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실리콘 나노선의 불순물 특성 세계 첫 규명
장기주 교수
- “실리콘 나노선을 소재 상용화 앞당겨 획기적 반도체 집적도 향상 기대” -- 나노분야 세계적 학술지 ‘나노레터스’ 9월 17일자 게재 -
우리 학교 연구진이 미래 차세대 반도체 소자 소재로 기대를 모으고 있는 실리콘 나노선의 전기 흐름과 직결된 불순물 특성을 밝혀냈다.
우리 학교 물리학과 장기주 특훈교수팀은 산화 처리된 실리콘 나노선에서 전기를 흐르게 하기위해 첨가한 불순물 붕소(B), 인(P) 등의 움직임과 비활성화를 일으키는 메커니즘을 세계 최초로 규명했다.
현재 최첨단 기술로도 10nm(나노미터) 이하의 실리콘 기반 반도체 제작은 불가능한 것으로 알려져 있지만, 실리콘 나노선은 굵기가 수 나노미터이기 때문에 보다 획기적인 집적도를 가진 반도체를 구현할 수 있을 것으로 기대된다.
실리콘 나노선은 원래 전기가 흐르지 않는 데 반도체 소자로 적용하려면 인 또는 붕소와 같은 불순물을 소량 첨가(Doping)해 양의 전하를 띠는 정공이나 음 전하를 띠는 전자 운반 매개체를 만들어 전기가 흐를 수 있도록 해야 한다.
그러나 덩어리 형태의 기존 실리콘에 비해 나노선에서는 불순물 첨가가 어려울 뿐만 아니라 전기전도 특성을 조절하기 어려운 문제가 있었다.
장 교수 연구팀은 이번 연구를 위해 단순 모형을 이용한 기존 이론을 개선한 획기적 양자시뮬레이션 이론을 고안해 실제와 매우 가까운 코어-쉘 원자 모델을 만들었다.연구팀은 이를 통해 실리콘 코어 내부에 첨가된 붕소 불순물이 산화과정에서 코어를 싸고 있는 산화물 껍질로 쉽게 빠져나가는 원인을 세계 최초로 규명하는 데 성공했다.
이와 함께 인 불순물은 산화물로 빠져나가지 못하지만 서로 전기적으로 비활성화 된 쌍을 이루면서 정공이 생기는 효율을 감소시킨다는 사실도 밝혔다.
이러한 현상은 나노선이 필름 형태로 돼 있는 기존 실리콘에 비해 같은 부피라도 표면적이 더 넓기 때문에 더욱 심각한 문제를 일으킨다고 연구팀은 이번 연구에서 입증했다.
장기주 교수는 “이번 연구방법은 실리콘과 산화물 사이의 코어-쉘 나노선 모델을 구현하는 이론 연구의 기본 모형으로 받아질 것으로 기대된다”며 “특히, 10nm급 수준의 소자 연구에서 실리콘 채널을 산화물로 둘러 싼 3차원 FinFET 구조의 원자구조를 구현해 소자 특성을 밝히는 데 커다란 도움이 될 것이다”라고 연구의의를 밝혔다.KAIST 장기주 교수가 주도하고 김성현 박사과정 학생(제1저자)과 박지상 박사과정 학생(제 2저자)이 참여한 이번 연구는 교육과학기술부와 한국연구재단이 추진하는 중견연구자사업(도약연구) 및 신기술융합형성장동력사업(나노기반정보⋅에너지) 지원으로 수행됐고, 나노과학분야 세계적 학술지인 ‘나노레터스(Nano Letters)’ 9월 17일자 온라인 판에 게재됐다.
그림설명 : 실리콘/산화물 코어-쉘 나노선의 종단면. 초기 코어에 잘 들어가 있던 붕소(녹색)이 격자 틈새에 위치한 실리콘(연파랑)에 의해 밀려남 따라 붕소가 산화물 껍질로 빠져나간다.
2012.10.22
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금 알갱이로 항암백신을 만들다
- 앙게반테 케미지 발표,“백신 위치를 추적할 수 있으면서 효능도 탁월한 나노항암백신 개발”
매우 작은 금 알갱이(금 나노입자, 지름이 10억분의 1미터)를 이용해 위치를 추적할 수 있으면서 암을 예방‧치료할 수 있는 효능도 탁월한 항암백신기술이 국내 연구진에 의해 개발되었다.
우리 학교 전상용 교수(42세)가 주도하고 이인현 박사(제1저자) 등이 참여한 이번 연구는 교육과학기술부(장관 이주호)와 한국연구재단(이사장 이승종)이 추진하는 △선도연구센터 △신기술융합형성장동력 △바이오의료기술개발 사업의 지원으로 수행되었고, 연구결과는 독일화학회가 발간하는 화학분야의 권위 있는 학술지인 ‘앙게반테 케미(Angewandte Chemie)’지 7월호(7월 29일)에 게재되었다.
