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대장균 이용한 페놀 생산 성공
- 세계 최초로 대장균 이용해 리터당 3.8g의 페놀을 24시간 내 생산 성공 - 우리 학교 이상엽 특훈교수팀은 대장균을 이용해 재생 가능한 바이오매스로부터 페놀(phenol)을 생산하는 원천기술을 개발해 바이오테크놀로지(Biotechnology) 11일자 온라인판에 게재됐다. 이 기술은 친환경적인 미생물 발효 공정을 통해 화학물질을 생산하는 대사공학·공정 기술을 기반으로 개발돼 국내·외 생명공학 및 산업기술 발전에 크게 기여할 것으로 기대된다. 페놀은 석유화학공정을 통해 연간 800만 톤 이상 생산돼 폴리카보네이트, 에폭시, 제초제 등 다양한 산업에 폭넓게 사용되는 화학물질이다. 페놀이 갖고 있는 미생물에 대한 독성으로 인해 미생물을 이용한 페놀의 생산에 대한 연구는 그동안 어려움이 많아 생산량이 리터당 1g 미만 수준으로 더 이상의 향상이 이루어지지 못하고 있는 실정이었다. 최근 다양한 대장균들의 유전적, 생리·대사적 차이점이 보고되고 있는데 이 교수 연구팀은 이에 주목해 18종의 다양한 대장균 균주에 대해 동시에 대사공학을 적용해 그 중 ‘BL21’ 이라는 대장균 균주가 페놀생산에 가장 적합하다는 것을 발견했다. 연구팀이 적용한 기술 중 ‘합성 조절 RNA 기술’은 기존의 유전자 결실 방법보다 월등히 빠른 시간에 대사흐름의 조절을 가능하게 하는 기술로써 이번 연구에서도 18종의 대장균에 대한 대사공학을 동시에 진행하는데 중요한 역할을 했다. 또 미생물을 이용한 페놀의 생산에 있어 가장 큰 걸림돌이 페놀의 독성인데 연구팀은 발효공정에서 페놀의 대장균에 대한 독성을 최소화 할 수 있는 이상발효 공정(biphasic fermentation)을 이용해 페놀의 생산량을 증가시킬 수 있었다. 이렇게 개발된 대장균 균주는 기존 균주에 비해 월등히 높은 생산량과 생산능력을 보였으며 이상 유가식 발효(biphasic fed-batch fermentation)에서 리터당 3.8g의 페놀을 24시간 내에 생산할 수 있었다. 즉, 대장균을 이용해 재생 가능한 바이오매스로부터 쉽게 얻어질 수 있는 포도당을 이용해 페놀을 생산할 수 있는 균주를 개발해 세계 최고의 페놀 생산능력을 보이는 균주를 개발했다. 김병진 박사는 “다양한 합성생물학 기술들을 기반으로 대장균을 개량해 페놀을 처음으로 생산했으며 가장 높은 농도와 생산성을 기록했다”며 “발효 공정의 개량을 통해 미생물에 독성을 지니는 화합물의 생산가능성을 보여줬다는데 커다란 의미가 있다”고 말했다. KAIST 생명화학공학과 이상엽 특훈교수 지도하에 김병진 박사, 박혜권 연구원이 공동 1저자로 참여한 이번 연구는 미래창조과학부와 한국연구재단의 글로벌 프론티어사업 지능형 바이오시스템설계 및 합성연구단의 지원을 받아 수행됐다.
2013.10.30
조회수 15209
투명한 유리벽을 양면 터치 게임 미디어로
- 지난 7월 시그래프 이머징 테크놀로지서 선보여 ‘가장 돋보인 작품’ 선정 -- “투명 디스플레이 패널의 실생활에 적용된 좋은 사례” - 우리 학교 산업디자인학과 이우훈 교수와 전산학과 이기혁 교수 공동연구팀은 투명한 유리의 양면을 터치해 게임을 즐길 수 있는 신개념 게임 미디어 ‘트랜스월(TransWall)’을 개발했다. 이 기술은 지난 7월 21일~25일 미국 애너하임에서 개최된 컴퓨터 그래픽 및 상호작용기술 분야에서 세계적인 학회인 시그래프(SIGGRAPH) 이머징 테크놀로지(Eerging Technologies)에 전시돼 ‘가장 돋보인 작품(Highlight)’으로 선정됐다. 연구팀은 ‘우리 주변의 유리벽을 오락과 커뮤니케이션 매체로 바꿀 수 없을까?’ 라는 생각에서 이번 프로젝트를 시작했다. ‘트랜스월’은 멀티터치가 가능한 두 장의 유리 사이에 홀로그래픽 스크린 필름을 삽입하고 양쪽에서 빔 프로젝터로 유리에 영상을 투영하는 방식이다. 또 유리에 서피스 트랜스듀서(Surface Transducer)를 부착해 터치하면 화면을 통해 직접 소리와 진동을 느낄 수 있다. 이처럼 ‘트랜스월’은 단순한 유리벽처럼 보이지만 사용자들은 시각, 청각, 촉각 정보를 주고받을 수 있는 다감각적 미디어다. 테마파크, 대형 쇼핑몰, 지하철 역사 등과 같은 공공장소에 설치하면 기다리는 지루한 시간에 양쪽에서 콘텐츠를 조작해 게임을 즐길 수 있다. 이와 함께 향후 이러한 양면 터치 상호작용 방식의 장점을 활용하는 다양한 문화적 콘텐츠 개발도 가능할 것으로 전망된다. 이우훈 교수는 “사람들에게 새로운 경험을 제공하는 오락과 소통의 미디어로서 트랜스월을 개발했다”며 “양면 터치 상호작용 방식을 통해 가까운 미래에 상용화될 대형 투명 디스플레이 패널이 실생활에 어떻게 활용될 수 있을지에 대한 하나의 비전을 보여주는 사례”라고 연구의 의의를 밝혔다. https://vimeo.com/70391422 (트랜스월 소개 동영상)https://vimeo.com/71718874 (SIGGRAPH 2013 전시장면) □ 그림설명 그림1.트랜스월의 구조 그림2. 트랜스월 옆면 그림3. 유리벽의 양쪽 면을 터치해 게임 등 다양한 미디어로 활용할 수 있다. 그림4. 트랜스월이 시그래프 이머징 테크놀로지에 전시돼 참가자들로부터 뜨거운 관심을 받고 있다
2013.09.12
조회수 13466
중국인 박사부부, 상하이 교통대 부교수로 동시 임용
