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수 나노미터급으로 빛 모으는 3차원 광 장치 개발
우리 대학 물리학과 김명기, 이용희 교수 연구팀이 빛을 수 나노미터급 영역안으로 집속시킬 수 있는 초 고광밀도 삼차원 갭-플라즈몬 안테나(3D gap-plasmon antenna)를 개발했다. 이번 연구는 미국화학회의 나노분야 저널인 ‘나노 레터스(Nano Letters)’ 6월 10일자에 게재됐다. 빛을 한 점으로 집속시키는 연구는 최근까지도 활발하게 이뤄지고 있다. 빛을 고밀도로 집속시킬수록 다양한 분야에서 활용 가능하기 때문이다. 하지만 빛의 파장보다 작은 크기에서 발생하는 회절(回折, diffraction) 현상은 집속을 방해한다. 이를 극복하기 위해 학자들은 금속에서는 회절한계를 뛰어넘어 빛이 가둬지는 플라즈모닉 현상을 이용해 연구를 진행 중이다. 학자들은 2차원 형태의 플라즈모닉 안테나 개발에 집중했고 연구를 통해 5나노미터 이하로 빛을 집속하기도 했다. 하지만 2차원 안테나로는 아무리 작게 모아도 나머지 한 쪽 방향으로 빛이 퍼지는 한계가 있다. 즉, 빛을 3차원 방향으로 집속시킬 수 있어야 빛의 밀도를 최대로 끌어올릴 수 있는 것이다. 연구팀은 집속 이온빔 근접 식각 (Proximal Focused-Ion-Beam Milling) 기술을 도입해 3차원 구조의 4나노미터급 갭-플라즈몬 안테나를 제작했다. 이를 통해 삼차원 나노 공간(~4 x 10 x 10 nm3)안으로 빛을 집속시켜 입사파와 비교해 40만 배 이상의 빛의 세기를 만들었다. 또한 제작된 안테나 내 높은 광밀도를 이용해 금속에서 발생하는 이차조화파 세기의 극대화에 성공했고, 음극선 발광 측정(Cathodoluminescence)장치를 이용해 빛이 나노 갭 안으로 강하게 집속됨을 확인했다. 연구팀은 이 기술이 데이터 통신과 정보 처리 속도를 테라헤르츠(THz, 1초당 1조번) 수준으로 높이고, 하드디스크 면적당 용량을 현재의 100배로 늘릴 수 있을 것이라고 밝혔다. 더불어 전자 현미경 대신 직접 빛을 이용해 분자 이하 크기의 고해상도 이미지를 추출하거나 반도체 공정을 수 나노미터 수준으로 발전시키는 기술이 가능할 것이라고 말했다. 김명기 교수는 “간단하고 새로운 아이디어가 기존 2차원 플라즈모닉 안테나 중심 연구를 3차원 공간으로 확대시켰다”며 “정보통신, 데이터 저장, 영상의학, 반도체 공정 등 다양한 분야에 응용될 수 있을 것이다"고 말했다. 이번 연구는 한국연구재단의 일반연구자지원사업과 중견연구자지원사업, 첨단융합기술개발사업 프로그램 지원을 받아 수행됐다. □ 그림 설명 그림 1. 제작된 3차원 갭-플라즈몬 안테나 그림 2. 3차원 갭-플라즈몬 안테나 구조 및 시뮬레이션 결과 그림 3. 증폭된 이차조화파 발생과 나노갭 안으로 빛이 집속된 모습