특히 이번 성과는 상위 5%이내 논문에만 수여하는 VIP(Very Important Paper)로 선정되는 영예를 얻었다. (논문명 : Imageable Antigen-Presenting Gold Nanoparticle Vaccines for Effective Cancer Immunotherapy In Vivo)
암은 현대의학이 정복하지 못한 대표적인 난치성 질환 중 하나이다. 전 세계적으로 연간 3천만 명의 암 환자가 발생하고 있고, 특히 우리나라에서는 매년 사망원인 1위를 차지하고 있다.
암을 효과적으로 치료하기 위해서 부작용(정상세포까지 죽이는 세포독성)을 최소화하면서도 효과를 극대화할 수 있는 면역치료법(백신)이 전 세계적으로 각광받고 있다. 지금까지 백신은 독감에서부터 난치성 질환인 백혈병에 이르기까지 인류의 다양한 질병을 예방‧치료하는데 활용되어왔다.
그러나 기존 대부분의 항암백신은 몸 밖에서 환자의 암 조직 파편 등으로 사람의 면역세포를 활성화한 후, 다시 그 면역세포를 몸속에 넣어 항암 면역반응을 유도함으로써 암을 치료하는 기술이다. 이렇게 하면 여러 단계의 백신 제조과정을 거치게 되고, 치료비도 비싼 것이 단점이다. 또한 몸속에 주입한 백신이 원하는 곳에 얼마나 도달했는지 추적할 수 없어, 치료효과를 예측하고 가늠할 수 없었다.
전상용 교수 연구팀은 기존 항암백신과는 달리 일반적인 근육주사로 면역세포들이 많이 모여 있는 국소 림프절을 통해 금 나노입자 백신을 효과적으로 전달하여, 항체를 생산하고 항암 면역반응을 유도함으로써 암을 예방‧치료하는데 이용할 수 있는 핵심원천기술을 개발하였다.
또한 병원에서 진단용으로 많이 사용하는 엑스레이 등의 영상기기를 이용해 주입한 금 나노입자 백신을 추적하여, 백신이 목표하는 곳에 제대로 도달하였는지를 직접 확인할 수 있어 향후 개발될 새로운 백신의 효과를 예측할 수 있다는 점이 큰 특징이다.
전 교수팀은 우선 금 나노입자 표면에 모델 암 항원(RFP 단백질)을 화학적으로 결합한 후, 추가적으로 면역보조제(DNA 단편)도 결합하여 금 나노백신 원천기술을 개발하였다.
이 금 나노백신을 몸에 넣으면 국소 림프절로 선택적으로 이동하여 해당 암에 특이적인 항체 생산을 촉진하고, 암세포를 제거할 수 있는 항암 면역세포도 활성화시켜 우수한 항암 효능을 나타낸다.
또한 연구팀은 동물실험을 통해 금 나노백신이 암을 예방할 뿐만 아니라, 이미 존재하는 암의 성장과 전이도 효과적으로 막을 수 있음을 증명하였다.
전상용 교수는 “이번 연구는 금 나노입자를 이용하면 몸속에 투여한 백신을 쉽게 추적할 수 있고, 기존의 백신에 비해 복잡한 과정 없이도 쉽게 면역세포를 활성화할 수 있어 효과적으로 암을 치료할 수 있는 가능성을 보였다. 특히 이 원천 기반기술은 각종 암뿐만 아니라 현재 임상적으로 치료가 어려운 다양한 바이러스성 질환에도 폭넓게 이용될 수 있을 것으로 기대된다”고 연구의의를 밝혔다.
2012.08.16
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제17차 국제 상온핵융합 학술회의 개최
- 10~17일 대전 컨벤션센터에서 전 세계 전문가 및 검증단 참가 -- “상온핵융합 실현되면 엄청난 변화 가져올 것” -
만약 실현된다면 인류가 에너지 문제를 완전히 해결할 수 있는 ‘상온핵융합’ 관련 국제 학술회의가 대전서 열린다.
제17차 국제 상온핵융합 학술회의(조직위원장 KAIST 생명화학공학과 박선원 교수)가 오는 10일부터 17일까지 대전 컨벤션센터에서 개최된다.
핵융합은 연료로 쓰일 중수소가 우라늄보다 값이 싸고, 무한정하고, 폐기물 문제도 적을 것으로 예상돼 1952년 수소폭탄실험이 성공한 후 활발히 연구되고 있다.
핵융합은 태양과 같은 항성에서 일어나는 반응으로 1억도 이상의 초고온 플라즈마 상태에서 발생한다. 이 상태에서 수소와 같은 가벼운 원자핵이 융합해 무거운 헬륨 원자핵으로 바뀌는 핵융합반응이 일어나면서 많은 에너지가 나온다.
