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무형광체 백색 LED 제조 기술 개발
우리 대학 물리학과 조용훈 교수 연구팀이 형광체를 사용하지 않은 백색 LED 제조 기술을 개발했다.
이 기술은 차세대 조명 및 디스플레이 기술의 발전에 기여할 것으로 기대된다.
이번 연구 결과는 네이처가 발행하는 학술지 ‘빛 : 과학과 응용 (Light : Science & Applications)’ 12일자 온라인 판에 게재됐고, 그 중요성을 인정받아 인쇄본의 표지 논문으로 선정됐다.
현재 대부분의 백색 LED는 청색 LED에 황색 형광체를 사용하거나 여러 색의 LED 칩을 병렬 조합해서 만드는 방식이다.
그러나 황색 형광체는 희토류물질로 수입의존도가 높고, 낮은 연색성, 변색 등의 문제점을 갖는다. 또한 여러 색의 LED 칩을 병렬 조합하는 방식은 단가가 매우 높아진다는 단점이 있다.
연구팀은 문제 해결을 위해 형광체를 사용하지 않고 하나의 반도체 칩으로 백색 LED를 제작하기 위한 방법을 고안했다. 동심원 모양으로 꼭대기 부분을 잘라낸 피라미드 구조가 제작되도록 마이크로 복합 구조체를 설계한 것이다.
이 마이크로 크기 삼차원 구조체는 각 면마다 다른 조건의 양자우물이 형성돼 각 면에서 다른 색의 빛을 낼 수 있다. 결국 기존의 여러 LED 색을 조합할 필요 없이 한 구조체에서도 다양한 색을 혼합할 수 있게 된다.
삼차원 구조체를 만드는 시간과 조건을 조절해 각 결정면의 면적을 변화시킴으로써 다양하게 혼합된 색의 LED가 제작 가능하다.
연구팀은 각 결정면의 면적을 조절해 하나의 LED 칩으로 무형광체 백색 LED를 시연했다. 또한 LED에 인가하는 전류를 변화시켜도 색이 거의 변하지 않았다. 이는 무형광체 백색 LED의 초기단계로 미래의 무형광체 백색광원의 방향성을 제시했다는 의의를 갖는다.
이밖에도 연구팀은 고배율 대물렌즈를 사용해 3차원 구조체 내부에서 전류주입의 정도를 측정하는 방법을 소개했다. 이를 통해 전류를 효율적으로 주입시키는 방안을 개발한다면 LED 소자의 효율과 색재현성을 조절할 수 있을 것으로 전망했다.
조 교수는 “향후 3차원 반도체 공정개발을 통해 효율이 개선된다면 형광체 없이도 값싸고 색 재현성이 좋은 단일 칩 백색 광원으로 활용될 수 있을 것이다”고 말했다.
임승혁 박사과정 학생이 1저자로 참여한 이번 연구는 한국연구재단의 중견연구자 지원사업과 KAIST 기후변화연구 허브사업의 지원을 받아 수행됐다.
□ 그림 설명
그림1. 형광체를 사용하지 않은 마이크로 크기의 끝이 잘린 피라미드 형태의 복합 구조체에서 전류 주입으로 백색광을 내는 개념도
그림2. 형광체를 사용하지 않은 마이크로 크기의 끝이 잘린 피라미드 형태의 전자현미경사진과 백색광의 전계발광 스펙트럼
2016.02.23
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오승규 학생, 앱 개발 수익금 3천만원 발전기금 기부
우리 대학 학부생이 스마트폰 앱 개발 후 매각으로 발생한 수익금 중 일부를 대학 발전기금으로 내놨다.
전기및전자공학부에 재학 중인 오승규(27)씨는 24일(화) KAIST 총장실에서 강성모 총장에게 3천만 원의 발전기금을 전달했다. 이는 재학생 기부액 중 최고금액이다.
오씨는 안드로이드 스마트폰이 막 보급되기 시작한 2010년 경 기존 지하철 노선을 알려주는 앱이 불편해서 직접 개발에 나섰다.
오씨가 개발한 ‘지하철 내비게이션’앱은 출발역과 도착역만 지정하면 실시간 운행시간을 확인해 최단경로를 찾아주는 애플리케이션이다. 가장 먼저 오는 열차가 무엇인지, 어디서 어떤 열차로 갈아타야 하는지를 알려주는 기능과 함께 첫차, 막차, 급행열차, 환승통로 이용시간까지 고려해 최적의 경로를 계산해 준다.
오씨는 혼자만 앱을 사용하기가 아쉬워 오픈마켓에 배포했다. 최근 구글플레이에서 지하철 앱 다운로드 순위 2위를 기록 중이며, 500만 명 이상이 사용하면서 광고수익도 발생했다. 그러던 중 올 초 카카오로부터 인수 제의를 받고 합리적인 가격에 양도했다.
아직 학생이지만 거액의 수익을 올리게 되자 학교가 떠올랐다고 했다.
한국과학영재학교를 거쳐 KAIST에 입학한 오씨는 “고등학교 때부터 국가로부터 큰 지원을 받고 있다는 책임감이 있었다”며 “이번 기회에 큰 돈을 벌게 돼 그동안 받아온 지원을 환원하는 차원에서 모교인 KAIST에 기부하기로 결정했다”라고 설명했다.
