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이진우 교수, 그래핀 기반의 자연 효소 모방물질 개발
〈 이진우 교수 〉
우리 대학 생명화학공학과 이진우 교수 연구팀이 그래핀을 기반으로 해 과산화효소의 선택성과 활성을 모방한 나노단위 크기의 무기 소재(나노자임, Nanozyme)를 합성하는 데 성공했다.
연구팀은 이 무기 소재를 이용하면 알츠하이머병 조기 진단과 관련된 신경전달물질인 아세틸콜린을 자연 효소를 이용했을 때보다 더 민감하게 검출할 수 있음을 확인했다.
가천대학교 바이오나노학과 김문일 교수, UNIST 에너지화학공학부 곽상규 교수팀과 공동으로 연구하고 김민수 박사가 1 저자로 참여한 이번 연구는 재료 분야 국제 학술지 ‘에이씨에스 나노(ACS Nano)’ 3월 25일자에 게재됐다. (논문명 : N and B Codoped Graphene: A Strong Candidate To Replace Natural Peroxidase in Sensitive and Selective Bioassays , 질소와 붕소가 동시에 도핑된 그래핀: 민감하고 선택성이 있는 바이오에세이에 사용되는 자연의 과산화효소를 대체할 수 있는 강력한 후보)
효소는 우리의 몸 속 다양한 화학 반응에 촉매로 참여하고 있다. 각각의 효소는 구조가 매우 복잡해 체내에서 특정 온도와 환경에서 원하는 특정 반응에만 촉매 역할을 할 수 있다.
특히 과산화효소는 과산화수소와 반응하면 푸른 색을 띠기 때문에 과산화수소를 시각적으로 검출할 수 있다. 이를 이용해 산화 과정에서 아세틸콜린을 포함한 과산화수소를 배출하는 다양한 물질을 시각적으로 검출할 수 있다는 장점이 있다.
대신 효소는 안정성, 생산성이 낮고 가격이 비싸다는 단점이 있다. 단백질로 이뤄진 효소와 달리 무기물질로 합성된 효소 모방 물질은 기존 효소의 단점을 해소할 수 있어 효소의 역할인 질병의 검출 및 진단 시스템에 활용할 수 있다. 따라서 효소의 활성을 정확히 모방하는 나노물질의 필요성이 커지고 있다.
그러나 효소를 모방하는 나노물질은 활성을 모방하는 것이 가능하지만 원하지 않은 다른 부가적인 반응을 일으킬 수 있다는 단점이 있어 효소를 대체하는 데 어려움이 있다. 특히 기존의 과산화효소 활성이 높은 물질은 과산화수소가 없는 상황에서도 색이 변하기 때문에 검출 물질이 없어도 발색이 되는 단점이 있다.
문제 해결을 위해 연구팀은 과산화효소 활성만을 선택적으로 모방하는 질소와 붕소가 동시에 도핑된 그래핀을 합성했다. 이 그래핀의 경우 과산화수소 활성은 폭발적으로 증가하지만 다른 효소 활성은 거의 증가하지 않아 과산화효소를 정확하게 모방할 수 있다.
연구팀은 실험적 내용을 계산화학을 통해 증명했으며 새롭게 개발한 물질을 이용해 중요 신경전달 물질인 아세틸콜린을 시각적으로 검출하는 데 성공했다.
아세틸콜린은 알츠하이머병의 조기 진단과 관련이 높아 연구팀의 효소모방 물질을 이용하면 향후 질병 진단 및 치료에 기여할 수 있을 것으로 예상된다.
이 교수는 “효소 모방 물질은 오래되지 않은 분야이지만 기존 효소를 대체할 수 있다는 잠재성 때문에 관심이 폭발적으로 커지고 있다”라며 “이번 연구를 통해 효소의 높은 활성 뿐 아니라 선택성까지 가질 수 있는 물질을 합성하고 알츠하이머의 진단 마커인 아세틸콜린을 효과적으로 시각적 검출할 수 있는 기술을 확보했다”라고 말했다.
이번 연구는 한국연구재단의 이공분야 기초연구사업 중견연구자지원사업을 통해 수행됐다.
□ 그림 설명
그림1. 촉매의 과산화효소와 산화효소 활성을 시각적으로 확인할 수 있는 사진
그림2. 질소와 붕소가 동시에 도핑된 그래핀의 바이오 에세이 적용
2019.04.23 조회수 12090 -
이도창, 김신현 교수, 반도체 나노막대로 초박막 편광필름 개발
우리 대학 생명화학공학과 이도창, 김신현 교수 연구팀이 반도체 나노막대가 일렬로 배열된 수 나노미터 두께의 편광필름을 개발했다.
이 교수 연구팀은 나노막대입자의 상호작용력을 미세하게 조절해 나노막대들이 스스로 공기-용액 계면에서 일렬종대로 조립되게 설계했다. 이러한 자기조립기술은 전기장이나 패터닝된 기판 등 외부의 도움이 필요하지 않기 때문에 다양한 분야에 폭넓게 응용 및 적용될 수 있을 것으로 기대된다.
김다흰 연구원이 1 저자로 참여한 이번 연구는 국제 학술지 ‘나노 레터스(Nano letters)’ 2월 19권 2호에 출판됐다. (논문명 : Depletion-mediated interfacial assembly of semiconductor nanorods).