반면 초고온 상태에서 발생하는 고온핵융합과는 달리, 상온핵융합(저에너지핵반응)은 실내 온도에서 핵융합이 일어나는 것이다. 지난 1989년 3월 미국 유타대학 연구팀이 중수 전기분해 실험을 하던 중 이론적으로 설명할 수 없는 과잉에너지가 발생하는 것을 관찰해 그 가능성이 세상에 처음으로 알려졌다.
그러나 실험결과가 발표된 이래 미국 에너지성이 상온핵융합의 가능성에 대해 두 번이나 부정적인 결론을 내리는 등 20여 년간 학계에서 외면 받아왔다.
여전히 주류 학계에서는 이론과 실험결과를 인정하지 않지만 가능성을 믿고 있는 소수 과학자들은 개발에 성공하면 인류의 발전에 엄청난 파급효과가 예상돼 연구를 지속해 왔다.
꾸준히 상온핵융합을 연구해 온 전 세계 과학자들은 잉여에너지 발생, 원소변환, 핵입자 및 방사능 검출 등 핵반응에서만 가능한 많은 데이터를 축적하며 매년 학술회의를 개최해 왔다.
상온핵융합 관련해 처음으로 국내에서 열리는 이번 학술대회에서는 ▲25명의 전문가 초청강연을 포함한 90여 편의 논문이 발표되고 ▲상온핵융합반응을 입증하는 여러 가지 실험결과 발표 ▲제안된 여러 이론들에 대한 발표와 토론 ▲기업들의 저온핵융합기술의 상용화에 관한 발표 ▲패널토론 등이 진행된다.
이와 함께 산학연 관계자들이 참석한 가운데 미국 MIT에서 시도된 과잉에너지 발생실험 시연에 대한 발표 및 이탈리아 셀라니(Celani) 교수의 과잉열발생 실험에 대한 시연이 펼쳐져 기술 검증을 하는 기회도 갖는다.
박선원 조직위원장은 “상온핵융합은 실현 불가능한 것으로 알려져 있지만 그동안 발표된 실험결과들은 기존 이론으로는 설명할 수 없는 이상 현상이 존재한다는 것을 보여준다”며 “이것이 상온핵반응에 의한 것으로 확인된다면 엄청난 에너지원을 얻을 수 있을 것”이라고 말했다.
또 “상온핵융합관련 여러 가지 연구 중 하나라도 성공한다면 우리가 상상하지도 못하는 많은 변화를 가져올 것”이라며 “이번 학술회의에 국내 산학연 연구자들이 많이 참여해 기술을 검증하는 기회로 삼기를 바란다”고 말했다.
행사에 대한 자세한 사항은 http://www.iccf17.org를 방문하면 확인 가능하고, 참석을 원하는 산학연 연구자는 홈페이지에서 신청을 하면 된다.
2012.08.02
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분자요리, 스마트폰 음악… ‘이색 강연’ 열린다
- KAIST 학생동아리 아이씨스츠, 이색 과학 대중강연 ‘플러스+’ 개최
- “융합의 현장? 직접 보여드립니다” 과학기술에 대한 ‘편견 타파’ 목적
화학적 원리를 이용해 신개념의 요리를 하고, 스마트폰으로 오케스트라 음악을 연주하는 보기 드문 광경이 KAIST 대강당에서 펼쳐진다.
우리 학교 학생동아리 아이씨스츠(ICISTS)가 오는 8월 8일 오후 4시에 KAIST 대강당에서 이색 과학 대중강연 ‘플러스+(PLUS+)’를 개최한다.
이번 행사에서는 레스토랑 ‘엘본 더 테이블’의 최현석 총괄셰프와 ‘카이스트 모바일 폰 오케스트라’를 이끌고 있는 여운승 문화기술대학원 교수가 각각 강연과 함께 시연을 한다.
국제학생컨퍼런스 ‘ICISTS-KAIST 2012’의 참가자들을 비롯해 KAIST 교수와 학생, 대덕연구단지 구성원, 대전지역 고등학생 등 시민 1000여 명은 이날 강연을 통해 과학기술과 예술의 ‘융합 현장’을 직접 목격하고 체험하는 뜻깊은 시간을 가질 전망이다.
첫 번째 연사로 나서는 최현석 총괄셰프는 서울 신사동에서 분자요리 전문 레스토랑을 운영하는 경력 20년의 요리사로, 지난해에는 세계적 권위의 레스토랑 랭킹인 ‘산펠레그리노 세계 50대 최고 레스토랑’의 패널로 선정되기도 했다.
