Vol. 4 Issue 3 March 2014
발행일 2014년 3월(통권37호) │ ISSN 2233-8756│ 발행인 박영서 │ 편집인 나도백 │ 기획의원 손종구, 서진이, 최윤정, 나도백, 김기일, 김지희 발행처 한국과학기술정보연구원 │ 분원 130-741 서울특별시 동대문구 회기로 66 정보분석연구소 산업정보분석센터 산업시장분석실
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Contents
Vol. 4 Issue 3 March 2014
전 호 (Vol.4 Issue 2) 안내 IT융합시스템 커넥티드 카(Connected Car), IoT/M2M 기술환경 하에서 커넥티드 카 급격한 시장 기대 바이오제약·의료기기 mHealth, 다양한 비즈니스 모델의 개발이 시장 확대의 관건 로봇응용 교육용 로봇, 시장진입 및 확대를 위한 전략 요망 제조기반 화장품, 국내 화장품 원료 기반기술에 대한 지원 요망 의료기기 가정용 한방의료기기, 세계 시장 개발을 위한 원천 소스기술 확보 요망 다음 호 (Vol.4 Issue 4) 안내 IT융합시스템 스마트 안경, 차세대 인포테인먼트 시장을 선점하기 위한 과제 의료기기 분자진단 기기 및 제품, 잠재력 큰 아시아 시장 선도 위해 핵심원천기술 개발 요망 기타_종자산업 채소종자, 골든 씨드(Golden Seed) - 금보다 비싼 종자 신소재, 나노융합 디젤매연여과장치, 자동차 환경규제와 더불어 수요 증대 기대 기타 사회기술 제품·서비스, 사회문제해결을 위한 제품과 서비스는 무엇이고 어떻게 대처할 것인가?
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제조기반
/ 3D 프린팅 기술 관련 금형
금형산업과 3D 프린팅 기술의 짜릿한 만남20
건강기능식품
/ 프로바이오틱스
향후에도 건강기능식품 내 성장 카테고리로 고려될 수 있는가?11
LED 응용
/ 자동차용 LED 조명
자동차용 LED 조명의 기술 과제07
의료기기
/ 광음향 단층촬영(PAT) 기기
의료영상진단기기 시장진입을 눈앞에 두고 있다16
IT융합시스템
/ 3D 스캐너
3D 프린터와 함께 대중화를 꿈꾸다KISTI Market Report 주제를 제안해주세요 !!
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다품종 소량생산에 적합한 3D 프린팅
3D 프린팅(Printing)은 플라스틱 액체 또는 분말과 같은 원 료를 사출해 3차원 모양의 고체 물질을 자유롭게 찍어내는 기술을 말한다. 즉, 대상 물체를 3D 그래픽 설계 프로그램으 로 생성한 다음 3D 프린터를 통해 분말(Powder), 액체(Liquid; Photopolymer), 실(Polymer Wire) 형태의 원료로 사출해, 물체 의 형상대로 얇은 층을 무수히 반복해서 쌓아 만드는 첨삭가공 (Additive Manufacturing) 기술이다. 아래 그림의 (a)는 액체기반의 3D 프린팅 기술방식인 SLA(Stereolithography), (b)는 분말기반 SLS(Selective Laser Sintering), (c)는 고체기반의 FDM(Fused Deposition Modeling)의 원리를 나타낸 것이다. 기존 플라스틱 모형 제조방법은 틀을 만들어 제품을 찍어내는 방식이기 때문에 하나의 물건을 만드는데 드는 비용이 매우 높 았지만, 3D 프린터로는 틀 없이 원료를 한 겹씩 쌓아서 물건을 만들 수 있어 다품종 소량생산에 적합하다. 또한 어떤 모양이든 자유롭게 만들어 낼 수 있기 때문에 자동차, 항공, 우주, 방위산 업, 가전제품, 의료장비, 치의학, 건축, 교육, 애니메이션, 완구, 패션 등 다양한 분야의 제품을 개발하는데 활용되고 있다. 최근 들어 제조업의 뿌리라고 할 수 있는 주조, 금형, 용접산 업이 기존의 부정적 의미인 3D(Dirty, Difficult, Dangerous)업종 에서 탈피해 새로운 3D(Digital, Dynamic, Decent)로 가기 위한 신공법, 신기술 개발에 역점을 두고 있는데, 그중 하나가 3D 프린팅 기술을 적용시키는 것이다. 일례로 2013년 베타뉴스에 따르면 고급 스포츠카 제조업체인 람보르기니(Lamborghini) 는 스포츠카 Aventador 시제품 제작에 3D 프린터를 사용하 여 넉 달 동안 4만 달러의 비용이 소요되던 기존 과정을 20일 동안 3,000달러 수준으로 줄였다. 또한, 3D 프린팅 기술은 기 존의 제조업 생산방식인 ‘금형제작→ 사출 또는 프레스 가공→ 조립 및 제품생산’에서 ‘3D 설계→ 3D 프린터→ 제품생산’의
3D 프린팅 기술 관련 금형
금형산업과 3D 프린팅 기술의
짜릿한 만남
산업시장분석실 선임연구원 김지희 Tel: 02-3299-6293 e-mail: kjh@kisti.re.kr
Vol. 4 Issue3 KISTI MARKET REPORT
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제조기반
3D 프린터의 기술별 원리
자료: "3D 프린팅 기술동향“, 한국콘텐츠진흥원(2013)
(a) SLA(Stereolithography) (b) SLS(Selective Laser Sintering) (c) FDM(Fused Deposition Modeling)
Laser
Lenses
X-Y scanning mirror
X-Y scanning mirror Sintered part Laser beam Vat Liquid photopolymer Elevator Sweeper Layered part Build platform Build chamber Build piston Powder feed supply Powder feed piston Powder bed
Powder feed piston Powder feed supply Lenses Laser Levelling roller Laser beam Part Part support Extrusion head Drive wheels Liquifiers Extrusion nozzles Foam base Build platform Build material spool
Support material filament Build material filament
제조기반
방식으로 전환시켜 가공방식에 제한 없이 복잡한 구조의 제품 생산을 가능하도록 했다. 이는 뿌리산업 특히, 금형산업에 중 대한 변화를 초래할 뿐만 아니라 기존의 절삭가공방식에서 발 생되는 원재료에 대한 손실이 없어 제조원가의 하락을 가져온 다. 금형산업에서의 3D 프린팅 기술에 대한 활용 사례를 구체 적으로 알아보자.금형산업에서의 3D 프린팅 기술 활용
