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박병국 교수, 열로 스핀전류를 얻는 소재기술 개발
〈 박병국 교수, 김동준 박사 〉
우리 대학 신소재공학과 박병국 교수 연구팀이 자성메모리(MRAM)의 새로운 동작 원리인 열로 스핀전류를 생성하는 소재기술을 개발했다.
이 연구는 고려대 이경진 교수, 충남대 정종율 교수와 공동으로 수행했고 ‘네이쳐 커뮤니케이션즈(Nature Communications)’ 11월 9일자에 게재됐다.
- 논문명: Observation of transverse spin Nernst magnetoresistance induced by thermal spin current in ferromagnet/non-magnet bilayers - 저자 정보 : 김동준(제1저자, 한국과학기술원 박사과정), 전철연, 최종국, 이재욱(한국과학기술원), Srivathsava Surabhi, 정종율 교수(충남대학교), 이경진 교수(고려대학교), 박병국 교수(교신저자, 한국과학기술원) 포함 총 8명
자성메모리는 실리콘 기반의 기존 반도체 메모리와 달리 얇은 자성 박막으로 만들어진 비휘발성 메모리 소자다.
외부 전원 공급이 없는 상태에서 정보를 유지할 수 있으며 집적도가 높고 고속동작이 가능한 장점이 있어 차세대 메모리 기술로 경쟁적으로 개발되고 있다.
자성메모리의 동작은 자성소재에 스핀전류를 주어 자성의 방향을 제어하는 방식으로 이루어진다. 기존 자성메모리에서는 스핀전류를 전기로 생성하는데, 본 연구에서 열로 스핀전류를 발생시키는 소재기술을 개발했다.
그동안 열에 의해 스핀전류가 생성되는 현상, 즉 스핀너런스트 효과(spin Nernst effect)가 이론적으로 발표됐으나 최근까지 기술적 한계로 실험적으로 증명되지 못하였다.
하지만 이번 연구에서 스핀궤도결합이 큰 텅스텐(W)과 백금(Pt) 소재를 활용하고 스핀너른스트 자기저항 측정방식을 도입해 스핀너른스트 효과를 실험적으로 규명했고 열에 의한 스핀전류의 생성효율이 기존의 전기에 의한 스핀전류의 생성효율과 유사함을 밝혔다.
박병국 교수는 “본 연구는 열에 의한 스핀전류 생성이라는 새로운 물리현상을 실험적으로 규명한 것에 의미가 크고, 추가 연구를 통하여 자성메모리의 새로운 동작방식으로 개발할 예정이다.” 라고 밝혔다.
열에 의해 동작하는 자성메모리의 개발은 전력소모를 획기적으로 낮출 수 있어 웨어러블, 모바일 및 사물인터넷 등 저전력 동작이 요구되는 전자기기의 발전에 기여할 것으로 기대된다.
이 연구성과는 과기정통부 미래소재디스커버리사업과 중견연구자사업의 지원을 받아 수행됐다.
□ 그림 설명
그림1. 스핀너른스트 현상을 이용한 열인가 자성메모리의 개념도
그림2. 스핀너른스트 기반 열인가 스핀전류 생성에 관한 주요 연구 결과
2017.11.27
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노벨상 수상자이자 전 미국 에너지부 장관 출신 스티븐 추(Steven Chu) 박사 초청 특강, 23일 개최예정
우리대학이 1997년 노벨 물리학상 수상자이자 前 미국 에너지부 장관을 역임한 스티븐 추(Steven Chu·69세·사진) 박사를 초청해 23일 대전과 서울에서 각각 미래 에너지 및 환경문제를 주제로 특별강연 및 특별대담을 연다. 연사로 초청된 스티븐 추 박사는 중국계 미국인으로 1976년 미 캘리포니아대 버클리캠퍼스에서 박사학위를 취득한 친환경 미래 에너지 전문가다. 1997년 레이저를 이용해 원자를 냉각·분리하는 연구로 노벨 물리학상을 수상했다.
버락 오바마 대통령은 2008년 대선에서 승리하자 평소 신에너지 개발을 통한 온실가스 감축을 주창해 온 추 박사를 에너지·환경팀 수장인 제12대 에너지부 장관에 임명(2009. 1월~2013. 4월)했다. 노벨상 수상자로는 최초로 행정부에 입각한 추 박사는 에너지부 장관 재직 당시 오바마 정부의 정책 목표 중 하나인 그린에너지를 통한 일자리 창출과 대체에너지 연구 활동을 성공적으로 수행하면서 미국 에너지산업 부흥에 큰 기여를 한 것으로 평가받고 있다. 장관직에서 물러난 후에는 1987년부터 재직해 온 스탠포드대로 복귀해 물리학과 Kenan 석좌교수 겸 분자 및 세포생리학과 교수로 일하고 있다.
2013년 8월 서울 코엑스에서 열린 ‘에너지 기술 국제포럼’에 참가한 바 있는 추 박사는 미래 에너지 패러다임으로 ▲저탄소 중심의 재생에너지 ▲장거리 송·배전 ▲에너지 저장기술 등을 꼽은 뒤 “한국의 경우 태양열과 풍력 등 재생 에너지 활용을 위한 환경적인 제약이 큰 만큼 완전한 에너지 전환이 이뤄지기 전까지는 원전과 화력발전 등도 일정 부분 필요하다”고 지적했다. 다만 그는 원전 운영과 관련해 기술역량과 신뢰성을 갖춘 탄탄한 규제감독기관의 역할과 중요성에 대해 강조했다.
