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매미와 개구리는 지휘자없이 어떻게 합창할까
나무위의 매미와 논두렁의 개구리는 지휘자 없이 어떻게 합창할까? 이와 관련해서, KAIST 바이오 및 뇌공학과의 조광현 교수는 생명체의 동기화된 주기적 진동신호의 생성원리를 최근 규명했다. 나무에 붙어있는 많은 반딧불들의 동시다발적인 깜빡임, 매미들의 조율된 울음소리, 뇌신경세포들간의 전기신호, 세포내 분자들의 농도변화에 이르기까지 생명체는 다양한 형태의 주기적 진동신호 교환을 통해 정보를 전달하는데, 이들은 놀랍게도 정확히 동일한 위상(phase)으로 동기화되곤 한다. 이는 마치 오케스트라에서 지휘자 없이도 모든 연주가 일정한 박자에 맞춰 이루어지는 것과 같다.
어떻게 생명체의 여러 주기적 진동신호들이 그러한 동기화를 이루는가?
우리학교 바이오및뇌공학과 조광현(曺光鉉) 교수 연구팀이 대규모 가상세포(virtual cell)실험을 통해 생명체의 다양한 주기적 진동(oscillation)신호들이 동기화(synchronization)되는 보편적인 원리를 규명했다.
曺교수팀은 이번 연구를 통해 여러 독립적인 주기적 진동신호들은 양성피드백(positive feedback)을 통해 서로의 위상에 영향을 줘 하나의 동일한 위상으로 수렴되는 현상을 밝혀냈다.
특히 양성피드백은 이중활성(double activation) 또는 이중억제(double inhibition)의 구조로 구현된다. 이중활성피드백은 연결시간지연이 짧을 때, 이중억제피드백은 연결시간지연이 길 때 보다 안정적인 신호동기화를 가능하게 했다.
또한, 노이즈(noise) 교란이 있을 때 이중활성피드백은 진동신호의 주기보다 진폭을 안정적으로 유지하는 반면 이중억제피드백은 연결강도에 불규칙한 변화가 주어졌을 때 일정한 주기와 진폭을 유지시켜줬다. 현존하는 대부분의 현상들이 이러한 원칙을 따르고 있었다.
이번에 규명된 원리는 생체내 주기적 진동신호의 동기화가 교란될 때 발생하는 뇌질환 등 여러 질병의 원인을 새롭게 조명하는 계기를 마련할 것으로 기대된다.
이번 연구는 기존 생명과학의 난제에 대해 IT융합기술인 시스템생물학(Systems Biology) 연구를 통해 해답을 제시할 수 있음을 보여줬으며, 향후 생명과학 연구에 있어서 가상세포실험의 무한한 가능성을 제시했다.
曺교수는 “생명체는 복잡하게 얽혀있는 것으로 보이는 네트워크속에 이와 같이 정교한 진화적 설계원리를 간직하고 있었다”며 “이러한 규칙들은 임의로 수많은 디지털 진동자들을 만들어 인공진화를 통해 신호의 동기화 현상을 관측하였을 때에도 마찬가지로 성립된다는 흥미로운 사실을 확인했다”고 말했다.
이 연구는 교육과학기술부가 지원하는 한국연구재단 연구사업의 일환으로 수행되었으며, 연구결과는 세포생물학 분야 권위지인 세포과학저널(Journal of Cell Science) 2010년 1월 26일자 온라인판에 게재됐다.
세포생물학 실험결과만을 출판하는 이 저널에 순수 컴퓨터시뮬레이션만으로 수행된 가상세포실험 연구결과가 게재된 것은 매우 이례적인 일이다.
인터넷주소: http://jcs.biologists.org/cgi/content/abstract/jcs.060061v1
<용어설명>◯ 양성피드백(positive feedback): 서로 연결되어 있는 두 요소 사이에 어느 하나의 변화가 결과적으로 스스로를 동일한 방향으로 더욱 변화시키는 형태의 연결구조.
<사진설명>◯ 설명: A: 서로 상호작용하는 두 생체신호 진동자(oscillator)들의 예시. B: 이중활성 양성피드백으로 연결된 진동자들. C: 이중억제 양성피드백으로 연결된 진동자들. D: 연결강도에 따라 진동신호 동기화에 소요되는 시간. E: 연결강도 증가에 따라 점차 진동신호 동기화가 되어가는 모습의 예시 (좌측의 비동기화 진동신호들이 점차 우측의 동기화된 진동신호들로 변화되어 가는 과정을 나타냄).