- 이상엽 특훈교수 제자 부부, 5월과 9월에 잇따라 임용돼 - 우리 학교 생명화학공학과의 같은 연구실에서 박사학위를 받은 중국인 박사부부가 중국 명문 상하이 교통대 교수로 나란히 임용돼 눈길을 끌고 있다. 주인공은 생명화학공학과 시사샤오 시아(Xia, Xiao Xia) 박사와 지강취안(Qian, Zhi Gang) 박사. 그동안 KAIST출신 박사부부가 해외 유명 대학의 교수로 임용되는 경우는 있었으나, 같은 연구실에서 공부하던 박사부부가 해외에 있는 같은 대학 교수로 동시에 임용되기는 이번이 처음이다. 중국에서 학사, 석사과정을 마친 이들 부부는 동중국과학기술대학 석사과정 때 만나 사랑을 키워온 것으로 알려졌다. 이후 2005년 1학기에 부인이 먼저, 그리고 2학기에 남편이 뒤이어 KAIST 생명화학공학과 박사과정에 입학해 이상엽 특훈교수의 지도를 받았고 2009년 동시에 박사학위를 따냈다. 지도교수인 이상엽 특훈교수는 4년간 이국땅의 같은 연구실에서 밤낮없이 연구하면서 궁금한 것은 물어보고, 고민이 있으면 서로 나누면서 서로 의지해 나아가는 모습이 보기 좋았고 연구도 열심히 해 외국인 학생이지만 별다른 걱정을 할 필요가 없었다고 전했다. 이들 부부는 어느 한 쪽 손색이 없을 정도로 뛰어난 연구 역량을 펼쳤다. 남편인 취안 박사는 엔지니어링 플라스틱인 나일론의 원료인 푸트레신을 대장균의 대사공학을 통해 효율적인 생산을 하는 기술을 세계 최초로 개발해 박사학위를 받았다. 연구결과는 바이오테크놀로지 바이오엔지니어링지에 게재됐고, 네이처지에 하이라이트 되기도 했다. 취안박사는 지난 2일 상하이 교통대 생명과학및생명공학과에 부교수로 부임했다. 부인인 시아 박사는 ‘강철보다 강한 초고분자량의 거미실크 단백질 생산을 위한 대사공학 연구’로 박사학위를 받았다. 연구결과는 미국학술원회보에 게재됐고 네이처화학생물지에서 하이라이트 됐다. 시아박사는 오는 9월 상하이 교통대학 바이오공학과의 특훈부교수로 부임할 예정이다. 취안 박사는 “고향과는 멀리 떨어져 있지만 부인과 서로 의지하면서 어려움을 슬기롭게 극복해 마음껏 연구를 할 수 있었다”며 “KAIST에서 배운 선진기술을 후학들에게 전해 중국의 생명화공분야 발전에 기여하고 싶다“고 말했다. 이상엽 특훈교수는 “상하이 교통대학은 칭화대, 베이징대와 함께 중국 3대 명문대학으로, KAIST에서 수학하는 동안 탁월한 능력을 발휘해 부부가 매우 이례적으로 동시에 교수로 임용됐다”며 “한국에서 공부하는 많은 중국인 유학생들에게 모범이 될 것”이라고 말했다. 왼쪽부터 시아박사, 취안박사 부부, 지도교수인 이상엽특훈교수
2012.05.10
조회수 13882
이제는 세포 내부도 훤히 들여다본다!
- 실제 내시경보다 10만배 작은 나노와이어기반 세포내시경 개발 - - 세포내 생물학적 현상을 관찰해 질병을 효과적으로 치료할 수 있게 될 것 - - 연구 우수성 인정받아 네이처 나노테크놀로지 12월호 온라인 판 게재 - 우리 대학 바이오 및 뇌공학과 박지호 교수 연구팀이 미세한 빛을 주고받을 수 있는 광학 나노와이어를 이용해 세포내에서 나오는 미세한 광학신호를 세계 최초로 검출하는 데 성공했다. 이 기술개발로 사람의 내장 장기를 직접 관찰하는 내시경처럼 세포의 손상 없이 고해상도로 세포 내부를 관찰할 수 있게 됐다. 이에 따라 세포 내에서 일어나는 미세한 생물학적 현상을 연구해 질병을 보다 효과적으로 치료할 수 있을 것으로 기대된다. 최근에는 광학적 회절한계를 극복하는 초고해상도현미경이 개발돼 배양된 세포를 관찰하는 데 사용되고 있다. 그러나 매우 복잡하고 거대한 시스템이 필요해 생체 내 불투명한 부위에 위치한 세포를 실시간 관찰하기에는 역부족이었다. 연구팀은 나노와이어의 지름은 100나노미터(1나노미터는 10억분의 1m)로 세포에 삽입해도 손상되지 않을 만큼 작게 만들고, 재료는 빛이 잘 통과하는 주석산화물로 구성된 반도체를 사용했다. 개발한 나노와이어를 빛의 송수신에 많이 사용되는 광섬유 끝에 연결해 광섬유로부터 나오는 빛이 나노와이어를 통해 세포 내 특정부위에 전달되고, 또한 세포에서 나오는 광학신호를 검출하는 데 성공했다. 이와 함께 연구팀은 나노와이어에 세포가 손상되지 않는 것에 착안해 나노와이어의 끝에 빛에 반응하는 물질을 입히고 이를 세포에 삽입했다. 그런 다음 빛을 전달하면 그 물질이 빛에 반응해 세포내로 침투하는 것을 확인했다. 따라서 약물을 세포 내 특정부위에 효과적으로 전달해 치료목적으로도 이용할 수 있는 가능성을 제시했다. 박지호 교수는 "이번 연구에서는 생체 외에서 배양된 세포에만 적용했지만 곧 이 기술을 생체 내에 위치하는 특정세포를 아주 미세하게 광학적으로 자극하고 조정할 수 있게 될 것“이라며 ”앞으로 생체 내 특성부위의 세포 안에서 일어나는 생물학적 현상을 연구해 질병을 효과적으로 치료하는 데 활용될 수 있을 것"이라고 말했다. 이번 연구 결과는 세계적 권위의 나노기술 학술지인 "네이처 나노테크놀로지(Nature Nanotechnology)" 12월 18일자 온라인 판에 게재됐다. 한편, 이번 연구는 다학제간 협력을 통해 수행됐으며, KAIST 박지호 교수를 비롯해 생명화학공학과 양승만 교수와 허철준 박사, 고려대학교 생체의공학과 최연호 교수, UC 버클리대 화학과 페이동양(Peidong Yang) 교수와 류슈에 얀(Ruoxue Yan) 박사 및 바이오공학과 루크 리(Luke Lee) 교수가 참여했다.