KAIST 특강을 위해 22일 오후 한국을 방문하는 추 박사는 신성철 총장, 박오옥 교학부총장 등 약 20명의 KAIST 에너지포럼 참여교수들과 환담을 나눈다. 이어 23일 오전 10시30분부터 대전 본원에 있는 KI빌딩 1층 퓨전홀에서 KAIST 학생 및 교수와 일반 대중을 대상으로 “기후변화와 지속가능한 미래를 위한 과학의 역할(Climate change and the role of science in achieving a sustainable future)”을 주제로 특별강연을 진행한다.
이와 함께 오후 2시부터는 서울 조선호텔 오키드룸에서 일반인들을 대상으로 30분간 특강을 한 후 정근모 前 과기처 장관, 이상희 前 과기처 장관, 김명자 前 환경부 장관 등 3명의 前職 장관들과는“지속가능한 미래를 위한 과학과 정책의 중요성(Importance of science and policy in achieving a sustainable future)”을 주제로 특별대담과 토론을 나눌 예정이다. 추 박사는 이어 오후 3시30분부터 국내 언론사 기자를 초청해 공식 기자회견을 갖는다.
한편 이번 ‘KAIST 미래 에너지 석학초청 특별강연’은 KAIST 에너지포럼(공동대표: 성단근 전기및전자공학부 교수·채수찬 기술경영학부 교수) 주최로 개최된다. 행사 참석문의는 042-350-7291(KUSTAR-KAIST교육연구원), 042-350-4843(과학기술정책대학원).
2017.11.16
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WEF-KAIST, 내년 4월 4차산업혁명포럼 공동개최
〈 신성철 총장과 클라우스 슈밥 의장〉
11월11(토)-12일(일) 양일간 두바이에서 개최된 세계경제포럼(World Economic Forum) 주관‘글로벌미래협의회 2017 (Global Future Councils 2017)’에 참가하고 있는 신성철 총장은 WEF측의 요청으로, 회의 개최 기간 중 클라우스 슈밥(Klaus Schwab) 의장과 단독 면담을 가졌다. (사진 참조)
이 자리에서 클라우스 슈밥 의장은 지난 10월 한국에서 WEF와 우리 대학이 공동으로 개최한 ‘4차산업혁명: 일자리 미래와 포용성장’ 라운드 테이블 회의 결과에 대해 큰 만족을 표시하였고, 후속 행사로 내년 4월중 본인이 한국을 방문하여 양 기관이 공동으로 포럼을 개최하기로 결정하였다.
또한, 이 자리에서 슈밥 의장은 세계 최고의 5G 이동통신 기술, 반도체 메모리 기술 등을 갖춘 한국이 4차산업혁명을 가장 빠르게 구현할 수 있는 국가라고 큰 기대감을 표시하였고, 대전시가 추진하고 있는 ‘4차산업혁명특별시’에도 깊은 관심을 표명하였다.
글로벌미래협의회는 WEF가 74개국에서 850명의 다양한 분야의 전문가들을 초청하여 34개의 전문 분야별 협의체를 구성하여 운영하고 있는데, 지구촌의 중요한 이슈들에 대한 심도 있는 논의를 위해 매년 두바이에서 연례회의를 개최해 오고 있다. 이번 회의에서는 ‘비전 2030’ 슬로건 아래 에너지, 식량 지속가능, 건강한 삶, 신속한 거버넌스, 윤리 및 가치, 지능 직장, 유비쿼터스 정보, 생산의 미래 등 폭넓은 주제들에 대한 심도 있는 논의와 대안이 제시되었다. (끝).
2017.11.13
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유승협 교수, 일회용 전자기기에 쓰일 유연 플래시메모리 개발
〈 문 한 얼 박사, 유 승 협 교수 〉
우리 대학 전기및전자공학부 유승협 교수, 생명화학공학과 임성갑 교수 공동 연구팀이 유기물 기반의 유연하면서도 우수한 성능을 갖는 플래시 메모리를 개발했다.
이 기술을 통해 본격적인 웨어러블 전자기기 및 스마트 전자종이 등의 개발에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.
문한얼 박사, 이승원 박사가 주도한 이번 연구는 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)’ 9월 28일자 온라인 판에 게재됐다.
플래시 메모리는 태블릿, 스마트폰, USB 드라이브 등 대부분의 IT 기기에서 사용되는 정보 저장을 위한 필수 소자이다. 웨어러블 및 유연 스마트 기기를 제작하기 위해서는 기기에 들어갈 메모리도 매우 우수한 유연성을 갖게 하는 것이 중요하다.
하지만 소재의 제약으로 인해 유연성과 성능을 동시에 갖춘 유연 플래시 메모리의 구현은 사실상 이뤄지지 못했다.
연구팀은 문제 해결을 위해 ‘개시제를 이용한 화학 기상 증착법(initiated chemical vapor deposition, iCVD)’을 이용해 유연하면서도 우수한 절연 특성을 갖는 고성능의 고분자 절연막 군(群)을 제작했다. 그리고 이를 이용해 최적의 플래시 메모리 동작이 가능하도록 설계했다.
