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김은준, 김호민 교수, 제11회 아산의학상 수상
〈 연세대 김범경 교수, 서울대 방영주 교수, 아산재단 정몽준 이사장, 김은준 석좌교수, 김호민 교수 〉
우리 대학 생명과학과 김은준 석좌교수와 의과학대학원 김호민 교수가 제 11회 아산의학상 수상자에 선정됐다.
아산사회복지재단(이사장 정몽준)이 21일 서울 그랜드 하얏트호텔에서 개최한 제11회 아산의학상 시상식에서 김은준 교수는 아산의학상 기초의학부문, 김호민 교수는 젊은의학자부문을 수상했다.
이날 시상식에서 아산재단은 김은준 교수와 임상의학부문 수상자인 방영주 서울의대 종양내과 교수에게 각각 3억 원의 상금을 시상했다.
김호민 교수와 김범경 연세의대 소화기내과 교수에게는 각각 5천만 원의 상금을 수여하는 등 총 4명에게 상금 7억 원을 수여했다.
아산의학상은 기초의학 및 임상의학분야에서 뛰어난 업적을 이루어낸 국내외 의과학자를 발굴해 격려하기 위한 상으로 지난 2007년 제정됐다.
기초의학부문 수상자인 김은준 교수는 인간 뇌 속의 신경세포를 연결하는 시냅스의 작동원리 및 뇌질환과의 관련성을 연구함으로써 다양한 정신질환의 발병 원인을 발견한 공로를 인정받았다.
임상의학부문 수상자인 방영주 교수는 위암 표적항암제 및 면역항암제의 치료효과를 최초로 입증하면서 국내 의학연구 수준을 높인 업적을 높이 평가받았다.
만 40세 이하의 의과학자에게 주어지는 젊은의학자부문 수상자인 김호민 교수는 면역세포와 신경세포 기능을 조절하는 핵심단백질의 구조와 분자기전을 규명했으며, 김범경 교수는 B형 간염에 의한 간암 발생 예측 모델을 제시하고 검증하는 등 간암환자 생존율을 높이기 위해 다양한 방법을 제시했다는 평가를 받았다.
아산재단은 국내 의과학계 발전을 위해 조성한 아산의학발전기금을 2017년 400억 원의 규모로 확대해 아산의학상 시상 및 수상자의 연구 활동을 지원하고 있다.
2018.03.23
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최경철 교수 연구팀, 웨어러블 광 치료 패치 개발
우리대학 전기및전자공학부 최경철 교수와 전용민 연구원이 서울대 분당병원 박경찬 교수/최혜령 연구원과 OLED로 웨어러블 광 치료 패치를 개발하는데 성공했다. 광 치료는 빛을 쬐어 인체의 생화학 반응을 촉진시키는 치료법으로, 병원 등에 설치된 LED 또는 레이저 기기를 통해 상처를 치유하는 데 널리 사용되고 있다.
기존 기기는 유연하지 못하고 균일하게 빛을 조사하기 어려우며 열이 발생하는 문제가 있어서, 치료효과를 높이고 싶어도 인체에 밀착할 수 없는 한계가 있었다.
최경철 교수 연구팀이 개발한 광 치료 패치는 가볍고 유연해 피부에 부착한 채 일상생활을 하면서 고효율 치료를 지속할 수 있다. 구성요소인 OLED, 배터리, 과열방지 장치(히트싱크), 패치가 모두 얇은 막의 형태로 디자인됐고, 두께가 1㎜ 미만, 무게가 1g 미만이다. 300시간 이상 장시간 작동되며, 반경 20㎜ 이내로 휘어진 상태에서도 구동될 수 있으므로 다양한 인체 부위에 부착할 수 있다.
42℃ 이하에서 구동돼 저온화상의 위험도 없으며, 국제표준화기구(ISO) 기준의 안전성도 검증됐을 뿐만 아니라 세포증식이 58% 향상되고 세포이동이 46% 향상돼 상처 부위가 효과적으로 아물게 되는 뛰어난 치유효과를 보였다.
연구를 주도한 전용민 박사과정 연구원은 "웨어러블 광 치료 패치의 뛰어난 치료 효과와 편리함으로 인해 앞으로는 병원에 방문하지 않고 약국에서 구매해서 쉽게 광 치료를 받을 수 있을 것"이라며 "광 출력을 조절하면 피부미용/피부암/치매치료/우울증 치료 등 응용 범위를 넓힐 수 있다"라고 말했다.
최경철 교수는 "디스플레이로 응용되는 OLED의 장점을 광 치료와 융합한 기술로서, 휴대용, 고효율의 웨어러블 광 치료 상용화 길을 열 수 있을 것"이라고 말했다. 이번 연구는 과학기술정보통신부/한국연구재단 기초연구사업(선도연구센터)의 지원으로 수행됐으며, 국제학술지 어드밴스드 머티리얼스 테크놀로지 8일 게재됐다.
□ 그림 설명
그림1. 피부에 부착하는 웨어러블 OLED 패치의 구동 사진
그림2. 피부에 부착하는 웨어러블 OLED 패치의 상처치유 효과
2018.03.19
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육종민, 이정용 교수, 나트륨 기반의 이차전지 음극 소재 개발
우리 대학 신소재공학과 육종민 교수와 이정용 명예교수(前 기초과학연구원 나노물질 및 화학반응연구단) 공동 연구팀이 리튬 기반 이차전지 음극재료에 비해 저렴하고 수명이 긴 나트륨 기반 이온 전지용 음극 소재를 개발했다.