금형산업은 3D 프린팅 기술을 가장 효율적으로 사용한 대표 적 제조 산업분야 중 하나이다. 금형은 정확한 형태·동일 사이 즈의 부품, 제품의 대량 생산을 위한 금속재료 틀 및 이를 제작 하는 기술을 말하며, 최종제품의 디자인과 품질이 좌우되는 분야 다. 일반적으로 금형 제조 프로세스는 아이디어, 디자인, 금형제 작, 성형 그리고 측정 및 후가공으로 진행된다. 3D 프린팅 기술은 아이디어와 디자인 단계인 쾌속조형(Rapid Prototyping: RP) 및 목업(Mockup) 단계부터 적용된다. 즉, 제품 설계에서부터 시제품 제작과 완제품의 대량 생산까지 도달하는 데 필요한 시행착오를 컴퓨터 기반으로 통합하면서 제품 생산시 간을 단축시킬 수 있고, 목업 제작 대비 제작비용이나 기간을 획 기적으로 단축할 수 있게 해준다. 다시 말해, 실제 금형을 만들기 전에 설계된 대상 부품의 형상을 사전에 검증하고, 설계의 문제 점을 파악할 수 있는 이점이 있다. 최근, 사출금형 개발 분야에서 제품의 생산성 향상과 변형 을 최소화시키기 위해 형상적응형 냉각채널(Conformal Cooling Channel)을 가진 금형과 이종 재료 혼합식 금형 개발에 대한 쾌속 툴링(Rapid Tooling, RT) 공정연구가 활발히 진행되고 있 다. 쾌속 툴링은 컴퓨터 3차원모델, 즉 3D CAD, CT, MRI Scan 또는 3D Scanning 데이터로부터 곧바로 실물형상을 만드는 기술로 디자인과 시제품 그리고 최종제품 생산에 이르는 시간 과 비용을 대폭 줄여준다. 그중 금속분말을 3D 프린팅 하는 방 법 중 Direct Metal Laser Sintering(DMLS)기법을 이용한 쾌속 툴링 기술은 기존 기계가공에 의한 공법보다 소재의 낭비가 없 을 뿐만 아니라 친환경적인 방법으로 금형 형상 및 냉각채널을 제작할 수 있어 많은 주목을 받고 있다. 아래 그림처럼 DMLS 공정을 제품 생산 공정에 적용하게 되면 인서트 단가, 생산성, 사이클 타임, 성형품 품질을 향상시켜줄 수 있으며, 기존 금형 제작공정에 비해 원가절감 효과가 크다. 하지만 장비가 고가인4
Vol. 4 Issue3 KISTI MARKET REPORT3D 프린팅 기술 관련 금형
점과 3D 프린팅 재료인 메탈파우더가 비싸기 때문에 일반 중 소기업에서 적극적으로 활용하기 위해서는 아직 넘어야 할 산 이 많다. 이러한 문제들을 해결하기 위해 많은 노력들을 기울이고 있 는데 이 중에서 저가 메탈파우더인 일반 산업용 금속(합금)분 말을 사용할 수 있는 DMT(Laser-aided Direct Metal Tooling) 기술을 자체 기술력으로 개발한 AF(Additive Fabrication)분야의 선도 기업인 인스텍을 꼽을 수 있다. 이 기술은 ‘DMT(Laser-aided Direct Metal Tooling)기술로 제작된 금형’ 그림처럼 고출 력레이저 빔을 이용, 3D CAD 데이터로부터 직접 금속제품과 금형 등을 빠른 시간 내에 제작할 수 있는 신개념의 레이저 금 속성형기술이다. 인스텍은 미국에 이어 세계 두 번째로 이 기 술을 성공적으로 개발했으며 전자, 자동차, 의료, 국방 등 다양 한 산업에 적용시키고 있다. 이와 같이 3D 프린팅 기술로 금형을 제작하면 짧은 SETUP 시간, 공구 작동 오차감소, 생산성 향상 등의 이점이 있지만 국 내 금형관련 약 7,000개 중소기업 중 30개 업체만 3D 프린팅 기술을 적용하려고 시도하고 있다. 금속 3D 프린터 장비가 중 소기업이 구매하기에는 고가이며, 금형제작에 쓰이는 메탈파 우더도 kg당 약 25만 원으로 재료비도 고가라는 문제가 있기 때문이다. 또한 3D 프린터로 금형을 제작할 경우 표면이 거칠 고 후가공이 필요하다는 것도 단점으로 지적된다. 따라서 3D 프린팅 기술로 제조업의 패러다임을 바꾸기 위해서는 저렴한 장비와 저가의 메탈파우더 개발, 속도, 정밀도 등의 문제가 우 선적으로 해결되어야 한다.국내와 세계 시장에서의 미래 성장 잠재력
3D 프린팅 글로벌 시장규모는 2012년 13억 달러에서 연평균 24.3%로 성장해 2019년에는 31억 달러의 초대규모 시장이 형 성될 것으로 예상된다. 반면 국내 3D 프린터 분야는 현재 도입 초기 단계로 현재까지 정확한 시장규모도 파악되지 않고 있는 상황이다. 다만 시장관련 기사들을 종합해 볼 때 2012년 기준 국내 시장규모는 300억 원 내외로 추정될 만큼 작은 시장이 며, 현재 국내에서 사용되는 3D프린터의 90%이상이 해외 제 품일 뿐만 아니라 글로벌 시장에서도 소수의 미국계 기업이 과Vol. 4 Issue3 KISTI MARKET REPORT
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3D 프린팅기술 관련 금형시장규모는
시제품 금형과 금속 주형제작 등을 포함하여
2013년 기준 약 3.5억 달러의 시장을
형성할 것으로 추정된다.
DMT(Laser-aided Direct Metal Tooling)기술로 제작된 금형제조기반
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Vol. 4 Issue3 KISTI MARKET REPORT점시장을 형성하고 있어 국내 기업들의 참여가 활발하지 않다. 그러나 2019년까지 글로벌 시장은 연평균 24.3%, 한국 시장은 40%의 성장률이 전망될 정도로 다른 어떠한 산업보다 성장잠 재력이 큰 것으로 평가받고 있다. 3D 프린팅 기술을 적용한 제 품시장규모를 용도별로 구분했을 때, 금형관련 시장규모는 시 제품 금형과 금속 주형제작 등을 포함하여 2013년 기준 약 3.5억 달러의 시장을 형성할 것으로 추정된다. 금형을 제작하는데 사용되는 3D 프린터는 금속분말을 사 용하는 금속 프린터이며, 장비 공급업체로는 EOS, CONCEPT
LASER, Arcam, MCP Systems, Optmec, 서비스업체로는 3T RPD, Cal RAM 등이 있다. 금속 3D 프린터 시장점유율을 보 면 독일 EOS가 전체 시장의 46%를 점유하고 있으며 그 뒤로 CONCEPTLASER가 17%, Arcam AB가 10%를 차지하고 있다.
3D 프린팅의 가능성과 해결 과제
3D 프린팅 기술이 국내 시장에서 상용화되기 까지는 넘어야 할 기술 장벽도 많지만 기존의 생산기술 영역을 넘어 새로운 가 능성을 보이고 있는 것은 분명하다. 3D 프린팅 산업은 전통적 인 생산기술이 이루지 못했던 영역에서 새로운 가능성을 시사 하며 제조업의 패러다임을 변화시켜 나갈 수 있는 기술이다. 이 에 장기적인 관점에서 차세대 생산기술로서 3D 프린팅의 잠재 력에 주목하고, 기술개발 강화 및 관련업계의 적극적인 노력이 그 어느 때보다 절실히 요구되며 이것이 현 시점에서의 문제를 해결할 수 있는 해답일 것이다.3D 프린팅 기술은 제조업의 프로세스 단축과
제조 원가하락의 장점이 있으며, 궁극적으로
제조업의 새로운 가능성과 패러다임을
바꿀 잠재성을 갖고 있다.