이어 “개인의 노력과 재능에 더하여 학교에서 공부한 내용을 바탕으로 새로운 가치를 창출했다면 학생이 공부에 충실할 수 있도록 지원한 학교 역시 의미 있는 역할을 한 것”이라며 “앞으로도 뛰어난 동문들이 큰 성공을 이루어 후배들의 성장을 이끌어주면 좋겠다”라고 덧붙였다.
올해 마지막 학기를 마치면 오씨는 카카오에 입사해 지하철 앱 운영 업무를 수행할 예정이다.
오씨는 “1인 법인으로 만든 회사이름이‘오리지날’인데, 제 성씨인 ‘오’와 KAIST의 상징인 오리를 합하여‘오리도 날 수 있다’는 의미를 가지고 있다”며 “혼자서 모든 일을 처리하던 환경에서 벗어나 대기업 에서 체계적인 사회생활을 경험하며 발전하는 계기로 삼아 오리가 날 수 있게 돼 기대된다.”라고 말했다.
강성모 총장은 “오승규 학생의 선례를 계기로 학교발전을 위한 마음이 KAIST 전 구성원에게 모두 전달되기를 바란다”며 “학교 발전에 소중히 사용 하겠다”라고 밝혔다. 끝.
2015.11.24
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가을 가족소풍은 KAIST 락 페스티벌과 함께
우리 대학은 오는 3-4일 KAIST 본관 앞 잔디광장과 노천극장에서 ‘KAIST 아트 & 뮤직 페스티벌 2015(KAMF)’를 개최한다.
‘예술문화와 함께하는 여유로운 가을소풍’을 주제로 열리는 이번 축제는 대학 캠퍼스 내에서 가족, 연인, 친구와 함께 평소 접하기 어려웠던 락 음악을 즐길 수 있는 행사다.
올해로 4회째를 맞이하는 이번 축제는 △ 인디밴드 락 공연 △ 공예품 벼룩시장 운영 △ 종이접기 체험행사 △ 단편영화 상영 프로그램이 마련돼 가족단위 관람객에게 풍성한 볼거리를 제공할 것으로 기대된다.
음악축제 무대에는 △ 2014년 한국대중음악상 최우수 댄스일렉트로닉음반상을 수상한 글렌체크 △ 블독 맨션의 보컬 겸 싱어송 라이터 이한철 △ 제1회 가온차트 K-POP 어워드 올해의 발견상을 수상한 칵스 △ 2012년 쌈지사운드페스티벌에서 숨은 고수로 선정된 후후 등이 참여한다.
이밖에 스웨덴 세탁소, 라이프 앤 타임, 데드버튼즈, 에이퍼즈, 버닝햅번, 솔루션스, 빌리카터, 피터팬 콤플렉스, 쏜애플, 김반장과 윈디시티, 빌리어코스티가 참여한다.
이와 함께 종이문화재단 김영만 원장이 진행하는 종이접기 체험행사와 풍선아트, 핸드메이드 팔찌 등을 전시하고 판매하는 13개 벼룩시장 부스도 마련된다.
이번 축제를 주관하는 김강인 KAIST 학부 총학생회장은 “평소 대전에서는 만나기 쉽지 않은 락 뮤지션들이 이번 행사에 대거 참여한다”며 “대전시민들이 락 음악을 즐길 수 있는 특별한 기회가 될 것”이라고 말했다.
축제의 상세정보는 홈페이지(www.kamf.co.kr)에서 확인 가능하며 관람권은 인터파크에서 구매할 수 있다. 끝.
2015.10.01
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바이오부탄올 핵심생산효소 구조 및 특성 규명
이 상 엽 특훈교수
우리 대학 생명화학공학과 이상엽 교수 연구팀이 경북대학교 김경진 교수 연구팀과의 공동연구를 통해 친환경 차세대 에너지인 바이오부탄올의 핵심 생산 효소인 싸이올레이즈(Thiolase)의 구조 및 특성을 규명했다.
연구 결과는 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications) 9월 22일자 온라인 판에 게재됐다.
바이오부탄올은 바이오연료로 이미 사용되고 있는 바이오에탄올을 능가할 수 있는 친환경 차세대 수송용 바이오연료로 각광받고 있다.
바이오부탄올의 에너지 밀도는 리터당 29.2MJ(메가줄)로 바이오에탄올(19.6MJ)보다 48% 이상 높고 휘발유(32MJ)와 큰 차이가 없다. 또한 폐목재, 볏짚, 잉여 사탕수수, 해조류 등 비식용 바이오매스에서 추출하기 때문에 식량파동 등에서도 자유롭다.
바이오부탄올의 가장 큰 장점은 휘발유와 비교했을 때 공기연료비, 기화열, 옥탄가 등 연료 성능이 비슷해 현재 자동차 등에 사용되고 있는 가솔린 엔진을 그대로 사용할 수 있다는 점이다.
바이오부탄올은 클로스트리듐이라는 미생물로부터 생산이 가능하지만 클로스트리듐의 주요 효소의 구조 및 기작 등에 대한 연구는 체계적으로 이뤄지지 못했다.
이 교수 연구팀은 이 미생물의 성능 향상을 위해 바이오부탄올 생합성에 필요한 주요 효소 중 하나인 싸이올레이즈의 3차원 입체구조를 포항방사광가속기를 이용해 규명했다.
이를 통해 일반적인 미생물의 효소에서는 발견되지 않고 클로스트리듐 내의 싸이올레이즈에서만 관찰되는 산화-환원 스위치 구조를 발견했다.