2010.02.02
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UAE, 쿠스타(KUSTAR)大와 고급연구개발 인력 양성을 위한 협력 방안 협의
우리대학은 지난 14일 아랍에미리트(UAE) 아부다비(Abu Dhabi) 인터콘티넨탈 호텔에서 칼리파 과학기술연구대학(Khalifa University of Science, Technology and Research, 이하 KUSTAR) 아리프 술탄 알 하마디(Arif Sultan Al Hammadi)총장, 에미레이트 원자력 전력공사(Emriate Nuclear Energy Coporation, 이하 ENEC) 모하마드 알 하마디(Mohamed Al Hammadi) 사장, 고등기술연구원(the Institute of Applied Technology, 이하 IAT) 압둘라티프 모하메드 알 샴시(Abdullatif Mohamed Al Shamsi) 사무총장과 함께 UAE의 고급 연구개발 인력양성을 위한 대한민국 정부의 협력사항에 관해 기자회견을 했다.
서 총장은 이번 방문을 통해 지난 12월 말 한국전력 컨소시엄의 원전수출계약 당시 지식경제부 최경환 장관이 합의한 KUSTAR, ENEC, IAT 등과의 연구협력 프로그램, 대학 학위 프로그램과 원자력기술관련 고급 국가 인재개발 등에 대한 세부 협력방안에 대해 구체적으로 논의했다.
연구협력 부분에서는 KAIST의 교육 및 연구경험을 공유하여, KUSTAR가 향후 선도 과학기술 연구대학이 될 수 있도록 공동 교육 및 연구 프로그램개발, 우수 학생과 연구원 유치 및 상호 교환, 연구시설 확충, 중요 연구정책 개발을 통한 실질적 상호 협력을 하기로 합의하였다. 더불어, KAIST는 UAE의 원자력에너지 프로그램을 지원하기 위해 원자력공학분야에서의 공동연구프로그램 개발과 협력 연구를 위한 교원 및 학생을 교환하기로 했다.
학위 프로그램 협력을 위해서는 기계공학, 전기및전자공학, 원자력공학, 나노기술, 로보틱스, 에너지공학, 정보통신기술과 같은 분야의 전문화를 위해 KUSTAR에 학사, 석사, 박사 학위 프로그램을 설치하는 데 상호 협력하기로 하였으며, 이러한 협력을 위해 교원파견, 커리큘럼 개발, 강의교재 개발, 협력연구를 위한 학생교환 등이 이루어질 예정이다.
KUSTAR의 아리프 총장은 UAE 원자력산업을 이끌 관련분야 고급 국가인재를 육성하기 위해 한국개발연구원(KDI), 한국원자력안전기술원(KINS) 등과 같은 유관기관과 협력할 것이라고 밝혔다.
또한 KUSTAR의 아리프 총장은 “본 프로그램이 KUSTAR의 대학원생들이 다방면에 걸쳐 UAE의 미래기술발전에 크게 기여할 수 있도록 교육기회를 제공할 것이며, 한국과의 파트너십이 UAE 학생들에게 매우 다양한 프로그램을 제공함은 물론 첨단의 새로운 교과과정을 강화함으로써 공학분야의 탁월성을 제고시킬 것”이라고 밝혔다. 아리프 총장은 “양국 정부 간에 맺어진 협정의 한계를 넘어 양 기관의 과학기술발전을 위해 KUSTAR와 KAIST간 상호 협력관계가 돈독해지기를 희망한다”고 덧붙였다.
서 총장은 “KUSTAR와 KAIST의 상호협력은 양교와 양국 간의 매우 역사적인 일로서, 양교는 21세기 인류가 당면한 가장 중요한 문제를 해결하는 데 동참함으로써 삶의 질을 향상하는 데 크게 기여할 것”이라고 밝혔다. “KAIST 전 구성원은 KUSTAR와 협력을 통해 양교의 교육의 질 향상과 혁신적인 연구를 수행할 수 있도록 최선을 다할 것”이라고 덧붙였다.
KUSTAR(Khalifa University of Science, Technology and Research)는 현 대통령인 셰이크 칼리파 빈 자예드 알 라하얀(Sheik Khalifa bin Zayed Al Nahyan)이 선진 고등교육기관을 육성하기 위해 2007년 2월13일 설립한 국립대학이다.
KUSTAR는 UAE의 수도인 아부다비(Abu Dhabi)에 캠퍼스를 건설 중이며, 샤르자에 있는 18년된 에티살랏대학교(Etisalat University College)와 2008년에 합병했다. 또한 KUSTAR는 공학(Engineering), 물류경영(Logistics management), 보건학(Health sciences), 국가안보(Homeland security), 자연과학(Sciences)의 5개 분야의 교육 및 연구 프로그램을 제공하고 있다.