구분 (용도별) 시장규모 직접부품 생산 기능성 모델 시제품 금형 조립공정 설계/제작 금속주형 제작 프리젠 테이션 교육/연구 공구제작 기타 비중 19.2 18.4 12.2 12.1 10.1 8.9 7.8 7.0 2.7 1.8 세계 시장 3.11 2.98 1.98 1.96 1.64 1.44 1.26 1.13 0.44 0.29 3D 프린팅 기술을 적용한 제품 시장규모(2013년 기준)자료: Wohlers Association(2011), KISTI 재작성
(단위: %, 억 달러) 메탈(금속) 3D 프린터 시장점유율 46% 17% 10% 9% 6% 5% 3% 2% 2% EOS ConceptLoser ArcamAB Renishqw Phenix Optomec Voxeljet ExOne Other
선진 영상 의료기기, 광음향 단층촬영 기기
광음향 단층촬영(PAT, Photoacoustic Tomography)기기는 광 음향효과1)(Photoacoustic Effect)를 활용하는 비침습 영상의료 기기로서, 광학적 특성과 초음파적 특성을 이용하여 생체 내(인 체 내) 조직의 구조적(Structural) 영상뿐 아니라 기능(Functional) 영상, 신진대사(Metabolic) 영상 및 유전자나 생체분자(Molecular and Genetic) 영상을 구현할 수 있는 의료기기이다. 광음향 단층촬영기기는 광음향 현미경(Photoacoustic Microscopy, PAM), 광음향 단층촬영기기(Photoacoustic Computed Tomography, PACT), 광음향 내시경(Photoacoustic Endosopy, PAE)으로 세분화할 수 있다. PAM은 해상도는 높지 만 생체 내 투과도가 낮아서 주로 연구용이나 전임상용으로 개 발되고 있고, PACT와 PAE는 생체 내의 단층구조나 3차원 구 조를 보여주고 있어서 주로 영상의료기기로 개발되고 있다.다양한 형태로 응용 가능한 광음향 단층촬영
광음향 단층촬영(PAT)기기의 시장은 용도에 따라 ‘생명과학 연구용’, 치료제 개발이나 전임상 실험 등에 사용하는 ‘임상연 구용’ 및 진단이나 치료도구의 위치추적 등과 같은 ‘의료 영상 기기용’으로 구분할 수 있다. 제품의 형태에 따라서는 앞서 언 급한대로 PAM, PACT, PAE 등으로 제품을 구분할 수 있다.PAT기기는 생체에 적용하여 영상을 획득하는 기술이 소개 된 후인 1996년에 처음 특허가 출원되었으며, 3D 제품이 시장 에 출시되기 시작한 것은 2010년부터다. 현재까지 임상시험을
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광음향 단층촬영(PAT) 기기
의료영상진단기기
시장진입을 눈앞에 두고 있다
산업시장분석실 책임연구원 김유일 Tel: 02-3299-6026 e-mail: yekim@kisti.re.kr
의료기기
PAT의 종류 및 구조
자료: "Recent advences in photoacoustic endoscopy", Word J Gastrointest Endosc(2013), pp534-539
[PAM] [PACT] [PAE]
UST UST UST Object Object Objective Lens Lens Prism Prism Silicone oil Sound Sound Mirror Magnets Micromotor SoundLight Light Light Fiber
의료기기
통과한 의료용 제품은 없으며, 지금까지 출시된 제품은 연구 용이나 실험동물의 3차원 단층영상을 제공하는 전임상 실험용 제품들이다. PAT 시장의 규모는 2012년 약 6,400만 달러 정도 이며, 2016년에는 1.2억 달러까지 비교적 빠르게 성장할 것으로 전망되고 있다. 높은 성장이 기대되는 이유는 초기 단계라 시 장규모 자체가 작은 것도 있지만, 임상통과가 임박해지면서 의 료용 시장이 열리면 빠른 성장이 기대되기 때문이다. 2008년부터 업체들이 PAT 제품들의 의료용 시장출시를 위한 임상시험을 시작했으며, 빠르면 2014년 내에 임상시험을 통과한 제품이 나와 의료용 시장이 열릴 것으로 기대하고 있다. 임상시 험은 유방암 관련이 4건으로 가장 많으며, 전립선암, 방광 및 신 장암, 흑색종 등 암 관련 진단 및 관절염 등을 진단하는 용도로 진행되고 있다.특허출원 및 시장 경쟁상황
현재 PAT 시장에 전임상 실험용으로 제품을 출시하고 있는 회사는 Endra와 Visualsonics이 있다. Endra는 워싱턴 대학의 Lihong Wang 교수가 자문위원으로 활동하면서 Nexus 128이 라는 제품을 출시했다. 이 제품은 3차원 영상을 제공하는 최초 의 제품으로 알려져 있다. 기본적으로 전임상용 실험기기로 쥐 와 같은 작은 실험동물의 3차원 영상을 제공하며, 3차원 영상 을 시간에 따라 제공한다는 의미에서 4차원 영상을 제공한다. 국내 판매가격은 5억 5,000만 원으로 공개되어 있다.2) Visualsonics 사는 1999년에 설립한 회사로 초음파 진단기기 를 만들던 캐나다 회사다. 2010년 SonoSite사에 7,100만 달러 에 인수되었으며, 2011년 12월에는 SonoSite사가 Fujifilm에 9억 9,500만 달러에 인수됨에 따라 현재는 Fujifilm사에 속해 있다. PAT 제품으로는 ‘Vevo Lazr platform’이라는 형태로 판매되고 있으며, 2차원 및 3차원의 생체 영상을 제공하는 전임상용 실 험기기이다.이 외에도 PAT관련 특허를 처음 출원한 OptoSonics, Fujifilm사, 그 다음으로 Canon사와 Philips사, Seno Medical
광음향 단층촬영기기는 현재 전임상실험 등에
활용되는 제품으로 출시돼 2013년
약 7,500만 달러에 달하는 시장을 형성하고 있다.
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Vol. 4 Issue3 KISTI MARKET REPORT주요 영상기기들의 해상도 및 침투정도 비교
영상기기 이미징 획득 원리 생체투과정도 해상도
Confocal Microscopy Fluorescence/Scattering ~ 0.2mm ~ 1-2㎛ OCT, Optical Coherence Tomography Fluorescence ~ 0.5mm ~ 1-2㎛ PAM, Photoacoustic Microscopy Optical absorption ~ 3mm ~ 15㎛ PAT, Photoacoustic Tomography Optical absorption ~ 50mm ~ 700㎛
Ultrasonography Ultrasonic scattering ~ 60mm ~ 300㎛
자료: http://pharmaceuticalintelligence.com/2013/7/27/photoacoustic-tomography/ 인용자료 재인용
주: PAM과 PACT(표에서 PAT)는 생체투과정도와 해상도에 차이가 있으며, 현재 PACT의 경우 생체투과 깊이는 7cm까지 영상을 획득할 수 있는 것으로 알려지고 있음.
PAT 시장규모 전망
자료: Markets and Markets, ‘Optical imaging market(2013-2018)’, 2013
근거: 상기 보고서에서 PAT 시장은 NIRS 시장과 통합하여 제시되어 있음. 현재 두 제품 모두 시장이 주로 연구용으로 판매되고 있으며 단가 측면에서 PAT기기들이 NIRS기기 보다 고가로 판매되고 있어, 여기서는 상기 보고서에서 제시한 PAT와 NIRS의 통합시장을 PAT기기 시장으로 대체하였음.