또한 가상세포모델 등을 활용한 시스템대사공학 기법을 활용해 이 싸이올레이즈가 실제 미생물 내에서 산화-환원의 스위치로 작동한다는 것을 증명했다.
연구팀은 밝혀낸 싸이올레이즈 구조의 원천기술을 활용해 활성이 향상된 돌연변이 효소를 설계했다. 그리고 이를 이용해 바이오부탄올 생산 미생물의 대사회로를 조작해 바이오부탄올 생합성이 향상되는 결과를 얻었다.
이상엽 교수는 “바이오부탄올 생합성 대사회로에서 가장 중요한 효소의 구조와 작용 기작을 세계 최초로 밝혔다”며 “싸이올레이즈 관련 원천기술을 활용해 바이오부탄올을 더욱 경제적으로 생산할 수 있는 대사회로 구축에 응용하겠다”고 말했다.
김상우, 장유신, 하성철 박사가 공동 1저자로 참여한 이번 연구는 미래창조과학부와 한국연구재단의 기후변화대응기술개발사업 및 글로벌프런티어 차세대바이오매스사업단 지원을 받아 수행됐다.
□ 그림 설명
그림 1. 바이오부탄올 생산 효소(thiolase)의 구조 및 산화-환원 스위치 작용기작
그림 2. 바이오부탄올 생산을 위한 포도당 대사회로에서 바이오부탄올 생산 효소(thiolase)의 산화-환원 스위치 작용기작
2015.09.22
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KAIST, 中 중경이공대학에 커리큘럼 등 교육 수출
KAIST가 中 중경이공대학에 KAIST 교육시스템과 커리큘럼을 수출한다.
KAIST와 중경이공대학은 지난 14일(월) 오후 중경이공대학(Chongqing University of Technology) 양강 캠퍼스에서 강성모 KAIST 총장, 쉬 샤오후이(Shi Xiaohui) 중경이공대학 총장, 가을학기 신입생 66명 등 총 100여 명이 참석한 가운데 ‘중경 양강 - KAIST 국제 프로그램 입학식’을 개최했다.
‘중경 양강 - KAIST 국제 프로그램’은 양 대학이 전기전자 및 컴퓨터 분야 인재를 양성해 중경시 한․중산업단지 내 기업들에게 고급 인력을 제공하기 위해 마련됐다.
이를 위해 양 대학은 중경이공대학 양강캠퍼스 내에 전기및전자공학과와 전산학과를 개설하고 올 가을학기에 총 66명의 신입생을 선발했다.
커리큘럼은 현재 KAIST의 전기및전자공학부와 전산학부가 운영 중인 프로그램을 대부분 준용할 계획이어서 큰 어려움 없이 준비됐다.
수업은 KAIST 교수진 8명이 참여해 전공 교과목의 3분의 1을 영어로 강의하고, 중경이공대학 교수진 17명이 나머지 교과목을 담당한다.
KAIST는 이번 프로그램에서 교육과 연구를 주로 담당하고, 중경이공대학은 중국 내 우수학생 선발과 일반 행정을 담당하게 된다.
앞서 KAIST는 지난해 8월 양교의 본격적인 협력사업을 위해 ‘중경이공대학-KAIST 교육협력센터’를 설치했으며 그 책임교수로 전기및전자공학부 한영남 교수를 임명했다.
양 대학은 향후 2016년 말까지 중국 교육부로부터 석사과정 교육 프로그램의 승인도 받아 대학원 과정도 운영할 계획이다.
강성모 총장은“이번 프로그램은 중국정부와 중국대학이 KAIST의 교육 노하우와 우수한 커리큘럼을 인정한 사례”며“KAIST는 앞으로 한국의 교육시스템을 수출하는데 적극 나설 것”이라고 말했다. 끝.
2015.09.16
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대장균 이용 농·의약품 및 나일론 전구체 제작 원천기술 개발
<이 상 엽 특훈교수>
우리 대학 생명화학공학과 이상엽 특훈교수 연구팀이 11일 세계 최초로 미생물을 이용한 1,3-다이아미노프로판(원, 쓰리-다이아미노프로판) 생산에 성공했다.
이번 연구결과는 사이언티픽 리포트(Scientific Reports) 11일자에 게재됐다.
1,3-다이아미노프로판은 에폭시 수지의 가교제와 의약 및 농약제품 제작에 이용되는 핵심 화학물질이다. 또한 중합반응을 통해 의료용 접착제, 엔지니어링 플라스틱 등으로 이용되는 나일론(폴리아마이드)을 제작할 수 있다.
이 1,3-다이아미노프로판은 현재 석유를 통해 생산된다. 그러나 기후변화와 환경문제를 유발하고 한정자원인 석유화학공정을 이용한다는 한계가 있어 연구팀은 지속가능한 친환경 바이오화학공정으로 재편에 힘쓰고 있다.
이상엽 교수 연구팀은 세계 최초로 대장균을 이용한 1,3-다이아미노프로판 생산에 성공해 지속가능한 자원인 바이오매스로부터 생산 가능성을 열었다.
연구팀은 자체적으로 1,3-다이아미노프로판을 생산할 수 없는 대장균의 문제점 해결을 위해 시스템 대사공학을 이용했다. 시스템 대사공학은 세포전체 대사회로를 정량, 정성적 분석 후 시스템 수준에서 총체적으로 조작해 원하는 화합물을 대량생산하는 기술이다.
