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50년 만에 스핀구름 존재 규명
물리학과 심흥선 교수 연구팀(응집상 양자 결맞음 선도연구센터)이 금속과 반도체 안에서 불순물의 자성을 양자역학적으로 가리는 스핀 구름의 존재를 규명하는 데 성공했다.
이는 50년 동안 입증되지 않아 논란이 있던 스핀 구름의 존재를 밝힌 것으로, 향후 차세대 양자정보 소자 개발 등에 활용할 수 있을 것으로 기대된다.
일본이화학연구소(RIKEN), 홍콩성시대학(City University of Hong Kong)과 공동으로 수행하고 KAIST 물리학과 심정민 박사과정 학생이 1 저자로 참여한 이번 연구 결과는 국제 학술지 ‘네이처(Nature)’ 3월 12일 자에 게재됐다. (논문명 : Observation of the Kondo screening cloud)
도체나 반도체 내의 잉여 전하는 주위 자유 전자들의 전하 구름에 의해 가려진다. 이와는 근본적으로 원리가 다르지만, 도체나 반도체 내 불순물이 스핀을 가질 때, 이 스핀은 주위의 자유 전자들에 의해 생성된 스핀 구름에 의해 가려진다고 알려져 있다. 콘도 효과 (Kondo effect)라고 불리는 이 현상은 충분히 낮은 온도에서 발현되는 양자역학적 현상으로 대표적 자성 현상이다.
콘도 효과의 여러 특성들은 대부분 규명됐으나 스핀 구름의 존재가 입증되지 않은 채 남아있었다. 지난 50년 동안 다양한 시도들이 꾸준히 있었으나 스핀 구름은 발견되지 않았고, 이에 따라 스핀 구름이 실제로 존재하는 것인가에 대한 논쟁이 있었다. 스핀 구름이 다양한 자성 현상에서 중요한 역할을 할 것으로 예측됐기 때문에, 스핀 구름을 발견하고 제어하는 것은 관련 학계에서 성배를 찾는 것과 같은 정도의 중요성으로 비유됐다.
심 교수 연구팀은 일본 이화학연구소와 홍콩성시대학의 연구진들과 공동 연구를 통해 콘도 스핀 구름을 최초로 발견했다. 발견한 스핀 구름의 크기는 마이크로미터(10-6 미터)에 달한다.
연구팀은 스핀 구름을 전기 신호를 이용해 관측하는 방법을 2013년에 선행연구로 제안한 바 있다. 이 선행연구에서는 전기장을 스핀 구름 내부에 가한 경우와 외부에 가한 경우에 각각 서로 다른 전류가 발생함을 예측했고, 이를 이용해 스핀 구름 공간 분포의 관측을 제안했다.
심 교수 연구팀의 제안에 따라 일본이화학연구소와 홍콩성시대학의 연구팀은 양자점을 이용해 반도체에 불순물 스핀을 인위적으로 생성하고, 생성된 불순물 주변에 서로 다른 여러 곳에 전기장을 인가할 수 있는 양자 소자를 제작하는 실험을 수행했다.
100mK(밀리켈빈)의 낮은 온도에서 관측된 소자의 전기 신호를 심 교수 연구팀에서 분석한 결과, 발견된 스핀 구름의 크기와 공간 분포는 이론 예측과 일치했고 그 크기는 수 마이크로미터(10-6 미터)로 확인됐다.
심흥선 교수는 “스핀 구름의 존재 입증은 학계의 숙원으로, 이번 연구에서 스핀 구름이 발견된 만큼 스핀 구름에 대한 후속 연구들이 활성화될 것으로 기대된다”라며, “스핀 구름을 전기적으로 제어해 미해결 자성 문제들을 이해하는 데에 활용할 수 있을 뿐 아니라, 스핀 구름의 양자 얽힘 특성을 기반으로 해 차세대 양자정보 소자를 개발할 수 있다”라고 말했다.
이 연구는 한국연구재단의 기초과학 선도연구센터 지원사업의 지원을 통해 수행됐다.
2020.03.13
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인류세 연구센터, 국제 심포지엄 개최
우리대학 인류세 연구센터(센터장 박범순 교수)가 이달 10일부터 11일까지 이틀간 국립민속박물관에서 `인류세의 재난을 말하다: 지식, 기억, 상상'을 주제로 국제 심포지엄을 개최했다.
지난해 6월 개소 이후 처음 이번 국제 심포지엄에는 `인류세' 개념을 발전시킨 대표적 지구시스템과학자 윌 스테픈(Will Steffen) 호주 국립대 교수와 고생물학 및 지질학자로 국제층서학회 인류세실무그룹에 소속된 마크 윌리엄스(Mark Williams) 영국 레스터 대학 교수 등 인류세 연구를 대표하는 해외 유수 학자 열두 명이 발표자로 참석해 인류세에 대한 심도 깊은 토론을 진행했다.
국내에서는 박범순 인류세연구센터장과 전치형 KAIST 과학기술정책대학원 교수 및 국립민속박물관 · 한국지질자원연구원 · 대한지질학회 · 한국문화인류학회·한국환경사회학회 · 한국공간환경학회 등 공동 주최 기관의 다양한 관계자들이 참여해 논의의 지평을 넓혔다.
최근 국내에서 인류세 분야의 논의가 활성화되면서 이를 주제로 한 학술 행사들이 열린 사례는 있지만, 해외 학자 십수 명이 참여하는 규모의 국제 심포지엄은 이번이 처음이다. 특히, 인류세를 새로운 지질 시대로 확정하자는 주장을 이끌어온 국제층서학회 인류세 실무그룹 소속 학자들이 다수 포함되어 있어 학계의 관심이 주목됐다.
인류세(Anthropocene)는 `인간의 시대'라는 의미를 담아 제안된 새로운 지질 시대의 이름이다. 지구 환경을 변화시키는 근본적인 원인이 인간 활동에서 비롯된다는 개념에서 출발한다.
인류세 개념은 당초 제안된 자연과학 분야를 넘어 인문학·사회과학·예술 등 다양한 분야의 연구 활동을 통해 전 지구적인 위기를 진단하고 이를 극복하기 위한 지식 생산과 실천을 추구하는 패러다임으로 부상하고 있다.
무엇보다 융합연구를 통해 인류가 직면한 생태·사회적 위기를 다각도로 이해하고 이를 헤쳐 나가기 위한 공동의 노력이 필요하다는 점을 중점적으로 강조하는 학문 분야다. 이번 심포지엄에서도 융합연구의 특성을 살려 지질학 · 지구시스템과학 · 과학기술학 · 사회학 · 역사학 · 지리학 · 인류학 · 문학 등 다양한 분야의 국내외 학자 40여명이 발표 및 토론자로 참석했다.