광음향 단층촬영(PAT) 기기
Instruments사 등이 관련 특허를 가장 많이 출원하고 있어, 향 후 PAT 시장에 진출할 준비를 하고 있다. 국내에는 삼성전자가 관련 특허를 국내에 출원했으며, 연구 기관으로는 한국전자통신연구원이 관련 특허를 국내외에 출원 하고 있다. 이외에도 연세대학교, 이화여자대학교, 전북대학교 등 몇몇 대학 및 연구기관이 PAT의 프로브나 소프트웨어 개발 에 관련한 국가 연구개발 프로젝트에 참여하고 있다.제품 출시가 임박한 영상의료기기
광기반 의료기기에 대한 트렌드 자료가 소개되면서 상용화 가능성에 대한 관심이 점차 높아지고 있다. 하지만, 내시경을 제외하면 의미 있는 규모의 시장으로 성장한 광기반 의료기기 는 개인용 기기인 온열치료기 외에는 없는 것이 사실이다. 최 근 OCT가 안과용 진단기기로 일반화되고 있으나, 단일 응용분 야라는 한계로 시장 규모가 그리 큰 편에 속하지는 않는다. 하 지만, 지속적으로 응용분야가 확대됨에 따라 시장규모에 대해 주목할 필요가 있다. 광(Optics)은 생체를 투과할 수 있는 정도가 작아 진단기기 나 치료기기로서 개발하는데 한계가 있다. 하지만 PAT기기는 광을 이용하면서도 생체 내 영상을 얻을 수 있는 깊이를 초음 파 수준까지 확대시킬 수 있다는 장점을 가지고 있다. 또한, 생 체 내의 평면구조가 아닌 3D구조의 이미지를 제공할 뿐 아니 라 기능적인 이미지도 제공한다는 장점을 가지고 있다. PAT기기는 현재 신생아 뇌 이미지, 전립선암 진단, 관절염 진단, 유방암 진단, 아테롬성 동맥경화 진단 등 다양한 영상진 단기기로서 개발이 시도되고 있다. 특히 주목받는 부분은 동맥 경화진단과 암 진단인데 이는 PAT기기가 헤모글로빈의 산화 된 형태와 환원된 형태를 구분한 이미지를 제공하며, 지방이나 멜라닌, DNA, RNA를 이미지화 할 수 있는 기술적인 장점을 가 지고 있기 때문이다.Vol. 4 Issue3 KISTI MARKET REPORT
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PAT 주요 제품들
자료 : 각사 홈페이지
[Endra사의 Nexus 128] [Visualsonics사의 Vevo Lazr platform]
자료: 1. http://en.wikipedia.org/wiki/Photoacoustic_imaging_in_biomedicine 자료 인용
의료기기
이런 기술적인 장점에도 불구하고 새로운 방식의 진단기기 가 시장에서 성공하기 위해서는 반드시 넘어야할 장애물이 있 다. 기존 진단방식에 익숙한 의사들이 새로운 진단기기를 채택 할 수 있도록 설득하는 것도 그중 하나이다. 특히 유방암 진단 기기로서의 PAT는 기존 진단방법의 문제점을 해결할 수 있는 장점들을 가지고 있어 의사들이 PAT를 새로운 진단기기로 채 택해야 할 이유를 제공하고 있다. 이런 측면에서 PAT가 시장 에 출시되면 빠르게 성공할 가능성이 크다. 유방암의 진단에 주로 사용되는 기존 진단방법은 X-ray인 데 재발가능성이 높은 유방암의 경우 방사선 피폭량 때문에 사 용이 제한된다는 점과 치밀유방의 경우 X-ray로서 진단이 잘 안된다는 점 등이 주요한 문제점들이다. 이에 반해 PAT의 경 우 혈관생성을 보다 조기에 발견할 수 있다는 점과 광(Optics) 을 이용하기 때문에 무해하다는 점, 장비도 고가가 아니라는 점 등 기존 진단방법이 갖고 있는 문제를 해결할 수 있는 장점 들을 가지고 있다. 현재, PAT는 유방암 진단을 목적으로 다수 의 임상시험이 진행되고 있는 상태로, 조만간 임상결과가 나올 것으로 기대되고 있다. 우리나라의 경우 의료용 레이저 광원을 개발하는 회사가 많 으며, 초음파 진단기술 또한 비교적 높은 수준으로 알려져 있 다. PAT는 이들 기업들에게 기술의 새로운 응용분야로서 의미 를 가질 수 있다. 또한 시장에 진입하는 도입기 제품으로서 향 후 시장 확대와 다양한 응용분야 개발도 기대되고 있다. 국내에 서도 한국전자통신연구원이 침투 깊이 60mm, 해상도 60㎛의 융합형 PAT프로브를 국가 프로젝트로 개발하고 있다. 광학 의 료기기 개발과 관련한 기업들은 향후 기술개발과 시장에서의 변화를 지속적으로 모니터링 할 필요가 있는 것으로 판단된다.10
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자동차용 LED 조명의 개요
LED(Light Emitting Diode) 조명은 저전압에서 구동하므로 전 력소비가 적은 반면 수명이 길고 수은, 납 등 유해물질을 함유 하고 있지 않아 세계 각국 정부가 추진하고 있는 녹색성장정 책의 핵심아이템이다. LED는 에너지 효율과 친환경이라는 장 점 외에도 일반 조명이 갖지 못하는 파장제어, 변조, 편광, 광 색 가변 등 복합적 기능들을 고루 갖추고 있어 자동차, 정보통 신, 환경, 의료, 교통, 농생명 등 다양한 산업과의 융합에 의한 고부가가치 파생산업을 견인하고 있다.1) LED는 특히, 자동차 업계가 2025년까지 에너지 소비를 50%까지 줄인다는 목표 아래 자동차의 친환경화, 경량화, 지 능화, 전장화를 표방하는데 부합하는 차세대 조명기술로, 에너 지 소모량이 적은 친환경 반도체 광원인 LED가 주목받으면서 자동차 분야에서의 LED 조명의 채택율이 급격히 증가하고 있 다. LED 조명의 출력량이 100루멘/와트 이상의 획기적인 수준 에 도달하고, LED의 빠른 신호전달로 인해 운전자의 안전성을 높일 수 있는 등 LED 조명의 장점이 부각되면서, 신차 및 고급 자동차를 중심으로 계기판뿐 만 아니라 헤드라이트, 브레이크 등, 방향표시등에도 LED 채택이 증가하고 있다.