2012.01.10
조회수 11290
진달용 교수, ‘온라인게임제국 코리아’ 출간
“우리는 종종 한국하면 떠오르는 신흥시장으로 설명하곤 한다. 게임에 관해서는 그러나 한국이 가장 발전된 시장이며, 전 세계가 따라 오고자 노력하는 선두주자라는 점을 아무도 부인하지 않는다. 한국은 게임산업과 문화면에서 전 세계 최고 자리를 차지하고 있으며 온라인게임 제국으로 널리 알려져 있다.” 우리학교 과학저널리즘 대학원 및 인문사회과학과 진달용 교수가 우리나라 온라인게임에 관한 단행본을 MIT대학 출판사를 통해 출간했다. MIT 대학 출판사는 뉴미디어와 테크놀로지 분야에서 최고 수준의 저서만을 엄선해 출판하기로 정평이 나 있으며, 국내대학 교수가 뉴미디어에 대한 단행본을 해당 출판사에서 내기는 이번이 처음으로 알려져 있다. MIT 대학 출판사 관계자는 “본 저서는 매우 드물게 해당 출판사에서 책을 출간하기도 전에 국내 출판사와 한국어 번역판을 계약했으며, 지난 10월에 열린 독일 프랑크푸르트 북 전시회에도 출품돼, 현재 중국과 일본 등 여러 나라 출판사에서 해당 언어로 된 번역판을 고려하고 있다”고 밝혔다. 본 저서에서 진 교수는 우리나라 온라인 게임산업의 발전과 이로인한 경제적 영향, 청소년 문화, 그리고 온라인 제국에 이르기까지 여러 재미있는 학술적 이야기들을 알기 쉽고 재미있게 엮어냈다. 본 저서는 세 가지 주제로 나누어 우리나라 온라인 게임산업과 문화에 대한 담론을 전개하고 있다. 첫번째는 게임산업의 성장과 한국이 게임 산업분야에서 전 세계에서 가장 뛰어난 발전 속도를 자랑할 수 있게된 정치.경제.문화적 배경을 진단했다. 한국의 게임시장은 지난 2007년부터 2009년까지 무려 56%이상 성장했는데, 진 교수는 우리나라의 게임산업이 이처럼 급성장할 수 있던 것은 전 세계에서 가장 잘 발달된 초고속인터넷과 PC방의 발전에서 비롯됐다고 진단했다. 전체적으로 95%이상이 초고속인터넷으로 연결된 나라는 한국밖에 없으며, 지난 1997년 외환위기 이후 발전하기 시작한 PC방과 소프트웨어산업의 중요성이 한국의 온라인 게임 산업성장의 주요한 배경이 되었다는 설명이다. 한국의 온라인게임은 특히 리니지와 리니지 II, 그리고 아이온 등 전세계적으로 인기를 끌고있는 다자간 역할수행게임 (MMORPGs)에 힘입어 닌텐도나 마이크로소프트사에서 제작된 콘솔게임과 경쟁하면서 세계적인 게임산업으로 성장했다고 강조했다. 두번째로, 본 저서는 온라인게임과 청소년 문화, 그리고 온라인게임의 문화산업화에 대한 체계있는 조망을 단행했다. e-스포츠가 한국사회에 뿌리내리게 된 역사적 고찰과 프로게임 선수들의 게임리그를 경제.문화적인 관점에서 해석, 온라인게임이 청소년들의 새로운 문화로 성장했다는 것을 실증적으로 논의했다. 초등학생들 사이에서 장래 희망 직업 2위 (1위는 소방관)로 열거될 정도로 인기를 끌고 있는 프로게임 선수들의 세계는 물론, 청소년들의 우상인 임요환, 이윤열선수 등에 대한 팬클럽 회원들과의 인터뷰 등을 통해 청소년들의 참여문화에 대한 담론을 담아냈다. 온라인게임이 한국사회에 새로운 청소년 문화로 성장했다는 것을 보여주고 있는 것이다. 온라인게임은 인간관계를 위한 새로운 채널로 등장했으며, 청소년들의 사회화에 큰 영향을 미쳤다는 지적이다. 마지막으로, 본 저서는 국내 게임기업들이 동남아는 물론 전 세계적 게임시장에서 큰 인기를 얻게 된 원인에 대한 분석을 ‘세계화’라는 관점에서 전개했다. 리니지게임등이 미국 블리저드 엔터테인먼트 (Blizzard Entertainment)등에서 제작한 월드 오브 워크래프트 (World of Warcraft)등과 경쟁하면서 전 세계 게임 매니아들의 사랑을 받게 된 원인에 대해서 철저한 현지화 전략이 있었기에 가능했다며, 그 구체적인 기업전략을 집중 조명했다. 온라인산업은 국내 게임기업이 중국과 일본 등 동남아시아는 물론 미국과 유럽 등 서구국가들에서도 성공적으로 뿌리를 내린 유일한 문화산업이라며 온라인산업으로 대표되는 한국의 디지털 기술과 문화가 한국을 게임제국의 위상을 갖추게 만들었다고 지적했다. 본 저서는 그러나 우리나라 온라인게임 산업은 한국의 현지 지사 정도로 여겨졌던 ‘산다’등 중국의 온라인 기업들로부터 거센 도전을 받고 있다며, 한국 청소년들의 새로운 참여문화를 창조하고 디지털 코리아의 선두주자로 자리매김한 온라인산업의 지속적인 발전을 위해 정부의 적극적인 지원정책 등이 필요하다고 강조했다. 한편, 호주 대학에서 게임과 뉴미디어를 연구하고 있는 딘 찬 교수는 서평에서 “본 저서는 한국의 온라인게임에 관한 기념비적인 저술이며 전 세계 게임연구자들에게 시금석이 될 것”이라며, “본 저서의 혁신적인 방법론적 시도와 분석이 게임학자들과 관계자들에게 한국의 사례를 통해 각국의 게임산업을 연구할 수 있는 길을 보여 주었다”고 밝혔다.