반도체 나노막대는 막대의 긴 방향을 따라 편광 빛을 내는 독특한 광학 특성이 있어 디스플레이 분야에서 막대한 빛 손실을 가져왔던 기존 편광판을 대체할 수 있는 전도유망한 나노소재로 주목받고 있다.
단일 나노막대의 편광 특성을 소자 면적의 필름에서 구현하기 위해서는 구성하는 모든 나노막대가 한 방향으로 정렬된 뗏목 형태인 스멕틱(smectic) 자기조립 구조가 필요하다.
그러나 수십 나노미터의 길이와 수 나노미터 두께의 나노막대를 대면적에서 정렬하기 위해서는 전기장을 유도하는 전극 기판 혹은 한정된 공간에서 입자를 조립할 수 있는 패터닝된 기판을 필요로 해 실제 소자에 적용하기에는 한계가 있다.
이렇게 조립된 나노막대 필름은 두께가 불균일하고 두꺼워 균일한 초박막 층을 사용해야 하는 필름 소자에는 적합하지 않았다.
연구팀은 문제 해결을 위해 공기-용액 계면과 나노막대 간의 인력, 나노막대와 나노막대 간의 인력을 순차적으로 유도해 단일층 두께의 나노막대 스멕틱 필름을 제작했다.
연구팀의 고배향 필름 제작 기술은 기판으로 사용된 공기-용액 계면을 용액 증발과 함께 제거할 수 있고 조립 면적에 제한이 없어 소자 종류에 상관없이 적용할 수 있다.
연구팀은 길이 30나노미터, 지름 5나노미터의 나노막대들이 수십 마이크로 제곱 면적에 걸쳐 88%의 정렬도로 초박막 필름을 형성함을 확인했다.
나아가 계면과 나노막대, 나노막대와 나노막대 간 상호작용력을 정량적으로 계산 및 비교함으로써 나노막대가 계면에서 조립되는 원리를 밝혔고, 계면에서 얻을 수 있는 다양한 형태의 자기조립구조를 증명했다.
연구팀이 개발한 반도체 나노막대의 스멕틱 필름은 편광 발광층으로 디스플레이 분야에 활발히 적용돼 소자 두께의 최소화, 비용 절감, 성능 강화 등에 이바지할 수 있을 것으로 기대된다.
1 저자인 김다흰 연구원은 “입자의 상호작용력 조절을 통해 단일층 두께에서 나노막대 스스로가 방향성을 통제하며 고배열로 정렬할 수 있다는 것을 보였다. 이는 외부 힘 없이도 더욱 정교한 자기조립구조가 가능하다는 것을 보여주는 결과이다”라며 “고배열, 고배향을 갖는 다양한 나노입자의 초박막 필름 제작 및 필름 소자에 활발히 사용될 것이다”라고 말했다.
이번 연구는 한국연구재단 나노․소재원천기술개발사업의 지원을 받아 수행됐다.
□ 그림 설명
그림1. 공기-용액 계면에서 나노막대의 자기조립 과정을 보여주는 모식도
그림2. 나노막대 표면을 감싸고 있는 리간드 층 밀도에 따른 자기조립구조 모식도와 전자현미경 이미지
2019.03.20 조회수 9245 -
이상엽 특훈교수, 제23회 한국공학한림원 대상 수상자로 선정
〈 이상엽 교수 〉
우리대학 이상엽 특훈교수(생명화학공학과)가 한국공학한림원(회장· 권오경)이 선정하는 제23회 한국공학한림원 대상 수상자로 선정됐다.
한국공학한림원 대상은 우수공학기술인을 발굴하고 우대함으로써 기술 문화를 확산시키고, 국가 경제발전의 기반이 되도록 장려하기 위해 1997년부터 매년 수여되는 상이다.
공학과 관련된 기술, 연구, 교육 및 경영의 부문에서 대한민국의 산업 발전에 크게 기여한 공학기술인이 선정된다
이상엽 특훈교수는 세계 최초로 ‘시스템대사공학’ 분야를 창시해 석유화학 산업을 생물화학 산업으로 전환 시키고 또 이 과정에서 여러 세포 공장과 생물화학 공정을 개발해 생물산업 발전에 기여한 업적을 인정받았다.
이상엽 특훈교수는 특히 미생물로 플라스틱을 만들거나, 반대로 플라스틱을 미생물로 분해하는 ‘바이오 플라스틱’ 분야 연구로 유명하다. 작년 1월에는 유전자를 개량한 대장균을 이용해 포도당으로 페트(PET)의 원료인 방향족폴리에스테르를 만들었으며 페트를 분해하는 미생물의 효소 구조를 밝히고 성능을 높이기도 했다. 지난 2016년에는 쉽게 분해되는 플라스틱을 대장균으로 만들기도 했다.
이상엽 특훈교수의 연구는 한국과학기술단체총연합회(과총)이 선정한 2018년 10대 과학기술뉴스 연구개발 성과 부문에서 1위를 차지했다.
2019.03.19 조회수 6805 -
이현주 교수(전기및전자공학부), 움직이는 쥐에 초음파 뇌 자극 실험 성공
우리 대학 전기및전자공학부 이현주 교수 연구팀이 초소형화 및 초경량화한 미세 초음파 소자(CMUT)를 통해 자유롭게 움직이는 쥐의 뇌에 초음파 자극을 줄 수 있는 기술을 개발했다.