UAE에는 미국계인 뉴욕대 아부다비 캠퍼스, 영국계인 미들섹스대 두바이 캠퍼스를 비롯하여 미국계, 영국계, 유럽계, 호주계, 프랑스계, 아일란드계, 캐나다계, UAE계 등 30여 개의 대학이 있다.
이중 외국계 학교는 주로 하바드 의과대학(두바이센터 포함), 약학대학, 컴퓨터대학, 항공대학, 경영정보대학, 의상디자인대학, 경영대학, 의학대학 등과 같은 분야에 집중하고 있어 현 UAE 정부는 과학기술계통의 연구중심대학 육성을 기대하고 있다.
2010.01.15
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KAIST 남녀탐구생활 파트3...문화편
동아일보사의 동아사이언스에서 발행하는 유력 인터넷매체 "더 사이언스"(THE SCIENCE)는 최근 "KAIST 남과 여" 특집을 메인기사로 다루고, 2009년 12월 8일자 THE SCIENCE 이메일뉴스레터의 메인기사로 비중있게 다뤘다.
KAIST-동아사이언스 공동기획으로 진행된 이 기획시리즈는
1편 - [KAIST 공동기획] "너무나 다른 KAIST의 남과 여" - 남녀탐구생활 파트1 학업편2편 - [KAIST 공동기획] "너무나 다른 KAIST의 남과 여" - 남녀탐구생활 파트2 생활편 -에 이어서 다음과 같은 주제의 기사를 다뤘다.
[KAIST공동기획] 그와 그녀의 24시
KAIST 남녀탐구생활 파트3 ... 문화편
http://news.dongascience.com/HTML/News/2009/12/04/20091204200000027825/200912042000000278250110000000.html
2009.12.10
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KAIST 남녀탐구생활 파트2...생활편
동아일보사의 동아사이언스에서 발행하는 유력 인터넷매체 "더 사이언스"(THE SCIENCE)는 최근 "KAIST 남과 여" 특집을 메인기사로 다루고, 2009년 12월 8일자 THE SCIENCE 이메일뉴스레터의 메인기사로 비중있게 다뤘다.
KAIST-동아사이언스 공동기획으로 진행된 이 기획시리즈는
1편 - [KAIST 공동기획] "너무나 다른 KAIST의 남과 여" - 남녀탐구생활 파트1 학업편 -에 이어서 다음과 같은 주제의 기사를 다뤘다.
[KAIST공동기획] 그와 그녀의 24시
KAIST 남녀탐구생활 파트2 ... 생활편
http://news.dongascience.com/HTML/News/2009/12/04/20091204200000027824/200912042000000278240110000000.html
2009.12.09
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한진희교수, 원혜정씨 '청암베세머 과학펠로' 선정
생명과학과 한진희 교수와 원혜정(박사과정)씨가 ‘2009년도 청암 베세머 과학펠로십’ 생명과학부문에 신진교수 펠로와 박사과정 펠로로 최근 각각 선정됐다.한교수는 뇌의 저장기능에 관한 신경세포연구결과를 세계적으로 권위있는 학술지인 ‘Science’에 최근 발표해 그 성과를 인정받았다. 박사과정에 재학중인 원씨는 시냅스 단백질의 정신질환의 연관성과 그 발생 기전을 규명하는 연구에 탁월한 연구성과를 내 펠로로 선정됐다.
"청암 베세머 과학펠로십"은 국내의 대학과 연구소에서 연구의 길을 걷는 "박사과정 대학원생, Postdoc연구원, 신진교수등 젊은 과학자를 선발해 국내에서 안정감과 자긍심을 갖고 연구에 전념할 수 있도록 지원해 세계적인 과학자로 성장을 지원하는 프로그램이다. 1856년 무쇠를 강철로 바꾸는 제강법 중 전로법이라는 혁신적인 공법을 개발한 영국의 헨리 베세머의 이름을 따서 포스코 청암재단이 만들었다.
청암 과학펠로 선발위원회는 수학, 물리학, 화학, 생명과학 4개 학문별 최종 면접심사를 통해 청암 과학펠로 30명을 매년 선정한다. 선발된 박사과정 펠로에게는 연간 2500만원씩 3년에 걸쳐 총 7500만원의 연구장려비를, 포스트닥터 펠로와 신진교수 펠로는 2년간 각각 연간 3500만원씩 총 7000만원의 연구장려비를 지원한다.