2015.06.15
조회수 11816
종양 전역에 약물 전달하는 항암치료나노기술 개발
<박 지 호 교수> 우리 대학 바이오 및 뇌공학과 박지호 교수 연구팀이 종양의 전역에 약물이 골고루 전달되게 해 항암효과를 현저히 높일 수 있는 새 항암치료 나노기술을 개발했다. 이번 연구는 나노분야 학술지 ‘나노 레터스(Nano Letters)’3월 31일자 온라인 판에 게재됐다. 일반적으로 수술이 어려운 종양의 치료를 위해 항암약물치료법이 사용된다. 하지만 종양이 외부로 들어오는 약물의 접근을 여러 방법으로 막기 때문에 종양 전체에 항암효과를 보기 어려웠다. 혈류로 투여된 약물들의 대부분이 혈관주위의 종양세포들에만 전달되고, 중심부의 종양세포에는 전달되지 않아 재발 문제가 자주 발생한 것이다. 연구팀은 문제 해결을 위해 리포좀과 엑소좀이라는 소포체를 이용했다. 리포좀은 인공나노소포체로서 혈류를 통해 혈관 주위의 종양 세포 부위까지 약물을 전달한다. 종양 세포에서 자연적으로 분비되는 생체나노소포체인 엑소좀에 약물을 무사히 탑재하는 것이 리포좀의 역할이다. 엑소좀은 종양에서 세포 내부의 생물학적 물질들을 전달하기 때문에 종양의 진행 및 전이에 중요한 요소로 알려져 있다. 리포좀이 항암 약물을 엑소좀에 탑재하면, 엑소좀이 이동하는 종양 내의 모든 위치로 약물이 전달됨으로써 질병이 치료되는 것이 연구의 핵심이다. 연구팀은 이 기술을 이용해 빛에 반응해 항암효과를 내는 광과민제를 종양이 이식된 실험용 쥐에 주입했다. 이후 종양 부위에 빛을 노출시켜 항암효과를 유도한 후 분석한 결과 종양조직 전역에서 항암효과를 관찰할 수 있었다. 연구팀의 핵심 성과는 종양 및 다른 질병들의 미세 환경을 파악해 질병에 대항하는 맞춤형 약물전달 기술 개발의 발판을 마련한 것이다. 연구팀은 이 기술을 제약회사에서 개발 중인 항암제에 적용해 약물전달이 어려운 악성 종양의 치료효과를 실험 진행 중이다. 박 교수는 “엑소좀이 세포에서 끊임없이 분비되는 특성과 주변 세포로 생물학적 물질을 전달하는 특성을 응용해 종양 중심부까지 약물을 전달 가능하게 만든 최초의 연구”라고 말했다. 박지호 교수 지도아래 이준성 박사, 김지영 석사가 주 저자로 참여한 이번 연구는 한국연구재단이 추진하는 신진연구자지원사업, 글로벌프론티어사업, 미래유망융합기술파이오니어사업의 지원을 받아 수행됐다. □ 그림설명 그림 1. 종양 전역에 약물이 골고루 전달되게 해 항암효과를 높이는 새 종양투과 약물전달 나노기술 세포막과 결합하는 리포좀에 의해서 세포로 전달된 물질이 그 세포가 분비하는 엑소좀에 효율적으로 탑재돼 주변세포로 전달되는 과정을 보여주는 모식도(좌). 이러한 엑소좀기반 세포간 약물전달이 실제로 종양 스페로이드 및 생체 내 종양모델에서 관찰된 결과들 (우).
2015.04.06
조회수 12367
‘테라헤르츠파’를 아시나요?