기존의 고분자 절연막을 사용한 메모리는 일정 정도의 성능을 내기 위해서 100V(volt) 이상의 높은 전압이 필요했다. 만약 낮은 전압으로 구동하도록 제작하면 한 달 미만의 짧은 유지기간을 갖는 문제점이 있었다.
연구팀이 제작한 플래시 메모리는 10V 이하의 프로그래밍 전압과 10년 이상의 데이터 유지시간을 갖는 동시에 2.8%의 기계적 변형률에도 메모리 성능을 유지했다. 이는 기존의 무기물 절연층 기반 플래시 메모리가 1% 수준의 변형률만을 허용하던 것을 대폭 향상시킨 것이다.
연구팀은 개발한 플래시 메모리를 6 마이크로미터 두께의 플라스틱 필름에 제작해 실제 접을 수 있는 메모리를 시연했다. 또한 인쇄용 종이 위에도 제작에 성공해 종이 재질의 전자신문, 전자명함 등 일회용 스마트 전자제품에도 활용할 수 있는 길을 열었다.
유 교수는 “유연 트랜지스터 연구는 많은 진보가 있었지만 유연 플래시 메모리는 상대적으로 발전이 느렸다. 메모리 소자의 구성요소가 갖는 만족요건이 까다롭기 때문이다”며 “이번 연구로 고유연성, 고성능의 플래시 메모리의 가능성이 확인돼 본격적인 웨어러블 전자기기, 스마트 전자종이 등에 기여할 것이다”고 말했다.
이번 연구 결과는 삼성전자 미래기술육성센터의 지원을 받아 수행됐다.
□ 사진 설명
사진1. 유연 플레쉬 메모리의 구조
사진2. 폴더블 플래시 메모리
사진3. 종이에 제작된 플래시 메모리
2017.10.26
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이현주 교수, 백금 사용량 10분의1로 줄인 단일원자 촉매 개발
〈 이 현 주 교수, 김 지 환 학생 〉
우리 대학 생명화학공학과 이현주 교수와 서울시립대 한정우 교수 공동 연구팀이 기존 촉매의 백금 사용량을 10분의 1로 줄일 수 있는 백금 단일원자 촉매를 개발했다.
이는 매우 안정적인 고함량의 백금 단일원자 촉매로 연구팀은 ‘직접 포름산 연료전지(Direct formic acid fuel cells)’에 적용하는 데 성공했다.
김지환 학생이 1저자로 참여한 이번 연구 결과는 재료 과학분야의 국제 학술지 ‘어드밴스드 에너지 머티리얼즈(Advanced Energy Materials)’ 9월 11일자 온라인 판에 게재됐다.
백금 기반의 축매는 활성과 안정성이 높아 다양한 촉매 반응에 적용되지만 가격이 비싸고 희귀하기 때문에 백금의 사용량을 최대한 줄이는 것이 중요하다.
그 중 단일원자 촉매는 백금 입자 크기를 원자 단위로 줄여 모든 원자가 반응에 참여하기 때문에 백금 촉매의 가격을 획기적으로 낮출 수 있다. 또한 두 개 이상의 원자들이 붙어 있는 앙상블 자리(ensemble site)가 없기 때문에 원하는 생성물을 선택적으로 얻을 수 있다.
이러한 장점에도 불구하고 단일원자 촉매는 낮은 배위수(coordination number)와 높은 표면자유에너지로 인해 쉽게 뭉치고 안정성이 떨어져 실제 장치에 적용이 어렵다는 한계를 갖는다.
연구팀은 백금 단일원자 촉매의 안정성을 높이기 위해 금속 원소인 안티몬이 첨가된 주석 산화물(Antimony-doped tin oxide, ATO) 위에 백금 단일원자가 주석과의 합금 형태로 존재하는 구조를 개발했다.
연구팀은 이러한 구조가 백금 단일원자가 안티몬-주석 합금 구조에서 안티몬의 자리를 대신해 열역학적으로 안정적인 형태로 존재함을 계산을 통해 증명했다.
연구팀이 개발한 촉매는 포름산 산화반응에서 일반적으로 사용되는 촉매인 상용백금촉매(Pt/C)보다 최대 50배 높은 활성을 보였고 장기안정성 또한 월등하게 높았다.
또한 연구팀은 이 촉매를 막과 전극으로 구성된 직접 포름산 연료전지에 적용했다. 단일원자 촉매를 완전지 형태의 연료전지에 적용한 것은 최초의 시도로, 기존 촉매에 비해 10분의 1 정도만의 백금을 사용해도 비슷한 출력을 얻을 수 있다.
이현주 교수는 “귀금속 단일원자 촉매의 가장 큰 문제점인 낮은 함량과 낮은 안정성을 높일 수 있었고 최초로 직접 포름산 연료전지에 적용했다”며 “연료전지에 적용 가능한 고함량 및 고안정성 귀금속 단일원자 촉매의 개발에 기여할 수 있을 것이다”고 말했다.
이번 연구는 삼성전자 미래기술육성센터의 지원을 받아 수행됐다.