2009.12.03
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바이오및뇌공학과 황현두 군, μTAS 2009 국제학회에서 젊은 연구자 포스터 우수상 수상
KAIST 바이오및뇌공학과 박사과정 황현두(지도교수 박제균) 학생이 지난 11/1-5일 제주도에서 열린 ‘μTAS 2009 국제학회 (제13회 극소형 생물/화학분석시스템 국제학술회의, The 13th International Conference on Miniaturized Systems for Chemistry and Life Sciences)’에서 ‘광전자유체제어 기술로 수용액 상에 존재하는 생체분자의 확산계수를 빠르게 측정할 수 있는 방법(Diffusion measurement of biomolecules using rapid generation of black hole in a molecular solution by optoelectrofluidics)’에 관한 논문으로 ‘젊은 연구자 포스터 우수상(Young Researcher Poster Award Winner)’을 수상했다.
황씨는 세계 유수의 대학과 연구기관으로부터 발표된 약 600 여 편의 Poster 논문 가운데 다단계 전문가 심사를 거쳐 선정된 3명의 수상자 중의 한명으로 결정됐다.
황씨는 지난해 San Diego에서 개최된 μTAS 2008 국제학회에서도 여행경비 일부를 보조 받는 ‘Student Travel Grant’를 받은 바 있었다.
바이오및뇌공학과에서 학부과정을 3년만에 조기 졸업 한 황씨는 1년 6개월만에 석사논문을 완성하고, 지난 2007년 9월 박사과정에 입학하여 그동안 2년여에 걸친 박사과정 기간 동안 Analytical Chemistry, Langmuir, Lab on a Chip, Applied Physics Letters 등 우수국제 저널에 제1저자의 논문 10편을 이미 출판한 바 있다.
이 중 광전자유체제어기술로 미세입자를 조절하는 새로운 결과는 2009년 1월호 Lab on a Chip 표지논문으로 선정된 바 있어 논문의 우수성과 창의성을 세계적으로 입증한 바 있었다. 이밖에 황씨는 2007년도 한국바이오칩학회 우수논문발표상, 2008년 서암학술장학재단 제17기 국내 박사과정연구지원 이공계 부문 장학생으로 선정된 바 있다.
2009.11.12
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제3회 KI 국제 공동 심포지엄 개최
오는 24일(목) 오전 10시 교내 정문술빌딩 드림홀에서 과학과 공학속의 컬러(Color in Science and Engineering)라는 주제로 ‘제3회 KI 국제 공동심포지엄’을 개최한다.
이번 심포지엄은 전 세계적으로 융합연구의 중요성이 더욱 강조되는 시점에서 과학과 공학뿐만 아니라 심미적이며 감성적인 차원의 컬러를 다양한 분야의 저명한 연사들의 발표를 통하여 새로운 융합연구의 장을 마련하기 위하여 준비됐다.
이를 위해 영국 리드대학교(University of Leeds) 색채과학과 로니어 루오(Ronnier Luo)교수, 교토대학(University of Tokyo) 전자공학과의 수수모 노다(Susumu Noda)교수, 도쿄 대학(University of Tokyo) 산업과학과의 히로시 도시요시(Hiroshi Toshiyoshi)교수 등 저명한 해외 연사가 초청됐다.
특히 루오 교수는 색상, 광택, 촉감 등을 포함한 물리적 형태의 측정에 대한 발표를 통해 과학자와 디자이너 사이에 다리역할을 해 줄 수 있는 효과적인 방법을 발표할 예정이다. 생명과학과 허원도 교수, 산업디자인학과 석현정교수를 포함한 저명한 국내의 5인의 연사들도 각 연구분야에서 컬러와 관련된 주제에 대해 발표할 예정이다.
이번 심포지엄은 기초과학과 공학의 저명한 연구자들뿐만 아니라 색채 인지와 심리, 디자인과 관련된 뛰어난 연구자들의 발표가 포함되어 색채에 대한 다양한 의견과 시각을 교환할 수 있는 기회가 될 것이다. 첨단 기술과 응용 분야에서 단순히 앞선 기술이 아니라 인간의 감성과 휴먼인터페이스를 이해하는 기술이 필요한데 KI(KAIST Institutes)를 중심으로 이러한 통섭의 장을 마련하기 위하여 기획된 본 심포지엄은 기존의 심포지움과 차별화 되는 새로운 시도이다.
김상수 부총장은 “다양한 학문적 배경을 가진 국내외 색채전문가들의 심도 있고 흥미로운 강연과 토론을 통해 전 세계의 학문적 트렌드를 살펴볼 수 있는 좋은 기회가 될 것”이라고 밝혔다.