기존의 이차전지 음극재료 대비 1.5배 수명이 길고 약 40% 저렴한 나트륨 이온 전지용 음극 소재 개발을 통해 나트륨 이온 전지의 상용화에 기여할 것으로 기대된다.
박재열 박사과정과 기초과학연구원 김성주 박사가 공동 1저자로 참여한 이번 연구는 국제 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)’ 3월 2일자 온라인 판에 게재됐다.
현재 리튬 이온 전지는 휴대폰, 전기차 등 일상생활과 밀접한 다양한 곳에 사용되고 있다. 그런데 리튬은 매장지역이 한정돼 있고 수요가 급등해 공급량이 부족한 상황이다. 2015년과 대비해 현재 리튬의 가격은 3배 이상 상승했다.
이런 문제를 해결하기 위해 리튬 이온 전지의 대안으로 나트륨 이온 전지가 주목받고 있다. 리튬이 지구 지표면에 0.005%만 존재하는 반면 나트륨은 그 500배 이상인 2.6% 존재하기 때문에 공급 문제가 해결된다.
따라서 나트륨 이온 전지는 기존 리튬 이온 전지에 비해 40% 저렴한 가격으로 같은 용량의 에너지를 저장할 수 있을 것으로 전망된다.
그러나 리튬 이온 전지의 음극 재료인 흑연은 나트륨의 저장에 적합하지 않다. 흑연 간의 층 사이에 리튬 이온들이 삽입(intercalation)되며 저장이 이뤄지는데 나트륨 이온을 저장하기에는 흑연 층간 거리가 너무 좁기 때문이다. 이러한 이유로 나트륨 이온 전지 상용화를 위해서는 이에 적합한 음극 소재를 개발하는 것이 필수적이다.
연구팀은 흑연의 대안을 나노판상 구조를 가진 황화구리에서 찾았다. 황화구리는 높은 전기전도도와 이론용량을 갖는다. 또한 황화구리에 나트륨이 저장되는 과정을 원자단위에서 실시간 분석한 결과 황화구리의 결정 구조가 유동적으로 변화하며 안정적으로 나트륨 이온을 저장하는 것을 확인했다.
그 결과로 황화구리의 나트륨 저장 성능이 흑연 이론용량(~370mAh/g)의 1.5배(~560mAh/g)에 달하는 것을 확인했고 충, 방전을 250회 반복한 이후에도 이론용량의 90% 이상이 유지됨을 증명했다.
이번 연구로 나트륨 이온전지가 상용화되면 지구 표면의 약 70%를 차지하는 바다에 무궁무진하게 존재하는 나트륨을 활용할 수 있다. 이는 배터리 원가 절감으로 이어지고 휴대폰, 전기 자동차, 노트북 등의 단가를 약 30% 정도 낮출 수 있을 것으로 기대된다.
이정용 교수는“이번 연구결과가 차세대 고성능 나트륨 이온 전지 개발에 크게 기여할 것으로 기대된다”고 말했다.
육종민 교수는 “요즘 미세먼지 등의 환경오염 문제로 특히 신재생 에너지 상품에 관심이 많은데 이번 연구 결과를 통해 우리나라가 관련 제품에 대한 우위를 점할 수 있는 토대를 한 단계 다졌다고 생각한다”고 말했다.
이번 연구는 한국연구재단의 생애첫연구사업 및 나노, 소재기술개발사업과 기초과학연구원의 지원을 받아 수행됐다.
□ 그림 설명
그림1. 판상구조 황화구리 촬영 사진
그림2. 황화구리 내 나트륨이 저장되면서 나타나는 결정구조 변화 양상
그림3. 황화구리 내 나트륨 충방전 횟수별 저장 용량
2018.03.08
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김문철 교수, 인공지능 통해 풀HD영상 4K UHD로 실시간 변환
〈 김 문 철 교수 〉
우리 대학 전기및전자공학부 김문철 교수 연구팀이 딥러닝 기술을 이용해 풀 HD 비디오 영상을 4K UHD 초고화질 영상으로 초해상화 변환할 수 있는 기술을 개발했다.
이 기술은 인공지능의 핵심 기술인 심층 콘볼루션 신경망(Deep Convolutional Neural Network, DCNN)을 하드웨어로 구현했다. 초당 60프레임의 초고해상도 4K UHD 화면을 실시간으로 생성할 수 있는 알고리즘 및 하드웨어 개발을 통해 향후 프리미엄 UHD TV, 360 VR, 4K IPTV 등에 기여할 것으로 기대된다.
이번 연구는 KAIST 전기및전자공학부 김용우, 최재석 박사과정 등이 주도했고 현재 특허 출원을 준비 중이다.
최근 영상 화질 개선 연구에 인공지능의 핵심 기술인 심층 콘볼루션 신경망을 적용시키려는 노력이 활발히 이뤄지고 있다. 그러나 이러한 심층 콘볼루션 신경망 기술은 연산 복잡도와 매우 높고 사용되는 메모리가 커 작은 규모의 하드웨어를 통해 초고해상도 영상으로 실시간 변환하는 데 한계가 있다.
기존의 프레임 단위로 영상을 처리하던 방식은 DRAM과 같은 외부 메모리 사용이 필수적인데 이로 인해 영상 데이터를 처리할 때 지나친 외부 메모리 접근으로 인한 메모리 병목현상과 전력 소모 현상이 발생했다.
김 교수 연구팀은 프레임 단위 대신 라인 단위로 데이터를 처리할 수 있는 효율적인 심층 콘볼루션 신경망 구조를 개발해 외부 메모리를 사용하지 않고도 작은 규모의 하드웨어에서 초당 60 프레임의 4K UHD 초해상화를 구현했다.