□ 그림 설명
그림1. 백금 단일 원자 촉매의 개념도
그림2. 관찰한 촉매 및 백금 단일 원자 (흰색 원으로 표시된 밝은 점)
2017.10.24
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제7회 정문술과학저널리즘 대상 시상식 무기 연기
당초 21일 오전 11시 서울 도곡캠퍼스에서 개최에정이던 제7회 정문술과학저널리즘 대상 시상식이 이행사 주최/주관부서인 문술미래전략대학원 과학저널리즘프로그램의 사정으로 무기 연기됐다.
2017.10.20
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세계경제포럼(WEF)과 4차 산업혁명 라운드테이블 회의 성황리에 마쳐
(사진 설명) 신성철 KAIST 총장과 무라트 손메즈 WEF 4차 산업혁명센터 총괄대표가 13일 서울 소공동 롯데호텔에서 4차 산업혁명 관련 글로벌 업무협약을 위한 협정을 체결한 후 기념촬영하고 있다.
우리대학은 13일 오전 9시부터 서울 소공동 롯데호텔에서 세계경제포럼(World Economic Forum, 이하 WEF)과 공동으로 ‘4차 산업혁명 시대 일자리의 미래와 포용적 성장’이란 주제로 심층 토론을 하는 4차 산업혁명 라운드테이블(원탁) 회의를 성황리에 마쳤다. 이번 라운드테이블 회의는 4차 산업혁명과 관련해 WEF와 우리대학이 함께 직접 기획·주관한 행사로 국내에서 열린 것은 이번이 처음이다.
이날 행사에는 송희경(자유한국당·국회의원)·신용현(국민의당·국회의원) 국회 4차산업혁명포럼 공동대표를 비롯해 과학기술정보통신부·중소기업벤처부·4차 산업혁명위원회 등 4차 산업혁명 관련 주요 부처 인사들이 참석했다. 이밖에 권선택 대전광역시장, 김명자 한국과학기술단체총연합회장, 이대식 부산대 교수, 임정욱 스타트업 얼라이언스 센터장 등 지자체 및 과학기술 유관단체장과 4차 산업혁명위원회 민간위원, 현대기아차그룹·두산·GS·CJ·한화·KT 등 국내 주요그룹 임원, 여시재 등 시민사회단체 인사 100여명이 참석했다.
WEF 측에서는 무라트 손메즈(Murat Sonmez) 4차 산업혁명센터 총괄대표를 비롯해 세바스찬 버컵(Sebastian Buckup) 다보스포럼 프로그램 총괄책임 등 제네바본부의 주요 인사 6명이, KAIST에서는 이장무 이사장과 신성철 총장, 박희경 연구부총장, 이상엽 KI원장 겸 4차산업혁명지능정보센터 소장 등 주요임원과 보직교수들이 참석해 눈길을 끌었다.
이날 회의는 ‘포용적 성장과 4차 산업혁명’이라는 주제로 패널토론과 ‘제4차 산업혁명 미래 일자리’와 ‘성공적인 혁신 생태계 구축방안’, 그리고 ‘맞춤형 중소기업 4.0 프로젝트’ 등 3개 주제별 분과토론으로 나눠 각각 진행됐다.
우리대학과 WEF는 이날 라운드테이블 회의 외에 또 4차 산업혁명 관련 글로벌 업무협력을 위한 협정 체결식도 함께 가졌다. 우리대학은 이날 체결식이 향후 대한민국 4차 산업혁명의 글로벌 진출을 위한 교두보를 확보하는 계기가 될 것으로 기대하고 있다.
신 총장은 “전 세계 4차 산업혁명 정책결정 등에 중요한 역할을 수행할 WEF 4차산업혁명센터와 KAIST의 4차산업혁명지능정보센터의 협정 체결을 계기로 KAIST와 WEF간에 4차 산업혁명 관련 각종 정보교환은 물론 인적자원의 상호교류와 관련정책의 공동수립·제안 등 두 기관 사이에 상호협력이 더욱 활성화 될 것”이라고 강조했다.
2017.10.16
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창업융합 전문석사 첫 졸업생 3명 배출
KAIST가 오는 18일 창업융합 전문석사과정 첫 졸업생 3명을 배출한다. 창업석사과정 첫 졸업생이란 영예를 차지한 졸업생 3명이 교내에서 기념사진을 찍고 있다. 사진 왼쪽부터 김동완 졸업생, 이한별 졸업생, 차창배 졸업생.
우리대학이 창업융합 전문석사 첫 졸업생 3명을 배출한다. 2016년 9월 창업융합 전문석사과정(이하 창업석사과정)을 도입한지 1년 만에 첫 졸업생 3명이 탄생한 것이다. 우리대학은 국내대학 중 최초로 창업노하우를 전문으로 가르치는 창업석사과정을 개설한 후 지난 1년간 이 과정을 이수한 이한별(전산학부)·김동완(전기및전자공학부)·차창배(화학과)씨 등 3명에게 18일 창업석사 학위를 수여할 예정이다. 첫 입학생 4명 중 1명인 김건희(26세·연세대 경제학과 졸업)씨는 딥 러닝을 심층적으로 더 배우기 위해 한 학기 졸업을 늦춘 것으로 알려졌다. KAIST 창업석사과정은 2016년 9월 개설 후 4명의 신입생이 첫 입학한데 이어 2017년 봄 학기 현재까지 총 13명이 입학했다.