우리대학은 미국 MIT의 링컨연구소처럼 세계적 수준의 연구개발 성과를 통해 대학의 인지도를 높이고 국가 경쟁력 향상에 기여할 수 있는 발판으로 삼고자, 미래 핵심분야인 바이오, IT, 나노, 광기술 등 8개 연구소로 이뤄진 KI(KAIST Institutes)를 설립했다.
현재 우리대학의 26개 학과의 200여명의 교수가 참여하여 활발한 융합연구를 수행하고 있다.
2009.09.22
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KAIST, 과학기술의 사회통합을 위한 국제 학술회의 개최
- 오는 20일(목)부터 4일간‘ICISTS-KAIST 2009’ 개최
우리대학은 순수 비영리 학생단체인 ICISTS가 미래 과학기술의 전망을 예측해보고 토론하는 ’아이시스츠-카이스트 2009(ICISTS-KAIST 2009)‘를 오는 20일(목)부터 4일간 개최한다.
ICISTS-KAIST는 사회 속에서 접하고 있는 과학기술을 전문가와 대학생이 다양한 관점에서 토론할 수 있도록 마련한 자리다.
사회와 과학은 서로 상호적인 관계임과 동시에 생활 모든 곳에 녹아 있음에도 불구하고, 사회 속의 과학은 일부만이 공부하는 학문이라는 오명을 가지고 무관심으로 일관 되어왔다. 이러한 과학과 사회의 괴리를 느낀 KAIST학생들이 주체가 되어 ‘과학기술의 사회통합을 위한 국제 학술회의(International Conference for the Integration of Science and Technology into Society, ICISTS)’란 뜻의 ICISTS를 2005년 설립했다. 그 해 7월, 아시아에서는 최초로 대학생을 대상으로 하는 과학기술분야 국제 컨퍼런스 ‘ICISTS-KAIST 2005’를 성공적으로 주최한바 있다.
학술회의 관계자는 “과학기술에 정통한 전세계의 과학자들은 물론, 다양한 분야의 전문가를 초빙하여 그들의 높은 안목을 이해하고 의견을 교류함으로써 참가자 자신의 시야를 넓힐 수 있으며, 이를 통한 국제적인 인적, 지적 네트워크 형성은 미래 글로벌 리더의 초석이 될 것”이라고 말했다.
이번행사는 ‘Powered by Diversity, Harnessed by Unity‘주제아래 박찬모 한국연구재단 이사장이 기조연설자로 초청됐으며, 기후 변화(Climate Change), 인간과 컴퓨터의 상호작용(Human-Computer Interaction, HCI), 나노와 의료기술(Nano Clinic) 등에 대한 워크숍을 연다. 연사들의 강연을 듣는 것 외에도 연사와 학생이 주제와 관련된 주요 이슈들에 관해 토론하는 시간과 실제로 어떻게 응용되는지 확인 해보는 현장견학(Field Trip), 학생들이 함께 새로운 결과물을 내는 팀 프로젝트(Team Project) 등 보다 적극적으로 학생들이 참여할 수 있는 장이 준비되어 있다.
‘기후변화(Climate Change)’ 워크숍에서는 기후 변화를 다양한 과학적 관점에서 해석해보며, 향상된 기후 모델링 시스템의 필요성에 대해 알아본다. 또한 이 문제를 해결하기 위한 산업계와 정치계의 노력에는 어떤 것들이 있는지 짚어 본다. 주요 초청연사로는 옥스퍼드 대학 미래학자인 레이 하먼드(Ray Hammond), MIT의 진 마이클 캠핀(Jean_Michel Campin), 도쿄대 마사히로 와타나베(Masahiro Watanabe)등이 있다.
‘인간과 컴퓨터의 상호작용(Human-Computer Interaction, HCI)‘ 워크숍에서는 HCI의 현주소를 기업 제품 개발과 최근 이루어지고 있는 연구 등의 다양한 관점을 통해 살펴보고, HCI의 미래를 전망한다. 이를 통해 참가자들에게 HCI의 중요성을 환기시킨다. 키보드 입력 솔루션 개발 회사 모비언스 CEO 안재우 대표, 서울대 서진욱 교수, 한국 디자인학회 회장이자 KAIST 이건표 교수가 주요연사다.
‘나노와 의료기술(Nano Clinic)’ 워크숍에서는 나노 바이오 테크놀러지의 개념을 명확히 하고, 의료진단과 치료방법에 관해 현재 진행되고 있는 연구들을 살펴보고 잠재적인 나노 기술의 독성에 대해 토론한다. 주요연사로는 하버드 의대 윤석현 교수, 인도 나노 과학회의 창시자 알록 다완(Alok Dhawan), 포항공대 한세광 교수 등이 있다.