자동차용 LED 조명
자동차용 LED 조명의
기술 과제
기술사업화분석실 선임연구원 노현숙 Tel: 02-3299-6093 e-mail: hsroh@kisti.re.kr
LED 응용
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Vol. 4 Issue3 KISTI MARKET REPORT자동차용 LED 조명 시장의 급성장
자동차용 LED 시장은 급격히 증가하고 있으며, 2013년에는 약 10억 2,600만 달러 규모의 시장을 형성하였으나 2020년에 는 27억 700만 달러로 연평균 15.9%씩 성장할 것으로 전망되 고 있다. 자동차 업체들은 차량의 독특한 디자인 구현과 다양한 기능 의 접목, 그리고 친환경 특성 등으로 인해 자동차에 LED 조명의 적용을 확대하고 있다. 그동안 아우디, BMW 등 고급차에만 일 부 적용되고 있던 LED 조명이 일반 차량에까지 확대되고 있는 것이다. 특히 2011년 유럽에서 자동차 안전을 위해 주간주행등 (DRL, Daytime Running Lights) 사용을 법제화하면서 자동차용 LED 시장이 크게 성장하고 있다. 자동차 조명의 가장 큰 시장인 헤드램프에 LED 채용이 시작되면서 기존 조명의 대체를 가속화 할 것으로 전망되고 있다. 헤드램프에는 현재 고급차 중심으로 LED가 채택되고 있으나 LED의 효율향상과 가격하락에 힘입어 향후 일반차에도 빠르게 확산될 것으로 전망된다. LED는 응답속도가 빠르고 수명이 길어 자동차용 광원으로 전량 대체될 전망된다. 특히 전조등, 방향지시램프 등과 같은 외 장램프가 내장램프보다 더욱 성장할 전망이다. 외장램프 시장의 성장은 기존의 할로겐 및 제논램프가 LED 램프로 교체되는 것 에 기인한다. 자동차 실내조명의 보급률은 50% 이상을 예상하 고 있으나, 가격 하락에 따른 전체 시장 규모는 감소하며, 전조 등을 주축으로 하는 실외조명은 2015년 약 7억 달러 대로 성장 해 2015년 이후에는 자동차 전후방 실외조명을 중심으로 시장이 급성장 할 것으로 예측된다. 자동차 애프터마켓(After Market)은 전조등과 더불어 향후 자 동차 LED 시장을 주도할 것으로 예상된다. 또한 AFS(Adaptive Front-lighting System), HUD(head-up Display) 등과 같은 첨 단 지능형 자동차용 조명기기의 채용도 확대되고 있으며, 향 후 괄목할 만한 성장세를 보여줄 것으로 예상된다. 실내조명 은 인스트루먼트 패널(Instrument Panel)과 CHMSL(Center High Mounted Stop Lamp)을 중심으로 LED 적용이 확대되고 있다. 자동차 실내외 조명의 LED 적용률은 미국 및 유럽에서의 비중자동차용 LED 조명은 다양한 장점이
부각되면서 시장규모가 2011년부터 시장규모가
연평균 15.9%씩 증가하여 2020년에는
27억 700만 달러에 달할 것으로 전망된다.
LED 응용
자동차용 LED 시장전망 자료 : SNR Research(2013) 자동차 실내외 LED 조명 적용률 자료 : Strategies Unlimited(2012) Front Turn Signal Mirror Mounted Side Turn SignalCHMSL STOP/Tail Real Turn Signal (Low Beam)Head Lamp DRL
자동차용 LED 조명
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이 가장 높다. 더불어 향후 차세대 지능형 LED 조명의 채택 확 대에 따라, 보다 높은 기술적 수준이 요구되는 DRL(Daytime Running Lamp), RCL(Rear Combination Lamp)의 채용이 급속 히 확산될 전망이다.
인텔리전스, 감성 스타일링 등으로의 다양화
안전(급발진 등) 규제 요구 강화, 연비규제와 인간공학중심 의 인터페이스 구축 및 지능화된 간편 조작을 요구하는 편의 성, 안정성을 중시하는 사회환경 변화에 따라 자동차에서도 LED와 IT 기술을 융합하여 인텔리전스(주변 환경 인지를 통한 차량조명이 능동적 제어, 가시광 통신을 통한 지능형 교통정보 활용), 안전 성능(야간 주행시인성 및 주행 안전성), 스타일링 자유도(효율적 공간 활용 및 차량 디자인 유연성)를 강화하는 연구들이 지속되고 있다. 자동차용 LED는 애프터 마켓 중심의 실외조명 기술과 비포LED 응용
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Vol. 4 Issue3 KISTI MARKET REPORT형 크기의 LED를 적용시키고 있다. 또한 후미등의 경우 전후 방 경보 및 경계 강화를 위한 통신 및 센서 기술을 융합함으로 서 자동의 안정성을 강화시키는 기술이 개발되고 있다.
고효율화로 경쟁력 확보가 관건
자동차에 LED 조명시스템을 성공적으로 적용하기 위해서는 다양한 자동차 운행조건(방수, 방염, 충격, 진동, 엔진, 히터, 및 냉각기 영향)에서 작동할 수 있도록 내구성, 신뢰성 향상뿐만 아니라 저가격화, 전력소모 절감, 보다 콤팩트한 폼 팩터, 명암 비, 색상정확도 등의 개선이 요구된다. 자동차 엔진의 열 및 히터, 냉각기 등의 영향에 의한 LED 조 명의 신뢰성 저하를 방지하기 위해서는 방열구조 기술이 필요 하다. 또한 LED 조명시스템의 중량 증가는 자동차 주행 효율 의 저하를 가져오므로 LED 방열 재료의 경량화는 중요한 요 소기술이다. 자동차 조명에 적합한 LED 광학 및 조명기술로 는 자동차의 디자인 특성을 살리면서 조명관련 광학기준에 적 합하도록 하는 LED 배치기술이 중요하다. 그리고 자동차 환경 에 적합한 조명제어 및 저가격화 기술로는 에너지 절감효과 및 배터리 수명보장을 위한 LED 조명제어 기술(주행속도에 따른 DRL 및 전조등 제어, 주위 밝기에 따른 전조등 밝기 조절 등) 이 요구된다. 또한 LED 고효율화에 따른 수량 절감과 이에 따 른 광학 및 반사판의 재질 효율화에 의한 저가격화 기술이 요 구된다. 자동차 조명용 LED 분야는 독일의 오스람, 미국의 애질런트 테크놀로지, 일본의 니치아 등 선진 외국 업체들이 독점해오고 있지만 최근 국내 LED업체들의 출사표가 이어지고 있다. LG이 노텍은 LED 사업의 방향을 TV BLU 위주에서 조명, 자동차 중 심으로 재편하고 있으며, 서울반도체도 조명과 자동차용 LED 매출이 시장 성장률을 상회할 것으로 전망되고 있다. 국내에서 자동차용 조명에 참여하고 있는 업체는 기존 자동차 조명업체자동차에서도 LED와 IT 기술을 융합시켜
인텔리전스, 안전 성능(야간 주행시인성 및
주행 안전성), 스타일링 자유도(효율적 공간
활용 및 차량 디자인 유연성)를 강화하는
연구들이 지속되고 있다.
자동차에 LED 조명시스템을 성공적으로
적용시키기 위해서는 내구성, 신뢰성 향상뿐만
아니라 저가격화, 전력소모 절감,
보다 콤팩트한 폼 팩터, 명암비, 색상정확도
등에서의 개선이 요구된다.