최현석 총괄셰프는 이날 강연에서 직접 분자요리 시연을 선보일 예정이다. 분자요리란 식재료 자체와 조리 과정을 과학적으로 분석, 변형해 전에 없던 새로운 음식을 창조하는 것을 말한다. 계란처럼 보이는 망고주스나 김처럼 보이는 간장소스 등 다양한 형태의 이색 요리가 펼쳐지는 것이다. 식재료의 화학적 반응이 어떻게 요리에 응용되는지에 대한 최 총괄셰프의 설명도 곁들어진다. 이를 위해 KAIST 대강당에 배수·급수장비 등 조리시설이 설치되는 진풍경이 연출될 것으로 알려졌다.
이어서 강연자로 서는 여운승 교수는 스탠퍼드대에서 컴퓨터음악학 박사학위를 받고 현재 KAIST 문화기술대학원에서 후학을 양성하고 있다. 스마트폰이 막 보급되던 재작년 ‘카이스트 모바일 폰 오케스트라(KAMPO)’를 출범해, 현재까지 기술개발과 작곡, 연주회 등을 이끌어 왔다.
강연에서 여운승 교수는 제자들과 함께 직접 스마트폰 오케스트라 공연을 선보인다. 여 교수는 우리가 사용하는 스마트폰에 기본 탑재된 스피커와 마이크, 중력 센서와 나침반 등을 활용해 다양한 음색과 음정을 내도록 프로그램을 개발했다. 이 프로그램을 이용해 여러 연주자가 소리를 조율하면, 언제 어디서나 자작곡부터 교향곡까지 음악을 연주할 수 있다. 강연에서는 소리를 만들어내는 과정에 대해 여 교수의 해설도 들을 수 있다.
이색 대중강연 ‘플러스+’의 기획 총괄을 맡은 김지수 학생(KAIST 기계공학전공 2학년)은 “이번 공연을 통해 과학기술이 세간의 딱딱한 이미지에서 탈피하고, 요리와 음악 등 다양한 분야와 어우러질 때 새로운 가치와 뜻밖의 재미를 얻을 수 있다는 것을 대중들에게 보여드리고 싶다”라고 강연의 취지를 말했다.
강연은 오는 8월 8일 오후 4시부터 6시까지 진행되며, 헤드폰을 통해 영어로 동시통역된다. 고등학생 이상의 국민 누구나 무료로 참여할 수 있는 이번 과학강연의 참가신청은 icists.org의 공지사항을 참조하면 된다.
강연을 개최하는 KAIST 학생동아리 ‘아이씨스츠’의 최지수 조직위원장(KAIST 수리과학과 3학년)은 “흔히 과학과 일상생활은 연관이 없다고 생각하기 쉬운데, 이번 강연이 과학기술에 대한 편견을 깨고 실생활과 밀접하게 관계되어 있다는 것을 널리 전파하는 기회가 될 것으로 기대한다”라고 밝혔다.
한편, 이번 대중강연은 KAIST가 주최하는 국제학생컨퍼런스 ‘ICISTS-KAIST 2012’의 30여개 강연 중 하나로 대국민 이색강연의 형태로 열리는 것이다. 전 세계 11개국 51개 대학에서 300명이 참가하는 ICISTS-KAIST 2012는 ‘융합’을 주제로 오는 8월 6일부터 5일간 열린다.
첫째 날인 6일 10시 30분에 대전컨벤션센터에서 열리는 개회식에는 김도연 국가과학기술위원장이 기조연설자로 참석한다. 이 자리에서 김도연 위원장은 융합연구의 진흥을 위한 과학기술 국정정책의 중요성을 R&D 예산 분배의 관점에서 역설할 것으로 알려졌다.
2012.07.30
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문화기술대학원, 이동 과학교실 운영
- 과학체험교육이 어려운 초등학교 방문해 교육 기부 -
우리 대학 문화기술대학원이 과학체험교육이 어려운 초등학교를 방문해 교육기부 프로그램을 운영한다.
문화기술대학원 청소년문화기술체험센터(소장 : 구본철)는 7월 여름방학을 맞아 대전 근교 3개 초등학교를 방문해 이동 과학교실 프로그램인 ‘STEAM 창의 캠프’ 프로그램을 운영한다.
‘STEAM 창의 캠프’ 는 체험을 통한 성취감을 이끌어 내 과학에 대한 관심과 흥미를 높이고 예술적 감성을 이끌어 내기 위한 과학과 예술의 융합교육 프로그램이다.
프로그램은 참여 학생 수준을 고려해 두 개 프로그램으로 나눠 진행된다.
초등학교 초급반 대상은 ▲암호 만들기 ▲비밀편지 쓰기 ▲시온스티커 꾸미기 프로그램이, 중급반 대상은 ▲복합지레를 이용한 와이퍼 만들기▲ 탄성력을 이용한 투석기 만들기 ▲관절이 있는 줄 인형 연극 등이 준비돼 있다.