2010.11.03
조회수 14580
양승만 교수, 물위를 걷게 하는 스마트 나노구조 입자 제조
- 스스로 세정하는 초소수성 연꽃잎 구조를 생체모방한 최초의 나노입자 제조기술로 Nature와 Nature Nanotechnology에서 동시에 하이라이트 흙탕물 속에서도 아름답고 깨끗한 모습을 지키는 연꽃잎, 건조한 사막에서도 물 걱정 안 하는 딱정벌레, 영양분 공급 걱정 안 하는 끈끈이주걱, 물위를 자유자재로 걷는 소금쟁이, 물이 젖지 않는 나비날개는 모두 나노구조를 지니고 있어서 신기/한 생존현상을 만들어 낸다. KAIST 생명화학공학과 양승만 교수팀(광자유체집적소자 창의연구단)은 연꽃잎 나노구조를 표면에 갖고 있는 미세입자를 균일한 크기로 연속적으로 생산하여 다양한 응용분야에 적용할 수 있는 기술을 개발해 최근 Nature와 Nature Nanotechnology등 해외 저명학술지로부터 크게 주목 받는 연구성과를 거뒀다. 국제적으로 가장 권위 있는 두 학술지에 동시에 하이라이트로 실린 것은 극히 이례적인 일로, 이 연구결과가 나노과학의 진보성과 실용성이 크게 이바지한 것임을 입증한다. 양 교수팀의 이번 연구는 2006년부터 교육과학기술부의 ‘창의적연구진흥사업’의 지원을 받아 수행했다. 연꽃잎 나노구조로 발생하는 소위 연꽃잎효과(Lotus Effect)의 응용분야는 무궁무진하여 세계적인 연구그룹들이 활발히 개발 중이나 현재의 기술수준은 연꽃잎 효과를 지니는 실용성 있는 제품을 개발하는 데는 성공하지 못하고 있다. Nature지(3월 25일호)와 Nature Nanotechnology지(4월호)가 비중 있게 하이라이트한 양 교수팀의 이번 연구에서는 감광성 액체방울을 이용하여 연꽃잎의 나노구조를 생체 모방하여 크기가 균일한 미세입자를 대량으로 만들 수 있는 기술을 성공적으로 개발하였다. 특히 주목할 것은 나노구슬이 스스로 구조를 형성하는 자기조립 원리를 이용함으로써 제조공정이 손쉽고 빨라 경제적이란 점이다(제조 공정도 참고). 우선 크기가 수백 나노미터인 균일한 유리구슬을 감광성 액체 속에 분산시킨 후, 크기가 수십 마이크로미터로 균일한 액체방울로 만들어 물에 주입하고, 물-감광성 액체-유리구슬 사이의 표면화학적 힘의 균형을 유지시키면 유리구슬은 저절로 감광성 액체방울 표면 위에 촘촘히 육방밀집구조로 배열하게 된다. 이 때 자외선을 감광성 액체방울에 쪼여서 고형화 시킴으로써 수 천개의 유리 나노구슬이 박혀있는 입자를 얻게 된다. 그 후 유리구슬을 불산으로 녹여내면 마치 골프공 같이 분화구가 촘촘하게 파진 미세입자를 만들 수 있고 여기에 플라즈마(높은 에너지를 갖는 기체이온)를 쪼여주면 분화구가 깊게 깎이면서 연꽃잎과 같은 나노구조가 형성된다. 이러한 연꽃잎 구조는 세계적인 연구그룹들이 활발히 개발 중이며 최근에 나노식각공정을 사용하여 평판 위에 연꽃잎 효과를 구현한 결과는 보고된 바 있다. 그러나 본 연구의 결과는 머리카락 보다 가는 미세한 입자표면에 연꽃잎 구조를 자기조립법으로 만든 최초의 사례로서 이 분야의 국제경쟁에서 우위를 확보하는데 필요한 핵심요소이다. Nature와 Nature Nanotechnology에서 언급한 바와 같이, 이렇게 제조된 연꽃잎 효과를 나타내는 미세입자의 응용은 다양하다. 세차가 필요없는 자동차, 김이 서리지 않는 유리, 비에 젖지 않는 섬유, 스스로 세정하는 페인트 그리고 비나 눈물에 얼룩이 지지 않는 화장품 등도 개발할 수 있다. 또한, 화학 및 바이오센서 등의 마이크로 분석소자, 물위를 걸을 수 있는 마이크로로봇, LCD 차세대 대형 디스플레이에서도 연꽃잎 효과를 이용한 코팅 기술이 사용될 것으로 기대된다. 이 연구결과는 화학분야 최고의 저명학술지인 안게반테 케미(Angewandte Chemie International Edition) 4월호 표지논문으로 하이라이트 되었고 연꽃잎 구조의 실용성을 구현하는데 크게 기여한다고 인정받아 그 호의 VIP(Very Important Paper: 매우 중요한 논문)로 선정되었다. 특히, Nature지는 3월 25일호에서 양 교수팀 연구의 중요성과 응용성에 주목하여 ‘표면과학: 물방울로 만든 구슬(Surface Science: Liquid Marbles)’이라는 제목으로 ‘뉴스와 논평(News & Views)’란에 하이라이트로 선정해 첨부한 자료와 같이 비중있게 게재했다. 또한, Nature Nanotechnology지는 4월호에서 ‘주목해야 할 연구(Research Highlights)’로 선정해 해설을 함께 실었다. <그림1> 연꽃잎의 나노구조를 생체모방한 미세입자제조 공정모식도 <그림2> 연꽃잎의 나노구조를 갖는 미세입자를 물표면에 뿌리면 막이 형성되고 이 막은 유리 막대를 찔러도 뚫리지 않고 유리막대에 물이 묻지 않는다. <그림3> Nature Nanotechnology에 실린 물 위에 뜬 물방울 사진: 연꽃잎 나노구조를 갖는 미세입자를 물표면에 뿌리면 막이 형성되고 이 막 위에 물을 뿌리면 방울로 맺히게 된다. 이것은 미세입자를 이용하면 물위로 물체를 띠울 수 있음을 보여준다. <그림4> Nature에 실린 물방울로 만든 구슬을 집게로 잡고 있는 모습: 연꽃잎 나노구조를 갖는 미세입자가 물을 포획하여 물방울 구슬을 만든 모습. 이 물방울구슬은 집게로 찌그러트려도 안 터지며 떨어뜨려도 깨지지 않는다. <그림5> 연꽃잎에 맺힌 물방울 사진과 나노구조의 전자현미경 사진과 봉우리의 모식도 <그림6> 사막의 딱정벌레와 나노구조의 전자현미경 사진 <그림7> 끈끈이 주걱과 나노구조의 전자현미경 사진