연구팀은 기존 소프트웨어 방식의 심층 콘볼루션 신경망 기반의 고속 알고리즘과 비교해 필터 파라미터를 65% 정도만 적용하고도 유사한 화질을 유지했다.
이는 딥러닝 기술을 이용한 고해상도 영상 변환 기술이 활발히 진행되는 가운데 초당 60프레임의 4K UHD 초해상화를 하드웨어로 실현한 첫 사례로 꼽힌다.
김 교수는 “이번 연구는 심층 콘볼루션 신경망이 작은 규모의 하드웨어에서 초고품질 영상 처리에 실질적으로 응요 가능한 기술임을 보인 매우 중요한 사례다”며 “현재 프리미엄 UHD TV 및 UHD 방송 콘텐츠 생성, 360도 VR 콘텐츠, 4K IPTV 서비스에 매우 효과적으로 적용할 수 있다”고 말했다.
이번 연구는 과학기술정보통신부 정보통신기술진흥센터(IITP) ICT 기초연구실지원사업의 지원을 받아 수행됐다.
□ 그림 설명
그림1. 실시간 AI(딥러닝) 기반 고속 초고해상도 업스케일링 기술
그림2.심층 신경망 AI 기반 4K UHD 60fps 실시간 초해상화 하드웨어 (FPGA)
그림3. 심층 신경망 AI 기반 4K UHD 60fps 실시간 초해상화 하드웨어 시연
2018.01.16
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신성철 총장, 2018년 신년사
신성철 총장은 새해 신년사에서 “2018년은 글로벌 가치창출, 세계 선도대학이라는 비전을 달성하기 위해 힘차게 도약하는 한 해가 될 것” 이라고 선언하고 “끊임없는 도전과 혁신을 통해 국민과 국가에 희망의 등불이 되는 KAIST를 만들자”고 역설했다.
신 총장은 2일 대전 본원 대강당에서 열린 시무식에서 ‘창의와 도전(Creativity and Challenge)’ 이라는 기존 핵심가치에 배려(Care)정신을 추가한 ‘3C 인재상’을 새롭게 제시하면서 “구성원들 모두가 함께 상생·발전하는 배려의 정신을 통해 국민과 국가에 감동을 주는 KAIST 스토리를 만들어 가자”고 주문했다.
신 총장은 신년사를 통해 “우리 KAIST는 임팩트 있는 선도형 R&DB 사업을 통해 작년 총 연구비가 3,400여억 원 규모로 전년대비 약 15%(정부 9.7%, 민간 40%)나 성장했고, 기술기반의 한국형 스타트업 모델 개발 등 창업문화 확산에 집중한 결과, 교원창업 10건, 학생창업 23건의 성과를 거뒀으며 기술이전료 수입도 전년대비 약 5% 증가했다”고 말했다.
신 총장은 이와 함께 “기술 분야별 특허 포트폴리오 구축을 통해 대형 기술이전이 증가하고 있으며 특히 국내대학 사상 최초의 국제표준특허로 등록된 차세대 고효율 영상압축기술(HEVC)을 비롯해 22건의 국내·외 표준특허를 획득했다”면서 “새로운 형태의 기술사업화 모델제시를 통해 대형 로열티 수익에 대한 기대감이 높아지고 중소·중견기업 대상의 기술과 특허지원을 위한 기반을 다지고 성과를 거둔 한 해였다”고 회고했다.
아울러 그는 “거액기부 모금활동은 물론 하루과일 캠페인·팀카이스트 캠페인 등 다양한 소액 기부 프로그램을 선보여 동문들과 학부모들의 적극적인 참여로 한 해 기부건수가 최초로 1만1천여 건을 넘었고 기금모금 규모도 전년대비 3배 이상 늘었다”고 밝혔다.
신 총장은 또 “제1회 엠버시 데이(Embassy Day) 개최 등 우수 외국인 학생 유치활동을 통해 외국인 학생 수가 전년대비 7.3% 증가해 작년 12월말 현재 외국인 학생 수는 전체 학생 수 대비 8.4%인 92개국 900여명 수준으로 증가했고 26명의 우수한 신임교원 임용과 함께 12명에게는 학교의 공식 오퍼레터를 발송하는 등의 성과를 거둬 교내외로부터 따뜻한 관심과 격려를 받았다”고 말했다.
신성철 총장은 “2018년은 KAIST가 글로벌 가치창출, 세계 선도대학을 향해 힘차게 도약하는 원년이 될 것” 이라며 “작년 2월 취임당시 제시한 교육·연구·기술사업화·국제화·미래전략 등 5대 혁신방안이 비전2031 위원회에서 구체화된 만큼 이를 토대로 도전과 혁신을 가속화 하겠다”고 강조했다.
신성철 총장이 신년사에서 밝힌 2018년 주요계획을 보면 그는 우선 ▲교육혁신을 위해 4차 산업혁명 시대에 대비한 글로벌 리더 양성을 위한 교육모델로‘융합기초학부’설치를 제시했다. 우리대학은 이를 위해 작년부터 김종득 단장(생명화학공학과·명예교수)을 포함, 총 11명의 교수진으로 구성된 ‘융합기초학부 설립추진단’을 운영 중이다.
현재 2019년 3월 시행을 목표로 뉴(New) 교과과정 설계와 교과목 개발계획 등을 마련 중인데 올해 안에 내부 공청회 등을 거쳐 최종 확정된다. 기존학과 외에 기초과학 실력과 인문학적 소양이 튼튼한 융합형 인재를 양성하는‘융합기초학부’가 추가로 설치되면 학부생들은 전공 선택의 폭을 보다 넓힐 수 있다.