이틀간 `인류세의 재난'에 대해 이론적·실천적 논의를 전개한 국내·외 연구자들은 인류세에서 발생하는 재난을 이해하고 헤쳐 가는 다양한 방식들을 논의했다. 다학제적 관점에서 `인류세의 재난을 어떻게 정의하고 규명할 것인가?', `지역적 재난을 전 지구적인 관점에서 바라보고 동시에 전 지구적 위험을 지역적 경험을 통해 해석하는 방법에는 어떤 것들이 있는가?' 등의 구체적인 질문을 통해 인류세의 재난을 극복하기 위한 실천적 방안들도 논의됐다.
심포지엄에 앞서 한국을 방문한 참가자들은 9일 철원 지역 비무장지대(DMZ)를 방문하고, 한국적 인류세의 현장을 둘러보는 시간도 가졌다.
2018년 6월 설립된 KAIST 인류세연구센터에는 학내 여러 학과 및 인공위성연구소가 참여하고 있으며, 한국지질자원연구원과 인류세에 관심 있는 국내 대학 연구진들과 함께 연구 활동을 수행하고 있다.
인류세 현실 감지를 목표로 하는 `센싱(Sensing)' 그룹, 인류세에 대한 기술적이고 제도적인 적응과 실천에 관심을 두는 `인해비팅”(Inhabiting)' 그룹, 인류세에 적용할 대안 탐구를 목표로 하는 `이매니징'(Imagining)' 그룹 등 총 3개의 분야로 구성되어 있다.
이들은 한국적 인류세 공간으로서의 DMZ 연구·인공위성자료와 AI를 활용한 한반도 지표 변화 연구·손상된 지구에서 살아남기 위한 지속가능한 주거, 교통, 생활양식 전환 연구·인류세 게임과 예술작품 연구 등을 수행하고 있다.
나아가 인류세에 대한 인식을 확산하고 더 광범위한 사회 변화를 촉진하기 위해 인류세 교육 콘텐츠 구축 및 서울시립과학관과 함께 인류세 특별전시도 기획중이다. 인류세연구센터의 연구 및 활동 내용, 심포지엄 관련 정보는 인류세연구센터 홈페이지( https://anthropocenestudies.com )에서 찾아볼 수 있다.
[참고] 인류세 국제 심포지엄 참여 주요 해외 학자
윌 스테픈 (Will Steffen, 호주국립대) 지구시스템 과학자. 국제층서학회 인류세실무그룹 소속. 호주 기후 변화 자문회의 의장 및 스웨덴 스톡홀름 회복탄력성 센터 시니어 펠로우를 맡고 있다. 1998년부터 2004년까지 지구 환경 변화 연구를 위한 국제 연구 이니셔티브 IGBP (International Geosphere-Biosphere Programme)의 수석 디렉터로 활동했다. 주요 연구 분야는 기후변화를 중심으로 인간 활동이 지구시스템 변화에 끼친 영향 분석으로, IGBP의 지구시스템 과학자들과 함께 ‘행성적 경계(planetary boundaries)’ 등 인류세 연구의 핵심 개념을 고안했다.
마크 윌리엄스 (Mark Williams, 영국 레스터 대학) 고생물학자, 지질학자. 국제층서학회 인류세실무그룹 소속. 인류세의 생물권(biosphere)이 주요 연구 영역으로, 인류세실무그룹의 의장인 얀 잘라쉐비츠와 함께 지난 10여년간 지질학계의 인류세 논의를 발전시켜 왔다. 이번 심포지엄에서는 “인간에 의해 심대하게 변형된 생물권과 그것이 복지에 대해 갖는 함의”를 주제로 얀 잘라쉐비츠와의 공동 연구에 대해 발표한다.
줄리아 애드니 토머스 (Julia Adeney Thomas, 미국 노터데임 대학)
역사학자. 일본을 중심으로 자연 개념과 정치 이론 등을 연구해왔다. 주요 저서로는 , [공저] 등이 있다. 한국 DMZ에 대한 논문 “The Exquisite Corpses of Nature and History: The Case of the Korean DMZ(자연과 역사의 절묘한 시신: 한국 DMZ를 사례)”를 발표하기도 했다.
개브리엘 헥트 (Gabirelle Hecht, 미국 스탠퍼드 대학)
스탠퍼드 대학 역사학 교수이자 국제안전 및 협력 센터(Centre for International Security and Cooperation)의 핵 안전 분야 전문가로 활동하고 있다. 아프리카의 원자력 발전이 주요 연구 주제이며, 방사성 폐기물, 대기 오염 등을 중심으로 원자력 발전이 아프리카 인류세의 형성에 갖는 역할을 탐색하고 있다. 등의 저서가 있으며, 아프리카 인류세를 다룬 를 집필중이다.
제이미 로리머 (Jamie Lorimer, 영국 옥스퍼드 대학)
옥스퍼드 대 환경지리학과 교수. 아시아 코끼리 보전, 네덜란드 간척지 재야생화, 미생물, 유럽의 식물 기반 식단 등을 연구해왔다. 야생동물, 유해 동물, 미생물 등 ‘자연’을 이해하는 다양한 방식과 이것이 자연-인간 관계에 갖는 함의에 관심이 있다. (2015) 등을 집필했다. 이번 심포지엄에서는 “친생물적 행성: 인류세의 역풍과 가이아 과학의 부상”을 주제로 발표한다.
엘리자베스 들러그리(Elizabeth M. DeLoughrey, 미국 UCLA)
UCLA 환경과 지속가능성 센터 및 영문학과 교수. 카리브해와 태평양의 섬 문화권을 중심으로 문학, 식민주의와 환경이 교차하는 지점에 관심이 있다. 환경에 대한 인문사회적 접근을 다루는 국제 학술지 의 편집위원. 저서로 , 등이 있다.
스캇 개브리얼 노울즈 (Scott Gabriel Knowles, 미국 드렉셀 대학)
드렉셀 대학 역사학과 교수. 인류세의 재난이 주요 연구 분야다. 저서로 , [출간 예정]이 있다. 인류세의 재난이 주요 연구 분야로, 한국의 세월호 참사에 대해서도 관심을 갖고 연구를 수행했다. 이번 심포지엄에서는 “미국 걸프만의 느린 재난”을 주제로 발표한다.
2019.12.18
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전산학부, 인공지능+법률 융합 심포지엄 개최
우리대학 전산학부(학부장 김명호)는 오는 22일(금) 서울 서초구 변호사회관에서 `법률 인공지능의 혁신'을 주제로 심포지엄을 개최한다.
`인공지능+법률' 심포지엄은 전산학부가 올해 초에 조직·출범시킨 AI+X 포럼(의장 맹성현 교수)이 주최하는 행사로 정치학·교육학·공학·응용과학·언론학에 이어 여섯 번 째 개최하는 융합 심포지엄 시리즈로 기획됐다.
