 말하며 그 결과는 그녀와 그녀의 동료들이 자연적으로 획득한 감염에 대해 관찰한 것과 일치한다고 덧붙였습니다. 팀은 최신 변형으로 유사한 도전 연구를 수행할 계획입니다.

https://doi.org/10.1038/d41586-023-01961-7

References
Zhou, J. et al. Lancet Microbe https://doi.org/10.1016/S2666-5247(23)00101-5 (2023).

Killingley, B. et al. Nature Med. 28, 1031–1041 (2022).

Beldomenico, P. M. Int. J. Infect. Dis. 96, 461-463 (2020).

https://www.nature.com/articles/d41586-023-01961-7