봉사에 대한 열정, 도전과 희생정신, 리더 로서의 책임감 함양을 위한 글로벌 봉사단 활동의 활성화와 가상 캠퍼스(Virtual Campus)의 확대·운영을 통한 기업 인력의 업스킬링(Upskilling) 등 재교육 프로그램 활성화에 대한 의지도 강하게 밝혔다.
이를 위해 온·오프병행 토론식 통합학습시스템인 Education 4.0과 무료 온라인 강좌인 KOOC(KAIST Massive Open Online Course) 등 우리대학 자체 스마트학습 인프라와 교육노하우를 접목, 원격강의를 통해 학업과 실무를 병행하는 학위과정을 운영함으로써 국내기업들이 자체경쟁력을 높을 수 있도록 적극 지원할 방침이다.
신 총장은 또 융복합화가 가속화되고 있는 4차 산업혁명 시대를 언급하면서 ▲연구혁신을 위한 방안으로 ‘4차 산업혁명 융합관’ 건립을 재추진하는 등 융합연구와 융합연구가 결합하는 메타융합 연구플랫폼을 조성해 4차 산업혁명을 선도하겠다는 강한 의지를 내비쳤다.
학문의 깊이 있는 발전을 위해서 시니어와 주니어 교수 간에 세대를 뛰어넘어 상보적·연속적인 협력을 통해 학문의 대를 잇게 하는 ‘초세대 협업연구실’의 성공모델을 만들어 우리대학이 국내 최초로 도입한 이 제도가 안정적으로 정착될 수 있게 지원·육성할 계획이다.
또 오픈 이노베이션과 협업연구 강화를 위해 우리대학을 대덕특구는 물론 국내외 기관과 인재가 모여드는 협업과 혁신의 공간인 ‘오픈 이노베이션 허브(Hub)’로 만들어 우리대학의 지경(地境)을 점진적으로 확대하는 방안도 함께 제시했다.
대학의 R&DB 사업은 대학의 재정확충뿐만 아니라 청년 일자리 창출과 국가경쟁력 제고를 위해 매우 중요한 사업인 만큼 ▲기술사업화 혁신을 위해 성장가능성이 높은 우수기술과 기업을 선별할 수 있는 전문 인력을 대폭 충원키로 했다.
선별된 기술과 기업에 대한 출자방식을 상황에 맞도록 다양한 제도를 개발, 도입하고 창업관련 교내 제반규정을 검토해 창업이 신속하게 이뤄질 수 있게 재정비 하는 등 창업문화 조성과 확산에도 적극 나설 계획이다.
작년 말 서울시가 구축한 양재혁신허브 구축운영사업과 연계해 KAIST창업원과 판교(성남)·강남(서울)을 잇는 ‘창업성공 벨트’를 구축하는 한편 기술사업화의 빠른 진행을 위해 우리대학의 우수한 기술과 연계한 이스라엘 요즈마펀드 등 국내외 창투사와의 업무협력도 대폭 확대하기로 했다.
이밖에 우리대학이 보유 중인 우수인력과 기술을 기반으로 구성되는 ‘K-Industry 4.0 추진단’을 출범시켜 국내 중소기업들이 세계 수준의 스마트 팩토리를 구축할 수 있게 하는 중소기업 스마트화 사업지원도 적극 추진할 계획이라고 신 총장은 덧붙였다.
▲국제화를 위한 혁신방안으로는 한(韓)영(英) 이중언어 소통 캠퍼스 구축사업을 한층 강화하기 위한 영어교육의 확대와 함께 외국인 학생을 대상으로 다양한 한국어 학습연계형 문화체험 프로그램을 개발, 제공한다. 외국인 학생들의 어려움을 선제적으로 파악해 상담하고 문제를 해결하는 방안도 마련할 예정이다.
특히 외국인 구성원들의 자녀교육 지원을 위해 대전외국인학교(TCIS)와 긴밀한 협력을 통한 수업료 할인율 제고, KAIST 어린이집 수용인원 및 교내 인터내셔널 푸드 코너의 점진적 확대 등 외국인 친화적인 캠퍼스 환경 구축사업도 적극 추진한다.
WEF(세계경제포럼)와 같은 세계적인 기관들과는 국제학술행사를 공동개최하거나 THE와 QS 등 세계대학평가기관들이 주최하는 국제행사에 총장이 적극적인 참여를 통해 유대관계를 강화하는 한편 교육·연구·기술사업화 등 다양한 분야에서의 우리대학이 지닌 역량에 대한 적극적인 홍보활동을 통해서 해외 인지도를 높이는 작업도 적극 추진하겠다고 밝혔다.
신 총장은 ▲미래전략 혁신방안의 일환으로 우선 작년 2월 취임당시 국가와 국민들에게 KAIST가 희망의 등불이 될 것임을 제시하고 약속한 일명 제2 터먼 보고서로 불리는 ‘비전 2031’ 보고서가 지난 10개월간 학생 및 교직원 등 내부구성원과 외부전문가들의 적극적인 협조로 많은 논의를 거쳐 현재 총장자문위원회(PAC) 검토만 앞두고 있다며 오는 3월 20일 개최예정인 ‘KAIST 비전 2031 선포식’을 통해 이를 공개할 방침이라고 말했다. 아울러 신 총장은 추후 이 보고서를 ‘(가칭) KAIST가 열어가는 대한민국’ 이라는 책으로 출판해 국민들과도 공유할 방침이라고 밝혔다.