전산학부는 그동안 AI가 기술 경쟁을 넘어 사회의 다양한 영역에 걸쳐 강한 영향력을 미칠 것에 대비해 정치·정책·교육·법·노동·생명·예술 등과 어떻게 융합할 수 있으며 이에 따른 순기능과 부작용 등 인공지능의 미래를 고민해 보는 AI+X 심포지엄을 대덕 연구단지를 중심으로 개최해 왔다.
이번 심포지엄에서는 로봇 판사 및 로봇 변호사의 가능성 및 필요성에 대한 관심이 급증하는 시대상을 반영해 법률 인공지능의 해외 도입 사례와 국내에서 시도된 다양한 사례들을 중심으로 하는 `법률 인공지능의 혁신(AI for Law)'을 주로 다룰 예정이다.
또한, 법률 인공지능 기술의 국내외 기술 수준을 진단하고 사례를 소개하는 `인공지능 실무의 법적 쟁점들(Law for AI)'도 논의할 계획이다.
이를 위해 인공지능 전문 지식을 겸비한 현직 변호사·법학전문대학원 교수·국내 ICT 기업 임원·한국금융연구원 관계자 등이 발제자로 나서 총 7개의 소주제를 청중과 공유한다.
뿐만 아니라, 법률 서비스 분야 AI 활용을 위한 법조계·산업계·공학계의 협력 방안을 마련하기 위해 참석한 전문가들이 함께 논의하고 향후 발전 방향을 모색하는 종합 토론 시간도 갖는다.
이번 심포지엄은 최근 발족한 인공지능법학회(회장 건국대학교 이상용 교수)가 공동 주최하며, 향후 `인공지능+법' 분야의 융합 연구와 교육을 국가적 차원에서 육성하기 위한 중요한 시발점이 될 것으로 기대된다.
한편, AI+X 포럼은 특이점을 향해 무한 질주 중인 인공지능 기술 경쟁이 사회의 곳곳에 거스를 수 없는 변화를 일으키고 있는 시대를 맞아 `우리는 융합적 관점에서 무엇을, 어떻게 준비해야 할 것인가'에 대한 질문으로 시작됐다.
현재 6명의 우리 대학 전산학부 교수가 AI+X 포럼을 운영하고 있으며, 전산학부에서는 MARS인공지능 통합연구센터 소장인 오혜연 교수를 비롯해 인공지능 분야의 핵심 교수 10여 명을 포함한 총 20여 명의 KAIST 내·외부 교수가 인공지능 관련 융합연구 및 교육을 담당하고 있다.
AI+X 포럼은 X에 해당하는 사회의 다양한 영역을 위한 인공지능 기술의 발전 방향 제시와 인공지능기술이 X 분야에 미치는 사회적 영향을 어떻게 준비할 것인가 등 크게 두 가지의 주제를 다뤄왔다.
5회에 걸쳐 진행된 지난 심포지엄에서는 `기술 발전 및 응용을 위한 융합 연구의 중요성', `인공지능 기술이 사회의 전반적인 영역에 미치는 영향', `다양한 산업 영역이 인공지능 기술 경쟁력을 갖추기 위해 배출해야 할 인재를 어떻게 양성할 것인가' 등의 핵심 이슈를 거론해왔다.
포럼 의장을 맡은 맹성현 전산학부 교수는 "융합 DNA라는 학문의 특성을 가진 전산학 분야는 책임 의식을 가지고 인공지능기술의 중심적인 위치에서 타 분야와의 대화를 이끌어 극한 글로벌 경쟁에 대비해야 한다ˮ고 포럼의 취지를 설명했다.
맹 교수는 이어, "세계적인 수준의 경쟁력으로 우리나라 인공지능 기술 개발의 핵심 역할을 해온 KAIST 전산학부가 다양한 영역의 전문가들과 심도 있는 논의를 이어가고 있다는 것은 4차산업혁명 시대를 선도하기 위한 적극적인 노력으로 주목할 필요가 있다ˮ고 강조했다.
`인공지능+법률' 심포지엄은 인터넷 사이트( http://bit.ly/aipluslaw )에서 등록할 수 있으며 그동안 진행된 AI+X 포럼의 내용은 홈페이지( http://aix.kaist.ac.kr/ )에서 확인할 수 있다.
2019.11.18
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김희탁 교수, 바나듐레독스 흐름전지용 전해액 신공정 개발
〈 김희탁 교수, 허지윤 박사과정, KIER 이신근 박사〉
우리 대학 생명화학공학과/나노융합연구소 차세대배터리센터 김희탁 교수와 한국에너지기술연구원(원장 곽병성) 에너지소재연구실 이신근 박사 공동연구팀이 생산 비용을 40% 줄인 바나듐 레독스 흐름전지용 고순도 전해액 생산 공정 개발에 성공했다.
허지윤 박사과정이 1 저자로 참여한 이번 연구 결과는 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈 (Nature Communications)’ 9월 27일 자 온라인판에 게재됐고, 우수성을 인정받아 에디터 하이라이트(Editor’s Highlight)로 선정됐다. (논문명: Catalytic production of impurity-free V3.5+ electrolyte for vanadium redox flow batteries)
최근 리튬이온전지 기반 대용량 에너지 저장장치의 발화사고가 빈번하게 발생하면서 수계 전해질을 이용하는 비 발화성 바나듐 레독스 흐름전지에 대한 관심이 커지고 있다.
바나듐 레독스 흐름전지는 안전성뿐 아니라 내구성 및 대용량화의 장점이 있어 대용량 에너지 저장장치로의 응용이 기대되고 있으나, 리튬이온전지 대비 높은 가격으로 인해 시장 확대가 지연되고 있다.
바나듐 레독스 흐름전지의 부품 소재 중 바나듐 전해액은 전지의 용량, 수명과 성능을 결정하는 핵심 소재이며 전체 전지 가격의 50% 이상을 차지하고 있어, 바나듐 전해액의 저가격화는 바나듐 레독스 흐름전지 시장 확대의 핵심이라 할 수 있다.
상업적으로 이용되는 바나듐 전해액은 3.5 가의 산화수를 가지며, 이는 5가의 바나듐옥사이드(V2O5) 전구체를 전기분해를 이용해 환원시켜 제조된다. 그러나 전기분해 방식은 고가의 전기분해 장치가 필요하고 에너지 소비가 크며 전기분해 중 생성되는 높은 산화수의 전해액의 재처리가 필요하다.
이에 전기분해 방식을 벗어나 화학적으로 바나듐을 환원시키는 공정이 전 세계적으로 연구됐지만, 환원제의 잔류물에 의한 전해액 오염으로 인해 상업화에 성공한 사례가 없었다.