2010.03.24
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대사공학적으로 개량된 박테리아로 범용 플라스틱 생산기술 개발
- 이상엽 교수팀과 LG 화학 연구팀 공동개발 - 바이오테크놀로지 바이오엔지니어링(Biotechnology and Bioengineering)지 게재예정 생명화학공학과 이상엽(李相燁, 45세, LG화학 석좌교수, 생명과학기술대학 학장) 특훈교수팀과 LG화학 기술연구원(원장 유진녕) 박시재, 양택호박사팀이 4년여 간의 공동연구를 통해 박테리아를 이용하여 재생 가능한 바이오매스로부터 플라스틱을 생산하는 기술을 최근 개발했다. 교육과학기술부 시스템생물학 연구개발 사업과 LG화학 석좌교수 연구비로 지원된 이번 연구에서는 시스템 대사공학과 효소공학 기법을 접목, 자연적으로는 생성되지 않는 플라스틱(unnatural polymer)의 일종으로 최근 각광을 받고 있는 폴리유산(Polylactic acid, PLA)을 효율적으로 생산할 수 있는 대장균을 개발한 것이다. 이번 연구 결과는 바이오공학 분야 최고 전통의 바이오테크놀로지 바이오엔지니어링(Biotechnology and Bioengineering)지에 게재 승인됐으며 스포트라이트 논문(Spotlight paper)으로 선정돼 2010년 1월호에 두 편의 연속 논문으로 게재될 예정이다. 두 논문의 제목은 ‘개량된 프로피오네이트 코엔자임 에이 트랜스퍼레이즈와 폴리하이드록시알카노에이트 중합효소를 이용한 폴리유산과 그의 공중합체의 생합성(Biosynthesis of Polylactic acid and its Copolymers Using Evolved Propionate CoA Transferase and PHA Synthase)’과 ‘폴리유산과 그의 공중합체의 생산을 위한 대장균의 대사공학(Metabolic Engineering of Escherichia coli for the Production of Polylactic Acid and its Copolymers)’이다. 19건의 특허가 전 세계 출원 중이다. 기존의 복잡한 2단계 공정을 통해 생산되던 폴리유산을 재생가능한 원료로부터 미생물의 직접 발효에 의해 생산이 가능하도록 한 혁신적인 본 연구 전략은 앞으로 석유 유래 플라스틱을 대체할 수 있는 다양한 비자연 고분자(unnatural polymer)들의 생산에 활용될 획기적인 기술로 평가되고 있다. 폴리유산 (Polylactic acid, PLA)은 많은 바이오매스 유래 고분자들 중에서도 생분해성, 생체적합성, 구조적 안정성, 그리고 낮은 독성과 같은 뛰어난 물성으로 인해 석유 유래 플라스틱의 대체물로서 대두되고 있다. 그러나, 폴리유산은 현재 두 단계 공정으로 합성된다. 우선, 미생물 발효를 통해 유산(락트산, Lactic acid)을 생산, 정제한 후 여러 가지 시약, 용매 및 촉매가 첨가되는 복잡한 공정의 화학적 중합반응에 의해 폴리유산이 합성된다. 또한, 폴리유산의 물성을 다양하게 개선하기 위해 폴리하이드록시알카노에이트 (Polyhydroxyalkanoate, PHA)와 같은 다른 고분자들과의 공중합이나 혼합반응 등의 연구가 이루어지고 있다. 이러한 노력에도 불구하고, 공중합 반응에 사용되는 락톤계 모노머들의 가용성과 비용을 고려했을 때, 기존의 화학적 합성 방법은 효과적이지 않다. 이에, 미생물 유래 고분자인 폴리하이드록시알카노에이트의 생합성 시스템을 기반으로, 폴리유산과 그의 공중합체들의 생합성이 가능할 수 있는 대사경로를 효소공학을 통해 구축했다. 그러나, 외래 대사경로의 도입 및 조작만으로는 폴리유산 단일 중합체와 유산의 함량이 높은 공중합체의 생산이 효율적이지 않아, 시스템 수준으로 세포 내 대사흐름을 증가시킬 필요성을 인지했다. 이에, 대장균 균주의 인실리코 게놈 수준의 시뮬레이션을 이용한 대사흐름분석 기법을 활용하여 고분자 생산을 위한 주요 전구체의 대사 흐름을 논리적으로 강화시킴으로써, 세포성장과 함께 목적 고분자의 효율적 생산이 가능하도록 했다. 따라서, 효소공학을 통한 고분자 합성 경로의 직접적 조작 및 강화 뿐 아니라, 시스템 대사공학을 통한 논리적 접근으로 조작된 대사흐름을 바탕으로 다양한 폴리유산 플라스틱을 보다 효율적으로 생산할 수 있었다. 