4월에는 세계경제포럼(WEF)과 함께 클라우스 슈밥 회장이 직접 참석하는 ‘4차 산업혁명 구현에 관한 국제포럼’을 공동개최하는 한편 ‘(가칭) KAIST 미래전략연구소’를 출범시켜 불확실성 시대에 KAIST뿐만 아니라 와 국내 주요이슈들에 대해 전략을 연구하고 그 결과를 조언하는 싱크탱크 그룹으로 점진적으로 육성, 발전시켜 나갈 계획임을 공개했다.
신성철 총장은 마지막으로 “구성원 여러분이 KAIST이고 KAIST는 대한민국의 미래다”라고 강조한 뒤 “역사의 지평선 너머를 보는 우리의 꿈과 비전은 국가와 인류사회의 발전에 크게 기여할 것” 이라고 말했다. 신 총장은 이어 “글로벌 가치창출, 세계 선도대학을 향한 우리의 도전과 혁신은 KAIST가 4차 산업혁명의 선봉장이 되고 국민들의 자긍심을 고양하며 대한민국이 선진국으로 도약하는 초석이 될 것” 이라고 강조하면서 신년사를 마무리 했다. (신년사 국영문 전문은 붙임파일 참조).
2018.01.02
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이진환 교수, 스핀 전류로 초전도를 제어하는 신기술 개발
〈 이진환 교수, 최석환 박사 〉
우리 대학 물리학과 이진환 교수가 포항공대 및 연세대와의 공동 연구를 통해 스핀 전류를 이용해 물질의 초전도를 제어하는 기술을 최초로 개발했다.
연구팀이 사용한 물질은 철계열 초전도체인 FeAs 원자층과 페로브스카이트 Sr2VO3 원자층이 반복해서 자기조립에 의해 형성된 헤테로 구조 물질이다. 스핀 제어 주사 터널링 현미경의 탐침과 시료 사이에 흐르는 스핀 분극 전류에 의해 FeAs층의 자성이 C2구조와 C4구조 사이에서 변화하고 이로 인해 FeAs층의 초전도가 켜지고 꺼짐을 원자수준에서 명확히 보일 수 있었다.
최석환 박사(현 BK 박사후연구원)가 제1저자로 참여한 이번 연구는 대표 물리 학술지 ‘피지컬 리뷰 레터스(Physical Review Letters, PRL)’에 11월 27일자로 PRL 대표 논문(Editors’ Suggestion)으로 출판됐다.
이 연구는 스핀 분극 전류와 비분극 전류를 활용해 자성 배열을 국소적으로 바꿈으로써, 나노 자성 메모리를 구현하거나 초전도를 제어하는 트랜지스터 소자를 개발하는데 필요한 기본적인 물리 원리를 최초로 밝혔으며 동시에 이를 원자 수준에서 규명한 것으로 평가받고 있다.
이 연구는 상위 3%의 가장 중요한 PRL 논문에 대해 해당 분야의 권위자의 해설이 함께 실리는 Viewpoint in Physics에도 선정됐으며, 미국 국립 연구소들이 주도하는 일반인 대상의 과학 전문 온라인 뉴스 매체인 Phys.org에 매월 가장 중요한 10개 연구만 선정되는 특집(Feature) 기사로 소개되기도 했다.
또 이진환 교수가 독자 설계 제작하여 이 연구에 활용된 장비는 지난 10월호 최고 권위의 과학 장비 저널인 ‘리뷰 오브 사이언티픽 인스트루먼츠(Review of Scientific Instruments, RSI)’지의 표지 논문으로 선정되기도 했다.
이 장비의 측정 정밀도를 향상시키기 위해 개발하였으나 일반적인 모든 센서와 증폭기의 성능을 향상시킬 수 있는 수학적인 모델이 같은 과학 장비 저널 RSI에 수학적인 논문으로는 예외적으로 별도 정규 논문으로 게재됐다.
이진환 교수는 “모두가 그 기본 원리가 잘 알려진 간단한 주사 탐침 현미경 또는 상용 현미경으로 실험할 때, 우리는 반강자성 탐침을 이용한 스핀 제어 기능, 고자기장 구조에서 불가능할 것으로 여겨졌던 넓은 가변온도 기능, 체계적인 스핀제어 실험을 위한 다중 시료 장착 기능 등을 과감히 설계에 반영하였고, 그 결과 자연스럽게 다른 경쟁 그룹들이 수년 내에 따라 할 수 없는 자성과 초전도의 동시 제어 실험을 체계적으로 수행할 수 있었다”면서 “학내에 공용 헬륨 액화기가 없는 등 기초과학 연구 환경상의 약간의 어려움이 있지만, 이 연구의 물리학적인 성취를 실용적인 소자로 구현하기 위한 확장 연구와 함께, 앞으로도 보다 다양한 측정 기술 혁신으로 첨단 과학의 발전을 선도할 수 있기 위해 최선을 다할 것”이라고 말했다.
이번 연구는 한국연구재단이 추진하는 미래융합 파이오니어 사업과 이공학 개인기초연구지원 사업 등의 지원을 받아 수행됐다.
이 연구 논문은 https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.119.227001 에서 확인할 수 있으며, Viewpoint in Physics와 Phys.org 특집 기사는
https://physics.aps.org/articles/v10/127 및 https://phys.org/news/2017-12-scientists-superconductivity-currents.html 에서 찾아볼 수 있다.
□ 그림 설명
그림1. 연구 개념도
2017.12.26
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김대수 교수, 파킨슨병 신경회로 원리 규명
김 대 수 교수 〉
우리 대학 생명과학과 김대수 교수 연구팀이 기저핵 신호물질이 타겟신경을 억제하는 것이 아니라 흥분시킴으로써 파킨슨병의 운동 이상을 유발한다는 사실을 규명했다.