정기훈 교수 - 광학나노안테나 접목해 테라헤르츠파 출력 최대 3배 향상시켜 -- 내시경 등 초소형 바이오 진단시스템 등 다양한 분야 응용 기대 - 광학계의 블루오션이라 불리는 ‘테라헤르츠파’의 출력이 KAIST 연구진에 의해 크게 향상됐다. 앞으로 휴대용 투시카메라나 소형 바이오 진단시스템 등 다양한 분야에 응용될 수 있을 것으로 전망된다. 우리 학교 바이오및뇌공학과 정기훈 교수 연구팀이 광학나노안테나 기술을 접목해 테라헤르츠파의 출력을 기존보다 최대 3배 증폭시키는 데 성공했다. 테라헤르츠파는 100GHz에서 30THz 범위의 주파수를 갖는 전자기파로, 가시광선이나 적외선보다 파장이 길어 X선처럼 투과력이 강할 뿐 아니라 X선보다 에너지가 낮아 인체에 해를 입히지 않는다. 이러한 특성으로 X-ray처럼 물체의 내부를 투과해 볼 수 있으며, 주파수 내에서 특정 영역을 흡수하기 때문에 X선으로는 탐지하지 못하는 우편물 등에 숨겨진 폭발물이나 마약을 찾아낼 수 있다. 심지어 가짜약도 판별해낼 수 있다. 또한, 분광정보를 통해 물질의 고유한 성질을 특별한 화학적 처리 없이 분석할 수 있어 인체에 손상이나 고통을 주지 않고도 상피암 등 피부 표면에 발생하는 질병을 효과적으로 즉시 확인할 수 있다. 테라헤르츠파는 펨토초(10-15초) 펄스레이저를 광전도 안테나가 형성된 반도체기판에 쪼여주면 피코초(10-12초) 펄스 광전류가 흐르면서 발생된다. 그러나 출력이 부족해 바이오센서 등 다양한 분야의 상용화에 어려움이 있어 그동안 과학자들이 출력을 증폭시키기 위한 많은 노력들이 이어졌다. 정 교수 연구팀은 광전도안테나 사이에 금 나노막대로 구성된 광학나노안테나를 추가하고 구조를 최적화했다. 그 결과 광전도기판에 나노플라즈모닉 공명현상이 발생되면서 광전류 펄스가 집적도가 높아져 출력이 최대 3배까지 증폭됐다. 이에 따라 물체의 내부를 더욱 선명하게 볼 수 있을 뿐만 아니라 생검을 하지 않고도 좋은 영상과 함께 성분 분석이 가능해졌다. 정기훈 교수는 “이번에 개발한 원천기술을 테라헤르츠파 소자 소형화 기술과 결합해 내시경에 응용하면 상피암을 조기에 감지할 수 있다”며 “앞으로 이 같은 바이오센서 시스템을 구축해 상용화하는 데 주력할 것”이라고 말했다. 바이오 및 뇌 공학과 박상길 박사과정, 진경환 박사과정, 예종철 교수, 이민우 박사과정, 물리학과 안재욱 교수가 공동으로 수행한 이번 연구는 나노분야 세계적 학술지 ‘ACS Nano" 3월호(27일자)에 실렸다. 한편, 이번 연구는 지식경제부 및 한국산업기술평가원의 산업융합기술/산업원천기술개발사업 및 교육과학기술부가 지원하는 한국연구재단의 도약연구자지원사업 등의 일환으로 수행됐다. 그림1. 나노안테나를갖는THz 발생기 전자현미경사진: 광학나노안테나가 집적된 테라헤르츠 생성소자의 전자현미경 이미지. 그림2. NP-PCA 개념도: 광학나노안테나가 집적된 테라헤르츠 생성 소자의 개념도. 테라헤르츠 광전도 안테나 사이의 집적된 광학나노안테나에 의해, 광전류 펄스를 생성하는 펨토초 광펄스의 세기가 기판 표면에서 증가한다. 이를 통해 기존 테라헤르츠 생성소자의 테라헤르츠 출력 파워를 증가 시킬 수 있다. 그림3.나노안테나를갖는THz 발생기모식도 : 광학나노안테나에 의한 증가되는 테라헤르츠 파 출력의 가상도.