강사진도 KAIST 청소년문화기술체험센터 석‧박사급 연구원 6명으로 구성돼 수준높은 수업이 진행될 것으로 기대된다.
청소년문화기술체험센터는 이번 교육기부사업 이외에도 매달 전국 도서벽지 학생 80명씩을 KAIST로 초청해 1박 2일 동안 STEAM 창의캠프를 운영하고 있으며, 전국에서 창의성이 풍부한 학생 32명을 별도로 선발해 ‘STEAM 창의 응용과정’도 운영하고 있다.
한편, 두산동아는 이번 프로그램을 교육기부 프로그램 선정해 후원했다.
[용어설명]
o STEAM 교육 : 과학 (Science), 기술 (Technology), 공학 (Engineering), 예술 (Arts), 수학 (Mathematics)의 각 첫 글자를 의미하며 창의적인 과학교육을 위해서 다양한 학문을 바탕으로 융합교육을 하자는 의미임
2012.07.09
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국내 최대 규모의 대학생 국제회의 열린다
- KAIST 학생동아리 아이씨스츠, ‘ICISTS-KAIST 2012’ 8월 개최 -- 7월 15일까지 참가신청 접수, 올 행사의 키워드는 ‘융합’
순수 대학생 단체가 주관, 개최하는 국내 최대 규모의 국제컨퍼런스가 대전 KAIST에서 열린다.
우리 학교 원내 학생동아리 아이씨스츠(ICISTS)가 오는 8월 6일부터 10일까지 5일간에 걸쳐 대전컨벤션센터와 KAIST 대전 본원에서 ‘ICISTS-KAIST 2012’ 행사를 개최한다고 18일 밝혔다.
지난 2005년부터 시작돼서 올해로 8회째를 맞는 이 행사는 연사섭외부터 모든 행사진행과정을 대학생들이 직접 맡아 개최하는 컨퍼런스로, 급변하는 과학기술과 사회의 관계를 알아보고 토론하기 위해 마련됐다.
행사 초기에는 150여명 정도의 참가인원에 해외 참가자들도 많지 않았으나, 작년의 경우 22개국에서 300여명의 대학생들이 참가하는 등 명실상부한 국내 최대 규모의 대학생 국제컨퍼런스로 자리를 잡았다.
올 행사의 키워드는 최근 학계에서 커다란 이슈로 떠오르고 있는 ‘융합’으로, 다양한 구성으로 학문 간 융합에 대한 폭넓은 시각을 제공함과 동시에 국경과 배경을 뛰어넘는 인적 네트워크를 선사할 예정이다.
‘ICISTS-KAIST"는 대규모 강의실에서 여러 연사들이 강연하는 ’패널 토의‘ 뿐만 아니라, 같은 시간대에 소규모 강의실에서 동시에 열리는 ’병렬 세션‘에 참가해 참석 학생들이 자기가 원하는 강연을 입맛대로 선택해서 들을 수 있는 게 장점이다.
또 연사와 참가자들이 소규모 그룹을 이뤄 자유롭게 토의하는 시간을 갖는 ‘그룹토의’가 진행되며, 세계 곳곳에서 모인 참가자들에게 한국의 문화를 알려주기 위해 사물놀이 공연 등 다양한 공연과 부스가 열린다.
올해 행사의 주제는 ‘융합의 시대: 지식의 경계를 넘어(Age of Integration: Beyond the Borders of Knowledge)’다. ▲예술과 과학 ▲자연과학과 사회과학 ▲과학기술과 인간사회 등 3가지 소주제로 나뉘어 진행되는 컨퍼런스를 통해, 참가자들은 인류가 직면한 수많은 문제를 해결하기 위한 방법으로 과학과 다른 학문들 간의 다양한 융합을 찾아보고 논의하게 된다.
무료한 8월을 알차게 보낼 수 있는 이번 컨퍼런스에는 2005년 최고과학기술인 ‘제1호 국가과학자’로 선정된 신희섭 교수를 비롯해, 미시간공과대학 과학예술대학 학장 브루스 실리(Bruce E. Seely) 교수, 펜실베니아주립대 커뮤니케이션대학 샴 선더(S. Shyam Sundar) 특훈교수 등 국내외의 쟁쟁한 연사들이 강단에 선다.
최지수 조직위원장(KAIST 수리과학과 3학년)은 “진정한 융합을 통해 새로운 가치를 창출하려면 학문의 최전선에 있는 과학자, 인문학자, 예술가들이 다른 분야로 과감히 몸을 던져 끊임없이 도전하고 실험해야 한다”며 “참가자들은 행사를 통해 과학의 색다르고 재미있는 면모를 체험하면서, 혹은 어려운 가치판단 사이에서 토론하면서 미래를 바라보는 융합적인 시각을 가질 수 있을 것”이라고 말했다.