현재 학계는 드롱(Delong) 박사 연구팀이 1980년대에 제시했던 운동신호 억제이론을 파킨슨병 치료연구에 활용하고 있다. 이 이론은 파킨슨병 환자의 뇌에서 분비되는 기저핵 억제성 신호물질이 뇌의 운동신경을 억제함으로써 운동기능을 방해한다고 설명한다. 그러나 이 학설은 파킨슨 환자의 복잡한 증상을 설명하는 데에 한계가 있었다.
연구팀은 기존 학설의 핵심 내용을 뒤흔들었다. 연구팀은 광유전학 기법으로 생쥐 뇌의 기저핵 신경을 빛으로 자극해서 파킨슨병 환자와 유사한 증상을 유발했다. 기저핵의 억제성 신호를 받은 시상핵 신경들이 일시적으로 억제신호에 순응하여 억제되는 듯 했으나 이후 반발성 흥분을 보이는 것을 확인했다.
연구팀은 또한 반발성 흥분을 억제했을 때 다양한 파킨슨 증상을 보이던 파킨슨병 생쥐가 완전히 회복되는 것을 확인했다. 기저핵의 작용에 의해 시상핵 신경이 억제되는 것이 아닌 흥분함으로써 운동질환을 유도한 것이다. 반발성 흥분을 약물이나 빛으로 억제함으로써 파킨슨병 증상을 제거할 수 있는 가능성이 열렸다.
김대수 교수는 “이번 연구를 통해 반발성 흥분을 조절함으로써 파킨슨병 증상을 억제할 수 있는 기작이 규명됐다”며 “향후 도파민 세포가 이미 사라져 회복이 어려운 파킨슨병 환자를 치료할 수 있는 차세대 치료법이 가능할 것”이라고 연구의 의의를 설명했다. 이 연구는 과학기술정보통신부․한국연구재단 기초연구사업(개인연구) 지원으로 수행됐으며, 신경과학 분야 국제학술지인 뉴런(Neuron) 8월 30자 논문으로 게재됐다.
□ 그림 설명
그림1. 기저핵 억제성 입력이 파킨슨 증상을 나타내는 모식도
그림2. 광유전학적 기법으로 파킨슨 증상회복 성공
2017.09.26
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시제품 제작캠프 메이커스 유니온 2017, 대전지역 4개 대학 연합 개최
우리대학이 아이디어 구상에서부터 시제품 제작까지를 단시간 안에 실행해 봄으로써 창업 준비과정을 간접 체험할 수 있는 시제품 제작캠프인 ‘메이커스 유니온 2017’행사를 대전지역 대학들과 공동 개최한다. 우리대학이 주관하는 ‘메이커스 유니온 2017’캠프에는 과학기술연합대학원대학교(UST)를 비롯해 충남대·한밭대·한남대 등 4개 대학이 공동 참여하는데 우리대학이 이들 지역대학과 연합해 창업관련 프로그램을 여는 것은 이번이 처음이다.
시제품 제작캠프인 ‘메이커스 유니온 2017’행사는 지난 7월 24일부터 이달 11일까지 모집하는 대전지역 5개 대학(원) 학생을 대상으로 오는 16일부터 18일까지 3일간 대전창조경제혁신센터에서 진행된다. 이 캠프는 기술 융·복합을 통한 새로운 기술 및 사업 창출은 물론 다양한 아이디어를 갖고 창업을 원하는 대전지역 대학(원)생에게 창업 준비과정에 대한 간접경험을 체험할 수 있는 기회를 주고자 마련됐다.
교육 첫째 날인 16일에는 팀별로 아이디어를 구상하고 3D 프린터 및 아두이노 등 시제품 제작기기 활용을 위한 기초교육이 이뤄진다. 둘째 날인 17일에는 시제품 제작을 직접 실행해 봄으로써 아이디어를 구체화 해보는 교육을, 그리고 마지막 날인 18일에는 팀별로 제작한 시제품 시연과 함께 결과발표를 통해 선정된 최종 우승팀에게는 한국연구재단이사장 상이 수여된다.
배중면 공동기술창업교육센터장(기계공학과 교수)은 “대전지역 대학 간 창업관련 교류는 물론 각 대학의 우수한 인재들이 서로 팀을 이뤄 아이디어와 지식을 공유하는 한편 창업 활성화까지로 이어지는 계기가 되길 바란다”고 말했다. ‘메이커스 유니온 2017’행사에는 5개 참여대학 및 대전창조경제혁신센터 홈페이지( https://ccei.creativekorea.or.kr/daejeon )를 통해 11일까지 사전등록한 재학생이든 휴학생이든 참여대학 소속 대학(원)생 이라면 누구나 참여가 가능하다. 문의 042-350-6435.
2017.08.08
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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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윤동기 교수, 액정 결함의 변이 과정 관찰에 성공
우리 대학 나노과학기술대학원 윤동기 교수 연구팀이 액정의 결함이 온도에 따라 변화하는 과정을 규명했다.
액정 결함에 관한 연구는 20세기 초반부터 약 100여 년 간 위상기하학을 연구하는 물리, 수학자들에 의해 연구됐지만 결함의 형태 전이를 세밀하게 직접적으로 관찰한 것은 이번 연구가 처음이다.
이 액정에서의 결함은 위상학적(topology)으로 우주에서 발생하는 블랙홀과 같은 위상학적 현상과 비슷한 구조를 갖기 때문에 우주의 원리를 연구하는 데 도움이 될 것으로 기대된다.