연구팀의 생산 과정은 ▲외래 미생물의 1,3-다이아미노프로판 생산 대사회로를 컴퓨터 가상 세포에 도입해 가장 효율적인 대사회로를 결정한 후 ▲이 대사회로를 실제 대장균에 도입해 1,3-다이아미노프로판 생산 ▲마지막으로 추가적인 시스템 대사공학을 통해 약 21배 이상 생산량을 증가시켜 최종 발효를 통해 배양액 1 리터당 13그램의 1,3-다이아미노프로판 생산에 성공했다.
이 기술로 재생 가능 비식용 바이오매스를 이용한 1,3-다이아미노프로판 생산이 가능해져 기존 석유기반 화학 산업을 바이오리파이너리(Bio-refinery)로 대체할 수 있을 것으로 기대된다.
이 교수는 “이번 연구는 세계 최초로 KAIST 연구실에서 바이오리파이너리를 통해 1,3-다이아미노프로판 생산 가능성을 제시한 점에서 의의를 갖는다”며 “더 많은 연구를 통해 생산량 및 생산성을 증산할 계획이다”고 말했다.
이번 연구는 미래창조과학부의 기후변화대응 기술개발사업의 지원을 받아 수행됐고, KAIST 채동언(박사과정) 학생이 제 1저자로 참여했다.
□ 그림 설명
그림 1. C4 대사회로를 이용하여 1,3-다이아미노프로판을 생산하기 위한 대사공학 전략들
그림 2. 최종적으로 엔지니어된 대장균들의 발효 프로파일
2015.08.11
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고효율의 단일광자원 소자 핵심기술 개발
조 용 훈 교수
우리 대학 물리학과 조용훈 교수 연구팀이 양자정보기술에 기여할 수 있는 고효율의 단일광자원(양자광원) 의 방출 효율과 공정 수율을 높일 수 있는 기술을 개발했다.
이번 연구 결과는 자연과학분야 학술지인 미국국립과학원회보(PNAS: Proceedings of the National Academy of Sciences) 4월 13일자 온라인 판에 게재됐다.
빛은 보통 파동의 성질을 갖는 동시에 입자의 성질도 가지고 있는데, 이 입자를 광자라고 한다. 단일광자원 혹은 양자광원은 광자가 뭉쳐서 나오는 고전적인 광원과는 달리 한 번에 한 개의 광자만 방출하는 소자이다. 반도체 양자점을 이용한 단일광자 방출 소자는 안정성 및 전기구동 가능성이 높아 상용화에 적합한 소자로 각광받고 있다.
하지만 빛의 파장은 양자점보다 수십~수백 배 정도 크기 때문에 상호 작용하기 어려워서 단일광자의 방출 효율이 매우 작다는 한계점이 있다. 따라서 고효율 단일광자원를 만들기 위해서는 양자점과 빛을 집속시키는 구조(광공진기)를 공간적으로 정확히 결합시키는 것이 필수적이다.
하지만 양자점은 불규칙하게 분포되어 있고 위치를 정확히 확인할 수 없어 우연성에 의존한 결합을 기대할 수밖에 없었다. 따라서 긴 공정시간에도 불구하고 소수의 단일광자소자를 제작하는 수준에 머물러 있었다.
연구팀은 문제 해결을 위해 피라미드 모양의 나노 구조체를 활용했다. 반도체 나노피라미드 구조에서는 양자점이 피라미드의 꼭지점에 자발적으로 형성된다. 그리고 그 위에 금속 필름을 얇게 증착하면 빛 역시 뾰족한 금속 끝에 모이는 성질 때문에 양자점과 동일한 위치에 집속되는 것이다.
특히 금속에서는 빛이 본래 가진 파장보다 작게 뭉칠 수 있다. 즉, 빛이 가진 파장보다 더 소형화를 시킬 수 있기 때문에 양자점과의 크기 차이로 인한 문제를 극복할 수 있게 되는데, 이 방법으로 단일광자 방출 효율이 기존의 방식보다 20배 정도 증가되었다.
단일광자 방출소자는 양자광컴퓨터 및 양자암호기술 구현의 가장 기본적인 구성 요소이다. 이번 연구를 통해 기존의 까다로운 과정들 없이 단순한 방식으로 효율과 수율을 모두 높일 수 있으므로, 단일광자방출원 혹은 양자광원 관련 기술의 상용화 가능성이 높아질 것으로 기대된다.
조 교수는 “이 기술은 높은 공정 수율을 갖고 있기 때문에 상용 양자광원 소자 제작 한계를 해결하고, 양자정보통신 분야 구현에 중요 기술이 될 것”이라고 말했다.
조용훈 교수의 지도를 받아 공수현(1저자)·김제형(2저자) 박사가 수행한 이번 연구는 우리 대학 신종화·이용희 교수, 프랑스 CNRS의 레시당 박사, 미국 UC 버클리의 샹장 교수가 참여했으며, 한국연구재단의 중견연구자 지원사업과 KAIST 기후변화연구 허브사업의 지원을 받아 수행됐다.
그림 1. 단일 광자가 높은 효율로 방출되는 모습의 개념도
2015.04.23
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신경세포 연결해주는 접착단백질 결합구조 규명
국내 연구진이 신경세포 연결을 주관하는 시냅스접착단백질**의 3차원 복합체 구조를 규명함으로써, 시냅스* 형성초기 기전을 제시하였다. 시냅스 이상으로 인한 강박증이나 조울증 등 다양한 뇌질환의 발병기전 규명과 치료제 개발에 활용될 것으로 기대된다.