창업석사과정은 우리대학이 故 스티브 잡스(애플 공동 창업자) 및 저커버그(페이스북 창업자)와 같이 21C 창의융합 인재양성을 통한 창업활성화를 목표로 2016년 9월 국내대학 중 맨 처음 개설했는데 학위논문을 창업교과목 이수로 대체할 수 있는 1년짜리 집중과정이다. 2016년 당시 미래창조과학부(現 과학기술정보통신부)로부터 지원을 받아 설립한 K-School과 건설및환경공학과·기계공학과·전기및전자공학부·전산학부·물리학과·화학과 등 18개 학과가 공동으로 학생을 모집하는 등 운영을 같이하고 있다.
졸업이수학점 33학점 가운데 전공과목(12학점)을 제외하고는 창업가의 리더십 등 공통필수과목(3학점)과 산학협력 교육프로그램인 고급융합캡스톤디자인 등 전공필수과목(4학점), 그리고 K-School에서 제공하는 재무와 마케팅 등 선택과목(8학점) 및 스타트업 현장실습과 같은 연구학점(6학점) 등 21학점 이상의 창업전문 과목을 이수하면 학위취득이 가능하다. 지원 자격은 학사이상의 학위취득자나 학위취득예정자 등이며 기존 석·박사 학위 취득자도 지원할 수 있다. 물론 일정기준의 영어능력도 갖춰야 한다.
입학생들은 KAIST 장학생으로 선정돼 1년간 납입수업료의 90%를 정규학기별로 지원받으며 매달 소정의 학자금도 지급을 받는다. K-School은 올해부터 매 학년도 봄·가을학기 신입생을 모집하는데 지난달 7일부터 18일까지 2018년도 봄 학기 창업석사 신입생을 모집한 결과 총 23명이 지원했다고 밝혔다.
오는 18일 창업석사과정 첫 졸업생이라는 영예를 얻은 3명의 졸업생 중 이한별 (27세·서울과학기술대 산업정보시스템공학과 졸업)씨는 학사과정 재학 중 다양한 애플리케이션 및 서버를 개발한 경험을 지녔다. 이를 기반으로 창업석사과정 재학 중 초기 스타트업인 ㈜제니스 헬스케어에 합류해서 현재까지 스타트업의 CTO(최고기술책임자)로서 개발관련 업무를 총괄하고 있다. 이한별 씨는 “KAIST에서 제공하는 다양하고 체계적이며 창업에 필요한 현장중심의 교육과정이 스타트업 활동에 많은 도움이 됐다”고 소감을 밝혔다. 졸업 후 계획에 대해서는 “현재 재직 중인 ㈜제니스 헬스케어에 더 많은 시간을 집중해서 기업의 성장을 이루는데 기여하고 싶다”고 말했다. 그는 또 “소프트웨어 개발을 배우기 원하는 KAIST 학생들을 대상으로 유용한 지식을 공유하고 싶은 바램이다”라고 덧붙였다. 이를 위해 학교내에 ‘런큐’라는 지식공유 컨소시엄을 설립해 우리대학 학생들을 대상으로 소프트웨어 개발에 대한 강의를 하고 있다. 이한별 씨는 또 다양한 창업아이템을 발굴하기 위해 새로운 비트코인(가상화폐) 개발에도 관심을 갖고 공부중이다. 이밖에도 온라인 전문코딩 교육콘텐츠를 개발 중이며 오프라인 리얼 코딩 영재학원과 연구소도 함께 운영하고 있다.
우리대학 학부출신인 김동완 씨(27세·전기및전자공학부 졸업)는 입학 전 모바일 앱 기반의 서비스 창업을 시도했다가 실패한 경험의 소유자다. 그는 “기술기반 스타트업이야말로 4차 산업혁명을 주도할 핵심자원으로서 빠른 변화가 요구되는 오늘날의 특성에 적합한 형태이기에 새로운 기술을 개발해 미래를 바꿀 수 있는 기술기반의 스타트업을 창업하고 싶다”고 장래 포부를 밝혔다.
차창배(26세·경북대 응용화학과 졸업)씨는 “1년의 재학기간 중 솔직히 미래에 대한 걱정과 고민으로 슬럼프에 빠진 적도 있었지만 하고 싶은 일을 찾고 그와 관련된 지식을 넓힐 수 있는 소중한 시간으로 기억하고 싶다”고 지난 1년을 회고했다. 차 씨는 1년 전 입학면접에서 “기업가 정신은 무엇인가”라고 묻는 면접관의 질문에 명확한 답을 하지 못했지만 지금은 말할 수 있다고 자신했다. 그는 기업가 정신에 대한 의미를 “끊임없는 도전과 실패를 극복하는 열정”이라고 설명하고 “지나칠 정도로 결과만을 중요시하는 현재의 교육체계에 대한 새로운 대안이 될 수 있는 교육프로그램을 기획·제작하는 회사를 창업하고 싶다”며 졸업 후 활동계획에 관한 포부를 밝혔다.
2017.08.11
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최인성 교수, 농산물 장기보존 가능한 나노코팅기술 개발
〈 최 인 성 교수 〉
우리 대학 화학과 최인성 교수 연구팀이 친환경 나노코팅 기법을 이용해 과일의 부패 기간을 늦출 수 있는 기술을 개발했다.