김 교수와 이 박사 공동연구팀은 유기 연료전지의 촉매 기술을 응용해 잔류물이 남지 않는 환원제인 포름산의 활성을 증대시켜 바나듐을 3.5가로 환원시키는 기술을 개발했다.
연구팀은 이 기술을 이용해 시간당 2리터(L)급 촉매 반응기를 개발했고 연속 공정을 통한 고순도의 3.5가 바나듐 전해액 생산에 성공했다.
이번 촉매반응을 이용한 제조공정은 전기분해 방식 대비 효율적인 공정 구조를 가져 생산 공정 비용을 40% 줄일 수 있다. 또한, 촉매 반응기를 통해 생산된 전해액은 기존 전기분해 방식으로 만들어지는 전해액과 동등한 성능을 보여 그 품질이 검증됐다.
나노융합연구소 차세대배터리센터장 김희탁 교수는 “촉매를 이용한 화학적 전해액 제조기술은 원천성을 가지고 있어, 비 발화성 대용량 에너지 저장장치 분야의 국가 경쟁력을 높일 수 있다”라고 말했다.
한국에너지기술연구원 에너지소재연구실 이신근 박사는 “한국에너지기술연구원에서 개발된 촉매 반응기를 통해 기술의 산업화가 촉진될 것으로 기대한다”라고 말했다.
이번 연구는 산업통상자원부 한국에너지기술평가원 ESS기술개발 사업의 지원을 받아 KAIST, 에너지기술연구원, 연세대학교, ㈜이에스가 참여한 컨소시엄을 통해 개발됐다.
□ 그림 설명
그림1. 촉매반응을 통한 3.5가 바나듐 전해액의 생산 및 기존 전기분해를 이용한 3.5가 전해액 생산 비교
그림2. 연구에서 개발된 촉매반응기 및 이를 이용한 전해액 연속 제조
2019.10.28
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10월 30일 인공위성 연구소 창립 30주년 기념식 개최
우리 대학은 국내 최초의 인공위성을 쏘아 올린 KAIST 인공위성연구소(SaTReC·소장 권세진)의 창립 30주년 기념식을 오는 10월 30일(수) 대전 본원 대강당에서 개최한다.
기념식에는 KAIST 인공위성연구소의 초대 소장이자 우리나라 최초의 국적 위성인 `우리별 1호'의 아버지로 불리는 故 최순달 전 체신부 장관 가족, 최원호 과학기술정보통신부 거대공공연구정책관·원광연 국가과학기술연구회 이사장·임철호 한국항공우주원 원장·이형목 한국천문연구원 원장 등 정부 및 항공우주연구 분야의 산·학·연 관계자 등 약 100여 명이 참석할 예정이다.
KAIST 인공위성연구소는 1989년 8월 인공위성연구센터로 설립되었으며, 1990년 2월 한국과학재단의 위성 분야 우수연구센터(ERC)에 선정됐다. 설립 직후부터 우주 분야의 인력 양성과 위성기술전수를 위해 영국 서리대학(University of Surrey)과 국제 공동 연구 협약을 맺고 전기전자·물리학·통신·제어·회로 등 다양한 전공 배경을 가진 우수한 학생 5명을 파견해 인공위성 개발에 착수했다.
서리 대학의 기술을 전수받아 완성한 우리별 1호는 1992년 8월 남미 기아나 쿠루 우주기지에서 발사에 성공했다. 이를 통해, 대한민국은 세계에서 22번째로 위성을 보유한 나라가 되었으며, 1993년 9월에는 국내제작위성인 우리별 2호 개발 완료 및 발사를 성공시켰다.
이후, 1990년대 우리별시리즈 3기, 2000년대 과학기술위성시리즈 5기(나로과학위성포함), 차세대소형위성 1기 등 총 9기를 개발했다.
KAIST 인공위성연구소는 국내 연구진이 자체적으로 위성을 개발할 수 있는 기술적 토대를 마련하는 핵심 역할을 수행했으며, 지난 30년 동안 어려운 여건 속에서도 위성에 대한 열정과 도전으로 우리나라 소형 위성 개발을 선도해왔다.
지속적인 연구 개발을 통해 우리별 시리즈, 과학기술위성 시리즈, 차세대소형위성 시리즈를 개발 및 운용을 진행 중이며, 소형위성을 통한 지구관측·우주관측·우주핵심기술검증 및 국가우주개발 전문 인력 양성 등에 기여하고 있다.
특히, 2013년 1월 30일에 발사된 나로과학위성(STSAT-2C)은 우리나라 최초의 발사체인 나로호(KSLV-I)의 우주 궤도 진입을 검증하는데 기여했다.
현재, 독자적인 국내 기술로 개발한 영상레이더 시스템을 탑재한 차세대소형위성 2호를 개발하고 있으며, 2022년 한국형 발사체에 탑재하여 우리 땅에서 우리 기술로 발사할 예정이다.
30일 열리는 기념식에서는 KAIST 인공위성연구소 설립 및 발전에 기여한 연구원들에게 공로를 치하할 예정이다. 우리나라의 인공위성의 선구자인 故최순달 초대 소장에게 감사패가 수여 되며 이번 행사를 위해 미국에서 방문한 최 박사의 가족이 대신 수령하게 된다.
권세진 KAIST 인공위성연구소장은 "우주개발을 위해 일생을 바친 최순달 박사의 숭고한 정신을 이어받아 대한민국의 미래 우주기술 개발에 헌신을 다하겠다ˮ고 말했다. 권 소장은 이어 "우주 기술을 사회에 돌려줘야 한다는 책임 의식을 가지고 우주를 향한 꿈을 펼쳐 가겠다.ˮ고 밝혔다.
한편, 30일엔 기념식의 일환으로 오후 1시 30분부터는 미래우주기술 워크숍이 개최된다. 과학기술위성 1호의 관측 결과(물리학과 민경욱 교수), 초고속 광학기술의 차세대 인공위성 응용/탑재방안(기계공학과 김영진 교수), 우리나라 전기추력 연구개발 현황 및 전망(원자력및양자공학과 최원호 교수) 등 우주분야 연구를 수행하는 8인의 KAIST 교수진이 연사로 나설 예정이다.
2019.10.23
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윤동기 , 김형수 교수, DNA 마이크로패치 제작 기술 개발
〈 윤동기 교수, 김형수 교수, 박순모 연구원 〉
우리 대학 화학과/나노과학기술대학원 윤동기, 기계공학과 김형수 교수 공동 연구팀이 마이크로 크기의 DNA 2차원 마이크로패치 구조체를 제작하고 이를 제어, 응용하는 기술을 개발했다.