* 시냅스 : 신경전달물질의 분비와 흡수가 일어나는 1,000억 여 개에 달하는 신경세포의 접합부위로 학습과 기억, 감각, 운동 등을 조절하는 뇌 활동의 기본단위이다. ** 시냅스접착단백질 : 벨크로처럼 두 개의 신경세포를 단단하게 연결해 시냅스 형성을 돕는 신경세포막에 존재하는 단백질
우리 학교 의과학대학원 김호민 교수와 연세대 생화학과 고재원 교수 (이상 교신저자)가 주도하고, 연세대 엄지원 연구교수, KAIST 김기훈 석사과정 연구원 및 을지대 박범석 교수(이상 제1저자)가 참여한 이번 연구는 미래창조과학부와 한국연구재단이 지원하는 신진연구자지원사업, 중견연구자지원사업(핵심연구) 및 교육부 학문후속세대양성사업의 지원으로 수행되었고 자연과학 분야 국제학술지 네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications)지 온라인판 11월 14일자에 게재되었다. (논문명 : Structural basis for LAR-RPTP/Slitrk complex-mediated synaptic adhesion)
신경세포막에 존재하는 단백질 슬릿트랙*은 다른 신경세포의 막에 존재하는 단백질 LAR-RPTP**와 복합체를 이뤄 초기 시냅스 형성과 신경세포의 흥분과 억제간의 균형 유지에 관여하는 것으로 알려져 있었다.
* 슬릿트랙(Slitrk) : 뇌의 중추신경계에서 강하게 발현되는 단백질. 이 유전자가 결핍된 형질전환생쥐의 경우 다양한 뇌질환 표현형을 나타냄. 최근 LAR-RPTP와 결합하여 시냅스 형성을 조절하는 시냅스접착단백질임이 밝혀짐
** LAR-RPTP : 신경세포의 초기 발달과정에서 중요한 역할을 하는 단백질 군. 최근 시냅스 형성에 관계된 주요 기능들이 조금씩 밝혀지면서 새롭게 주목 받기 시작한시냅스접착단백질
이들 두 단백질의 이상은 시냅스의 기능이상을 유발해 자폐증, 정신분열증, 간질, 강박증 및 조울증 같은 다양한 신경·정신질환을 유발하는 것으로 알려져 있지만 두 단백질의 결합구조와 구체적인 작용기전이 규명되지 않아 치료제 개발에 한계가 있었다.
연구팀은 단백질 결정학기술과 바이오투과전자현미경을 활용해 두 시냅스접착단백질(슬릿트랙(Slitrk)과 LAR-RPTP)이 결합된 3차원 구조를 밝혀내고 이들 상호간의 결합의 핵심이 되는 부위를 찾아냈다.
나아가 두 시냅스접착 단백질이 결합한 후 클러스터를 형성하면서 시냅스 생성이 유도된다는 것을 규명하였다.
김호민 교수는 “시냅스접착단백질의 기능 이상으로 나타나는 다양한 뇌질환의 발병기전 이해에 큰 밑거름이 될 것. 특히, 단백질 구조생물학과 신경생물학의 유기적인 협력연구를 통하여 우수한 성과를 거둔 대표적 사례가 될 것”이라고 밝혔다. 고재원 교수는 “시냅스접착단백질 분자기전을 이해함으로써 시냅스 형성 관련 연구의 새로운 방향을 제시할 것”이라고 연구의의를 밝혔다.
그림 1. 시냅스접착단백질 결합체 구조 및 슬릿트랫 바이오투과전자현미경 이미지
(위) 시냅스접착단백질 슬릿트랙(Slitrk)과 LAR-RPTP 결합체 분자구조
단백질결정학을 통해 시냅스접착단백질 결합체 분자구조를 분석한 결과 두 시냅스접착단백질의 결합에 중추적인 역할을 하는 핵심적인 아미노산을 도출할 수 있었다.
특히 LAR-RPTP 단백질에 위치한 선택적 접합(Alternative splicing) 부위(붉은색 화살표)가 슬릿트랙 (Slitrk)과 선택적으로 결합하기 위한 분자코드임을 규명하였다.
(아래) 슬릿트랙의 바이오투과전자현미경 이미지 단백질결정학으로는 규명이 어려운 전체 슬릿트랙 단백질 구조(세포막 바깥쪽부위)를 바이오투과전자현미경을 사용하여 분석하였다. 그림에서 보듯 전체 슬릿트랙은 땅콩처럼 생긴 비슷한 두 개의 단백질 모듈(푸른색, 노란색 화살표)로 구성되어 있고, 이들 중 한 부분(파란색 화살표)만 LAR-RPTP와 결합하게 된다는 것을 규명하였다.
그림 2. 시냅스접착단백질 결합에 의해 유도되는 시냅스형성 분자기전
전시냅스의 LAR-RPTP과 후시냅스의 슬릿트랙(Slitrk)의 결합이 단순한 결합에 그치는 것이 아니라 결합 이후 신경세포 막에서의 배열변화를 통해 단백질 클러스터 형성을 유도할 수 있음을 보였다.