이 교수 연구팀은 1g 미만의 초경량 초음파 소자 개발을 통해 움직이는 쥐의 뇌 초음파 결과를 얻는 데 성공했다. 이는 쥐 무게의 6배에 달하는 초음파 변환기를 사용해 움직이는 쥐에 적용할 수 없었던 기존 기술의 한계를 극복한 것이다.
김형국 석사가 주도하고 김성연 석사과정과 덴마크 공과대학교 (DTU) 티어샤(Thielscher) 교수 연구팀이 참여한 이번 연구는 국제 학술지 ‘브레인 스티뮬레이션(Brain Stimulation)’ 11월 17일자 온라인판에 게재됐고, 3월자 12권 2호에 출판될 예정이다. (논문명 : 자유롭게 움직이는 동물에서 비침습 뇌자극이 가능한 초소형 초음파 링 변환자 어레이, Miniature ultrasound ring array transducers for transcranial ultrasound neuromodulation of freely-moving small animals)
최근 뇌 자극 기술로 비침습적이고 집속이 가능한 초음파 자극 기술이 차세대 뇌 자극 기술로 주목받고 있다.
뇌를 자극하는 기존 방법에는 뇌의 특정 영역을 미세 자극할 수 있는 심부뇌자극술(DBS)과 광유전학 기반의 광 자극이 있지만 침습도가 높아 임상에 적용이 어렵다. 경두개전기자극술(TES)과 경두개자기자극술(TMS) 등은 비침습적이지만 자극 부위가 넓고 심부 자극이 불가능해 적용 범위에 한계가 있다.
초음파는 비침습적이기 때문에 동물실험뿐만 아니라 인체에도 안전하게 적용할 수 있어 임상 시험에 활용된다. 또한 초음파 집속을 통해 국소부위 자극과 심부 자극이 모두 가능해 타 기술 대비 이점이 많다.
초음파 뇌 자극 기술은 개발 초기 단계이기 때문에 지금까지는 쥐를 고정한 상태에서의 연구 결과만 발표됐다. 뇌 자극 관련 연구는 동물의 행동실험이 필수적임에도 불구하고 무거운 초음파 소자 때문에 쥐를 고정 및 마취해야만 했다.
연구팀은 미소 전자 기계 시스템(MEMS) 기술을 통한 정전용량 미세 초음파 소자(CMUT)의 초소형, 초경량화를 연구했다. 쥐의 구조에 맞는 중심 주파수, 크기, 초점 거리, 초음파 세기를 갖는 1g 미만의 소자와 행동실험에 적합한 실험 장치를 제작했다.
연구팀은 초음파 소자의 성능 평가를 위해 쥐 뇌의 운동 피질 (motor cortex)을 자극해 쥐의 앞발이 움직이는 운동 반응을 확인하고 승모근의 근전도를 측정했다.
연구팀은 초음파의 강도를 높일수록 운동 피질을 자극할 때 나오는 쥐의 앞발이 움직이는 현상이 더 자주 발생함을 확인했다. 결과적으로 초음파가 세지면서 반응의 성공률이 높아지는 결과를 얻어냈다.
연구팀의 초음파 소자는 쥐 뇌의 3~4mm 깊이까지 초음파가 전달되고 쥐 뇌 전체 크기의 25% 영역을 자극할 수 있다. 이 교수 연구팀은 향후 자극 범위를 국소화해 소형 동물 뇌의 단일 영역도 특이적으로 자극할 수 있는 차세대 뉴로툴 기술을 개발할 계획이다.
연구팀은 움직이는 쥐의 결과를 실시간으로 얻어낸 이번 연구 결과를 토대로 초음파가 수면에 미치는 영향을 연구 중이다. 향후 수면 연구뿐 아니라 다양한 행동실험 연구에 초음파 자극 기술을 적용할 수 있을 것으로 예상된다.
이 교수는 “머리를 고정하고 마취를 매번 시켰던 동물실험 방식을 벗어나 움직이는 쥐의 초음파 뇌 자극이 처음으로 가능해졌다”라며 “향후 수면장애, 파킨슨병, 치매, 우울증 등 여러 뇌 질환의 새로운 치료법 연구와 특이적 뇌 회로 규명에 광범위하게 적용될 수 있을 것이다”라고 말했다.
이번 연구는 과학기술정보통신부 뇌과학원천기술개발사업의 지원을 받아 수행됐다.
□ 그림 설명
그림1. 행동실험이 가능한 초소형 비침습 초음파 자극 장치
그림2. 정전용량형 미세 초음파 소자의 (a-c) 구조 및 (d) 2D 시뮬레이션 빔 형
2019.02.11 조회수 9309 -
김희탁 교수, 이론용량 92% 구현한 리튬-황 전지 개발
〈 추현원 석사과정, 김희탁 교수 〉
우리 대학 생명화학공학과/나노융합연구소 차세대배터리센터 김희탁 교수 연구팀이 이론용량의 92%를 구현하고 높은 용량 밀도 (4mAh/cm2)를 가지는 고성능, 고용량 리튬-황 전지를 개발했다.