이 학술회의는 매년 세계 여러분야 전문가들이 강연하며 44여개국 200여명의 대학생들의 만남의 장으로 미래의 클로벌 리더들을 연결하는 네트워크다. KAIST ICISTS(‘International Conference for the Integration of Science and Technology into Society)가 주최하고 KAIST와 교육과학기술부가 후원한다.
2009.08.20
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최경철 교수연구팀, 세계 최초의 저비용 상온 공정이 가능한 표면 플라즈몬 OLED 원천기술 개발
- 응용물리와 광학 분야 세계적 권위 학술지에 논문발표 및 네이쳐 포토닉스(Nature Photonics)의
8월의 연구 하이라이트로 소개 예정
전기 및 전자공학과 최경철 교수(차세대 플렉시블 디스플레이 융합센터 소장, 45세)연구팀이 OLED의 효율을 획기적으로 향상시키는 원천기술을 세계 최초로 개발해 주목을 끌고 있다.
최 교수팀은 나노 크기의 은(Ag)을 표면 플라즈몬(plasmon)을 일으키는 물질로 사용하여, OLED에서 발생하는 빛과 결합할 경우 발광 재결합 속도가 빨라짐으로써 OLED 밝기가 크게 증가할 수 있다는 사실을 밝혔다. 또한 진공 열증착법을 이용해 나노 크기의 은(Ag)을 OLED 내부의 활성층과 매우 가까운 곳에 삽입하는 기술을 개발함으로써 세계 최초로 표면 플라즈몬을 이용한 OLED의 저비용 상온 공정이 가능하도록 했으며 최대 75%이상의 OLED 발광효율을 향상시켰다. 이 연구는 차세대 디스플레이인 OLED에 저비용의 나노입자를 이용한 표면 플라즈몬 기술을 접목한 새로운 디스플레이 소자 연구로 주목받고 있다.
최 교수는 “표면 플라즈몬을 이용해 개발된 기술은 OLED의 광효율을 향상시킬 수 있는 새로운 기술로서, 원천기술 확보 및 국제경쟁력을 갖는 OLED 및 플렉시블 디스플레이 기술개발에 크게 기여할 수 있을 것”이라고 강조했다. 또한 “이번에 개발된 기술은 디스플레이뿐만 아니라 유기 태양광 전지에서도 적용 가능한 저온 저가의 공정으로 에너지 변환 효율의 향상을 기대할 수 있다.”고 밝혔다.
이 연구는 양기열(22세) 연구원이 주도했으며, 연구결과는 응용물리분야의 세계적 권위지인 ‘Applied Physics Letters’ 4월호, 광학분야 세계 최고의 저널인 ‘Optics Express’ 인터넷판 6월 25일자에 발표됐다.
특히, 이 연구 결과는 네이쳐 포토닉스(Nature Photonics)의 8월의 연구 하이라이트에도 소개될 예정이며, 그 밖에도 응용 물리학 분야의 우수 연구 결과만을 선정하여 발표하는 "울트라패스트 가상 저널(Virtual Journal of Ultrafast Science)" 에 소개됐다.
이 연구는 한국연구재단의 ‘선도연구센터 사업’ 및 ‘KAIST 고위험 고수익 사업’의 지원을 받아 나노종합팹센터와 공동 수행했다.
2009.07.09
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조광현 교수, 컴퓨터시뮬레이션 통해 세포 조절회로의 숨겨진 메커니즘 규명
바이오및뇌공학과 조광현(曺光鉉, 38) 교수 연구팀이 컴퓨터시뮬레이션을 통해 세포의 증식과 분화 조절회로에 숨겨진 동역학 메커니즘을 규명하였다. 연구결과는 세포생물학계의 권위지인 저널오브셀사이언스(Journal of Cell Science)지 21일자 온라인판에 표지논문(Cover Paper)으로 선정, 출판되었다.
이번 연구는 특히 수학 모델과 컴퓨터 시뮬레이션을 이용해 세포내 복잡한 메커니즘을 해석해 내고 이를 생화학실험을 통해 재차 검증함으로서 완성되었다. 이는 IT를 BT에 접목시킨 시스템생물학(Systems Biology) 연구를 통해 기존 생명과학의 한계를 극복한 중요한 BIT 융합 연구사례로 평가된다.