김민준 박사가 1저자로 참여한 이번 연구 결과는 국제 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications) 5월 30일자 온라인 판에 게재됐다. (논문명 : Morphogenesis of liquid crystal topological defects during the nematic-smectic A phase transition)
일반적으로 액정 재료는 손쉬운 배향 제어, 빠른 반응속도, 이방적(anisotropic)인 광학 특성을 갖고 있어 액정표시장치(LCD)나 광학 센서 등에 사용된다. 이 때 액정의 결함을 최소화하는 것이 성능 측면에서 유리한 것으로 알려져 있으나 물질 특성 상 액정의 결함은 불가피하게 발생한다.
윤 교수 연구팀은 이 결함을 단순히 없애는 데만 집중하지 않고 결함의 구조를 이해하고 형성 원리를 명확하게 규명하는 기초연구에 집중했다.
이러한 노력을 바탕으로 액정재료의 위상학적 결함이 안정적으로 발생하는 플랫폼을 구성해 온도 변화에 따른 상전이(phase transition)를 직접적으로 관찰했다.
위상학적 결함의 상전이는 2016년도 노벨물리학상의 주제이기도 할 만큼 기초과학 분야에서 중요하다. 우주 은하의 위상학적 구조적 원리도 이에 바탕하고 있어 많은 연구자들이 집중하고 있는 분야이다.
우주 은하의 위상학적 결함을 관찰하기에는 너무 범위가 크고 시간이 오래 걸린다. 하지만 윤 교수팀이 고안한 플랫폼의 위상학적 결함 구조는 광학 현미경으로 관찰이 가능한 수준의 크기이다. 또한 결함의 상전이가 일어나는 시간도 수초에서 수분 단위이기 때문에 관찰이 용이하다.
여기서 액정 재료들이 형성하는 결함 구조는 하나의 특이점(singularity)을 중심으로 방사형, 원형, 나선형 등의 형태를 갖는다. 특이점은 영화 ‘인터스텔라’에서도 나온 것처럼 우주의 블랙홀의 중심부 부분에 해당한다.
이 액정 재료는 일반적으로 딱딱한 두 유리판 사이에 모세관 현상을 통해 주입해 그 시료를 준비하게 된다. 그러나 이 과정에서 유리판처럼 단단한 기판은 표면효과 때문에 액정 물질의 움직임을 제한시키고 이는 결함의 상전이를 관찰하는 장애물이었다.
연구팀은 물 위에 기름이 떠다니는 현상을 이용해 물 위에 얇은 액정재료 막을 형성함으로써 액정 분자들의 움직임이 제한적이지 않은 환경을 조성했다.
이런 환경에서 온도를 변화시키면 그 구조체를 구성하는 분자와 분자 사이의 미세한 상호작용이 기판에 의한 표면효과보다 훨씬 크기 때문에 위상학적 결함의 상전이를 연속적, 직접적으로 관찰할 수 있다.
이 연구 방식은 온도 변화를 통해 위상학적 결함의 형성과정을 순서대로 혹은 역으로 조절할 수 있다. 따라서 전이과정을 면밀하게 관찰하면 중간 상태의 결함구조를 통해 최초의 그 결함 형태와 구성 분자들의 배열을 정확히 역추적 할 수 있다.
이는 위상학적 결함의 형성 원리를 근본적으로 이해할 수 있는 연구 수단이 될 것으로 기대된다.
윤 교수는 이번 연구에 대해 “연구에 대한 발상의 전환을 통해 남들이 보지 못한 것을 볼 수 있었다”며 “액정 결함에 대한 이번 연구 결과는 산업적 측면 뿐 아니라 기초 학문에 세계적 공헌을 할 수 있을 것이다”고 말했다.
또한 “우리나라가 액정 디스플레이 산업의 강국이지만 액정에 대한 기초연구는 세계적 수준에 비해 높지 않다”며 “이번 연구를 계기로 국내 관련 기초연구에 대한 관심을 촉발시키는 계기가 되길 바란다”고 말했다.
이번 연구는 미래창조과학부와 한국연구재단이 추진하는 미래유망융합기술파이오니어사업과 신진연구지원사업의 지원으로 수행됐다.
□ 그림 설명
그림1. 물 위에 형성된 액정 결함의 냉각에 의한 위상학적 결함의 상전이 현상의 편광현미경 사진
그림 2. 액정 분자들이 모이는 위상학적 결함의 편광현미경 이미지와 그에 대한 모식도와 액정 분자들이 퍼지는 위상학적 결함의 편광현미경 이미지와 그에 대한 모식도
2017.06.01
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류호진 교수, 금속 칵테일로 핵융합에 사용가능한 신소재 개발
우리 대학 원자력 및 양자공학과 류호진 교수 연구팀이 칵테일처럼 여러 원소를 혼합하는 방식을 통해 핵융합 플라즈마의 대면재로 적용 가능한 신소재 합금을 개발했다.
이번 연구를 통해 핵융합 발전과 같은 극한적 환경에서 사용되는 금속의 범위가 다양하게 확장될 것으로 기대된다.
오와이스 왓심 박사과정이 1저자로 참여한 이번 연구는 온라인 국제 학술지 ‘사이언티픽 리포트(Scientific Report)’ 5월 16일자에 게재됐다.
미래 에너지원으로 여겨지는 핵융합 발전을 실현하기 위해서는 고온의 플라즈마를 가두고 있는 토카막(tokamak) 용기의 내구성이 중요하다. 도넛 모양의 토카막은 강력한 자기장을 통해 1억℃가 넘는 플라즈마를 안정적으로 유지시켜주는 역할을 한다.