윤 교수 연구팀은 커피가 종이에 떨어지고 물이 마르면 동그랗게 환 모양이 생기는 이른바 ‘커피링 효과’라 불리는 현상을 DNA 수용액에 적용해 세계 최초로 DNA 기반의 마이크로패치를 제작했다.
차윤정 박사, 박순모 박사과정 학생이 공동 1 저자로 참여한 이번 연구는 국제 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)’ 6월 7일 자 온라인판에 게재됐다. (논문명 : Microstructure arrays of DNA using topographic control)
유전 정보를 저장하는 기능을 하는 DNA는 이중나선 구조와 나노미터 주기의 규칙적인 모양을 가져 소재 분야에서 일반적인 합성방법으로는 구현하기 힘든 정밀한 구조재료이다. 정밀한 DNA 합성과 오리가미(Origami) 기술을 이용해 스마일 패치(smile patch) 등의 재미있는 모양을 구현해 왔지만, 재료의 가격이 높아 실제 응용에 어려움을 겪었다.
윤 교수 연구팀은 이를 극복하기 위해 연어에서 추출한 DNA 물질을 이용해 기존보다 1천 배 이상 저렴한 비용으로 잘 정렬된 뜨개질(knit) 혹은 아이스크림콘 모양의 기존에 없던 마이크로패치 구조체를 대면적에서 구현했다.
연구팀은 DNA가 물에 녹으면 마치 물풀과 끈적끈적해지면서 서로 적당한 힘으로 끌어당기며 일정한 방향으로 정렬하는 액정상(liquid crystal phase)을 보인다는 점에 주목했다.
액정 표시장치(LC display 혹은 LCD)에서 액정분자들이 전기장을 통해 방향성이 제어되는 것처럼 수용액 상태의 DNA 액정상이 두 기판 사이에서 문질러지며 물의 증발이 이뤄질 때 DNA 나노 구조체들이 원하는 방향으로 정렬하게 된다. 과일 잼을 식빵에 바르면 과일 알맹이(pulp)가 한 방향으로 잘 펴 발라지면서 마르는 현상과 유사하다.
연구팀은 DNA가 한 방향으로 문질러져서 마를 때 바닥에 평평한 기판 대신 일정한 모양을 갖는 수 마이크론 크기의 기둥(혹은 요철)들이 있는 기판을 사용하면 2차원의 뜨개질 모양, 아이스크림콘 모양 등 좀 더 흥미로운 들을 제작할 수 있음을 확인했다.
또한, 금 나노막대와 같은 플라즈몬 공명(plasmon resonance)을 나타내는 소재와 결합해 디스플레이 소자에 응용을 시도했다. 플라스몬 공명은 금속으로 만들어진 기판에 빛을 쪼일 때 그 표면 위에서 전자가 일정하게 진동하면서 자신의 에너지와 일치하는 빛에만 반응하는 현상으로 특정한 색만 반사하여 선명도와 표현력을 높이는 데 사용된다.
이 방식에서 가장 중요한 점은 어떤 방향으로 금 나노막대가 정렬하는지를 나타내는 배향(orientation)이다. 즉 막대들이 한 방향으로 나란히 정렬될 때 광학·전기 특성이 극대화된다. 윤 교수 연구팀은 이러한 점에 착안해 DNA 마이크로패치를 일종의 틀로 삼아 금 나노막대들을 독특한 형태로 배향하고 플라즈몬 컬러 기판을 제작하는 데 성공했다.
연구팀이 개발한 DNA 2차원 마이크로패치 제작 기술은 DNA를 구조재료 및 전자소재로써 활용할 수 있는 단서를 마련했을 뿐 아니라 증발 현상과 DNA 액정물질이 접목될 때 나타나는 독특한 형태의 복잡한 분자 거동 해석에 대한 단서를 제공할 것으로 기대된다.
윤 교수는 “연구를 통해 밝힌 것처럼 DNA가 금 나노막대와 같은 광학 소재와 복합체를 쉽게 만들 수 있는 만큼, 자연계에 무한히 존재하는 DNA를 디스플레이 관련 분야의 신소재로서 응용할 수 있을 것으로 기대한다”라고 말했다.
이번 연구는 과학기술정보통신부-한국연구재단의 전략과제, 멀티스케일 카이랄 구조체 연구센터, 미래유망 융합기술 파이오니아사업과 신진연구 과제의 지원을 받아 수행됐다.
□ 그림 설명
그림1. DNA 분자 배향 모식도
그림2. DNA-금 막대 입자 복합체의 배향 양상과 나타나는 플라즈모닉 광학 현상
2019.06.18
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K-School 5기 서현선, 이준성 학생, 한-핀란드 대학생 연합 해커톤 우승
우리 대학 K-School 5기 서현선, 이준성 학생이 포함된 ‘주블리’ 팀이 문재인 대통령 핀란드 순방 일정의 하나로 지난 11일부터 무박 27시간 동안 개최된 대학생 연합 해커톤에서 우승했다.
우승한 ‘주블리’ 팀은 우리 대학을 포함한 충남대학교, 한국교통대학교, 핀란드 알토 대학(Aalto Univ)으로 이뤄진 연합 팀으로, 이번 우승을 통해 중소벤처기업부장관과 핀란드 경제고용부장관이 공동 수여하는 ‘혁신상’이 수여됐다.
이번 행사는 한국의 하드웨어 액셀러레이터인 N15과 유럽 최대 해커톤 전문 비영리기관 중 하나인 핀란드 정션(Junction) 공동 주관으로 헬싱키 콩그레스 빠시또르니에서 열렸다.
해킹과 마라톤의 합성어를 뜻하는 해커톤은 개발자, 기획자, 디자이너 등이 모여 팀을 구성해 마라톤을 하듯 주어진 시간 동안 아이디어 창출, 기획, 프로그래밍을 통해 결과물을 만드는 대회이다.
해커톤에는 한국과 핀란드 대학생 50여 명이 참가했으며 양국 학생들을 섞어 8개 연합팀을 구성해 진행했다. 해커톤 주제는 지난 11일 양국 정상이 해커톤 행사장을 방문해 제시한 ‘친환경 미래도시- Eco-friendly Green City of the Future’ 였다.
혁신상을 받은 ‘주블리’ 팀은 모바일 어플리케이션을 통한 노인 치매 모니터링 및 커피찌꺼기로 만든 친환경 IoT 플랫폼을 선보였다.
어플리케이션을 통해 노인이 지속적으로 운동, 수면 등의 건강관리를 할 수 있으며, GPS를 활용해 근처의 다른 노인들과 함께 운동을 포함한 사회활동을 함께 할 수 있는 플랫폼이다. 커피찌꺼기 기반의 플랫폼을 통해 환경 문제를 해결하는 동시에 노인들의 건강관리 효과를 극대화할 수 있다는 점을 인정받았다.