세포내 어크(ERK) 신호전달경로는 세포의 증식과 분화를 조절하는 주요 회로로 알려져 왔으며, 최종단의 인산화된 어크 단백질의 시간에 따른 농도변화 프로화일은 세포의 운명을 결정하는 핵심인자로 여겨져 왔다. 그러나 이 회로의 복잡한 동역학적 특성으로 인해 조절메커니즘은 아직껏 잘 밝혀지지 않았다. 曺 교수 연구팀은 어크 신호전달경로 가운데 라프(Raf) 단백질의 신호를 선택적으로 차단하는 알킵(RKIP) 단백질이 매개하여 형성하는 양성피드백과 어크에서 에스오에스(SOS)로 이어지는 신호에 의해 형성되는 음성피드백이 최종 어크 단백질의 동역학 패턴을 결정짓는 주요 조절회로임을 규명해 냈다. 특히 양성피드백은 이 신호전달과정이 외부노이즈에 둔감하도록 스위칭동작을 유발하고 음성피드백은 어크 프로파일의 진동현상을 유발함으로써 다이나믹한 동역학 특성이 결정됨을 밝혀냈다. 이러한 컴퓨터 시뮬레이션 분석결과는 공동연구팀인 영국 글라스고우 암연구소에서 생화학실험을 통해 증명되었다.
이번 연구는 인간의 주요 질환과 관련된 세포내의 근원적인 조절메커니즘을 규명함으로써 차후 생명과학 응용연구의 중요한 발판을 마련하였으며, 또한 BIT 융합연구로서 시스템생물학의 새로운 가능성을 제시하게 됐다. 이번 연구는 교육과학기술부지원 연구사업의 일환으로 수행되었다.
<2009년 1월 21일자 온라인판, 인터넷주소>
http://jcs.biologists.org/content/vol122/issue3/cover.shtml
2009.01.29
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이효철 교수팀, 물에 녹은단백질 모양 변화 실시간 관찰 성공
- 관련 논문, 9월 22일(일)자 네이처 메서드(Nature Methods)誌 게재- 단백질의 작동메커니즘 규명에 중요한 도구 역할 및 신약개발에도 큰 도움 줄 것으로 기대
KAIST(총장 서남표) 화학과 이효철(李效澈, 36) 교수팀이 ‘물에서 변하는 단백질 분자구조를 실시간으로 규명’ 하는데 성공했다. 관련 논문은 네이처 자매지인 네이처 메서드(Nature Methods)誌 9월 22일자 온라인 판에 게재됐고 10월호에 출판될 예정이다.
논문의 제목은 “시간분해 엑스선 산란을 이용한 용액상의 단백질의 구조동역학 추적(Tracking the structural dynamics of proteins in solution using time-resolved wide-angle X-ray scattering)”으로 온라인에 게재되는 논문들 중에서도 특히 주목받는 하이라이트 논문으로 소개될 예정이다. 李 교수는 이 논문의 교신저자다.
이번 연구결과는 李 교수팀의 집념의 산물이라 할 수 있다. 李 교수팀은 지난 2005년 5월, 소금처럼 딱딱하게 고체상으로 굳어 있는 상태에서의 단백질의 안정적인 구조만을 볼 수 있는 기존의 방법을 시간분해 엑스선 결정법으로 발전시켜, 정지되어 있는 단백질의 구조뿐 만 아니라 움직이는 단백질의 동영상을 촬영하는데 성공했다. 관련 논문은 미국 국립과학원회보(PNAS, Proceedings of National Academy of Science)에 발표되었으며, 학계의 큰 주목을 받았다.
그러나 이 방법으로도 해결할 수 없는 치명적인 문제는 우리 몸에서 작용하는 일반적인 단백질은 고체상으로 있지 않고 물에 녹아있는 용액상태라는 점이다. 마치 고체 소금이 물에 녹아 소금물이 되는 것과 같은 원리다. 물은 인간의 몸의 약 70% 이상을 차지하고 있고 생명 유지에 필수적인 단백질들은 물에 녹아 있는 상태로 존재한다고 볼 수 있다. 따라서 단백질이 어떻게 기능을 발휘하는 지를 실시간으로 관측하기 위해서는 물에 녹아 있는 단백질 분자의 모양 변화를 실시간으로 추적할 수 있는 기술이 필요하다.