그림 3. 시냅스 및 시냅스접착단백질 개요
시냅스는 1000 억여 개에 달하는 신경세포들의 접합 부위인 뇌기능의 기본단위로서 신경세포 간 교환되는 신경전달물질들에 의하여 학습 및 기억, 감각, 운동 등이 원활히 조절된다. 시냅스에는 약 1,000여종 단백질이 존재하며, 이들 중 신경세포 막에 존재하며 벨크로처럼 두 개의 신경세포를 단단하게 연결하여 시냅스 형성을 돕는 단백질을 시냅스접착단백질이라 한다. 현재 불과 10여개의 시냅스접착단백질만이 밝혀져 있고, 이중 최근에 주목받기 시작한 시냅스접착단백질이 슬릿트랫과 LAR-RPTP이다.
2014.11.20
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ICISTS-KAIST 10주년, 학생 주관 아시아 최대 행사로 자리 잡아
과학기술과 사회의 조화로운 공존이 가능할까? 누구나 한 번쯤 고민해볼만한 이 두 영역 간의 소통을 위해 KAIST 학생들이 적극 나서고 있다.
KAIST 학생들이 자발적으로 만든 행사인 ‘ICISTS(International Conference for Integration of Science, Technology and Society)-KAIST’는 아시아 최대 대학생 국제회의로 올해 10주년을 맞았다.
4일(월)부터 8일(금)까지 대전 호텔ICC와 KAIST 창의학습관에서 열리는 이번 행사에 참석하기 위해 전 세계 19개국 400여명의 대학생들이 모였다.
‘과학이 사회를 이끄는가?’를 주제로 열리는 이번 행사에는 과학기술사회학 분야의 세계적 대가인 랭던 위너(Langdon Winner) 뉴욕 렌슬러 공과대학 교수, 퓰리쳐상 최종 후보에 올랐던 샤론 슈미클(Sharon Schmickle) 민포스트닷컴(MinnPost.com) 기자, 권원태 국회기후변화포럼 기후변화정책연구소장 등이 연사로 나서 주제발표와 토론을 진행한다.
지난 2005년 조직된 이 단체의 원래 명칭은 HPAIR-KAIST였다. HPAIR(Harvard Project for Asian & International Relations)는 하버드대 졸업생 및 재학생 참가 신청자를 대상으로 매년 아시아 대학 한 곳과 공동으로 주최하는 대학생 국제회의다. HPAIR-KAIST가 한국에서 행사를 추진했으나 HPAIR에서 협조적이지 않아 탄생한 것이 바로 ICISTS다. ICISTS는 HPAIR와 차별화하기 위해 과학기술에 대한 역량을 바탕으로 과학기술과 사회의 소통을 위해 만들어졌다.
초창기 행사 준비과정은 많은 시행착오와 어려움을 겪었다. 학교에서는 행사의 필요성과 의미에 대해 반신반의해 적극 협조하지 않았고 숙소를 구하지 못해 교회 건물에 있는 방을 빌리기도 했다. 심지어는 참여인원 부족으로 행사가 취소되기도 했다. 그러나 동아리 멤버들은 ‘새로운 것에 대한 도전’과 ‘그 과정에서의 재미’를 찾으며 문제를 해결할 수 있는 방법을 스스로 배우고 10년이라는 역사를 만들어냈다.
ICISTS는 그들만의 독특한 DNA를 갖고 있다.
그들은 연구실에서 벗어나 원자력발전, 배아 줄기세포 복제 연구, 나로호 프로젝트 등 과학기술이 인간사회에 미칠 수 있는 영향에 대해 토론한다.
대학생으로서 국제적인 행사를 치른 경험은 다양한 분야에 관심을 갖게 했고 ICISTS 출신들은 여러 분야에 진출했다. 미국 반도체 관련분야 벤처 창업, 티켓몬스터 창업멤버, 카카오 전략팀 근무, 글로벌 투자회사 재직, 머니투데이 앵커, 치과의사 등 그 누구하나 비슷한 일을 하고 있지 않다.
ICISTS 역대 회장 10명 중 대학원에 진학한 졸업생은 단 2명뿐이다. KAIST는 매년 학부생 중 약 70%가 대학원으로 진학한다.
이승준(ICISTS 1기, 카카오 전략팀장) 씨는 “생명과학분야를 공부하려고 했는데 과학으로 해결 불가능한 영역이 나의 가슴을 뛰지 못하게 했다”며 “ICISTS 활동을 통해 좌절과 부족함을 깨달으면서 인생에서 경험해보지 못한 새로운 도전을 하게 됐다”고 말했다.
차윤지(ICISTS 3기, 키즈노트 최고운영책임자) 씨는 “ICISTS는 세상과의 더 큰 창구였다”며 “대학생으로서 상상할 수 없을 정도의 다양한 분야, 다양한 국가의 사람들을 만날 수 있었고 다양한 일을 경험하게 해준 ICISTS는 나를 무슨 일이든 자신감을 갖고 할 수 있는 멀티플레이어로 만들어줬다”고 말했다.
우동연 ICISTS 회장은 “미래의 주역이 될 대학생들은 물론 일반 대중들에게도 과학기술과 사회에 대한 조화로운 가치관을 전파하고 싶다”고 포부를 밝혔다.
2014.08.04
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단백질 나노튜브의 자기조립 분자스위치 발견
- 한국, 미국, 이스라엘 국제 공동 연구 성과 -
- 암 치료와 뇌 질환 메커니즘 단서 -
우리 학교 바이오및뇌공학과 최명철 교수와 송채연 연구교수는 미국
산타바바라 캘리포니아대학교, 이스라엘 히브리대학교와 공동으로 세포분열과 세포간 물질수송에 열쇠가 되는 단백질 나노튜브의 자기조립
구조를 제어하는 분자스위치를 발견했다.