이는 시스템 대사공학과 효소공학을 접목시킨 고기술 전략으로 비자연 고분자를 효율적으로 생산한 최초의 성공적인 예로서, 재생가능한 자원으로부터 폴리유산뿐 아니라 석유유래 플라스틱을 대체할 수 있는 다른 비자연 고분자들의 일단계 생산을 위한 기반 기술을 마련해줌으로써, 플라스틱 생산 공정에 있어 새로운 전략을 제시했다. 李 교수는 “자연계에 없는 고분자를 미생물로 생산하는 것이 과연 될까? 라는 의문을 갖고 시작했다. 우리 KAIST 연구실의 정유경박사와 LG화학 기술연구원 연구팀원 10여명이 4년간의 끈질긴 노력 끝에 성공했다”며, “이번 연구는 대장균의 가상세포 시뮬레이션을 통해 세포 내 대사흐름을 목적한 고분자 생산에 유리하도록 논리적으로 조작하고, 고분자 생합성 경로를 구성하는 외래 효소들을 새롭게 만들어 도입함으로써, 강화된 대사흐름을 이용해 보다 효율적으로 목적 고분자를 생산할 수 있는 균주를 개발하는데 성공한 세계 첫 번째 케이스다. 특히, 유산이 단량체로 함유된 공중합체의 경우에는 세계최초로 만든 것이 되어 물질특허들로 출원중이다”라고 밝혔다. 한편, 이 혁신적인 연구 성과는 22일 미국 CNN 홈페이지의 Top기사 등 해외언론의 주요기사로 소개됐다. 주요내용은 한국의 KAIST 이상엽 교수팀과 LG화학 연구팀이 전 세계적으로 석유고갈, 지구온난화 및 환경오염 문제로 재생가능한 자원을 이용한 바이오매스 기반 기술의 개발이 시급한 현 시대의 흐름에 부응하면서, 재생가능한 자원으로부터 효율적으로 바이오공학을 통한 플라스틱 (Bioengineered plastics) 폴리유산의 생산이 가능한 대장균 균주를 개발했다는 내용이다.
2009.11.24
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이상엽 특훈교수팀, 대사공학기술로 바이오매스로부터 나일론 원료를 생산하는 녹색기술 개발
- 화석원료 기반의 화학산업에서 바이오 기반 녹색 화학산업으로 - 우리대학 생명화학공학과 이상엽 특훈교수(45, 생명과학기술대학 학장, 바이오융합연구소 공동소장, LG화학 석좌교수)팀이 대사공학 기술을 이용하여 대장균으로부터 나일론의 원료가 되는 다이아민(diamine)을 효율적으로 생산하는 시스템을 최근 개발했다. 이 연구결과는 미국 와일리-블랙웰(Wiley-Blackwell)사가 발간하는 가장 오랜 전통의 공학계열 생명공학 학술지인 바이오테크놀로지 바이오엔지니어링지(Biotechnology and Bioengineering) 27일자 온라인 판으로 소개됐다. 현재, 의약을 제외하고도 1,800조원 시장 규모의 화학 물질들은 주로 화석원료에 기반한 석유화학 공정으로 생산돼 왔다. 이 연구결과는 세계에서 처음으로 나일론 등의 원료로 쓰이는 1,4-다이아미노부탄 (1,4-diaminobutane), 일명 푸트레신 (putrescine)을 석유화학공정이 아닌 포도당이나 설탕과 같은 바이오매스 유래 원료로부터 대사공학으로 개량된 대장균을 이용하여 생산하는 기술을 제공하고 있다. 와일리(Wiley)사는 이 연구결과를 향후 석유화학 산업을 환경 친화적인 바이오기반 화학산업으로 바꾸는데 핵심이 되는 대사공학의 적용 예를 잘 보인 것으로 높이 평가하여 지난 27일 보도자료를 통해 언론에 소개하기도 했다. 李 교수는 “본 연구는 교육과학기술부의 시스템생물학 연구개발 사업의 결실 중에 하나로서, 다이아민을 바이오 기반 환경 친화적인 공정으로 생산할 수 있다는 것을 보여준 좋을 예라고 생각한다. 본 기술에 이용된 시스템대사공학 기법은 다른 화학물질의 바이오 기반 생산도 효율적으로 가능하게 할 것이다. 현재 특허 출원된 본 기술 관련하여 박사학위 주제로 잘 수행한 취안지강(Qian Zhi Gang) 박사와 시아샤시아(Xia Xiao Xia) 박사와 함께 다른 다이아민 생산 공정도 개발 중이다”고 밝혔다. 바이오테크놀로지 바이오엔지니어링지의 50주년 기념해를 맞이하여 투고한 본 논문은 학술지의 표지논문, 스포트라이트 논문, 그리고 편집장 우수 논문으로 동시에 선정되기도 했다. KAIST 관계자는 “이 교수팀은 세계적인 대사공학 연구 전문그륩으로서 이 기술을 이용한 산업바이오텍 기술 개발에서 탁월한 연구 결과들을 내 놓고 있다. 우리나라에서 주도하고 있는 녹색성장의 핵심 전략으로 바이오 기반 화학산업을 발전시키는데 크게 기여할 수 있을 것으로 생각한다.”고 했다. 李 교수는 내년 6월 제주도에서 개최되는 세계 대사공학 학술회의의 의장으로 최근 추대됐으며, 지난 달 미국 듀퐁사, 델라웨어주립대학교, 마이크로소프트사, 스탠포드대학교, 캘리포니아 버클리 주립대학교, 시스템생물학연구소 등에서 시스템대사공학을 통한 산업바이오텍을 주제로 초청강연을 하는 등 대사공학 연구를 선도하고 있다.