추현원 석사과정과 노형준 박사과정이 1 저자로 참여한 이번 연구는 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈 (Nature Communications)’ 1월 14일 자 온라인판에 게재됐고 우수성을 인정받아 에디터스하이라이트에 선정됐다. (논문명 : Achieving three-dimensional lithium sulfide growth in lithium-sulfur batteries using high-donor-number anions) ( https://www.nature.com/ncomms/editorshighlights )
리튬-황 전지는 리튬-이온 전지보다 약 6~7배 높은 이론 에너지밀도를 갖고 원료 물질인 황의 가격이 저렴해 리튬-이온 전지를 대체할 차세대 리튬 이차전지로 주목받고 있다.
그러나 리튬-황 전지는 구동 중 방전 생성물인 황화 리튬이 전극 표면에 쌓이고 전극 표면에서 전자전달을 차단해 리튬-황 전지의 이론용량 구현이 불가능하다는 한계를 갖는다.
이러한 전극 부동화의 문제를 완화하기 위해 과량의 도전제를 전극에 도입해 왔으나 이는 리튬-황 전지의 에너지 밀도를 크게 낮추는 문제를 발생시키며, 이론용량 구현이 70%를 넘지 못하는 한계를 보였다.
연구팀은 문제 해결을 위해 기존 리튬-황 전지의 전해질에 사용하던 리튬 염을 대체해 높은 전자기여도를 가지는 음이온 염을 이용했다. 이 전해질 염은 전지 내부의 황화리튬의 용해도를 높여 전극 표면에 3차원 구조의 황화리튬 성장을 유도하고 이는 전극의 부동화를 효율적으로 억제해 높은 용량을 구현할 수 있게 한다.
연구팀은 이 전해액 기술을 바탕으로 기존 리튬-이온 전지와 동등한 수준의 면적당 용량 밀도를 갖는(4mAh/cm2) 고용량 황 전극에 대해 이론용량 92%인 수준을 구현해 기존 리튬-황 전지 기술의 한계를 넘었다. 또한 리튬 음극 표면에 안정한 부동피막을 형성해 100 사이클 이상 구동 시에도 안정적인 수명을 구현했다.
특히 새로운 전해질 설계를 통한 황화리튬의 구조 제어 기술은 다양한 구조의 황 전극 및 구동 조건에서 적용 가능해 산업적으로도 큰 의미를 지닐 것으로 보인다.
김희탁 교수는 “리튬-황 전지의 한계를 돌파하기 위한 새로운 물리 화학적 원리를 제시했다”라며 “리튬-황 전지의 이론용량의 90% 이상을 100 사이클 이상 돌리면서도 용량 저하 없이 구현했다는 점에서 새로운 이정표가 될 것으로 기대한다”라고 말했다.
이번 연구는 나노융합연구소, 한국연구재단 및 LG화학의 지원을 받아 수행됐다.
□ 그림 설명
그림1. 전해질에 따른 전극 위 리튬 설파이드 성장 구조 및 축적 메커니즘
그림2. 리튬황전지의 사이클 용량 및 수명 특성
2019.01.31 조회수 11833 -
LG전자-KAIST 6G 연구센터 개소
〈「LG전자-KAIST 6G 연구센터」개소식에서 박일평 LG전자 CTO˙사장(왼쪽)과 이상엽 KI연구원장이 악수를 하고 있다.〉
우리 대학이 LG전자와 손잡고 차세대 이동통신 개발에 박차를 가한다.
우리 대학은 KAIST INSTITUTE(이하 KI 연구원)에 차세대 이동통신 기술을 연구하는 「LG전자-KAIST 6G 연구센터」를 설립하고, 28일 개소식을 열었다. 이날 행사에는 박일평 LG전자 최고기술책임자(사장), 김병훈 LG전자 차세대표준연구소장(전무), 박희경 연구부총장, 이상엽 KI 연구원장 등이 참석했다.
초대 연구센터장은 KAIST 전기및전자공학부 조동호 교수가 맡는다.
2006년 설립된 KI 연구원은 여러 학문 간의 융복합 연구를 통해 한국 경제를 위한 새로운 성장 엔진 개발에 주력하고 있다. 특히 차세대 이동통신 개발 부분에서 2016년부터 2년 연속으로 국가연구개발 우수성과 100선에 선정되는 등 경쟁력을 인정받고 있다.
LG전자는 KI의 연구 인력과 인프라를 바탕으로 다양한 산학과제들을 공동 수행해 5G에서 6G로 이어지는 차세대 이동통신 기반 기술을 선점한다는 계획이다.
LG전자-KAIST 6G 초대 연구센터장을 맡은 조동호 전기및전자공학부 교수는 “한발 앞서 6세대 이동통신 원천 기술 개발을 시작해 10년 후의 우리나라 이동통신 기술 경쟁력을 높이고 미래 산업을 준비하는데 큰 의미가 있다”고 말했다.
박일평 LG전자 최고기술책임자(사장)은 “6G 연구센터 설립을 계기로 차세대 이동통신 기술 연구를 더욱 강화해 글로벌 표준화를 주도하고 이를 활용한 신규 사업 창출 기회를 확보할 것”이라고 강조했다.