중기부는 혁신상 수상 팀에게 ‘K스타트업 그랜드 챌린지’ 참가 시 서류평가 면제 및 본선 진출권을 주고, ‘예비창업패키지 지원사업’을 신청할 경우 선정평가 과정에서 우대할 계획이다.
해커톤 심사를 맡은 도시환경 전문가 빠트릭 홀로파이넨 씨는 “주블리의 제품은 우리가 일상에서 많이 배출하는 커피찌꺼기를 활용해 그린시티를 만들 수 있다는 아이디어가 참신했다”라고 평가했다.
해커톤에서 우승한 서현선 학생은 “각자 가진 강점을 공유하며 밤새워 연속된 회의는 분명히 힘들었지만, 결과에서 얻어지는 즐거움보다 과정에서 얻는 즐거움이 더 클 수 있다는 것을 실감하는 기회가 됐다.”라고 말했다.
2019.06.17
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강정구 교수, 금속유기골격체의 흡착 거동 실시간 분석 성공
〈 강정구 교수 〉
우리 대학 EEWS대학원 강정구 교수 연구팀이 금속유기골격체(MOF, metal organic framework)의 각 세부 기공에서 분자의 흡착 거동을 실시간 분석할 수 있는 기술을 개발했다.
조해성 박사가 주도한 이번 연구는 ‘네이처 케미스트리(Nature Chemistry)’ 5월 13일자 온라인판에 게재됐다. (논문명 : Isotherms of Individual Pores by Gas Adsorption Crystallography)
현재 직면한 에너지와 환경문제를 극복하기 위해서는 온실가스인 이산화탄소, 고용량 에너지 전달체인 메탄, 수소 분자 등을 고용량으로 저장할 수 있는 새로운 기공구조의 개발이 필수적이다.
이에 따라 기체 분자들의 흡착 거동을 실시간 분석해 새로운 소재를 개발하는 방식이 주목받고 있다. 그러나 기존 기술로는 소재 내에서 흡착된 기체 분자의 양만 파악할 수 있어 흡착 거동을 직접 관찰할 수 없었다. 또한, 소재를 구성하는 기공별 가스의 흡착 거동을 분석할 수 없다.
본 연구팀은 문제 해결을 위해 구조적 정보를 얻을 수 있는 X-선 회절(X-ray diffraction, XRD) 측정 장비와 기체흡착 측정 장비를 결합한 실시간 기체흡착 X-선 회절 시스템을 개발했다.
이 시스템은 넓은 비표면적을 갖고 있어 이산화탄소, 수소나 메탄 등의 저장에 매우 용이한 신규소재인 금속 유기골격체의 흡착과정을 실시간 관찰할 수 있다. 특히 단일기공구조가 아닌 여러 기공이 존재하는 금속 유기골격체의 흡착 거동에 대해 분석할 수 있었다.
연구팀은 금속 유기골격체 분자들의 흡착 거동을 기공별로 분리해 관찰 및 측정함으로써 기존에 분석할 수 없었던 분자들의 순차적 흡착과정을 확인했다. 나아가 기공의 구조 및 흡착 분자의 종류가 흡착 거동에 어떤 영향을 미치는지 체계적, 정량적으로 분석해 각각의 흡착에 어떤 구조의 금속 유기골격체가 저장 소재로 가장 적합한지에 대한 방안도 제시했다.
강 교수는 “각 기공 분자의 실시간 흡착 거동을 정량적으로 분석해 기공의 화학적 성질과 구조적 특성이 흡착 거동에 미치는 영향을 밝혔다”라며 “분자의 실시간 흡착 거동을 물질 전체가 아닌 물질을 구성하는 세부 기공 수준에서 이해함으로써 새 고용량 저장 물질을 세밀하게 개발하는 데 활용할 예정이다”라고 말했다.
이번 연구는 과학기술정보통신부 글로벌프론티어사업의 지원을 받아 수행됐다.
□ 그림 설명
그림1. 다양한 구조의 세부 기공을 갖는 금속유기골격체에 흡착된 분자들의 도식화 그림
그림2. 세 가지 다른 세부기공을 갖는 금속유기골격체에서의 분자의 흡착 거동
2019.06.10
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이상엽 교수, 포도향 생산하는 미생물 개발
〈 이상엽 특훈교수 〉
〈 1저자 루오 쯔 웨(Zi Wei Luo) 박사후 연구원, 조재성 박사과정 〉
우리 대학 생명화학공학과 이상엽 특훈교수 연구팀이 대사공학 기법을 이용해 재조합 미생물 기반의 포도향을 생산하는 공정을 개발했다.
연구팀의 기술은 재생 가능한 탄소 순환형 바이오매스를 통해 화학적 촉매 반응 없이 순수한 생물학적 공정만으로 메틸안트라닐산을 제조하는 기술이다. 생산 공정이 단순하고 친환경적이기 때문에 경제적인 방식으로 고부가가치 물질인 메틸안트라닐산을 생산할 수 있다는 의의가 있다.
루오 쯔 웨(Zi Wei Luo) 박사후연구원, 조재성 박사과정이 공동 1 저자로 참여한 이번 연구결과는 국제학술지 ‘미국 국립과학원회보(PNAS)’ 5월 13일 자 온라인판에 게재됐고 하이라이트 논문으로 소개됐다. (논문명 : Microbial production of methyl anthranilate, a grape flavor compound)
석유 자원의 고갈과 기후 변화 및 환경 문제 우려가 커지면서 여러 유용한 화학물질 생산을 위한 친환경적이고 지속 가능 공정의 중요성과 관심이 날로 커지고 있다. 특히 대사공학은 재생 가능한 비식용 바이오매스로부터 다양한 천연 및 비천연 화합물 생산을 가능하게 해 지속 가능한 발전을 위한 해결책을 제공해 왔다.
그러나 식물 유래의 천연화합물 생산을 위한 미생물 개발은 여전히 부족해 계속 도전해야 할 분야로 남아있다.
메틸안트라닐산은 콩코드 포도 특유의 향과 맛을 내는 주요 천연화합물로 여러 과일 및 식물에 함유돼 있다. 화장품이나 의약품 등에 향미 증진제로 광범위하게 사용되는 물질로 다방면으로 활용할 수 있다.
그러나 식물에서 메틸안트라닐산을 추출하는 방식은 경제성이 낮아 지난 100여 년간 유기용매를 사용하는 석유 화학적 방법으로 제조돼 인공착향료로 분류됐다.
이 특훈교수 연구팀은 대사공학 기법으로 미생물의 대사 회로를 설계해 포도당과 같이 재생 가능한 바이오매스로부터 100% 천연 메틸안트라닐산을 화학 촉매 없이 효율적으로 생산하는 공정을 최초로 개발했다.
