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김필한 교수, 초고속 레이저 생체현미경 개발
〈 김 필 한 교수 〉 우리 대학 나노과학기술대학원 김필한 교수 연구팀이 개발한 초고속 생체현미경(IVM: IntraVital Microscopy)을 통해 미래 글로벌 바이오헬스 시장을 겨냥한 상용화에 나선다. 김 교수는 (재)의약바이오컨버젼스연구단, 서울대학교 김성훈 교수와의 공동 연구를 통해 개발한 최첨단 초고속 레이저스캐닝 3차원 생체현미경 기술을 토대로 아이빔테크놀로지(주)(IVIM Technology, Inc)를 창업했다. 이 생체현미경(IntraVital Microscopy : IVM)은 수많은 세포들 간 상호작용을 통해 나타나는 생명 현상을 탐구하고 여러 질환의 복잡한 발생 과정을 밝힘으로써 기초 의생명 연구의 차세대 첨단 영상장비가 될 것으로 기대된다. 연구팀의 기술은 살아있는 생체 내부조직을 구성하는 세포의 움직임을 직접 관찰할 수 있다. MRI나 CT 등 기존 생체영상 기술로는 불가능한 신체 다양한 장기 내부의 수많은 세포 하나하나를 구별하고 각 세포들의 움직임을 3차원으로 즉시 확인 가능하다. 이를 통해 다양한 질병이 몸속에서 발생하는 과정에 대해 자세한 세포단위 영상 정보를 제공할 수 있다. 특히 초고속 생체현미경 기술은 여러 색의 레이저 빔을 이용해 기존의 조직분석 기술로는 불가능했던 살아있는 생체 내부의 다양한 세포 및 주변 미세 환경과 단백질 등의 분자를 동시에 영상화할 수 있다. 이를 활용하면 생체 외부에서 수집한 데이터로 수립한 가정을 실제 살아있는 생체 내 환경에서 세포 단위로 검증하고 분석할 수 있다. 생체현미경은 바이오제약 분야에서도 주목받고 있다. 최근 바이오제약 산업은 단순 합성약물개발보다 생체의 미세 구성단위인 세포 수준에서 복합적으로 작용하는 면역치료제, 세포치료제, 유전자치료제, 항체치료제 등 새로운 개념의 바이오의약품 개발에 집중하고 있기 때문이다. 연구팀의 생체현미경은 동물실험에서 목표로 하는 세포, 단백질과 주입된 물질의 움직임을 동시에 3차원 동영상으로 관찰할 수 있다. 현재 (재)의약바이오컨버젼스연구단과 함께 차세대 신약개발을 위한 핵심기술로 발전시키기 위해 노력 중이다. 김 교수가 창업한 회사는 시장성과 성장가능성을 높게 평가받아 벤처기업으로서는 이례적으로 빠르게 창업 3개월 만에 LB인베스트먼트와 에이티넘인베스트먼트로부터 총 30억 원의 투자를 유치했다. 김 교수는 “이 기술은 다양한 생명 현상을 보다 정밀하게 종합 분석하기 위한 원천기술이다”며 “고령화 사회의 도래와 함께 급성장할 글로벌 바이오헬스 시장을 개척할 수 있는 차세대 의료, 의약 기술의 발전을 가속화할 핵심 기술이 될 것으로 확신한다”고 말했다. 김 교수 연구팀의 연구는 창업원의 엔드런(End-Run) 사업과 과학기술정보통신부가 추진하는 글로벌프론티어사업의 혁신형의약바이오컨버전스사업의 지원을 받아 수행됐다. □ 사진 설명 사진1. 초고속 레이저 생체현미경 (IVM) 사진1 사진2. 초고속 레이저 생체현미경 (IVM) 사진2 사진3. 생체 내부 세포수준 변화의 IVM 영상 결과 사진4. 생체 내부 다양한 장기의 세포수준 IVM 영상 결과
2017.11.21
조회수 16539
공승현 교수, 실내 극미약 GNSS신호 초고속 감지기술 개발