핵심 기술 기술 개요 고내구성 LED 패키지 공정 및 설계 기술 외부환경의 악조건(방수, 방염, 충격, 진동 등)에서도 동작 가능한 LED 패키지 공정 및 설계기술 고신뢰성 방열제어 기술 및 방열재료 경량화 기술 엔진, 히터, 냉각기 등의 영향에도 LED의 신뢰성 저하를 방지할 수 있는 방열 제어 기술 & 방열재료 경량화 기술 극한환경대응 최적배광 LED 조명기구 설계/제작기술 & 고신뢰성 구동회로 기술 외부환경의 악조건에서도 동작 가능한 최적배광 LED 조명기구 설계 및 제작기술 외부환경의 악조건에서도 신뢰성 있게 동작하는 LED 조명 구동회로 기술인공지능형 LED 조명 시스템 제어 기술 제어가 어려운 위치의 LED 조명을 제어하거나 여러 LED 조명을 지능형으로 제어하는 기술 디자인이 자유로운 패키지 및
조명기구 배치 기술 자동차의 디자인 특성을 살리면서 조명관련 광학기준에 적합한 LED 램프의 배치 및 설계 기술 저가격화 기술 LED 고효율화에 따른 수량 절감, 광학 및 반사판의 재질효율화에 의한 저가격화 기술
자동차용 LED 주요 핵심 기술
자동차용 LED 조명
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Vol. 4 Issue3 KISTI MARKET REPORT3D 융합산업의 핵심장비로 발돋움
3D 스캐너는 대상 물체의 3차원 형상 정보를 획득하여 디지 털화하고 이를 용도에 맞게 분석·가공할 수 있도록 도와주는 장치이다. 우리에게 친숙한 스캐너는 사진이나 각종 문서에 포 함된 2차원 정보만 획득해주고, 카메라 역시 대상 물체 표면에 대한 2차원 정보만 제공하는 반면, 3D 스캐너는 대상 물체의 크기, 형태, 색깔과 더불어 깊이 정보까지 획득해준다. 3D 스캐너는 크게 광원, 광수신부, 통신장치, 디스플레이 등 으로 구성된 하드웨어와 데이터를 분석·가공하는 소프트웨 어로 구성된다. 광원으로는 레이저, 백색 램프와 더불어 최근 에 LED도 사용되는데, 광원으로부터 방출된 빛이 대상 물체 표면에서 반사되어 카메라나 광센서와 같은 광수신부에 도달 하면 물체 표면을 이루는 점들에 대한 방대한 양의 점군(Point Clouds) 데이터가 얻어진다. 점군 데이터를 제품 생산이나 서비 스 제공에 활용하기 위해서는 일반적으로 활용 목적에 맞는 전 문적인 소프트웨어를 통해 데이터를 가공해야 한다. 아울러 대 상 물체에 대한 완벽한 3D 입체 정보를 얻기 위해서는 여러 각 도에서 측정되어야 하며, 이들을 하나의 좌표계로 정렬시켜 합 치는 작업도 필요하다. 기존의 제품 생산 공정에는 프로브(Probe)를 이용한 접촉식 3차원 측정기인 CMM(Coordinate Measuring Machine)이 주로 활용되었으나 대상 물체에 손상을 줄 수 있고 측정 속도가 느 리다는 단점이 있었다. 이에 비해 3D 스캐너는 휴대성과 사용 편리성이 뛰어나고 정밀도도 빠르게 개선되고 있으며 측정 대 상 물체에 대한 제한이 적어 활용 분야가 크게 확대되고 있다. 실제로 현재 3D 스캐너는 3D 영상 콘텐츠 제작, 제조업 분 야의 역설계와 품질 관리, 문화재 형상복원, 성형수술과 치과 치료, 의류와 신발 등의 패션·디자인 등 다양한 분야에 활용 되고 있다. 이처럼 응용분야가 다양할 수 있는 이유는 3D 스캐 닝 기술이 접목된 다양한 3D 스캐너가 존재하기 때문이다. 3D 스캐너는 CMM과 달리 빛을 이용하는 비접촉식에 한정되 며, 스캐너 자체에 광원을 가지고 있는 능동형이 주를 이룬다.3D 스캐너
3D 프린터와 함께
대중화를 꿈꾸다
산업시장분석실 선임연구원 유형선 Tel: 02-3299-6173 e-mail: hsyoo@kisti.re.kr
3D 스캐너
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이러한 범주 내에서 물체의 3차원 형상 정보를 얻는 기 술은 광간섭(Interferometry), 컴퓨터 단층촬영(Computed Tomography, CT), 광삼각측량(Triangulation), 비행시간측정 (Time of Flight, TOF) 방법 등이 있다. 이 중 빛의 간섭을 이용 한 복굴절 홀로그래피, 공초점 현미경 및 산업용 컴퓨터 단층 촬영의 경우 크기가 작은 물체의 표면과 내부 3D 형상을 측정 하는데 효과적이지만, 적용 가능한 대상 물체에 제약이 있고 1회 측정 면적이 작아 바이오 분야 등 특정 분야에 주로 활용 되고 있다. 따라서 대부분의 산업용 3D 스캐너에는 비행시간측정법과 광삼각측량법이 적용되고 있다. 비행시간측정법은 3D 스캐너에 서 방출된 레이저 빔이 대상 물체 표면에서 반사되어 되돌아오 는 시간을 측정하여 3차원 입체 정보를 파악하는 방식이다. 비 행시간측정법에서는 레이저 펄스(Pulse)를 이용하거나 반사된 빔의 위상(Phase) 차이를 측정하는데, 다른 방법에 비해 상대적 으로 분해능은 떨어지지만 대형 물체에 대한 원거리 측정이 가 능하여 주로 건축물이나 지형지물을 측정하는데 활용된다. 광삼각측량법은 물체 표면의 깊이에 따라 광수신부에 도달 하는 위치가 달라지는 원리를 이용하여 물체의 3차원 입체 정 보를 획득한다. 광원으로는 레이저나 백색 램프가 이용되는데 측정 속도를 높이기 위해 선, 줄무늬, 격자 형태의 패턴 빔이 주 로 이용된다. 빠른 측정 속도로 실시간 스캔도 가능하고 정밀도 도 높아, 제조업 분야는 물론이고 패션, 문화재, 의료, 영상 분야 등에 가장 일반적으로 사용된다. 최근에는 광삼각측량법을 이 용한 휴대용 스캐너도 출시되고 있어 향후 활용 분야가 더욱 확 대될 것으로 전망된다.
제조업 등 전통분야에서의 지속적인 수요 확대
2013년 3D 스캐너의 세계 시장 규모는 16.5억 달러로 추정되며, 12.4%의 연평균 성장률로 성장하여 2018년에는 29.6억 달러에 이를 것으로 전망된다. 국내 시장은 세계 시장의 2.5% 수준으로 추정되어 2013년 454억 원 규모에서 2018년 814억 원에 이를 것으로 예상된다. 또한 Yano Research에 따르면 일본의 3D 스 캐너 시장은 2012년 77억 엔 규모에서 9.4%의 연평균 성장률로 성장하여 2016년에 110억 엔에 이를 것으로 전망된다. 시장의 성장을 견인하는 가장 큰 요인은 제품의 품질과 생산 성 향상을 위해 제조업 분야에서 3D 스캐너의 활용이 증가하고 있고, 이를 이용한 서비스도 점차 확대되고 있다는 점이다. 특 히 제조업 분야에서는 제품 생산의 참고용으로 사용되던 3D 스 캐너가 정밀 금형 제작 분야를 중심으로 필수로 자리 잡고 있 다. 이미 현대자동차, GM, Audi, Toyota 등 자동차 업체와 삼성 종류 광간섭 컴퓨터 단층촬영 광삼각측량 비행시간측정(Time of Flight)IT융합시스템
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Vol. 4 Issue3 KISTI MARKET REPORT전자, Sony, Hitachi 등 전자 업체들이 3D 스캐너를 제품 생산에 활용하고 있다. 또한 대기업들의 엄격한 품질관리 요구에 따라 부품을 납품하는 중소기업들도 품질검사와 동시에 생산성 향상 을 도모하기 위해 인-라인(in-line) 3D 스캐닝 시스템 도입을 추 진하고 있다. 최근에는 현대중공업이 오차 측정 시간을 단축시키기 위해 세계 최초로 해양플랜트 구조물 검사에 3D 스캐너를 도입하는 등 조선해양과 항공우주 분야에도 3D 스캐너가 도입되고 있다. 또한 의료 분야에서는 임플란트나 보철물 제작을 위한 치과용 3D 스캐너가 이미 활발히 보급되고 있고, 미국 Axis Three 사의 3D 스캐너를 이용한 성형 기법도 국내 병원에 도입되고 있다.