최 위원장은 특히 “세계적인 석학을 만나고, 다양한 나라의 학생들과 4박 5일을 함께하며 많은 친구를 만들 수 있을 뿐만 아니라 페이스북 등 SNS 등을 통해 인맥을 쌓을 수 있는 좋은 기회가 될 것”이라고 강조했다.
한편, 다양한 분야의 석학들과 대학생들이 모여 현대사회 문제의 해법을 융합을 통해 모색하는 이번 컨퍼런스의 참가신청은 7월 15일까지 ICISTS-KAIST 공식 홈페이지(www.icists.org)를 통해 접수하면 된다.
‘ICISTS-KAIST 2011’에 참가한 대학생들이 연사의 강연을 듣고 있다.
2012.06.18
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단백질 분해조절 효소 정보 담은 바이오마커 발굴 시스템 개발
- Mol Cell Proteomics지 게재, “바이오마커 개발의 새로운 패러다임 제시” -
단백질의 분해를 조절하는 효소와 기질에 대한 관계정보를 담은 바이오마커* 발굴 시스템(E3Net)이 국내 연구진에 의해 개발되어, 고부가가치의 새로운 바이오마커 개발에 가능성이 열렸다.
※ 바이오마커(Biomarker) : 유전자, 단백질 등에서 유래된 특이한 패턴의 분자적 정보로, 유전적․후천적 영향으로 발생한 신체의 변화를 감지할 수 있는 생물표지인자
우리학교 바이오및뇍 이관수 교수(49세)가 주도하고, 한영웅 박사과정생, 이호동 박사 및 박종철 교수가 참여한 이번 연구는 교육과학기술부(장관 이주호)와 한국연구재단(이사장 이승종)이 추진하는 선도연구센터지원사업(NCRC), 신기술융합형성장동력사업 및 교육과학기술부의 KAIST 미래형 시스템 헬스케어 연구개발사업의 지원으로 수행되었고, 단백질체 연구 분야의 권위 있는 학술지인 ‘Molecular and Cellular Proteomics"지 4월호(4월 1일자)에 게재되었다. (논문명: A system for exploring E3-mediated regulatory networks of cellular functions)이관수 교수 연구팀은 전 세계 바이오 관련 DB(데이터베이스)와 논문(약 2만 편)으로부터 정보를 추출해 단백질 분해를 조절하는 효소(E3 효소)와 기질*들 간의 네트워크를 집대성하여, 이와 관련된 세포의 기능과 질병을 분석하는 ‘E3Net’ 시스템을 개발하였다.
※ 기질(substrate) : 효소와 특이적으로 결합하여 화학반응을 일으키는 분자로, 소화작용은 우리의 몸속에서 일어나는 효소와 기질간의 반응의 대표적인 사례
세포는 시시각각 변하는 환경에 대응하여 필요한 단백질들을 생산, 폐기 및 재활용하는 정교한 시스템을 가지고 있는데, 만일 이 과정에서 오류가 생기면 ‘질병’으로 이어질 수 있다.
따라서 단백질 분해를 조절하는 E3 효소와 기질 간의 관계를 파악하면 관련 질병을 치료하거나 예방할 수 있게 된다. 특히 E3 효소는 단백질 분해의 80%를 담당하는 것으로 알려져 수많은 질병이 관련되어 있을 것으로 예측되고 있다.
그러나 E3 효소와 기질 간의 정보들이 개별 논문과 DB에 흩어져 있어, 단백질 분해 조절과 관련된 세포의 기능과 질병의 특성을 종합적․체계적으로 분석할 수 없었다.
이 교수팀은 모든 E3 효소(2,201개)와 기질(4,896개) 및 그 조절관계(1,671개)에 대한 정보를 통합하여 E3 효소 조절 네트워크 내에 존재하는 관련된 세포의 기능과 질병을 시스템적으로 분석할 수 있는 E3Net을 구축하는데 성공하였다.
이 네트워크는 지금까지 구축된 조절정보를 모두 합친 것보다 무려 10배에 이르는 방대한 양으로, E3 효소가 독자적으로 또는 협력해서 조절하는 세포의 기능과 관련 질병을 정확히 파악할 수 있는 토대가 마련된 첫 사례로서 의미가 크다.
연구팀은 E3Net을 이용하면 각각의 질병과 관련된 단백질들의 분해조절을 담당하는 E3 효소들을 찾을 수 있고, 분해조절 원리와 세포기능 네트워크를 함께 파악하여 질병의 발생 원인이나 환자에 적합한 맞춤형 치료방법을 제공할 수 있는 바이오마커를 발굴할 수 있을 것으로 기대한다.