미국 특허분석기관 테크아이피엠(TechIPM)의 분석에 따르면 LG전자는 4G(LTE/LTE-A) 표준특허부문에서 5년(2012년~2016년) 연속으로 세계 1위를 차지한 바 있고, 자율 주행 자동차의 핵심기술인 Cellular-V2X 규격을 세계 최초로 제안하여 표준화하는 등 이동통신 분야에서 글로벌 기술 리더십을 확보하고 있다.
2019.01.28 조회수 7126 -
이진우 교수, 다공성 구조의 기능성 황 담지체 개발
〈 이진우 교수, 임원광 연구원 〉
우리 대학 생명화학공학과 이진우 교수 연구팀이 서로 다른 크기의 기공을 갖는 구조의 무기소재 합성을 통한 황 담지체를 개발해 리튬-황 이차전지의 성능을 높이는 데 성공했다.
연구팀은 다차원 상분리 현상을 동시에 유도해 각기 다른 두 종류, 크기의 기공을 갖는 티타늄질화물을 합성했고 이를 황 담지체로 활용해 우수한 수명 안정성과 속도를 갖는 리튬-황 이차전지를 구현했다.
포스텍 화학공학과 한정우 교수와 공동으로 진행하고 임원광 석박사통합과정이 1저자로 참여한 이번 연구는 재료 분야 국제 학술지 ‘어드밴스드 머티리얼즈(Advanced Materials)’ 1월 15일자 표지논문에 게재됐다. (논문명 : Approaching Ultrastable High-Rate Li-S Batteries through Hierarchically Porous Titanium Nitride Synthesized by Multiscale Phase Separation, 다차원 상분리를 활용한 계층형 다공성 구조의 티타늄질화물 합성 및 이를 통한 우수한 안정성과 높은 속도 특성의 리튬-황 이차전지 개발)
전기 자동차, 스마트 그리드 등의 기술은 대용량 에너지를 제어해야 하는 시스템으로 이를 효율적으로 활용하기 위한 차세대 이차전지 개발의 필요성이 더욱 커지고 있다.
리튬-황 이차전지는 이론적으로 기존 리튬 이온 이차전지보다 약 7배 이상 높은 에너지 밀도 특성을 보인다. 또한 황의 저렴한 가격은 전지 생산 단가를 급격히 낮춰줄 수 있을 것으로 기대되고 있다.
그러나 리튬-황 이차전지 음극과 양극에서 많은 문제점이 남아있어 상용화에 한계가 있다. 특히 양극에서는 황의 낮은 전기 전도도와 황이 충·방전 과정에서 전극으로부터 새어나가는 현상이 문제점으로 남아있다.
이를 해결하기 위해 황을 안정적으로 담을 수 있는 그릇 역할의 소재, 즉 황 담지체에 대한 연구가 활발하게 이뤄지고 있다.
기존 극성 표면의 무기 소재들은 황과 강한 작용력을 갖지만 무기 소재의 구조적 특성 제어를 할 방법이 부족해 황 담지체로 개발하기에는 한계가 있었다. 이번 연구는 독창적인 합성법을 개발함으로써 이 한계점을 극복했다.
연구팀은 문제 해결을 위해 50나노미터 이상 크기의 매크로 기공과 50나노미터 이하의 메조 기공을 동시에 지닌 계층형 다공성 구조의 티타늄질화물 기반의 황 담지체를 개발했다.
티타늄질화물은 황과의 화학적 작용력이 매우 강하고 전기 전도도가 높아 충·방전 과정에서 황이 전극으로부터 빠져나가는 것을 막아주고 황의 전기화학적 산화, 환원 반응을 빠르게 해준다.
연구팀은 매크로 기공과 메조 기공의 구조적 시너지 효과로 인해 많은 양의 황을 안정적으로 담으면서도 높은 수명 안정성 및 속도 특성을 보임을 확인했다.
이 교수는 “리튬-황 이차전지는 여전히 해결해야 할 문제점이 많아 이를 해결하기 위한 연구는 지속적으로 이뤄져야 한다”라며 “이번 연구를 통해 안정적인 수명을 지닌 양극 소재 개발의 독보적인 기술을 확보했다”라고 말했다.
이번 연구는 LG화학과 한국연구재단의 이공분야 기초연구사업 중견연구자지원사업의 지원을 통해 수행됐다.
□ 그림 설명
그림1. 계층형 다공성 티타늄질화물 합성전략 모식도
그림2. 합성된 계층형 다공성 티타늄질화물 전자현미경 사진
그림3. 저널 표지 원본
2019.01.28 조회수 7625 -
신성철 총장, 2019 다보스포럼 참석
신성철 총장과 이상엽 KI 연구원장(생명화학공학과 특훈교수)이 1월 21~25일(현지시간) 스위스 다보스에서 열리는‘2019 세계경제포럼(이하 WEF) 연차총회’에 WEF로 부터 공식초청을 받아 참석한다.
신성철 총장은 WEF 클라우스 슈밥 회장으로부터 다보스포럼‘글로벌대학리더스포럼(이하 GULF: Global University Leader Forum)’ 회원대학의 총장자격으로 작년에 이어 2년 연속 직접 초청을 받았다.
GULF는 미국 하버드大, MIT, 영국 옥스퍼드大, 일본 東京大, 중국 北京大 등 27개 세계 최고의 대학 총장들이 초청을 받아 운영되는데 국제 고등교육계에서 가장 영향력이 있는 리더들이 교류하는 모임으로 평가받고 있다.