〈 김태선 연구원, 공승현 교수 〉 우리 대학 조천식녹색교통대학원 공승현 교수 연구팀이 범지구 위성항법 시스템인 GNSS(Global navigation Satellite System)를 실내에서도 사용할 수 있는 극미약 GNSS 신호 초고속 탐지기술을 개발했다. 연구팀의 기술을 활용하면 전 세계 어디서든 실내외 상관없이 GNSS 신호만으로 위치를 파악할 수 있기 때문에 대체기술 혹은 별도 장치가 필요하지 않아 활용도가 높을 것으로 기대된다. 이번 연구 성과는 국제 학술지 ‘IEEE 시그널 프로세싱 매거진(IEEE SPM)’ 9월호에 게재됐다. 대중에 가장 많이 알려진 GPS는 1970년대 美 국방부가 개발한 미국 기반의 위성항법장치이다. 이러한 시스템은 미국 뿐 아니라 러시아의 GLONASS, 유럽의 GALILEO, 중국의 COMPASS 등 여러 가지가 존재하는데 GNSS는 이 모든 기술들을 포함하는 시스템이다. 기존의 GNSS는 2만km 상공에서 지구 전역으로 신호를 방사하기 때문에 지상의 작은 안테나가 수신하는 신호는 매우 미약하다. 특히 건물 벽을 투과해 실내로 침투하는 GNSS는 외부에서 수신하는 신호의 세기보다 1천 배 이상 감소된 극미약 신호가 된다. 이러한 극미약 GNSS 신호를 탐지하기 위해 기존의 주파수 영역 상관기법을 사용하면 계산량이 1백만 배 이상 증가하게 되고 신호탐지를 위한 계산 시간도 폭발적으로 증가한다. 위와 같은 문제로 인해 지난 20여 년 간 GNSS 신호를 이용한 실내 측정 기술은 거의 불가능한 것으로 알려졌다. 연구팀은 문제 해결을 위해 실내 극미약 GNSS 신호의 탐지 시간을 획기적으로 줄일 수 있는 ‘합성기반 주파수 가설 탐지 기술 SDHT(Synthesized Doppler frequency hypothesis Testing)’를 개발했다. 일반적으로 GNSS 신호를 탐지하는 작업은 GNSS 신호의 코드 위상과 도플러 주파수를 정확히 알아내는 과정이다. 그런데 기존 방식의 알고리즘은 도플러 주파수의 가설 수를 2만 개 이상 검증을 해야 한다. 결국 소요 시간이 기하급수적으로 늘어난다. 반면 연구팀이 개발한 알고리즘은 가까운 도플러 주파수 가설에 따라 수행된 위상동기식 상관 결과를 이용해 우회적으로 검증하는 기술이다. 따라서 20여 개의 가설만 기존 방식으로 검증하고, 나머지 19980개의 가설은 단순한 산술연산만으로 검증을 수행하면 모든 작업을 완료할 수 있다. 결과적으로 SDHT는 기존 기술보다 1천 여배 적은 계산량, 800배 빠른 속도로 신호를 탐지할 수 있다. 약 15초의 소요시간으로 많은 건물 내의 극미약 GNSS 신호를 탐지할 수 있는 것이다. 연구팀은 추가 연구를 통해 미약한 GNSS 신호를 탐지하는 기술을 더욱 강화하고 실내 전파 난반사에 강한 위치 측정 기술을 개발하면 거의 모든 건물 내에서 수초 이내에 GNSS만을 이용한 실내 GNSS 단독 측정이 가능할 것으로 예상했다. 공 교수는 “기술 개발을 통해 전 세계적으로 실내 GNSS 측위 기술을 선도하게 됐다”며 “향후 실내 GNSS 시스템을 상용화하고 새로운 시장을 창출할 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다. 연구팀은 국내 특허 등록 및 해외 출원 중이며 KAIST 창업원의 지원을 통해 기술사업화를 추진하고 있다. □ 그림 설명 그림1. SDHT 기술을 이용한 GPS 실내 측위 시스템의 측위 결과
2017.09.28