연구팀은 이상(二相) 추출 발효 과정을 이용해 생산되는 메틸안트라닐산 메틸을 정제하는 방법도 개발했다.
이 특훈교수는 “지난 100년 동안 석유화학 기반으로만 생산된 메틸안트라닐산을 100% 바이오 기반의 친환경 방식으로 생산할 수 있게 된 기술이다”라며 “천연 메틸안트라닐산은 향후 식품, 의약품 및 화장품 산업에 다방면으로 이용할 수 있을 것이다”라고 밝혔다.
이번 연구는 과학기술정보통신부가 지원하는 기후변화대응기술개발사업의 ‘바이오리파이너리를 위한 시스템대사공학 원천기술개발 과제’의 지원을 받아 수행됐다.
□ 그림 설명
그림1. 메틸안트라닐산 생산 과정
2019.05.20
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2019 KAIST 교육혁신의 날 개최
우리대학이 10일 대전 본원 학술문화관(E9) 5층 정근모컨퍼런스홀에서 ‘제1회 2019 KAIST 교육혁신의 날(KAIST Education Innovation Day)’을 개최한다.
이 행사는 KAIST가 교육 혁신을 이룬 교원을 포상하고 격려하며, 우수 사례를 학내 구성원 및 외부와의 공유를 통해 교육 혁신의 가치를 확산하기 위해 올해 처음으로 만들었는데 KAIST 동문장학재단 임형규 이사장과 발전재단 이수영 회장이 기부한 기금이 밑거름이 됐다.
KAIST 관계자는 “4차 산업혁명 시대를 선도할 수 있는 역량 있는 인재 육성과 교육 혁신에 대한 필요성이 증대되는 시대적 요구를 반영해 KAIST 교육혁신의 날을 제정, 시행키로 했다”고 말했다.
KAIST 핵심가치인 창의·도전·배려정신을 함양한 인재양성, 융·복합 교육 및 메타지식 확산 등에 기여한 교원에게 수여하는 ‘링크제니시스 베스트 티처 어워드(LINKGENESIS Best Teacher Award)’ 대상에는 이태억 교수(산업및시스템공학과)가 선정됐다. 우수상은 한순규 교수(화학과)와 김영철 교수(원자력및양자공학과)가 받는다.
이와 함께 최근 5년 이내에 에듀케이션 4.0과 KAIST MOOC(온라인 공개강좌)에 참여하고 교수법 혁신 및 교육 기부를 통한 사회공헌 등으로 KAIST의 교육수준 향상에 기여한 교원에게 주는 ‘이수영 교수학습혁신상’ 대상에는 문일철 교수(산업및시스템공학과)가 선정되었으며 박성홍 교수(바이오및뇌공학과)와 이재우 교수(생명화학공학과)가 각각 우수상을 수상한다.
(좌) 링크제니시스 베스트 티처 어워드(LINKGENESIS Best Teacher Award) 대상 수상자 이태억 교수
(우) 이수영 교수학습혁신상 대상 수상자 문일철 교수
대상 수상자 2명에게는 각각 1천만 원, 우수상 수상자 4명에게는 각각 5백만 원의 상금이 수여된다.
이날 행사에서는 이들 수상자 6인의 교육 혁신 사례와 함께 미래 대학의 성공적인 모델로 최근 급부상 중인 미네르바 스쿨의 켄 로스(Kenn Ross) 아시아 총괄 디렉터를 특별연사로 초청해 글로벌 교육 혁신 사례를 생생하게 듣는 자리도 마련돼 있다.
신성철 총장은 “교육 혁신을 통해 4차 산업혁명을 선도할 창의(Creativity), 협업(Collaboration), 융합(Convergence), 배려(Caring)의 ‘4C’인재를 양성해 세계 과학기술 발전에 선도적 역할을 담당하고, 국가와 인류 번영에 기여할 수 있길 기대한다”고 강조하고 수상자들을 격려했다.
2019.05.09
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THE 2019 세계대학 영향력 순위 ‘산업·혁신 및 인프라’ 부문 세계 4위
〈THE 2019 세계대학 영향력 순위 발표 현장에서 축사하는 신성철 KAIST 총장 〉
영국의 글로벌 대학평가기관인 THE(Times Higher Education)가 3일 오후 발표한 ‘2019 세계대학 영향력 순위(University Impact Rankings)’에서 우리 대학이 ‘산업·혁신 및 인프라(Industry·Innovation & Infrastructure)’ 부문에서 세계 4위를 차지했다.
KAIST는 특히 세계 4위를 차지한 SDG 9(산업·혁신 및 인프라) 부문의 세부 항목인 ‘특허·논문·산업체 연구비’ 분야에서 평가지표 점수 10점 만점 중 9.9점을 기록해 세계 최고의 지식창출 기관임을 재확인했다.
UN이 2015년 채택한 17개 지속 성장 가능 목표(이하 SDGs, Sustainable Development Goals)를 지표로 대학의 사회적·글로벌 영향력을 평가하기 위해 새로이 도입된 이번 ‘세계대학 영향력 순위’는 KAIST에서 4일까지 열리고 있는 ‘2019 KAIST-THE 이노베이션 & 임팩트 서밋’에서 최초로 공개됐다.
THE는 이번 순위발표에서 UN이 정한 17개 SDGs 가운데 11개만을 평가 항목으로 삼았다. 11개 평가 항목은 ▲건강과 복지 ▲교육의 질 ▲양질의 일자리 및 경제 성장 ▲산업·혁신 및 인프라 ▲불평등 완화 ▲지속 가능한 도시 및 지역 사회 ▲지속 가능한 소비 및 생산 ▲기후 변화 대응 ▲평화·정의 구현을 위한 확고한 제도 ▲지속 가능한 발전을 위한 협력 등 이다.
THE의 이번 평가에는 아시아·유럽·북아메리카·남아메리카·오세아니아·아프리카 등 전 세계 6개 대륙, 75개국에서 551개 기관이 평가 대상으로 참여했다.
KAIST는 작년 3월부터 ‘글로벌 가치창출 선도대학’이라는 ‘비전 2031’을 수립, 선포하고 교육·연구·기술사업화·국제화·미래전략 등 5개 분야에서 혁신을 주도하고 있다. KAIST는 특히 산업계 논문 인용 영향력, 특허 성공률 등 기술사업화 분야에서는 이전부터 두각을 나타내 데이터 및 뉴스 서비스 기업인 로이터가 선정하는‘아시아 최고 혁신대학’ 순위에서도 2016년부터 3년 연속 1위를 차지한 바 있다.