실제 연구팀은 E3Net을 활용해 암, 뇌심혈관 질환 및 당뇨병 등 현대인의 대표적 질환과 관련된 E3 바이오마커 후보 수십 개를 새롭게 발견하는 등 눈에 띄는 성과를 거두었고, 현재 이를 검증할 후속 연구를 계획하고 있다. 이관수 교수는 “이번 연구결과로 E3 효소와 관련된 단백질 분해조절의 네트워크가 구축되고, 이 네트워크에 존재하는 세포의 기능과 질병의 특이성을 시스템적으로 분석할 수 있게 됨에 따라, E3 효소와 관련된 세포의 기능 연구와 질병 연구에 새로운 전기가 마련되었다”고 연구의의를 밝혔다.
2012.05.01
조회수 13802
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‘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 15585
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종이책보다 읽기 더 편한 전자책 나온다!
- 인간 친화적인 이북 인터페이스 구현해 내 -
스마트폰과 태블릿 PC가 전 세계적으로 빠른 속도로 보급돼 전자책 어플의 활용 빈도가 높아지면서 보다 자연스럽고 편리한 독서기능을 제공하기 위해 점점 진화하고 있다.
우리 학교 IT융합연구소(소장 최준균) 이호원 교수 연구팀이 터치스크린의 간편한 조작을 통해 전자책의 페이지를 손쉽게 넘길 수 있는 ‘스마트 이북 시스템’을 개발했다.
이 기술은 전자책을 이용해 독서를 할 때에도 종이책을 읽는 것과 같은 자연스러운 독서기능을 제공하기 위해 개발됐다.
이번에 KAIST 연구팀이 개발한 핵심기술은 비센서 영역인 베젤(디바이스의 테두리 부분)을 이용한 인식기술이다. 기존 터치스크린 방식은 터치영역 내에서만 인식 할 수 있는 반면, 이 시스템은 터치영역과 베젤영역에서의 이동을 인식할 수 있다.
이 기술을 이용하면 터치스크린의 간편한 조작을 통해 여러 페이지를 넘길 수 있는 페이지 플립핑(Page Flipping), 여러 페이지간의 손쉬운 이동을 돕는 핑거 북마킹(Finger Bookmarking) 등의 명령을 손쉽게 사용할 수 있다.
이와 함께 ▲터치한 손가락 개수 ▲드래그 속도 ▲터치하고 있는 시간 ▲숫자모양의 제스처를 이용해 여러 페이지를 넘길 수 있는 방법을 개발해 이용자의 편리성을 도모한 것이 또 다른 특징이다. 최준균 IT융합연구소장은 “최근 급성장하고 있는 모바일 용 소프트웨어 기술에 대한 핵심 원천기술을 개발해 국가경쟁력이 높아질 것으로 기대한다”고 말했다.
한편, 이호원 교수가 IT융합연구소 지식융합팀 김재정, 김상태 연구원과 함께 개발한 이 기술은 총 11개의 국내 및 해외특허 출원을 진행 중이며 사용자 인터페이스 원천기술에 대한 기술사업화도 곧 진행할 계획이다.유튜브 동영상
http://www.youtube.com/watch?v=PF5BWm_w57I
2012.01.03
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2011 IT 융합 국제 워크숍 개최
- 미래 모바일서비스와 소프트웨어 기술에 관한 글로벌 토론장 -
- 김병일 국가과학기술위원회 첨단융합전문위 위원장 등 15명 참가 -
- 12월 2일, KAIST KI빌딩 퓨전홀에서 개최 -
우리대학은 12월 2일 대전 본원 KI빌딩 퓨전 홀(Fusion Hall) 에서 ‘미래 모바일서비스 및 소프트웨어 기술에 관한 2011 IT 융합 국제워크숍(2011 IT Convergence International Workshop on Future Mobile Service & Software Technology)’을 개최한다
이번 워크숍에는 김병일 국가과학기술위원회 첨단융합전문위 위원장, 고이치 아사타니(Koichi Asatani)코가쿠인 대학교 교수, 제이 에이치 음(Jay H. Eum) 트랜스링크 캐피탈(TransLink Capital)대표 등 정부, 학계, 산업계, IT국방 전문가 등 15명이 참석한다.
기조 연설자로 나선 김병일 위원장은 ‘소프트웨어 산업발전전략’을 주제로 IT산업의 현주소 및 정부의 소프트웨어 경쟁력 강화를 위한 방안을 발표할 예정이다.
일본 국가망 핵심 책임자이며 네트워크 전문가인 고이치 아사타니(Koichi Asatani)코가쿠인 대학교 교수는 ‘정보통신기술과 미래 네트워크 및 서비스에 관한 흐름’을 주제로 미래 네트워킹 플랫폼의 일본트렌드와 차세대 네트워크 진화에 대해 발표할 예정이다.