2012.04.23
조회수 18362
태양전지 소재 이용, 인공광합성 기술개발
- 국제저명학술지 어드밴스드 머티어리얼스 최근호 게재- 이종 분야 (생명과학, 태양전지)간 융합연구 성공사례로 주목 인류는 지금 지구온난화와 화석 연료의 고갈이라는 문제점을 갖고 있다. 이를 해결하기 위해 온난화의 원인인 이산화탄소를 배출하지 않고 무제한으로 존재하는 태양 에너지를 이용하려는 노력이 계속되고 있다. 이러한 가운데 우리학교 신소재공학과 박찬범 교수와 류정기 박사팀이 태양전지 기술을 이용해 자연계의 광합성을 모방한 인공광합성 시스템 개발에 성공했다. 이 기술은 정밀화학 물질들을 태양에너지를 이용해 생산해 내는 ‘친환경 녹색생물공정’ 개발의 중요한 전기가 될 전망이다. 광합성은 생물체가 태양광을 에너지원으로 사용해 일련의 물리화학적 반응들을 통해 탄수화물과 같은 화학물질을 생산하는 자연현상이다. 박 교수팀은 이 같은 자연광합성 현상을 모방해 빛에너지로부터 정밀화학 물질 생산이 가능한 신개념 ‘생체촉매기반 인공광합성 기술’을 개발했다. 이번 연구에서 연구팀은 자연현상 모방을 통해 개발된 염료감응 태양전지의 전극구조를 이용해 다시 자연광합성 기술을 모방해 발전시킬 수 있다는 것을 증명해냈다. 박찬범 교수는 “지난해 양자점을 이용한 인공광합성 원천기술을 개발해 한국과학기술단체 총연합회가 선정한 10대 과학기술뉴스로 선정된 바 있다”며 “이번 연구 결과는 광합성효율을 획기적으로 향상시킴으로써 인공광합성 기술의 산업화에 한 걸음 더 다가선 것으로 평가된다”고 강조했다. 이번 연구는 독일에서 발간되는 재료분야 국제저명학술지인 어드밴스드 머티리얼스(Advanced Materials) 4월 26일자에 게재됐으며 특허출원이 완료됐다. 한편, 연구결과는 재료공학과 생명과학분야의 창의적인 융합을 통해 새로운 공정기술을 개발하는 데 크게 기여했다는 평가를 받았으며, 교육과학기술부 신기술융합형 성장동력사업(분자생물공정 융합기술연구단), 국가지정연구실, KAIST EEWS 프로그램 등으로부터 지원받아 수행됐다.
2011.04.26
조회수 17184
‘지속가능성’연구, 세계속으로 파고들다
- 하계 다보스 포럼 ‘아이디어스랩’ 특별세션에 초청 돼 -- 서남표 총장, 지난 4일 GE사 초청강연 해 - 스위스 제네바 소재 세계경제포럼(World Economic Forum)에서 개최하는 대표적인 국제 회의인 ‘다보스 포럼’에서는 경제적인 측면에서 꾸준히 이 문제를 다뤄 왔다. 이 포럼의 중요한 프로그램중 하나로‘아이디어스랩(IdeasLab)’이라는 특별 세션을 만들어 세계 유수 대학 및 연구기관을 초청해 전세계 정상급 리더들과 혁신적인 아이디어를 나누고 논의하는 장을 마련해왔다. 한국 대학으로서는 최초로 서남표 총장이 오는 9월 중순(2010.9.13-15) 중국 텐진시에서 개최되는 Annual Meeting of the New Champions, 일명 ‘하계 다보스 포럼’에 초청돼 ‘융합기술을 통한 지속가능 신성장동력’이라는 주제의 아이디어스랩을 열고 다양한 아이디어를 발표할 계획이다. 올 초(2010.1.27-31)에 개최된‘다보스 포럼’에서는 유럽경영대학원(INSEAD), 스위스 연방 공과대(EPFL-ETH), MIT, 옥스퍼드, 예일, 하버드 등 7개 대학이 참여했다. 인류의‘지속 가능성’에 대한 탐구는 경제, 교육, 과학기술계는 물론 산업계에서도 활발하게 이루어지고 있다. 이와 관련된 주제로 서남표 총장은 서울을 방문한 세계적인 다국적 기업 제너럴 일렉트릭(The General Electric Company, GE)사의 고위급 간부 50명을 대상으로 강연을 했다. GE사의 초청으로 이뤄진 이 강연은 지난 4일 신라호텔 3층 라일락 룸에서 오전 9시부터 약 한 시간 정도 비공개로 진행됐다. 전 세계에 퍼져 있는 GE사 글로벌 사업운영부의 고위급 임원이 한 자리에 모이는 것은 이례적인 일로 강연은 당초 미국 본사에서 열릴 계획이었으나, 그 동안 산업과학기술계가 이룬 괄목할 만한 성장과 혁신적인 녹색기술개발 전략을 배우고자 서울에서 열리게 됐다. 이들 임원들은 서 총장으로부터 한국 과학기술의 혁신 현황, 중점 추진방향, 연구개발 역량과 더불어, KAIST의 목표와 비전, 세계적인 기업과의 과학기술협력 전략 등에 관한 내용을 들었다.