이 기술은 식물 기반의 폴리페놀 물질을 이용해 코팅 시료의 종류에 관계없이 사용할 수 있는 범용 스프레이 나노코팅기술이다.
이번 연구결과는 국제학술지 ‘사이언티픽 리포트(Scientific Reports)’ 8월 1일자 온라인 판에 게재됐다.
폴리페놀 물질은 다량의 수산기(-OH)를 갖는 식물의 광합성 대사산물 중 하나로 뛰어난 항산화 작용을 수행하는 식물 기반의 천연물질이다. 잠재적 항암효과와 높은 항균성을 가져 식품 첨가물 등에 사용되고 있다.
폴리페놀은 철 이온과 화학적으로 강하게 결합해 복합체를 형성한다는 특성도 갖는다. 연구팀은 폴리페놀-철이온 복합체의 형성반응과 분사 기술을 접목해 나노코팅기술을 개발했다.
이 스프레이 코팅 기술은 코팅물질을 코팅용액에 담가 코팅하는 침지법에 비해 코팅 시간이 짧고(5초 이내) 원하는 영역에만 선택적 코팅이 가능하다. 또한 침지법에서 발생하는 시료의 변형과 코팅용액의 상호 오염을 막을 수 있다.
연구팀은 개발된 기술을 과일 표면에 적용해 가식성(edible) 항균 코팅으로의 응용이 가능함을 입증했다.
코팅된 귤과 딸기를 각각 28일, 58시간 이후에 상태를 측정했고 코팅되지 않은 과일에 비해 상당수가 모양과 품질을 유지했다.
반면 코딩되지 않은 귤과 딸기는 박테리아 및 곰팡이 균의 번식으로 부패 및 변형이 발생했다.
연구팀은 과일 뿐 아니라 금속표면, 플라스틱, 유리, 섬유시료에도 손쉽게 코팅할 수 있음을 확인했다. 특히 안경알, 신발 밑창 등 생활용품 표면에도 코팅이 가능해 각각 흐림방지, 무좀균 생장을 억제하는 항균 기능도 가능함을 증명했다.
개발된 나노코팅기술은 국내 특허로 등록됐고 현재 과일 신선도 유지 코팅법의 상용화를 진행 중이다.
최 교수는 “나노코팅기술은 큰 잠재력과 응용성을 가진 첨단기술이다”며 “개발된 나노코팅기술은 다양한 목적으로 쉽게 적용가능하고 기존 코팅 기술 및 나노물질과 결합돼 더 큰 시너지를 일으킬 것이다”고 말했다.
이번 연구는 미래창조과학부와 한국연구재단이 추진하는 리더연구자지원사업의 일환으로 수행됐다.
□ 그림 설명
그림1. (a-I, II) 나노코팅된 귤과 코팅되지 않은 귤을 14일, 28일 동안 상온에서 보관하였을 때 비교사진. (b-I, b-II) 나노코팅된 딸기와 코팅되지 않은 딸기를 58시간 동안 상온에서 보관하였을 때 비교사진 및 식품 변질 검사결과
2017.08.10
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김일두 교수, 동물 단백질 촉매로 활용한 질병진단센서 개발
〈 김 일 두 교수 〉
우리 대학 신소재공학과 김일두 교수 연구팀이 동물의 단백질을 촉매로 활용해 호흡으로 질병을 진단할 수 있는 센서를 개발했다.
이는 사람의 날숨에 포함된 다양한 질병과 관련된 바이오마커 가스들에 대한 패턴 인식을 통해 질병을 조기 모니터링 할 수 있는 기술이다.
이번 기술은 다양한 단일 금속입자 뿐만 아니라 어떠한 조합의 이종입자도 2 nm 크기로 합성할 수 있는 장점을 갖는다. 연구팀은 기존에도 호흡으로 질병을 진단하는 센서를 개발했으나 이번 기술은 더욱 정확하고 높은 감도를 갖는다는 특징이 있다.
김상준, 최선진 박사가 1저자로 참여한 이번 연구 결과는 미국 화학회의 화학분야 국제 학술지 ‘어카운트 오브 케미칼 리서치(Accounts of Chemical Research)’ 7월호 표지논문으로 선정됐고, 독일 와일리 국제 학술지인 ‘어드밴스드 머터리얼즈(Advanced Materials)’에도 게재가 확정됐다.
혈액 체취나 영상 촬영 없이 내뱉는 숨(호기)만으로 각종 질병 여부를 파악하는 호흡 지문 센서 기술은 핵심 미래 기술이다. 호기 속 특정 가스들의 농도변화를 체크해 건강 이상 여부를 판단할 수 있다.
호기가스 성분에는 수분 외에도 수소, 아세톤, 톨루엔, 암모니아, 황화수소, 일산화질소 등이 포함된다. 이 가스들은 천식, 폐암, 1형 당뇨병, 구취 등 특정 질병 환자에게서 높은 농도로 배출되는 바이오마커 가스이다.