다보스포럼에서 GULF는 교육·과학·연구 활동을 자문하는 역할을 수행하고 있으며 국내에서는 우리대학이 2014년부터 유일한 GULF 회원대학으로 초청을 받아 올해까지 GULF 세션에만 6년째 연속 참여하고 있다.
21일(현지시간) 스위스 다보스에서 5일 동안 열리는 이번 연례포럼의 주제는‘세계화 4.0: 4차 산업혁명 시대의 세계화 구조’다.
클라우스 슈밥 회장은 이번 포럼을 앞두고 WEF 홈페이지에 올린 글에서 “4차 산업혁명 시대 개방시장과 경쟁증가는 국가 간 불평등을 더 심화시킬 수 있다”며“이러한 분열을 없애기 위해 새로운 형태의 혁신주도 경제와 공공의 신뢰를 위한 새로운 글로벌 표준과 정책, 협약 등을 시급히 마련해야 한다”고 강조했다.
신 총장도 올 다보스포럼의 주제에 맞춰 GULF 세션에서는 작년 12월 아프리카 케냐 과학기술원 건립 컨설팅 사업의 주관사업자 선정을 계기로 우리대학의 우수한 과학기술 역량의 집중적인 전수를 통해 케냐의 경제발전을 촉진시키는 내용의 사업계획을 소개한다.
신 총장은 이어 케냐 KAIST 프로젝트를 사례로 들면서 4차 산업혁명 시대의 불평등 해소를 위한 대학의 역할과 글로벌 포용적 동반성장의 중요성에 관해 발표하고 GULF 세션에 참석한 세계 유명대학 총장들과 의견을 교환할 예정이다.
신 총장은 특히 클라우스 슈밥 회장과 무라트 손메즈 4차 산업혁명센터장 등 WEF측 고위인사들과 만나 올 3월 우리대학에 설치예정인‘Korea-WEF 4IR Center’의 운영 및 사업방향에 관해서도 논의할 계획이다.
WEF 4차 산업혁명센터(WEF 4IR Center)는 세계 각국의 4차 산업혁명 정책자문과 혁신 생태계 구축을 목적으로 미국 샌프란시스코에 본부를 두고 있는 WEF의 산하 조직으로 2017년 설립됐다.
WEF 4차 산업혁명센터는 산·학·연을 대표하는 전 세계 저명인사 20여명을 자문위원으로 위촉했는데 우리나라에서는 신성철 총장이 유일하게 자문위원으로 활동 중이다.
우리대학은 지난 2017년 10월 전 세계대학 중 유일하게 WEF 4차산업혁명센터와 글로벌 업무협력을 위한 양해각서(MOU)를 체결한데 이어 자체적으로 4차산업혁명지능정보센터(센터장 이상엽 특훈교수)’를 설치, 운영하고 있다.
신 총장은 이밖에 사우디아라비아의 모하메드 알-투와이즈리(Mohammed Al-Tuwaijri) 경제기획부 장관과 면담을 갖고 한-사우디 양국 간 협력사항을 논의하는 한편 응우옌 쑤언 푹 베트남 총리가 주재하는 세션에도 참석해 참가자들과 4차 산업혁명시대 혁신과 활성화 촉진방안에 관한 다양한 의견을 교환할 방침이다.
한편, 신성철 총장은“3월 문을 여는 Korea-WEF 4IR Center는 9개에 달하는 WEF 4차 산업혁명 시범사업 중 인공지능(AI)과 블록체인, 정밀의학에 대한 공동연구를 WEF와 수행하게 될 것”이라고 밝혔다.
신 총장은 이어“이번 다보스포럼에서는 한국의 4차 산업혁명 현황을 소개하는 한편 KAIST의 융합연구와 사람중심의 혁신성장을 추구하는 정부정책의 홍보를 위해 글로벌 리더들과 적극 소통하겠다”고 강조했다.
2019.01.17 조회수 8163 -
이상엽 특훈교수, 바이오 기반 화학물질 합성 지도 완성
〈 이 상 엽 특훈교수 〉
우리 대학 생명화학공학과 이상엽 특훈교수 연구팀이 바이오매스인 미생물로부터 화학제품을 생산하는 경로를 총정리한 ‘바이오 기반 화학물질 합성 지도’를 개발, 완성했다.
연구팀은 화학물질을 생산하는데 필요한 바이오 및 화학 반응들에 대한 정보를 총망라해 생명공학자들이 쉽게 활용할 수 있게끔 지도 형태로 정리하고, 이에 대한 분석을 수행했다.
이번 연구 결과는 국제학술지 ‘네이처 카탈리시스(Nature Catalysis)’에 표지논문으로 1월 15일 게재됐다.
석유로부터 화학제품을 생산하는 과정에서 온실가스를 배출하기 때문에 지구온난화 등 글로벌 기후변화를 유발하고 있다. 이에 세계는 친환경적 방법으로 화학제품을 생산하기 위해 미생물을 활용한 화학물질 생산기술 개발에 주력하고 있다.
미생물과 같은 바이오매스 원료에 생물공학적 또는 화학적 기술을 적용해 화학원료·연료 등 화학제품을 생산하는 공정을 ‘바이오 리파이너리(Bio-Refinery)’라 한다.