소프트웨어 분야 기조연설자로 나선 제이 에이치 음(Jay H. Eum) 트랜스링크 캐피탈(TransLink Capital)대표는 ‘세계적으로 성공할 수 있는 기술벤처 창업방안‘을 주제로 벤처창업의 본거지인 실리콘벨리의 장점을 소개하는 한편, 실리콘벨리에서 성공방안에 대해 발표할 예정이다.
각 주제별 세션에서는 ▲모바일서비스 ▲IT보안과 국방 ▲IT 융합기술 ▲소프트웨어 기술 등 미래 IT 융합기술 전반에 관한 발표와 토론을 진행한다.
이번 행사를 주관한 조동호 ICC부총장은 “이번 워크숍은 미래 IT융합분야의 국제 연구흐름과 지향점을 확인하고 IT융합분야와 관련한 정부정책 및 연구개발 인력양성의 방향성을 알 수 있는 소중한 기회가 될 것”이라고 말했다.
이번 워크숍 상세정보는 홈페이지(http://iccws.kaist.ac.kr)에서 확인 할 수 있다.
사전등록은 12월1일(목)까지 홈페이지에서 진행하며 당일 현장등록도 가능하다.
한편, 올해로 3회째를 맞는 이번 워크숍은 KAIST ICC(부총장 조동호)와 한국통신학회가 공동주최하고 국가과학기술위원회, 방송통신위원회, 지식경제부가 후원한다.
2011.11.30
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바이오제약사업본부 현판식 행사 개최
우리 대학은 29일 대전 문지캠퍼스에서 신기술융합형 성장동력사업의 일환으로 착수한 바이오제약분야 융합연구를 수행하기 위하여 설립한 바이오제약사업본부의 개소를 대내외적으로 알리는 현판식을 양성광 교육과학기술부 기초연구정책관, 정혁 한국생명공학연구원장, 김상선 연구개발인력교육원장 등 바이오제약 연구분야 관계자 150여 명이 참석한 가운데 거행했다
교육과학기술부는 2011년 6월 바이오의료기술사업의 일환으로 수원대에 설립된 바이오신약장기사업단에 지난 2년간 위탁 관리하였던 분자생물공정 연구단과 바이오의약품 맞춤형 약물전달체 연구단 등 2개 연구단과 함께 금년에 새로이 선정한 혈중 암세포진단 연구단을 포함한 3개 연구단을 관리하기 위한 바이오제약사업본부를 KAIST에 설치했다.
바이오사업본부는 본부장(KAIST 김정회 생명과학과 교수)을 포함하여 6명으로 구성하고 있으며 2011년 8월 KAIST 문지캠퍼스내에 사무실 개소등 근무기반 구축을 거쳐 3개 연구단의 연구성과 도출 지원 및 평가 등 연구과제 관리업무를 수행하고 있다.
2011.11.29
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KAIST-육군, 국방분야 기술개발과 인재양성 공동 노력
우리 대학과 육군이 상호 공동 관심 프로그램에 대한 협력을 추진하고 군 관련 연구기관간 협조와 공동 노력을 강화하기 위해 손을 맞잡았다.
우리 대학은 22일(화) 오전에 계룡대 안중근 장군실에서 김상기 육군참모총장과 서남표 KAIST 총장, 그리고 양 기관 관계자들이 참석한 가운데 ‘육군과 KAIST의 공동협력을 위한 업무 협약서’ 조인식을 가졌다.
먼저 이번 협약을 통해 안보의식 고취와 국방과학기술에 대한 이해 제고를 위해 기관장 및 유관부서간 상호 인적교류를 확대하기로 했다.
특히 양 기관은 국방기술의 적용과 확산을 위해 무기 및 비무기체계 개발, 군 간부 대상 최고경영자과정 운영, KAIST의 국방융합연구소 설립 및 운영 등에 관하여 협력을 강화해 나가기로 했다.
또 지난해부터 KAIST에서 군 자녀들에게 과학에 대한 꿈과 비전을 심어주기 위해 여름과 겨울방학을 통해 운영하고 있는 ‘군 자녀 과학캠프’를 지속적으로 발전시켜 운영하기로 했다.
이 외에도 KAIST는 육군장교의 위탁교육을 위한 입학, 학사관리를 지원하고 육군은 KAIST 학생과 교직원에 대한 병영체험을 시행하기로 했다.
양 기관은 이번 협약 체결을 통해 전력증강의 현장에서 첨단 국방과학 기술을 접목할 수 있는 기회를 더 많이 갖게 될 것으로 기대하고 있다.
2011.11.22
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