조회수 11375
김일두 교수, 7초 안에 수소가스 탐지 가능한 센서 개발
〈 김일두 교수, 구원태 학생, 페너 교수 〉 우리 대학 신소재공학과 김일두 교수 연구팀이 美 캘리포니아 대학 어바인 캠퍼스 화학과 페너(Reginald M. Penner) 교수와의 공동 연구를 통해 대기 중 1% 수준 농도의 수소가스를 상온에서 7초 이내에 검출할 수 있는 초고속 센서를 개발했다. 이 기술은 금속유기구조체(metal-organic framework)가 코팅된 팔라듐(Pd) 나노와이어 어레이(array) 기반의 초고속 수소가스 감지소재로 향후 수소 자동차 등 다양한 분야에서 활용 가능할 것으로 기대된다. 구원태 박사과정이 1저자로 참여한 이번 연구는 재료분야의 권위 학술지 ‘에이씨에스 나노(ACS Nano)’ 9월호 표지 논문에 선정됐다. 수소가스는 친환경 차세대 에너지원으로 주목받지만 작은 스파크(spark)에도 폭발을 일으킬 수 있는 위험한 가연성 물질이다. 수소가스의 폭발 하한계는 대기 중 4%로 무색, 무취의 수소가스를 빠르게 검출할 수 있는 센서의 중요성이 커지고 있다. 미국 에너지부는 2009년 국가 과제 공고에서 대기 중 1% 수소가스를 60초 이내에 감지할 수 있고 60초 이내에 회복하는 수준이 안전한 수소가스의 검출 기준이라고 제시했다. 1960년대 팔라듐과 수소가스 간 반응시 저항변화가 생기는 현상이 발견된 이후, 팔라듐 기반의 초고감도, 초고속 수소가스 센서 개발을 위한 노력이 계속됐다. 그러나 공기 중 산소를 포함한 방해 가스의 영향으로 상용화 수준의 성능을 갖추지 못했다. 김 교수 및 페너 교수 연구팀은 상온에서 수백 ppm(part per million, 백만분의 1) 수준의 극미량 수소가스를 정밀하고 신속하게 감지할 수 있는 초고감도 감지 소재를 개발했다. 연구팀은 기존 팔라듐 센서의 한계를 극복하기 위해 수소의 선택적 투과가 가능한 금속유기구조체를 팔라듐 나노와이어 어레이 위에 결합했다. 이 금속유기구조체는 각각 0.34 나노미터와 1.16 나노미터의 아주 작은 구멍들로 구성된 표면적이 매우 높은 다공성 물질이다. 수소는 상온에서 0.289 나노미터의 운동지름(kinetic diameter, 다른 분자와 충돌을 일으킬 수 있는 동역학적 지름)을 갖기 때문에 0.34 나노미터의 구멍보다 작아 금속유기구조체 내부를 쉽게 통과할 수 있다. 하지만 0.34 나노미터보다 큰 가스들은 금속유기구조체 내부를 투과하기 어렵다. 이 원리를 통해 수소가스만을 선택적으로 투과하는 데 성공했고, 더불어 팔라듐 나노와이어와 수소가스의 반응을 촉진시켜 초고속으로 수소가스를 감지할 수 있음을 확인했다. 김 교수는 “개발된 초고속 수소가스 센서는 친환경 에너지원인 수소가스의 누출로 인한 사고 예방에 큰 도움을 줄 것이다”며 “금속유기구조체 기반 분자 필터링 기술을 활용해 대기 중 수많은 유해 가스를 초고성능으로 정확히 감지할 수 있는 고속 센서 소재 개발이 가능해 졌다”고 말했다. □ 그림 설명 그림1. 2017. ACS Nano, 커버 이미지 그림2. Pd 나노와이어 어레이 이미지 및 금속유기구조체가 코팅된 Pd 나노와이어의 주사전자현미경 이미지, 그리고 개발된 소재의 수소 가스 감지 특성 그림3. 수소가스 탐지 센서 모식도(ACS Nano에 게재된 논문의 대표 이미지)
2017.09.26
조회수 11279
항공우주공학과, 제1회 극초음속 국제 심포지엄 개최