로이터는 ▲특허출원 수 ▲특허 성공률 ▲국제특허 ▲산업계 논문인용 영향력 등 10개 지표를 고려해 매년 순위를 발표하고 있다.
〈행사 도우미 휴보와 함께 순위를 발표하는 던칸 로스(Duncan Ross) THE 데이터 담당자〉
이재형 KAIST 국제협력처장은 “다변화돼가고 있는 국제적 추세에 따라 대학의 역할도 다양해지고 있는 만큼 대학의 영향력을 평가하는 잣대도 함께 변화해야 한다”며 “THE가 올해 처음 시도한 세계대학 영향력 순위(Impact Rankings)는 평가 기준을 다양하게 확대했다는 점에서 의미가 크다”고 설명했다.
THE는 일부 선진국 우수대학들의 성취도 평가에 그쳤던 기존의 대학평가 방식에서 벗어나 이번에는 각 대학의 지속 성장 가능 지수를 바탕으로 대학의 역량과 사명을 평가하는 새로운 접근 방식을 처음으로 채택했다.
필 베티(Phil Baty) THE 편집장은 “인류의 보편적 문제·지구 환경문제·경제·사회 문제 등의 해결을 위한 연구(research), 지속 가능한 성장 목표를 위한 기관의 운영과 관리(stewardship), 국가 및 지역에 기여하는 대학의 사회공헌활동(outreach) 등을 큰 틀로 정해서 매년 순위평가를 이어갈 방침”이라고 밝혔다.
신성철 KAIST 총장도 “국가 발전의 성장 동력이 되는 지식창출에 헌신해 온 KAIST 또한 UN이 정한 17개 지속 성장 가능 목표를 새로운 지표로 삼아 글로벌 가치를 창출하는 선도대학으로 거듭나는 계기가 될 것”이라고 강조했다.
2019.04.04
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김필한 교수, 패혈증 환자의 폐 손상 원인 밝혀
〈 김필한 교수 〉
우리 대학 의과학대학원/나노과학기술대학원 김필한 교수 연구팀이 3차원 생체현미경 기술을 통해 패혈증 폐에서 모세혈관과 혈액 내 순환 세포를 고해상도 촬영하는 데 성공했다.
연구팀은 패혈증 폐의 모세혈관 내부에서 백혈구의 일종인 호중구(好中球, neutrophil)들이 서로 응집하며 혈액 미세순환의 저해를 유발하고, 나아가 피가 통하지 않는 사강(死腔, dead space)을 형성함을 규명했다.
연구팀은 이 현상이 패혈증 모델의 폐손상으로 이어지는 조직 저산소증 유발의 원인이 되며, 호중구 응집을 해소하면 미세순환이 개선되며 저산소증도 함께 호전됨을 증명했다.
박인원 박사(현 분당서울대학교병원 응급의학과)가 주도한 이번 연구결과는 의학 분야 국제 학술지 ‘유럽호흡기학회지(European Respiratory Journal)’에 3월 28일 자에 게재됐다.
폐는 호흡을 통해 생명 유지의 필수 작용인 산소와 이산화탄소 간 가스 교환을 하는 기관으로 이는 적혈구들이 순환하는 수많은 모세혈관으로 둘러싸인 폐포(肺胞)에서 이뤄진다.
폐포의 미세순환 관찰을 위해 연구자들이 지속적인 노력을 하고 있으나 호흡을 위해 항상 움직이는 폐 안의 모세혈관과 적혈구의 미세순환을 고해상도로 촬영하는 것은 매우 어려웠다.
연구팀은 자체 개발한 초고속 레이저 스캐닝 공초점 현미경과 폐의 호흡 상태를 보존하면서 움직임을 최소화할 수 있는 영상 챔버를 새롭게 제작했다. 이를 통해 패혈증 동물모델의 폐에서 모세혈관 내부의 적혈구 순환 촬영에 성공했다.
이 과정에서 패혈증 모델의 폐에서 적혈구들이 순환하지 않는 공간인 사강이 증가하며 이곳에서 저산소증이 유발되는 것을 발견했다. 이는 혈액 내부의 호중구들이 모세혈관과 세동맥 내부에서 서로 응집하며 갇히는 현상으로 인해 발생함을 밝혔다. 갇힌 호중구들은 미세순환 저해, 활성산소의 다량 생산 등 패혈증 모델의 폐 조직 손상을 유발하는 것도 확인했다.
연구팀은 추가 연구를 통해 폐혈관 내부의 응집한 호중구가 전신을 순환하는 호중구에 비해 세포 간 부착에 관여하는 Mac-1 수용체(CD11b/CD18)가 높게 발현함을 증명했다. 이어 Mac-1 저해제를 패혈증 모델에 사용하여 호중구 응집으로 저해된 미세순환을 개선하고 저산소증의 호전과 폐부종 감소를 증명했다.
연구팀이 독자 개발한 최첨단 고해상도 3차원 생체현미경 기술은 살아있는 폐 안 세포들의 실시간 영상촬영이 가능해 패혈증을 포함한 여러 폐 질환의 연구에 다양하게 활용될 것으로 기대된다.
연구팀의 폐 미세순환 영상촬영 및 정밀 분석 기법은 향후 미세순환과 연관된 다양한 질환들의 연구뿐 아니라 새로운 진단기술 개발 및 치료제의 평가를 위한 원천기술로 활용될 것으로 보인다.
김 교수 연구팀의 3차원 생체현미경 기술은 KAIST 교원창업기업인 아이빔테크놀로지(IVIM Technology, Inc)를 통해 상용화돼 올인원 생체현미경 모델 ‘IVM-CM’과 ‘IVM-C’로 출시됐으며 여러 인간 질환의 복잡한 발생 과정을 밝히기 위한 기초 의․생명 연구의 차세대 첨단 영상장비로서 미래 글로벌 바이오헬스 시장에 핵심 장비로 활용될 예정이다.
김 교수는 “패혈증으로 인한 급성 폐손상 모델에서 폐 미세순환의 저해가 호중구로 인하여 발생하며, 이를 제어하면 미세순환 개선을 통해 저산소증 및 폐부종을 해소할 수 있어 패혈증 환자를 치료하는 새로운 전략이 될 수 있음을 새롭게 밝혀냈다.”고 말했다.
이번 연구는 의과학대학원 졸업생 박인원 박사가 1저자로 참여했고 유한재단 보건장학회, 교육부 글로벌박사펠로우쉽사업, 과학기술정보통신부의 글로벌프론티어사업과 이공분야기초연구사업, 그리고 보건복지부의 질환극복기술개발사업의 지원을 받아 수행됐다.
□ 그림 설명
그림1. 초고속 레이저주사 3차원 생체현미경 시스템
그림2. 생체 내 폐 이미징 기술 개념도 및 사진
2019.04.01
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