호흡을 이용한 질병 진단은 마치 음주측정기처럼 테들라(Tedlar) 백에 포집된 날숨 가스를 소형 센서 장치로 주입한 후 빠른 속도로 분석되기 때문에 쉽고 간편하게 질병을 진단할 수 있다. 또한 질병 대사가 일어나는 시점에서 검출이 가능해 조기 진단이 가능하다.
하지만 매우 경미한 수준인 10억분의 1(ppb)에서 100만분의 1(ppm) 수준으로 발생하는 가스를 호흡 속에서 정확히 분석하기 위해서는 기술의 진보가 필요하다. 특히 수분을 포함한 수백 종의 방해 가스는 특정 질병 관련 바이오마커 가스를 선택적으로 분석하는 저항 변화식 센서의 취약점으로 남아 있다.
기존의 가스 센서는 백금, 팔라듐 등 특정 촉매를 결합해 감지 특성을 높이려고 시도했으나 ppb 농도에서는 생체지표 가스 감지 특성이 높지 않다는 한계가 있었다.
연구팀은 기존 센서의 한계 극복을 위해 동물의 조직에 존재하는 나노크기의 단백질을 희생층으로 이용해 속이 비어있는 단백질 껍질 안에 석출된 이종촉매(Heterogeneous catalyst) 입자를 합성하는데 성공했다.
이번 연구에 사용된 나노크기의 단백질은 주기율표에 존재하는 원소물질을 조합해 어떠한 형태의 이종촉매도 다양하게 구현할 수 있다는 큰 장점을 갖는다.
특히 이종 원소간 조성비를 쉽게 조절할 수 있고 금속간화합물도 제조할 수 있어 신조성을 갖는 촉매 합성 측면에서 매우 획기적인 방법이다.
예를 들어 백금이 기준 촉매일 때 백금팔라듐(PtPd), 백금니켈(PtNi), 백금루테늄(PdRu), 백금이트륨(PtY3) 등 다양한 이종 합금촉매로 확장할 수 있다.
연구팀은 개발된 이종촉매 입자를 넓은 비표면적과 다공성 구조를 갖는 금속산화물 나노섬유에 결착시켜 특정 생체지표 기체에만 선택적으로 반응하는 감지소재를 개발했다. 이종촉매가 결착된 나노섬유 센서는 기존에 촉매 활성이 가장 뛰어나다고 알려진 백금이나 팔라듐 촉매보다 약 3~4배 이상 감지 특성이 향상됨을 확인했다.
특히 아세톤이나 황화수소 가스는 1ppm에서 감도가 100배 수준으로 바뀌는 최고 수준의 감도 특성이 관찰됐다.
연구팀은 다양한 종류의 감지 소재가 적용된 복합 센서 배치(sensor array) 시스템을 이용해 사람의 지문을 인식하듯 개개인의 호흡을 패턴 인식해 일반인도 쉽게 건강 이상을 판별할 수 있는 질병진단 플랫폼을 개발했다.
16종의 다른 선택성을 갖는 센서를 어레이화하는데 성공했으며, 환자의 건강상태에 따라 날숨 농도변화가 다르게 나타나기 때문에 날숨 속 가스 정보를 지문처럼 패턴화하여 개인의 건강 변화를 지속적으로 모니터링 하는 헬스케어 기기에 적용할 수 있다.
김 교수는 “기존에 센서에 사용된 적이 없는 2 nm 크기의 이종촉매를 단백질을 이용하여 적용함으로써, 질병과 연관된 생체지표 가스에 고감도 및 고 선택성으로 반응하는 센서소재 라이브러리를 구현할 수 있다”며 “앞으로 다양한 촉매 군을 확보하면 수많은 질병을 진단할 수 있는 센서를 개발할 수 있다”고 말했다.
또한 “호흡으로 질병을 진단하는 센서는 누구나 손쉽게 스스로 진단할 수 있는 자가 진단 기기의 시작으로 의료비 지출 상승을 막고 지속적 건강관리에 큰 도움이 될 것이다”고 말했다.
이번 기술과 관련된 특허들은 지난 3월과 6월 각각 벤처기업과 중소기업에 기술이전 됐다.
본 연구는 미래창조 과학부 웨어러블 플랫폼소재 기술센터 과제와 바이오의료기술개발사업 과제의 지원으로 이루어졌다.
□ 그림 설명
그림1. 어카운트 오브 케미칼 리서치 표지 이미지
그림2. 다종 입자 촉매
그림3. 함금촉매 합성
그림4. 다종센서 어레이_날숨 분석 센서
2017.07.18
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(재)유전자동의보감사업단, 제2회 바이오시너지 기업파트너스 심포지엄 개최
인공지능 시스템을 이용한 천연물 소재 개발기술 발표와 사업단 및 관련기업 간 상호협력 방안 논의를 위한 ‘바이오시너지 기업파트너스 심포지엄’이 17일 열린다.
우리대학과 미래창조과학부 산하 (재)유전자동의보감사업단(단장 이도헌 교수·바이오및뇌공학과)은 한국건강기능식품협회 후원으로 17일 오후 2시30분부터 이화여자대학교 LG컨벤션센터에서 ‘바이오시너지 기업파트너스 심포지엄’을 개최한다.