바이오 리파이너리의 생물공학적 방법 중 ‘시스템 대사공학’만을 100% 적용해 화학물질을 생산하는 사례가 점차 늘고 있지만, 생물공학적 방법과 화학반응의 통합공정이나 화학공정만을 활용하는 것이 더욱 효율적인 경우도 많다.
이번에 구축한 ‘바이오 기반 화학물질 합성 지도’는 화학물질 생산을 위한 생물공학적·화학적 반응 전체에 대해 최적의 합성 경로를 구축한 것으로, 앞으로 바이오 기반 화학제품 생산 연구에 귀중한 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 보인다.
특히 중요성을 인정받아 네이처 카탈리시스는 ‘바이오 기반 화학물질 합성 지도’를 포스터로 제작해 관련 분야의 산업계, 연구계에서 활용할 수 있도록 전 세계에 배포할 계획이다.
이상엽 특훈교수는 “이번에 개발한 지도는 앞으로 시스템 대사공학이 나아가야 할 방향과 아이디어의 청사진을 제시해 준다는 점에서 의미가 있다”라며, “이는 향후 친환경 화학은 물론 의료·식품·화장품 분야 등 다양한 산업에 매우 유용하게 활용될 수 있을 것이다.”라고 밝혔다.
이번 연구는 과기정통부 ‘기후변화대응기술개발사업’의 ‘바이오 리파이너리를 위한 시스템대사공학 원천기술개발’ 과제 지원을 받아 수행됐다.
□ 그림 설명
그림1. 바이오 기반 화학물질 합성 지도
그림2. 네이처 카탈리시스 표지논문 디자인
2019.01.15 조회수 12956 -
민남기 박사과정, 〈도전!K-스타트업 2018〉 국방부장관상 수상
〈 민남기 박사과정, 유은혜 장관 〉
우리 대학 생명화학공학과 민남기 박사과정(지도교수 김신현)이 지난 12월 10일 서울 영등포구 콘래드 호텔에서 열린 ‘도전! K-스타트업 2018’ 시상식에서 국방부 장관상과 상금 1억 원을 수상했다.
창업 잠재력을 가진 예비 또는 초기 창업자를 발굴해 성공적인 사업화 기회를 제공하는 이 상은 교육부, 과학기술정보통신부, 국방부, 중소벤처기업부가 주최하고 한국연구재단, 한국청년기업가정신재단, 사단법인 스파크, 정보통신산업진흥원, 창업진흥원, 창조경제혁신센터, 한국방송통신전파진흥원, 한국과학창의재단이 주관했다.
이번 대회는 총 108개국 5천 770개 팀이 참여했으며 부처별 예선을 통해 135개 팀이 본선에 진출했다. 이후 3개월에 거친 발표 심사를 통해 최종 수상 10개 팀을 선정했다. 선정 과정은 JTBC의 ‘창업 신들의 배틀 스타트업 빅뱅’ 프로그램을 통해 지난 10월 31일부터 12월 19일까지 총 8부작으로 방송됐다.
민남기 박사과정은 이번 대회에서 ‘오팔레트’ 예비 창업자로 출전해 최종 탑텐에 이름을 올렸다. 사업화 아이템으로는 나노구조체를 이용한 무색소 컬러 콘택트렌즈을 출품했다. 기존의 화학 색소로는 낼 수 없는 색감을 냈다는 점과 내부의 나노 구조체를 통해 렌즈의 산, 투과율을 높인 점을 인정받았다.
이날 행사에는 유은혜 부총리 겸 교육부장관, 홍종학 중소벤처기업부 장관, 이목희 일자리위원회 부위원장이 참석해 시상과 좌담회를 열었다.
민남기 박사과정은 “연구실에서 개발하던 기술이 외부 투자자 및 많은 사람들에게 인정받게 돼 매우 기쁘다”며 “앞으로 본격적인 사업화를 통해 시장을 선도하는 렌즈 회사로 거듭나고 싶다”라고 밝혔다.
2018.12.24 조회수 8820 -
전상용, 이대엽, 임성갑 교수, 암 줄기세포 제작 원천기술 개발
우리 대학 생명과학과 전상용, 이대엽 교수와 생명화학공학과 임성갑 교수 공동 연구팀이 특수 고분자박막을 이용해 3차원 암 줄기세포 스페로이드(spheroids)를 손쉽게 제작할 수 있는 세포배양 플랫폼을 개발했다.
연구팀은 ‘개시제를 이용한 화학 기상 증착법’을 이용한 고분자 박막을 형성해 암 줄기세포를 제작하는 데 성공했다. 이번 연구를 통해 암 줄기세포 기초 연구 및 약물 개발 플랫폼의 원천 기술을 제공할 수 있을 것으로 기대된다.
최민석, 최윤정 박사, 유승정 박사과정이 공동 1 저자로 참여한 이번 연구는 미국 암학회(AACR) 대표 국제학술지인‘암 연구(Cancer Research)’ 10월 24일자 온라인 판에 게재됐다.(논문명 : Polymer thin film-induced tumor spheroids acquire cancer stem cell-like properties)
암 줄기세포는 항암제에 대한 내재적 저항성을 가져 암의 전이와 재발에 깊이 관여하고 있다. 그러나 종양 안에 극히 일부 존재하기 때문에 지금까지는 다양한 암 줄기세포의 대량 확보가 어려워 암 연구 및 약물 개발에 제약이 있었다. 생체 내에서 암은 3차원 조직 덩어리 형태로 존재하므로 암 줄기세포를 스페로이드 형태로 배양하는 연구가 필요하다.