2009.08.31
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양경훈교수팀, 양자효과를 이용한 초고속 IC 세계최초 개발
- 동일 성능 기존 IC 대비 75%의 소비전력 절감 효과 - KAIST(총장 서남표) 전자전산학과 양경훈(梁景熏, 46) 교수팀은 교육과학기술부 21세기프론티어연구개발사업 중 테라급나노소자개발사업(단장 이조원)의 지원을 받아, 양자 효과 소자인 공명 터널 다이오드(RTD : Resonant Tunneling Diode)를 이용하여, 초고속 통신 시스템의 핵심 부품인 40 Gb/s 급 멀티플렉서 집적회로 개발에 성공했다고 밝혔다. 상온에서 동작하고 기존 소자와 호환이 가능한 공명 터널 다이오드에 2 ㎛ 급 소자 공정기술을 적용해 자체 개발한 이 집적회로는 세계최초로 양자 효과를 이용한 초고속 멀티플렉서로서 나노 전자소자 기술의 실용화 가능성을 제시한 것으로 평가된다. CMOS, HBT 및 HEMT 등의 전자소자를 이용한 집적회로는 차세대 40 Gb/s 급 이상 통신 시스템의 핵심부품으로 널리 사용되어 왔으나 과도한 전력소모의 문제점으로 인하여 소비전력의 절감이 필수적으로 요구되어 왔다. 연구팀은 디지털 신호를 자체적으로 저장하고 빠른 신호처리가 가능한 공명 터널 다이오드 고유의 부성 미분 저항 특성(NDR : Negative Differential Resistance)을 이용하여, 세계적 반도체 제조기업인 인피니언(Infineon)에서 0.12 ㎛ CMOS 공정 기술을 바탕으로 개발한 40 Gb/s 멀티플렉서(소자 수 42개, 전력소모 100 mW)보다 소자 수는 1/2 이하(19개)로 줄이고 전력소모 또한 1/4(22.5 mW)로 줄이면서 40 Gb/s급 이상에서 동작하는 저전력/초고속 멀티플렉서 집적회로를 개발하였다. 이번 연구에서 개발된 양자 소자를 이용한 회로 설계 기술은 멀티플렉서 이외에, 차세대 초고속 통신 시스템 용의 다양한 디지털 및 아날로그 집적 회로 개발에 응용이 가능한 원천 기술이다. 또한 기존의 HBT, HEMT 등 화합물 반도체 소자 기반 초고속 집적회로의 공정설비를 그대로 이용할 수 있기 때문에 대량생산이 가능하여 향후 차세대 나노/양자 소자 시장을 선도할 수 있는 기술로 기대된다. 이번 연구결과는 5월 26일 프랑스 파리에서 열린 IEEE IPRM 국제학술대회에 발표되었으며 오는 8월 18일, 미국 알링턴에서 열리는 세계적 나노기술 학회인 “IEEE 나노테크놀로지(IEEE International Conference on Nanotechnology)” 학회에서 발표될 예정이다. 이밖에 8월 27일(수) “NANO KOREA 2008”에서도 초청 발표될 예정이다.
2008.06.26
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이상엽 교수, 국제생명공학학술지 공동 편집장에 선임
우리학교 생명화학공학과 이상엽(李相燁, 44세) 특훈교수(LG화학 석좌교수)가 독일 와일리社(Wiley-VCH)가 발간하는 국제생명공학학술지인 ‘바이오테크놀로지 저널(Biotechnology Journal)’의 공동 편집장(Editor-in-Chief)에 선임되었다. 지난 2006년 1월 창간된 이 학술지는 특집으로 생물공정, 식품생명공학, 뇌질환, 생물의약, 단백질 설계 및 응용 분야 등을 다뤄왔다. 오는 5월부터 편집장으로 활동하게 되는 李 교수는 공동 편집장인 오스트리아 알로이스 융바우어(Alois Jungbauer) 교수와 학술지 방향 설정, 편집업무 등을 총괄하게 된다. 李 교수는 2002년 세계경제포럼에서 아시아 차세대 리더로 선정됐고, 2006년 美미생물학술원 펠로우, 2007년 국내 최초로 사이언스誌를 발간하는 미국과학진흥협회(AAAS) 펠로우에 임명됐다. 현재 바이오테크놀로지 & 바이오엔지니어링誌 등 10여개 국제학술지에 편집인, 부편집인, 편집위원으로 활동하고 있다.