우리 대학 항공우주공학과는 오는 27(일)-30일(수) KI빌딩 퓨전홀에서 고속 공기역학/열·유체/추진 분야 전문가들이 한자리에 참석한 가운데 ‘제 1회 극초음속 국제 심포지엄’을 개최한다. 극초음속 기술은 미래의 첨단/지능화된 초고속 비행체 개발에 절대적으로 필요한 기술로, 미국, 러시아, 독일, 프랑스, 호주 등을 중심으로 연구되고 있다. 미국은 현재 다양한 프로그램을 통해 극초음속 추진 기술을 확보하고 스크램제트 비행체의 비행시험을 성공리에 수행한 바 있으며, 호주는 HIFire 등 국제협력 프로그램을 통해 극초음속 핵심기술 연구를 수행하고 있다. 국내에서도 근래에 극초음속 추진기관, 달 탐사선 등 산학연에서 연구를 진행하고 있으나, 우주선진국에 비해 그 경험이 아직은 미약한 실정이다. 이번 심포지엄은 ‘극초음속 연구 현황’, ‘열/화학적 비평형 모델링’, ‘스크램제트 추진기관 및 지상시험’, ‘시험설비, 유동 측정 및 진단 기술’ 이라는 4가지 대주제로, 극초음속 기술과 관련하여 많은 경험을 보유한 세계적 석학(국외 11명, 국내 5명)을 중심으로 최신 기술동향 전파 및 기술 교류의 장을 마련하며, 산학연 기술교류 네트워크를 통해 극초음속 연구인력 확산 및 극초음속 분야의 학문적인 연구 분위기 조성에 기여하고자 한다. 조직위원장인 박기수 KAIST 항공우주공학과 교수는 “극초음속 기술 및 활용에 관한 폭넓은 지식을 얻고자 하는 산업체와 연구소의 연구원 및 대학원생들에게 좋은 기회가 될 것”이라고 말했다. 본 심포지엄은 국방과학연구소(ADD 초고속 공기흡입엔진 특화연구실)와 공동 주최하며 현대로템㈜, ㈜비츠로테크, ㈜데크카본, 한국항공우주연구원, 대전마케팅공사, 한국추진공학회, 서울대학교 우주융합대학원 사업단 및 KAIST 초고속비행체 특화연구센터의 후원을 받아 진행된다. 등록 및 관련 문의는 항공우주공학과(042-350-3726, gisu82@kaist.ac.kr)로 하면 된다. 첨부 : 초대의 글 및 세부일정 안내 1부.
2016.11.21
조회수 15417
세계평화 기원 국제 텔레매틱 음악공연 개최
세계평화 기원 국제 텔레매틱 음악공연 ‘ResoNations' 개최 - 뉴욕 UN본부와 서울 등 전 세계 5개 도시서 동시공연 및 초고속 통신망 통해 실시간 중계 - 연주음향을 실시간 시각화하는 기술도 첫 선봬 - KAIST, 동국대, 캘리포니아주립대 등 국내외 대학 및 UN산하기관 공동 주관 우리나라 서울을 비롯, 미국 뉴욕(New York)과 샌디에고(San Diego), 캐나다의 밴프(Banff), 북아일랜드의 벨파스트(Belfast) 등 전 세계 5개 도시의 음악인들이 초고속 통신망을 통해 실시간으로 서로 소통하면서 세계평화를 기원하는 초대형 ‘텔레매틱 음악공연(Telematic Concert)’이 21일 열린다. 이 공연은 특히 세계평화를 위해 활동하는 국제연합(UN)산하의 대표적인 비정부기구(NGO)인 와푸니프(WAFUNIF: The World Association of Former United Nations Interns and Fellows)가 주관하는 ‘Innovations Talks Symposium"과 함께 뉴욕 UN본부에서도 동시에 열려 그 의미가 한층 더 할 것으로 기대된다. 