그 밖에 Acustom Apparel, Victoria‘s Secret 등 미국 패션 업 체들이 양복, 속옷, 신발 등 맞춤형 의류 제작에 3D 스캐너를 이용하고 있고, 국내 가발 전문 기업 하이모도 맞춤형 제품 제 작을 위해 3D 스캐너를 이용하고 있다. 문화재 분야에서는 정 부 주도로 주요 문화재에 대한 3D 데이터 디지털화 작업이 활 발히 추진되고 있는데, 이를 소실 문화재에 대한 형상 복원과 3D 영상 전시 등에 활용할 계획이다. 이와 같은 활용 분야 확대 가 수요 촉진의 주요 요인으로 작용하면서 3D 스캐너 시장 성 장을 견인하고 있다.
3D 프린터와 연계되어 대중적 활용도 개선
그와 더불어 3D 프린터 시장의 급격한 성장 역시 3D 스캐너 시장의 중요한 성장 요인으로 작용한다. 2013년 세계경제포럼 에서 3D 프린터가 10대 유망기술로 선정되었고, 미국 버락 오 바마 대통령도 2013년 초 국정연설을 통해 3D 프린팅 기술에 대해 크게 주목하면서, 3D 프린터에 대한 관심이 크게 고조되 었다. 이에 따라 3D 프린터를 제조·유통하는 업체도 크게 늘 었고 이를 제품 생산 공정에 적용하고자 하는 시도도 빠르게 확 산되고 있다. 특히 최근에는 50만 원대 제품이 출시되는 등 개 인이나 가정에서도 구매를 고려해 볼만큼 가격이 크게 하락하 면서 3D 프린터의 대중화가 가속화되고 있다. IDC에 따르면 2012년 2,800만 달러 규모였던 3D 프린터 시 장이 2017년 3.2억 달러 수준까지 성장할 것으로 전망되고, Wohlers Report에 따르면 국내 시장도 세계 시장의 1.5% 수준에 불과하지만 지속적인 성장을 보일 것으로 전망된다. 3D 프린팅 을 하기 위해서는 3D 도면 파일이 있어야 하는데 이러한 3D 디 지털 데이터를 생산할 수 있는 3D 스캐너의 수요도 동반 성장할 것으로 예상된다. Thingverse.com과 같이 3D 도면 파일을 공유 할 수 있는 온라인 사이트가 존재하지만, 사람들이 각자의 일상 적인 사물을 프린팅하고 싶어 하기 때문에 3D 스캐너의 대중화 가 3D 프린터의 대중화에도 중요한 밑거름이 될 수 있다. 정부가 3D 융합산업과 콘텐츠산업을 적극적으로 육성하고 있는 것도 국내 시장의 성장에 긍정적인 요소로 작용한다. 정부 는 2012년부터 5년간 3,266억 원의 예산을 투입하여 ‘초광역 연 년도 개요 시장 규모 CAGR(%) (2013년~2018년) 2011년 2012년 2013년 2014년 2015년 2016년 2017년 2018년 세계 시장 11.7 14.1 16.5 19.3 22.1 24.7 27.2 29.6 12.4 레이저 스캐너 5.0 6.1 7.2 8.4 9.5 10.7 11.7 12.7 12.0 패턴 빔 스캐너 4.7 5.4 6.1 7.0 7.9 8.6 9.3 9.9 10.0 CT 등 기타 2.0 2.6 3.2 3.9 4.7 5.4 6.2 7.0 16.9 국내 시장 322 388 454 530 608 680 748 814 12.4자료: ‘3D Scanning Market’, Marketsand Markets(2013)을 바탕으로 KISTI 재작성. 국내 시장은 세계 시장의 2.5% 수준으로 추정. 환율 1,100원 적용. 3D 스캐너 시장 규모 전망
3D 프린터 시장이 활성화 되면서 3D 스캐너도
주목받고 있으며, 최근 보급형 제품이
다수 출시되면서 대중화를 촉진하고 있다.
3D 스캐너
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Vol. 4 Issue3 KISTI MARKET REPORT프로바이오틱스 개념과 효능
프로바이오틱스는 Pro(호의적인)과 Biotics(생물에 관련된) 뜻 의 합성어로 체내에 들어가서 건강에 좋은 효과를 주는 살아있 는 균을 의미한다. 프로바이오틱스 대부분의 균은 유산균이며 일부 바실러스(Bacillus) 등을 포함한다. 러시아 과학자 엘리 메 치니코프(Elie Mechinikoff)가 불가리아 사람들의 장수 비결이 락 토바실러스(Lactobacillus)의 섭취라는 연구결과로 노벨상을 수 상한 이후 관련 연구가 지속적으로 활성화 되어 왔다. 프로바이오틱스의 효능은 유익균 증식, 유해균 억제, 정장 작용, 혈중콜레스테롤 감소, 면역 증강, 내인성 감염억제, 항 암 등 의학적으로 확인된 기능만 해도 다양하여 Dairy Food & Beverage를 비롯하여 각종 의약품 시장에서도 활발히 활용되 고 있다. 국내에서는 유산균 인식이 강하여 건강기능식품 중에 서도 보조제, 기호품 성격으로 인식되고 있으나, 유럽, 일본 등 에서는 장 건강을 위한 필수품으로 받아들여지고 있다. 향후에 는 국내에서도 점차 단순 기능성 건강식품의 개념을 뛰어 넘어 특정 질병 예방품의 역할이 강조될 것으로 사료된다. 프로바이오틱스는 6가지 종류로 크게 구분할 수 있는데, 현 재 인류에게서 가장 많이 사용되고 있는 균은 락토바실러스, 스 트렙트코커스, 비피도박테리움이다. 이러한 주요 균들은 몇 가 지 요구조건을 갖추어야 하는데, 숙주세포에 존재하는 균주일 수록 바람직하며, 상부 소화관 내를 거의 사멸하지 않고 통과할 수 있어야 한다. 또한 하부 소화관에서 증식할 수 있어야 하며 장내 유용한 효능, 식품 첨가 가공 조건에서의 생존, 안전성 확 보, 부작용 최소화, 항균물질에 대한 내성이 없어야 하며, 항균 범위가 넓고 보관 시 품질 안정을 보장할 수 있어야 한다. 이러한 까다로운 조건을 만족시키는 프로바이오틱스는 그 효능이 다양한데 ①유산 발효에 의한 식품 보존성 향상, ②혈 중 콜레스테롤 농도 저하, ③면역 증진, ④비타민 합성을 통한 생리 활성화, ⑤유해효소의 합성 억제, ⑥유당 불내증 개선, ⑦ 장내 유해균 증식 억제, ⑧설사 치유 및 정장작용, ⑨장내 정상 적 균총(Microflora) 조성을 통한 노화 방지, ⑩피부 미용 효과 등이다.프로바이오틱스
향후에도 건강기능식품 내
성장 카테고리로 고려될 수 있는가?