2008.04.16
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KAIST, 시민인문강좌 개설
- 사회구성원 삶의 질 개선, 사회 통합 기반 조성 목적- 대덕연구개발특구 5개 기관 참여, 올해 4개 강좌 개설 우리 학교 인문사회과학연구소(소장 노영해 교수)는 대덕연구개발특구 종사자와 일반시민들을 위한 시민인문강좌를 연다. 이 시민인문강좌 사업은 우리 학교, 대전과학고, 한국생명공학연구원, 한국표준과학연구원, 한국기계연구원 등 대덕연구개발특구 내에 있는 5개 기관에서 진행된다. 올해 개설되는 강좌는 ▲대전 지역의 역사와 문화 유적에 대해 강의와 답사를 병행하는 <대전지역의 역사와 문화> ▲유길준, 서재필, 이승만 등 우리 역사에서 가장 격변기였던 개화기에 다방면에서 활동했던 인물들의 삶을 탐구해 보는 <근대 인물 오디세이> ▲한국여성과학자 1호라는 박에스터부터 침팬지연구와 환경운동의 권위자인 제인 구달에 이르기까지 여성과학자의 역사와 미래를 함께 생각해보는 <여성과학자 이야기> ▲고대 이집트와 그리스의 건축과 조각에서 비디오 아트와 뉴미디어에 이르기까지 미술과 과학이 만나는 역사적 사건을 재조명해보는 <미술•과학•테크놀로지> 등 4개다. 이 강좌는 사업 총괄책임자인 시정곤(국어학) 교수를 비롯하여 고동환(한국사), 전봉관(근대문화), 신동원(의학사), 김영희(영문학), 윤정로(사회학), 이상경(국문학), 우정아(미술사), 김정훈(심리학), 김대륜(서양사), 이희중(한국사) 등 우리 학교 인문사회과학부 교수와 이은경(전북대, 과학기술학), 하정옥(가톨릭대, 과학사), 송성수(부산대, 과학기술학) 교수 등 다양한 분야의 인문학 전문가들이 참여한다. 이 시민인문강좌 사업은 과학기술계 종사자들의 인문학적 소양을 높이고, 사회구성원들이 인문학을 통해 삶의 질을 개선하고 주변에 대한 이해를 확대하여 사회통합 기반을 조성하기 위해 시도된다. 또한, 대학공동체와 대학 밖의 연구단체간 상호 협력으로 연구 시너지 효과를 창출할 수 있는 밑거름이 될 것으로 기대된다. 한 강좌당 10회, 총 20시간으로 구성되며, 해당 기관 종사자는 물론 일반시민들도 참여할 수 있다. 수강료는 전액 무료다. <KAIST 시민인문강좌
2008.02.21
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KAIST-i2테크놀로지 산학협력 체결
- 20억원 상당의 공급망 관리 솔루션 KAIST에 무상 기증 - 상호 협력 통해 SCM 우수 인력 양성, 국내 SCM 발전에 기여 KAIST(총장 서남표)와 i2테크놀로지코리아(사장 형원준)가 지난 1월 31일(수) 공급망 관리(SCM; Supply Chain Management) 분야 산학협력 협약을 체결했다.양 기관은 KAIST의 우수한 인적자원과 교육 인프라, i2테크놀로지의 SCM 구축 경험과 솔루션을 연계하여 국내 SCM 분야 발전과 국가 경쟁력 향상에 기여할 수 있는 산학협력 프로그램을 개설키로 합의했다. 산학협력 프로그램을 통해 KAIST는 SCM 교육 프로그램을 개발하고 정규 과정에 활용, 우수한 인력을 양성하게 된다. 또한 i2테크놀로지는 구축 경험을 제공하고, 인턴제도 등을 통해 우수 학생들의 실무능력 향상을 지원한다. i2테크놀로지는 인력육성 지원의 첫 단계로 교육과정에 활용할 약 20억원 상당의 SCM 솔루션을 KAIST에 무상으로 기증한다. KAIST 산업공학과는 이 기증된 SCM 솔루션을 공급망 관리, 제조 및 공급 시스템, 생산관리 등 학과 교과목 실습에 적극 활용할 계획이다. 또한, 공급망 계획 분야의 체계적인 실습과 훈련이 가능해 국내 유수의 컨설팅, 시스템통합(SI) 및 제조 기업으로 진출하는 졸업생들의 문제해결 능력과 적응력을 크게 높일 수 있을 것으로 기대된다. 형원준 i2테크놀로지코리아 사장은 “SCM이 기업 경쟁력의 핵심으로 인식될 만큼 선도 기업들은 SCM을 고도화하고 있지만, 국내 중견 기업들은 그 확산이 저조한 실정이다. 수요는 있으나 SCM을 성공적으로 구축할 전문 인력이 부족하다. 이번 KAIST와의 협력을 통한 인력양성에 큰 기대를 하고 있다.”고 말했다. SCM은 영업, 마케팅, 개발, 제조, 구매, 재무 등 기업의 가치를 창출하는 공급망 전체를 대상으로, 모든 계획 및 의사결정과정을 하나로 통합시키는 관리기법이다. 이 기법은 ‘수학적 알고리듬(Algorithm)’을 기반으로 하는 솔루션을 활용하게 되면서 혁신적인 변화가 가능하게 되었다. 최근에는 기업 전체를 실시간(Real time)으로 통합시키는 단계로까지 발전하고 있는 분야이다. 미국 포춘(Fortune)지 선정 100대 기업 중 70% 이상이 SCM 기법을 도입하고 있다. 이를 통해 기업 내?외부의 지속적인 프로세스 개선과 실시간 정보 공유로 모든 업무를 최적화시키고, 신속한 의사결정으로 기업 경쟁력을 극대화시킨다. <사진설명> 형원준 i2테크놀로지코리아 사장(왼쪽)과 이용훈 KAIST 공과대학장(오른쪽)이 협약서를 교환하고 있다.
2007.03.01
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