우리대학 문화기술대학원(원장 원광연)과 동국대학교 영상대학원(원장 엄기현)이 UN 산하기관 및 해외 유명대학들과 함께 세계평화를 기원하는 음악을 연주하는 텔레매틱 음악공연인 ‘레조네이션스(ResoNations)’를 오는 21일 오전 9시 30분부터 동국대 이해랑 예술극장에서 개최한다고 16일 밝혔다. 두 대학 외에도 유엔(UN) 산하 국제 비정부기구(NGO)인 와푸니프(WAFUNIF)와 미국 캘리포니아주립대 샌디에고 캠퍼스(University of California at San Diego), 캐나다의 대표적 예술기관인 밴프 센터(Banff Centre), 북아일랜드 벨파스트(Belfast)의 퀸즈대(Queen’s University Belfast)가 주관기관으로 공동 참여한다. ‘텔레매틱 음악공연(Telematic Concert)’이란 지리적으로 서로 멀리 떨어져 있는 음악인들이 공간적인 제한을 딛고 초고속 통신망을 통해 전송되는 서로의 공연영상과 음향을 실시간으로 보고 들으면서 함께 연주하는 것을 의미한다. 따라서 5개 도시의 연주자들은 이 같은 교감과 소통을 통해 마치 한 장소에 모여 음악을 연주하는 것과 같은 효과를 경험할 수 있을 뿐만 아니라 공연을 감상하는 청중들 또한 해당지역의 연주는 물론 다른 지역의 공연까지도 실시간으로 감상할 수 있다는 게 텔레매틱 공연의 특징이자 장점이다. 공연 제목을 ‘레조네이션스’로 정한 것은 서로 다른 여러 나라의 관객과 연주자들이 음악을 통해 함께 공명(共鳴)하며 한 마음으로 세계 평화를 기원하자는 의미에서다. 국내와 해외를 초고속 통신망으로 연결해 생중계하는 텔레매틱 음악공연 중 역대 최대규모로 꼽히는 이번 공연에서는 미 스탠포드대 컴퓨터음악연구소장인 크리스 체이프(Chris Chafe) 교수와 마크 드레서(Mark Dresser) 캘리포니아 주립대 교수, 미국의 신예 실험음악 작곡가이자 지휘자인 사라 위버(Sarah Weaver), 페드로 레벨로(Pedro Rebelo)퀸즈대 음향예술연구소장, 그리고 김준 동국대 교수가 만든 4곡이 연주된다. 특히 각 지역별로 6~8명씩, 모두 31명의 연주자가 출연하는 이번 공연에는 로버트 딕(Robert Dick, 플룻), 조안 라 바바라(Joan La Barbara, 성악), 제인 아이라 블룸(Jane Ira Bloom, 색소폰), 마티 얼리히(Marty Ehrlich, 목관악기) 등 세계적으로 유명한 현대음악과 재즈 연주자들이 대거 포함됐다. 서울에서는 정통 클래식과 대중음악을 넘나들며 현악 사중주의 개념을 새롭게 개척해 온 콰르텟 엑스(Quartet X, http://quartet-x.com/)와 최근 주목을 끄는 신예 색소폰 연주자 홍의식, 그리고 서울대와 한국예술종합학교를 졸업하고 전통 및 현대음악 분야에서 활발한 활동을 펼쳐 오고 있는 해금연주자 이승희가 출연한다. 서울공연에서는 특히 청중들에게 음악연주에 따라 실시간으로 영상이 바뀌는 이색적인 음악적 경험도 동시 제공하는데 연주음향을 실시간 영상으로 변환하는 작업은 여운승 KAIST 교수가 맡는다. 이밖에 악기로는 인도 전통악기인 타블라(뉴욕)와 함께 전자 바이올린 및 첼로(밴프), 컴퓨터를 이용한 전자악기(벨파스트), 한국의 전통악기인 해금 등이 선보인다. 공연은 서울 등 5개 도시에서 동시에 열리게 되나, 시차로 인해 샌디에고는 11월 20일 오후 4시 30분, 캐나다 밴프와 뉴욕은 각각 같은 날 오후 5시 30분과 오후 7시 30분에 열리는 반면 벨파스트와 서울은 21일 새벽 0시 30분과 오전 9시 30분에 시작된다. 