그럼에도 불구하고 플라즈마의 고온에 따른 열부하, 플라즈마 이온, 중성자 등으로 인해 토카막 용기는 손상이 발생한다. 이 토카막 용기를 보호하기 위한 대면재로 텅스텐 등의 금속이 쓰이고 있으나 완벽한 핵융합 발전을 위해서는 고성능 신소재의 개발이 필수적이다.
류 교수 연구팀은 텅스텐에 소량의 금속을 첨가해 물성을 개량하는 기존 방법들보다 한 발 더 나아가 다량의 금속을 동시에 혼합하는 기술을 활용했다.
이는 마치 칵테일처럼 여러 금속 분말을 혼합한 후 소결하는 분말야금 기술로 이를 통해 텅스텐보다 경도와 강도가 2배 이상 향상된 신소재 합금을 제조하는 데 성공했다.
핵융합에서는 다양한 물질을 함께 혼합하는 위와 같은 방식이 역효과를 발생시키기도 한다. 몰리브덴, 니오븀 등은 핵융합을 하면서 발생하는 중성자와 반응을 해 방사성이 높은 원소로 탈바꿈하는 방사화 현상이 발생해 방사능을 발산하기도 한다.
류 교수 연구팀은 이러한 제약들을 고려해 크롬, 티타늄 등을 첨가했고 이는 경도 향상 뿐 아니라 제조 공정의 촉진, 방사화 방지 등의 효과도 얻어냈다.
연구팀은 고온 기계적 특성과 더불어 열전도도, 플라즈마 상호작용, 중성자 조사취화, 트리튬 흡수 억제, 고온 내산화 특성 등을 최적화하는 합금 조성을 찾기 위한 연구를 계속 진행할 예정이다.
류 교수는 “핵융합 플라즈마 대면재는 열 충격과 플라즈마 및 중성자로 인한 손상이 극심해 이를 견딜만한 금속이 없을 정도로 극한적 환경에 노출된다”며 “이번 연구결과로 핵융합 및 원자력용 고융점 저 방사화 금속을 개발하고자 하는 시도가 전 세계적으로 활발해질 것으로 예상된다”고 말했다.
이번 연구는 미래창조과학부와 한국연구재단의 핵융합기초연구사업과 전략구조소재 신공정설계 연구센터의 지원을 받아 수행됐다.
□ 그림 설명
그림1. 연구를 통해 제조된 텅스텐 기반 고강도 신합금
그림2. 고융점 금속 혼합 공정을 통한 핵융합 플라즈마 대면재 개발 개요
2017.05.24
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한순규 교수, 천연 물질인 플루게닌C 합성에 성공
우리 대학 화학과 한순규 교수 연구팀이 새로운 방식의 화학반응을 이용해 자연 상태에서 존재하는 천연물을 인위적으로 제작하는 데 성공했다.
연구팀은 분자 간 화학반응의 일종인 라우훗-쿠리어 반응(Rauhut-Currier 반응, RC 반응)을 이용해 이합체 천연물인 플루게닌 C를 합성했다.
전상빈 석박사통합과정이 1저자로 참여한 이번 연구는 화학 분야의 국제 학술지 ‘미국화학회지(JACS : Journal of the American Chemical Society)’ 5월 10일자에 게재됐다.
천연물 전합성(Total Synthesis)은 순차적 화학반응을 통해 자연에 존재하는 천연 물질을 실험실에서 인위적으로 합성해내는 연구 분야이다.
이 과정은 각 단계의 화학반응이 모두 성공적으로 이뤄져야만 목표하는 분자에 도달할 수 있어 높은 수준의 인내심, 창의성 등이 요구된다. 학계에서는 천연물 전합성 학자를 가리켜 ‘분자를 다루는 예술가’로 부르기도 한다.
이번 연구는 분자 간 라우훗-쿠리어 반응을 전합성에 응용한 최초의 사례이다. 라우훗-쿠리어 반응은 1963년 라우훗과 쿠리어에 의해 보고된 반응으로 친핵체 촉매에 의해 진행되는 현상이다.
기존의 분자 간 라우훗-쿠리어 반응은 150도 이상의 고온 및 고농도 용액에서 유독한 촉매를 통해 비 선택적으로 진행된다는 한계가 있어 천연물 전합성에 적합하지 않았다.
연구팀은 문제 해결을 위해 반응물 내부에 친핵체를 위치시켰다. 이를 통해 상온의 옅은 용액에서 촉매 없이 간단한 염기성 시료를 첨가시키는 것만으로도 라우훗-쿠리어 반응을 이끌어 낼 수 있음을 확인했다.
연구팀은 이 반응 조건을 이용해 시중에서 구입 가능한 아미노산 유도체를 12단계를 거쳐 플루게닌 C라는 천연물질로 합성하는 데 성공했다.
한 교수는 “이번 연구는 라우훗-쿠리어 반응의 효율성과 선택성을 획기적으로 향상시킨 발견이다”며 “기존에는 합성할 수 없었던 다양한 천연물, 신약 또는 유기재료를 합성할 수 있는 길이 열렸다”고 말했다.
이번 연구는 KAIST의 정착 연구비, 하이리스크하이리턴(HRHR) 및 RED&B(Research, Education, Development & Business) 과제, 한국연구재단의 신진연구자 지원사업, 기초과학연구원 분자활성 촉매반응 연구단의 지원을 통해 수행됐다.
□ 그림 설명
그림1. 대표적인 이합체-소중합체 세큐리네가 알칼로이드
그림2. 플루게닌 C의 합성 경로
2017.05.19
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