올 심포지엄은 작년 5월에 열린 ‘바이오시너지 워크숍’행사에 이어 (재)유전자동의보감사업단이 두 번째로 주관, 개최하는 행사다. 이 심포지엄에는 미래부와 식약처·사업단 연구책임자들은 물론 바이오헬스케어 분야의 국내·외 학자와 관련 기업인·전문가들이 대거 참가해서 향후 기술개발 방향과 시장수요 예측·시장중심의 맞춤형 기술이전과 사업화 유망기술 발굴 등에 관해 심도 있게 논의한다.
이번 심포지엄에서는 특히 사업단과 공동연구를 수행 중인 네덜란드의 대표적인 식품연구소인 니조(NIZO)의 엘스 반 호펜(Els Van Hoffen) 실장(Senior Project Manager), 네덜란드 국립응용과학연구소 TNO의 수잔 워페리스(Suzan Wopereis) 책임연구원(Senior Scientist)이 참석해 각각 니조(NIZO)와 TNO의 최신 연구내용과 지난 5년 동안의 기술개발 내용 등에 관해 중점 소개한다.
OECD 발표자료에 따르면 2014년 글로벌 식품산업의 규모는 약 5.5조 달러(약 6,152조원)이며 매년 4.4% 성장하고 있는데 이는 세계 식품시장의 트렌드가 음식을 소비하는 차원에서 유기농 등 안전식품, 기능성 건강식품 위주로 변화하고 있기 때문이다. 농·식품 R&D로 경제성장을 견인한 대표적인 네덜란드는 니조(NIZO)와 TNO 등 시장 친화적인 식품관련 연구소를 중심으로 연구가 이뤄지고 있는데 1948년 낙농업체들이 공동 설립한 니조(NIZO)와 약 30년 전 네덜란드 정부가 세운 TNO는 전체 운영비의 70% 이상을 민간업체들과의 협력이나 개인투자자들과 프로젝트를 진행해서 벌어들이고 있다.
두 전문가의 발표가 끝난 후에는 권오란 이화여대 교수가 사업단이 개발한 기술과 천연물 분야 관련기업 등 산업계와의 상호 연계방안을 모색하는 등 기업인들과 연구 책임자들 간의 관심방안에 대한 토론을 주관, 진행한다. 이밖에 강연 홀 복도에는 발표와 토론이 끝난 후 참석자들이 사업단이 보유중인 기술을 한 눈에 볼 수 있도록 전시관을 꾸며놨으며 기업인들 간에 자연스럽게 상담을 할 수 있는 자리도 함께 마련했다.
이도헌 사업단장은 “2013년 11월 출범이후 사업단은 5개 연구 분야인 모델·소재·표적 마커·인체 연구에 역량을 집중한 결과, 성분기반의 바이오 헬스케어와 관련한 방대한 규모의 DB를 구축하고 이를 기반으로 천연물 성분의 인체작용을 분석할 수 있는 세계 최대 규모의 가상인체(인공지능) 시스템을 구축했다” 며 “이번 심포지엄에서 사업단과 관련기업들 간에 공동연구 및 연구 성과에 대한 공동 활용방안에 대한 심층적인 논의가 이뤄졌으면 한다”고 말했다. 참가 문의 042-350-8651.
2017.07.14
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김호민 교수, 뇌의 시냅스 구조 및 기능 조절 단백질 구조 규명
< 김 호 민 교수 〉
우리 대학 의과학대학원 김호민 교수와 DGIST 고재원 교수 공동 연구팀이 신경세포 연결을 조절하는 핵심단백질인 MDGA1의 3차원 구조를 최초로 규명해 시냅스 발달을 조절하는 원리를 제시했다.
이번 연구 내용은 신경생물학 분야 국제학술지 ‘뉴런(Neuron)’ 6월 21일자 Issue Highlight에 게재됐다.
뇌는 많은 신경세포로 이뤄져 있고 두 신경세포가 연접하면서 형성되는 시냅스라는 구조를 통해 신호를 전달하면서 그 기능을 수행한다.
대표적인 시냅스 접착 단백질로 알려진 뉴롤리진(Neuroligin)과 뉴렉신(Neurexin)은 상호작용을 통해 흥분성 시냅스(excitatory synapse)와 억제성 시냅스(inhibitory synapse)의 발달 및 기능을 유지한다.
연구팀은 뉴롤리진(Neuroligin)과 뉴렉신(Neurexin)의 결합을 조절하는 MDGA1의 3차원 구조와 억제성시냅스(inhibitory synapse)의 형성을 저해하는 원리를 최초로 규명했다.
김 교수는 “단백질 구조생물학과 신경생물학의 유기적인 협력 연구를 통해 시냅스 발달 조절에 핵심적인 MDGA1의 구조와 작용 메커니즘을 규명했다는데 의미가 있다”며 “시냅스 단백질들의 기능 이상으로 나타나는 다양한 뇌정신질환의 발병 메커니즘을 폭넓게 이해하는 밑거름이 될 것이다. 향후 뇌신경·뇌정신질환 치료제 개발에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.”고 말했다.
이번 연구는 미래창조과학부 기초연구지원사업(개인연구)의 지원을 받아 수행됐다.
□ 그림 설명
그림1. 시냅스 조절하는 핵심단백질 구조 최초 규명
그림2. 시냅스 단백질 MDGA1에 의해 조절되는 억제성 시냅스 형성 분자 메커니즘
2017.07.11
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