연구 결과는 세계적 학술지 ‘네이처 머티리얼즈(Nature Materials, IF=35.7)’ 19일자에 게재됐다.
마이크로튜불(microtubule, 미세소관)은 사람의 몸속에서 세포분열·세포골격·세포간 물질수송 도구로 사용되는 튜브 형태의 단백질로 굵기가 25나노미터(1나노미터는 머리카락 굵기의 10만분의 1)에 불과하다.
대부분의 암 치료 약물은 마이크로튜불의 형성을 교란해 암세포 분열을
억제하는 것으로 작용 메커니즘이 알려져 있다. 알츠하이머병은 세포간 물질수송을 담당하는 마이크로튜불의 구조적 안정성이 떨어지면서
신경세포에서의 신호전달이 제대로 이루어지지 않아 생기는 대표적 뇌질환이다.
연구팀은 싱크로트론 X선 산란장치(synchrotron x-ray
scattering: 전자를 빛의 속도에 가깝게 가속시켜 강력한 X선을 발생시키는 장치)와 투과전자현미경을 이용해 단백질
나노튜브의 자기조립 구조를 서브나노미터(1나노미터 미만)의 정확도로 측정했다.
연구팀은 이번 연구를 분자 레벨에서 레고 블록을 쌓아 올리는 것에 비유해
가로×세로×폭이 각각 4×5×8 나노미터인 단백질 블록을 쌓아 올려 25나노미터 굵기의 튜브를 형성하는 메커니즘을 추적했다. 이
과정에서 연구팀은 레고 블록의 형태를 제어하는 분자스위치를 발견했다. 또 지금까지 보고된 바 없는 전혀 새로운 크기와 형태의
단백질 튜브 구조를 만들어 내는데 성공했다.
최명철 교수는 “인간의 생명 시스템은 고도의 자기조립 구조체를 형성해 복잡한 생물학적 기능을 하고 있지만 한편으로는 극히 단순한 물리학적 원리에 의해 제어가 가능하다는 새로운 패러다임을 제시했다”고 이 연구의 의의를 밝혔다.
또 “이번 연구는 암 치료와 뇌질환 메커니즘을 규명하고자하는 작은 발걸음이며 앞으로 바이오 나노튜브를 이용한 공학적 응용이 무궁무진할 것으로 기대한다”고 말했다.
이번 연구는 한국연구재단의 국제협력사업, 신진연구자지원사업, 학문후속세대양성사업, KAIST 고위험 고수익 프로젝트(High Risk High Return Project)의 지원으로 수행됐다.
2014.01.21
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권준민 학생, 산업통상자원부장관표창 받아
우리 학교 화학과 4학년 권준민 학생이 지난달 20일 개최된 ‘제35회 에너지절약 촉진대회’에서 산업통상자원부장관표창을 받았다.
권 군은 국가 에너지 절약정책 참여 실적과 자원 개발을 통한 에너지 절약 실천 연구활동 실적을 인정받았다.
권 군은 청년과학도로서의 사회적 책임 활동으로 국가 에너지 절약정책에 참여, 그 일환으로 지식경제부와 에너지관리공단이 주최하는 SESE나라 지도자활동을 적극적으로 수행했고, 그가 지도한 학교가 우수동아리로 선정되도록 지도했다.
이와 함께 SESE나라 동아리학생들이 ‘제4차 UN 재해경감 아시아각료회의 청소년 홍보대사’로 자발적으로 참여하도록 유도해 활발한 활동을 하도록 지도하고, 동아리학생들이 학교축제 시 ‘제4차 UN 재해경감 아시아각료회의기념 기후변화 학술심포지엄’을 개최하도록 지도하여 지도학교 전교생들에게 에너지 절약 실천을 생활화할 수 있도록 지도했다.
권 군은 고교 때부터 인터넷 블로그활동을 통해 많은 사람들이 에너지문제의 심각성을 인식하고 에너지절약을 실천하는 계기를 갖도록 홍보하였고, 국가청소년위원회 전국위원 및 한국청소년진흥센터 정책모니터링팀으로 위촉되어 활동하면서 전국위원 의제워크숍과 국무총리가 참석한 회의에서 에너지절약과 관련된 청소년정책을 건의하고, 정책모니터링을 통해 청소년들의 에너지절약과 신재생에너지 개발의 중요성에 대한 인식을 높이려 노력했다.
아울러 천연자원을 활용한 질병 치료 및 생활용품 개발을 연구해 대한민국 발명아이디어 경진대회, 삼성휴먼테크 논문대상, 대한민국과학전람회에서 수상하는 등의 성과를 거둠으로써 자원에너지 개발을 통한 에너지절약에 기여한 공적을 인정받았다.
권 군은 지난해 제2회 대한민국 국회기후변화포럼 시민부분에서 수상을 하기도 했다.