샌디에고와 벨파스트에서는 연주자만 참여하는 반면, 뉴욕 UN본부, 밴프 센터, 그리고 서울에서 열리는 공연에는 일반인들의 참관이 가능하다. 한국과학창의재단 및 한국과학기술정보연구원의 후원으로 열리는 이번공연은 입장료가 10,000원이며 수익금 전액은 유네스코(UNESCO) 한국 위원회에 기부된다. 이 공연의 기술 및 진행을 맡은 여운승 KAIST 문화기술대학원 교수는 “세계 5개 도시를 초고속 통신망으로 연결, 영상과 음향을 동시에 전송한다는 점에서 기술적으로도 의미가 있지만 공연음악을 시각적으로 변환하는 작업을 통해 더욱 흥미로운 결과가 나올 것”이라고 말했다. 동국대 영상대학원 김준 교수도 “공간적 한계를 넘어선 실시간 예술표현이란, 예술가에게 있어 꿈이라 할 수 있다”며 “이번 공연은 첨단 네트워크 기술을 사용해 공간의 제약을 넘어서는 예술적 교감을 이룬다는 점에서 기념비적인 연주회가 될 것”이라고 강조했다. 공연 홈페이지 (http://resonations.kaist.ac.kr) 참조.(끝).
2009.11.16
조회수 13126
김학성 오은규 연구팀 나노 입자 이용한 단백질 상호작용 분석기술 개발
상호작용 분석을 위한 다양한 특성의 금 나노입자 제조 기술도 함께 확보 두가지 나노 입자 사이의 물리적 특성변화를 이용, 서로 다른 단백질간의 상호작용을 고감도, 초고속으로 분석하는 기술이 KAIST 연구진에 의해 개발됐다. KAIST 생명과학과 김학성(金學成, 48, 교수), 오은규(吳恩圭, 34, 박사과정) 연구팀은 서로 다른 색상의 형광을 내는 두 개의 나노입자가 10나노미터 이내로 가까워지면 그 사이에 에너지 전달이 생겨, 각자의 형광스펙트럼이 달라지는 현상인 FRET(형광공명에너지전이) 방식을 이용, 단백질의 상호작용을 분석하는 시스템을 세계 최초로 구현했다고 밝혔다. 또한 金 교수팀은 수용액에서 안정성이 좋고 단백질 결합이 용이한 표면을 지닌 금 나노입자 제조기술도 함께 개발했다. 10나노미터 이하의 금속나노입자를 이용, 표적물질의 스크리닝, 세포 이미징, 단백질 상호작용 분석 등에 활용하는 기술이 최근 생명공학 분야에서 주목받고 있다. 특히 단백질 상호작용을 고감도, 초고속으로 분석하는 기술은 각종 질병의 진단, 의약품의 개발, 생명현상의 규명 등에 매우 중요하기 때문에 수많은 연구개발이 진행되고 있다. 기존의 연구개발은 주로 단일나노입자를 만들어 여기에 단백질 등의 바이오물질을 붙이는 기술에 집중되어 왔지만, 金 교수팀은 FRET 방식을 이용, 서로 다른 나노입자의 물리적 특성변화를 이용해 단백질 상호작용에 대한 분석이 가능하게 만들었다. 이 기술은 앞으로 질병진단, 의약품 개발, 세포내 단백질 상호작용 규명 등에 활용될 수 있는 기반 기술로, 국내외에 특허출원하였고 관련연구는 미국 화학회지(JACS) 인터넷판에 최근(2.19) 발표되었다. 위 사진 : 금 나노입자와 반도체 양자점을 이용한 inhibition assay(저해물질 분석) 도면 (사진2) 크기에 따라 다른 색상을 띠는 금 나노입자좌1. 금염수용액 고유의 노란색, 나머지 8개 샘플. 금염수용액으로부터 다양한 크기로 제조된 금 나노입자 (사진3) 좌. 금염과 리간드가 단순히 섞여있는 용액 / 우. 좌로부터 형성된 금 나노입자
2005.02.23
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