연구팀은 ‘개시제를 이용한 화학 기상 증착법(iCVD : initiated chemical vapor deposition)’을 이용해 세포배양 기판 위에 특정 고분자 (pV4D4)박막을 형성했다.
그 위에 다양한 암세포를 배양한 결과 암세포들이 고분자박막 표면으로부터 자극을 받아 서로 뭉치면서 3차원 스페로이드 형태를 만들었고, 이와 동시에 항암제에 대한 저항성을 가진 종양 암 줄기세포로 변화하는 것을 확인했다.
연구팀은 이러한 ‘표면자극 유도 암 줄기세포(Surface stimuli-induced cancer stem cell-like cell)’를 고효율로 손쉽게 대량 배양하는 데 성공했다.
연구팀은 이번 연구에서 특정 고분자 박막에서 배양된 표면 자극 유도 암 줄기세포 스페로이드가 약 24시간 안에 형성되며 분석결과 암 줄기세포 관련 유전자의 양이 배양시간에 따라 증가함을 발견했다.
연구팀이 개발한 플랫폼을 통해 형성된 암 줄기세포 스페로이드는 실제 항암제를 처리했을 때 뛰어난 약물저항성을 지니고 있음을 확인했다. 또한 종양 동물모델에서 비교그룹에서는 보이지 않았던 다른 장기로 암이 전이되는 것을 확인했다.
연구팀은 전체염기서열분석(Whole-genome sequencing)을 통해 표면 자극 유도 암 줄기세포와 실제 암 환자 암 줄기세포와의 유사성을 확인했다.
전상용 교수는 “이미 시판되고 있는 다양한 종류의 암 세포주들 뿐만 아니라 환자에서 유래한 생체 내 환경과 유사한 3차원 스페로이드 형태로 양질의 암 줄기세포를 고효율로 손쉽게 대량 배양할 수 있는 원천 기술을 개발했다”라며 “향후 암 줄기세포 기초 연구 및 약물 개발의 패러다임을 바꿀 수 있을 것으로 기대한다”라고 말했다.
또한 “나아가 암 줄기세포 제작용 플랫폼 소재에 대한 원천 기술 확보를 통해 거대한 암 관련 의료시장에서의 경제적인 부가가치 창출도 가능할 것으로 기대한다”라고 말했다.
이번 연구는 삼성전자 미래기술육성재단의 지원을 받아 수행됐다. 재단에서는 이 연구의 중요성을 높이 평가해 올해 9월부터 후속 과제 사업을 통해 3년 연장 지원을 결정했다.
□ 그림 설명
그림1. 3차원 암줄기세포 스페로이드 형성 모식도
그림2. 형성된 암줄기세포를 이용하여 약물 저항성 확인
2018.11.28 조회수 9272 -
이상엽 특훈교수, 세계경제포럼 생명공학미래위원회 의장 재선임
〈 이상엽 특훈교수 〉
우리 대학 생명화학공학과 이상엽 특훈교수가 세계경제포럼 글로벌미래위원회(Global Future Council) 중 생명공학(biotech) 위원회의 제2대 공동의장으로 재선임됐다.
이 교수는 2016년부터 2년간 크리스퍼(CRISPR) 기술로 잘 알려진 MIT-하버드 브로드연구소의 펭 장(Feng Zhang) 교수와 함께 생명공학위원회 초대 공동의장을 역임했다.
11월 10일부터 3일간 아랍에미리트 두바이에서 세 번째 회담을 개최한 글로벌미래위원회는 4차 산업혁명과 새로운 사회계약, 혁신생태계, 디지털 경제와 사회 등 글로벌 의제, 한반도·중동 등 지역별 주요 의제 등을 다루기 위해 정부, 학계, 산업계, 시민사회등 다양한 분야에서 600여 명의 전문가, 리더들이 참여했다.
올해 재구성된 글로벌미래위원회는 총 38개로 구성되고 그중 28개의 글로벌 및 지역 의제 위원회들과 10개의 4차산업혁명 위원회가 있다.
4차산업혁명 위원회 중 하나인 생명공학위원회 의장을 다시 맡게 된 이 교수는 미국 올라리스 테라퓨틱스(Olaris Therapeutics)사의 CEO인 엘리자베스 오데이(Elizabeth O’Day)를 포함한 14명의 위원과 함께 생명공학분야 주요 의제를 다룰 예정이다.
이 교수는 “4차 산업혁명 시대의 핵심 떠오르는 기술들이 융합돼 급격히 발전하고 있는 헬스케어 분야에서 세계가 함께 고민하고 추진할 다양한 정책들을 도출하도록 노력하겠다”라고 말했다.
대사공학 분야에서 세계적 연구 성과를 낸 이 교수는 올해 조지 워싱톤 카버상과 에너지 분야 노벨상이라 불리는 에니상을 수상한 바 있다.
2018.11.19 조회수 6064