2013.12.10
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세계 최초로 미생물 이용 가솔린 생산
- 대장균의 지방산 대사회로를 대사공학적으로 개량하여 알코올, 디젤, 가솔린 생산 -
우리 학교 연구진이 세계 최초로 대사공학적으로 개발된 미생물을 이용하여 바이오매스로부터 가솔린(휘발유)을 생산하는 원천기술을 개발했다. 이 신기술은 나무 찌꺼기, 잡초 등 풍부한 비식용 바이오매스를 이용하여 가솔린, 디젤과 같은 바이오연료, 플라스틱과 같은 기존 석유화학제품을 생산할 수 있어 생명공학 등 관련 산업기술 발전에 크게 기여할 것으로 기대된다.
이번 연구는 미래창조과학부(장관 최문기) 글로벌프론티어사업의 차세대 바이오매스 연구단(양지원 단장)과 기후변화대응 기술개발사업의 지원으로 이상엽 특훈 교수팀이 진행하였으며, 연구결과는 네이처(Nature) 9월 30일(온라인판)에 게재되었다.
* 논문명 : Microbial production of short-chain alkanes
연구팀은 세포의 유전자를 조작하여 원하는 형태의 화합물을 대량으로 생산하도록 하는 기술인 대사공학을 이용하여 크래킹(cracking) 없이 세계 최초로 미생물에서 직접 사용가능한 가솔린을 생산하는데 성공했다.
* 크래킹 : 끓는점이 높은 중질유를 분해하여 원료유보다 끓는점이 낮은 경질유로 전환하는 방법
가솔린은 탄소수가 4~12개로 이루어진 사슬모양의 탄화수소 화합물로 그 동안 미생물을 이용하여 ‘짧은 사슬길이의 Bio-Alkane(가솔린)’을 생산하는 방법은 개발되지 않았다. 따라서 기존 기술은 추가적인 크래킹(cracking) 과정을 거치지 않고는 가솔린으로 전환할 수 없어 비용과 시간이 많이 소요되는 한계가 있었다.
* 2010년 미국에서 사이언스지에 발표한 미생물 이용 Bio-Alkane(배양액 1리터당 약 300mg)의 경우 탄소 사슬 길이가 13～17개인 바이오 디젤에 해당
연구팀은 대사공학기술을 미생물에 적용하여 지방산 합성을 저해하는 요소를 제거하고, 지방산의 길이를 원하는 목적에 맞게 조절할 수 있는 효소를 새롭게 발견하였으며, 개량된 효소를 도입하여 미생물에서 생산하기 어려운 길이가 짧은 길이의 지방산 생산에 성공하였다.
또한 세포내에 생산된 짧은 길이의 지방산 유도체로부터 가솔린을 생산할 수 있는 추가 대사반응과 생물체 내에 존재하지 않는 식물 유래의 신규 효소를 포함하는 합성대사경로를 도입하여 최종 대장균 생산균주를 개발하였다. 이렇게 개발된 대장균을 배양하여 배양액 1리터당 약 580mg의 가솔린을 생산하는데 성공했다.
개발된 기술은 바이오 연료, 생분해성 플라스틱 등과 같은 다양한 바이오 화합물을 생산할 수 있는 플랫폼 기술이 될 수 있을 것으로 전망된다.
또한 이 기술을 활용하면 재생 가능한 바이오매스를 전환하여 바이오 연료, 계면활성제, 윤활유 등으로 이용할 수 있는 알코올(Fatty alcolols) 및 바이오 디젤(Fatty ester)도 생산이 가능하다는 점에서 기존의 석유기반 화학산업을 바이오기반 화학산업으로 대체하는 기반이 될 수 있을 것으로 기대된다.이상엽 교수는 “비록 생산 효율은 아직 매우 낮지만 미생물을 대사공학적으로 개량하여 가솔린을 처음으로 생산하게 되어 매우 의미있는 결과라고 생각하며, 향후 가솔린의 생산성과 수율을 높이는 연구를 계속할 예정”이라고 밝혔다.
그림 1. 대장균을 이용한 바이오 매스로부터 short-chain alkane(가솔린)을 생산하는 대사회로
a) 지방산 분해 회로 차단, b) 바이오 매스로부터 짧은 길이의 지방산을 대량 생산, c) 지방산을 가솔린 생산의 중간체인 fatty acyl-CoA로의 전환 유도, d) fatty acyl-CoA의 가솔린의 직접적인 전구체인 fatty aldehyde로의 전환 유도, e) 최종 가솔린 생산
(보충설명) 미생물의 세포 내부를 들여다보면, 매우 복잡한 지방산 대사회로 네트워크가 존재 한다. 지방산은 세포 내부에서 합성되어, 미생물이 살아가는데 필요한 세포막을 형성하거나, 분해되어 에너지원으로 사용되기도 한다. 대부분의 미생물에서 지방산은 전체 세포의 1%도 되지 않을 만큼 소량 만들어지고, 지방산의 길이 또한 매우 길기 때문에, 이러한 지방산을 이용해서 우리가 원하는 화합물을 대량으로 만들거나, 새로운 화합물을 생산하는 것은 매우 어려웠다. 이를 극복하기 위하여, 이상엽 특훈교수 연구팀은 시스템 대사공학적 기법을 대장균에 도입하여 효소의 개량 및 지방산 합성을 저해하는 요소를 제거하여 짧은 길이의 지방산 과생산에 성공하였고, 생물체내에 존재 하지 않는 신규 회로를 도입하여 지방산을 가솔린으로 전환하는데 성공하였다.
그림 2. short chain alkane을 생산하는 발효 공정 시스템 (보충 설명) 위와 같은 cooling 장치가 연결된 발효기를 통하여 가솔린을 생산함
2013.10.01
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