2010.05.20
조회수 16524
홍순형칼럼 풍요로운 미래 열어줄 "나노융합기술"
우리학교 홍순형 교수(신소재공학과, KAIST 나노융합연구소장)가 IT일간지 <전자신문> 2009년 09월 18일자에 "풍요로운 미래열어줄 "나노융합기술""이란 제목의 칼럼을 기재했다. 제목 [ET단상] 풍요로운 미래 열어줄 "나노융합기술" 신문 전자신문 일시 2009/09/18 칼럼보기 http://www.etnews.co.kr/news/detail.html?id=200909170118
2009.09.18
조회수 8497
"글로벌 모바일 컨텐츠 어워드" - 최고 모바일 정보상 수상
2007 글로벌 모바일 컨텐츠 어워드 - 최고 모바일 정보상 수상 KAIST 신소재공학과 출신 이경수 교수(現 헬스피아 대표, 사진 맨왼쪽)가 지난 5월30일 쉐라톤 그랜드 워커힐호텔에서 열린 2007 Global Mobile Content Awards (GMCA) 시상식에서 Best Mobile Information상을 수상했다. 이 시상식에는 147개 응모작 중 최종 10개국 37개의 작품을 후보작으로 선정, 국내 2인과 해외 12인의 각 부문 전문가들로 구성된 심사위원단이 1차와 2차로 나눠 심사를 거쳤다. 모바일 인포메이션 부문에서는 Daum 무선 인터넷포탈(한국), ITN News Channel by ITN On (영국), MUPASS(일본), Nami-Aru(일본), SKT T인터렉티브(한국), 헬스피아 모바일 당뇨관리(한국) 6개 팀이 경쟁한 결과, 이 교수팀의 "모바일 당뇨 관리"가 차지했다. 이는 모바일을 활용한 헬스케어로, 특히 당뇨관리라는 가장 큰 시장을 공략함으로써 앞으로 시장 잠재성이 큰 것으로 평가됐다. 각 부문별 최종 선정작은 ▲모바일 정보부문 헬스피아의 "모바일 당뇨 관리" ▲모바일게임부문 프랑스 게임로프트(gameloft)사의 "2006 Real Football 3D" ▲모바일 음악부문 독일 잠바(Jamba)사의 "잠바 뮤직" ▲모바일 TV & Video부문 일본jig.jp사의 "jig movie" ▲모바일 커뮤니티&커뮤니케이션부문 홍콩 그린토마토(Green Tomato)사의 "구비"(GOOVII) ▲모바일 커머스부문 CJ홈쇼핑의 "CJ Mmall"이 각각 선정됐다. 카이스트 바이오 및 뇌공학과에 겸직 교수로 있는 이경수 교수는 ”이는 의료분야와 IT분야의 융합기술을 통해 얻은 성과로 ‘모바일 당뇨관리’가 우수하다는 점을 인정받았다는데 큰 의미가 있다“고 전했다. 헬스피아 홈페이지(http://www.healthpia.co.kr)에서 모바일 헬스피아 가상체험관을 무료로 이용해볼 수 있다.
2007.06.01
조회수 17218
박태관 교수, 나노연구혁신대상 수상
생명과학과 박태관(朴泰寬, 49) 교수가 지난 8월 30일 개막한 "NANO KOREA 2006 심포지엄"에서 나노연구혁신 대상(과학기술부 장관상)을 수상했다. 이 상은 Nanotechnology 분야에서 우수한 연구 성과를 발표하는 연구자에게 수여하는 것으로 朴 교수는 나노생체재료를 이용한 NT/BT의 융합기술로 조직공학, 약물전달, 유전자 치료 분야의 혁신적인 연구 성과로 최고의 영예인 대상을 수상했다.
2006.09.05
조회수 14464
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