기술사업화분석실 선임연구원 최윤정 Tel: 02-3299-6127 e-mail: yjchoi@kisti.re.kr
프로바이오틱스
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폭넓고 다양한 응용 분야와 시장성
프로바이오틱스를 이용한 제품은 기능성 식품, 식품 첨가 물, 동물 의약품, 인체 의약품, 화장품 원료, 발효유 등 응용 분 야가 폭넓고 다양하다. 현재는 주로 발효유 등 Diary Food & Beverage에 활용되는 비중이 높으며, 세계적인 웰빙 트렌드와 인구 고령화로 건강에 대한 관심이 증가함에 따라 프로바이오 틱스의 수요도 꾸준히 증가하고 있는 추세이다. 세계 시장 규모는 2013년 기준 약 29조 원에 육박하였으며, 아시아 시장은 3,500억 원 규모로 아직 미미한 수준이지만 성 장은 상대적으로 빠른 편이다. 아시아 시장 내 50% 이상은 일 본 시장이 차지하고 있다. 향후, 프로바이오틱스 기능에 대한 과학적 증거의 신뢰도 향 상, 소비자 인지도 상승, 건강에 대한 관심 증대가 시장 성장을 더욱 가파르게 할 것으로 예상된다. 특히, 우리나라에서 초고령 화 사회로의 빠른 진입은 프로바이오틱스 시장을 크게 성장시 킬 것으로 예상된다. 다만, 프로바이오틱스는 건강기능 식품의 일종으로 각 국가 별 승인 절차가 복잡하고 까다롭다는 점, 가격이 고가인 점, 특 히 원료를 수입산에 의존해야 하는 국내 상황 때문에 원료 가격 에 민감한 특성을 지니고 있어 이를 극복하기 위한 국내 기업들 의 노력과 그 성과가 시장 성장의 규모를 결정짓는 요인으로 작 용할 것으로 판단된다. 프로바이오틱스의 생산업체는 전 세계적으로 다수의 군소 업 체들이 존재하나, 선진 시장에서 주요 기업이라 함은 유산균 강 국인 덴마크의 다니스코, 크리스한센, 프랑스 랄레망-로셀, 일본 모리나가 등을 말한다. 특히, 유산균이 죽지 않고 살아서 생유산 균 형태로 전달되어 효능을 발휘하는 것이 중요한데 상기 주요
프로바이오틱스는 유산균에 대한 과학적
근거 자료의 신뢰도 증가, 고령화에 따른 건강
보조식품의 관심 증대로 2018년, 세계적으로
약 43조 원의 시장을 형성할 것으로 전망된다.
2012년 2018년 583 1,395 CAGR : 15% 자료: 식품의약품통계연보자료: Frost & Sullivan, BCC Research, Nutrition Business Journal, 식품의약품안전청 프로바이오틱스 분야별 시장 규모 프로바이오틱스 분야별 시장 규모 프로바이오틱스 세계시장규모 전망 년도 개요 시장 규모 CAGR(%) (2013년~2018년) 2013년 2018년 세계 시장 28.8 43.4 7.6 (단위: 억 달러) (단위: 억 원)
건강기능식품
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Vol. 4 Issue3 KISTI MARKET REPORT업체들은 이러한 생산기술을 인정받아 전 세계 1,000개 이상의 Diary Food & Beverage 회사에 원료를 공급하고 있다.
아시아 시장의 경우, 일본 업체들의 점유율이 높고, 각 업체 별로는 일본 야쿠르트 35%, 일본 메이지 유업 19.8%, 덴마크 크 리스 한센 15.7%, 일본 모리나가 10.7%로 상위 4개사가 차지하 는 비중이 81.2%로 과점시장이 형성되어 있다. 국내의 경우, 유일하게 쎌바이오텍이 4세대 원천 코팅 기술 을 인정받아 유산균 업체로 활약하고 있으나 이 외 중소업체들 의 성과는 미비한 실정으로 추가적인 업체들의 진입이 요구되 고 있다. 그러나 바이오, 건강기능식품 특성상, 낮은 성공확률 및 장기간 R&D 투자에 대한 부담, 특허 및 제품 인증 프로세스 의 복잡성 및 국가별 차별화 포인트가 존재하기 때문에, 중소 기업이 시장에 진입함에 있어 큰 장벽으로 작용하고 있다.
유산균 코팅 기술이 핵심 과제
프로바이오틱스의 주요 R&D 과제는 유산균 코팅 기술이다. 코팅 기술은 유산균을 보호하는 코팅제를 씌워서 체내 산으로 부터 보호할 수 있게 해주는 역할을 한다. 특히, 위산의 농도는 유산균들이 절대적으로 살 수 없는 정도이며, 각 국가 및 사람 의 신체 상황에 따라 다르므로 이를 잘 매치시키는 맞춤 기술 개발이 중요하다. 코팅된 유산균은 위산을 우선적으로 견뎌낼 수 있어야 하며, 장에서 정확한 시점에 코팅제를 뚫고 나와 생존해야 한다. 이 와 관련된 코팅 기술은 현재 4세대가 존재하며 1세대 무코팅, 2 세대 장용 코팅, 3세대 미세코팅, 4세대 이중 코팅의 형태로 진 일보되어 왔다. 1세대 무코팅은 유산균 자체가 체내의 고열과 위산에 의 해 전멸하게 되어 그 효능이 크지 않으나 현재 전체 시장의 70~80%를 차지하고 있으며, 비용 측면에서 우위에 있다. 2세 대 기술은 장용 코팅으로 위산으로부터 균들을 보호하고 장까 지 안전하게 이동시키는 기술로 미국 및 캐나다에서 일부 사용 하고 있다. 그러나, 국내 다양한 농도의 산과는 맞지 않아 심할 경우 위장 장애를 일으킬 수도 있다. 또한 장에 도달한 유산균이 코팅제를 뚫고 나오기 쉽지 않다 는 기술적 한계도 존재한다. 3세대 기술은 일본에서 주로 사용 되는 미세 코팅기술로 음식 원료로 사용될 경우 효과적인 기술 이다. 다만, 제조공정 중 사멸율이 높고 2세대와 같이 면역적 한 계가 존재한다. 또한, 코팅율과 재질이 고르지 못할 수 있으며 장에서 잘 터지지 않아 변과 함께 배설될 우려도 배제할 수 없 다. 4세대 기술은 한국 쎌바이오텍의 특허 기술로 다양한 농도 의 위산에 버티기 용이하고 장까지 도달하여 증식을 가능케 하 나, 식품 보다는 의약품에 가까운 기능성 기술로 주요 시장인 식품과 음료분야에서의 활약이 미흡하다. 향후, 이를 식품 쪽에 확대 적용할 수 있도록 기술이 개발되 거나, 일본의 미세 코팅 기술을 뛰어넘는 기술로 진화되어 식품 과 음료분야 유산균 특허를 받게 될 경우 상당히 매력적일 것으 로 판단된다.현재 프로바이오틱스 시장은 미주, 유럽 중심으로
형성되어 있으며 아시아의 경우 현재 일본 중심
시장이나, 한국을 비롯 대만, 동남아 시장 등에서
가파른 성장이 기대된다.
프로바이오틱스 유산균을 연구, 개발, 생산하는
기업들은 위산ㆍ담즙산, 열, 수분, 외부압력 등에
강한 코팅기술 개발에 주력하고 있으며,
현재 4세대 코팅기술까지 개발되어 있다.
프로바이오틱스
Vol. 4 Issue3 KISTI MARKET REPORT
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