이러한 목표를 향한 첫 열매로 물에 녹아 있는 간단한 유기분자의 구조변화를 실시간 측정하는 데 성공하였으며, 관련 연구논문이 2005년 7월 사이언스(Science)誌에 발표된 바 있다. 당시 이 연구결과는 용액상에서 분자의 움직임을 실시간 추적할 수 있다는 점 때문에 많은 관심을 불러 일으켰는데, 李 교수는 그 기술을 더욱 발전시키면 단백질에도 응용 가능할 것으로 전망했다. 그러나 일반적으로 단백질은 그 당시 성공한 유기분자보다 적어도 1,000배 정도 크고 구조가 훨씬 더 복잡할 뿐 아니라 훨씬 적은 양으로 존재하기 때문에 물에 녹아 있는 단백질에서도 성공할 수 있다는 것에는 많은 과학자들이 회의적으로 생각했다.
이번 네이처 메서드誌에 발표한 연구결과는 그러한 부정적인 생각을 깨고 기존에 성공한 유기분자보다 ‘1,000배 더 큰 단백질 분자가 물에 녹아 있을 때에 이들의 3차원 구조변화를 실시간으로 관측하는데 성공’한 획기적인 연구성과다. 논문에서는 3가지 종류의 단백질에 대한 연구결과를 발표했는데, 우리 몸에서 산소를 이동하는데 중요한 헤모글로빈 단백질과, 근육에서의 산소공급에 관여하는 미오글로빈 단백질 등이다. 이 외에도 단백질은 주로 접혀있어 특정한 구조를 형성하는데 환경이 바뀌면 이 구조가 풀리게 된다. 풀려 있는 단백질은 일반적으로 제 역할을 할 수 없어 이러한 단백질의 접힘-풀림 현상을 이해하는 것은 매우 중요한데 씨토크롬씨라는 단백질이 풀린 상태에서 접히는 과정도 실시간으로 추적하는데 성공하였다.
이 새로운 기술을 사용하면 물에서 움직이는 단백질의 동영상을 촬영할 수도 있어 단백질의 작동메커니즘을 밝히는 데에 중요한 도구가 될 것이며, 앞으로 신약개발을 하는 데에도 큰 도움을 줄 것으로 기대된다. 또한 이 기술은 단백질은 물론이고 나노물질에도 응용이 가능하므로 BT뿐만 아니라 NT분야에도 기여할 수 있을 것으로 전망된다.
이 연구는 교육과학기술부의 창의적연구진흥사업의 연구비 지원으로 진행되었다. 연구결과는 유럽연합방사광가속기센터에서 측정되었으며, 李 교수의 주도하에 이뤄진 국제적인 공동연구의 성과다.
李 교수는 “현재 포항에 있는 제3세대 가속기에 이어 한국에서도 차세대 광원으로 건설이 논의되고 있는 제4세대 방사광가속기(XFEL)가 성공적으로 가동되면, 현재 발표된 데이터보다 적어도 1,000배정도 더 좋은 데이터를 얻을 수 있을 것으로 예상된다.”고 밝혔다.
<이효철 교수 프로필>
■ 학 력
1990 경남과학고 2년 수료, KAIST 화학과 학사과정 입학
1994 KAIST 화학과 학사과정 졸업
1994 Caltech(California Institute of Technology) 박사과정 입학
2001 Caltech 졸업(박사)
2001 시카고 대학 박사 후 연구원(Post Doc.)
2003.8.1-2007.2.28 KAIST 화학과 조교수 2007.3.1-현재 KAIST 화학과 부교수
■ 수상경력
2006 젊은 과학자상(과학기술부/한국과학기술한림원)
2006 과학기술우수논문상(한국과학기술단체총연합회)
2006 KAIST 학술상 2001-2003 美國 대먼 러년 암재단(Damon Runyon Cancer Research Foundation)펠로우쉽
(설명) 시간분해 엑스선 산란의 개념을 예술적으로 표현한 그림
2008.09.22
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김학성 교수, 한국바이오칩 학회지인 '바이오칩 저널' SCIE 등재
생명과학과 김학성(金學成, 51세) 교수가 학회장을 맡고 있는 한국바이오칩학회에서 발간하는 학술지인 "바이오칩 저널(Biochip Journal)"이 "과학기술논문색인(SCI, Science Citation Index)" 확장판인 "SCIE(Science Citation Index Expanded)"에 공식 등재됐다.
이 저널은 2007년 초에 창간, 1년 6개월 만에 "SCIE"에 등재됐다. 저널의 "SCIE" 등재는 발표된 논문의 중요성, 인용 횟수 및 저널 편집자들의 명성 등을 평가하여 등재 여부를 결정한다. 통상적으로 "SCIE" 등재를 위해서는 분야에 따라 다소 차이는 있지만 최소 3년 이상 걸리는 것으로 알려져 있다.
현재 이 학회에는 대학, 연구소 및 기업체에서 바이오칩과 관련된 400여 명의 연구자가 회원으로 참가하고 있으며, 바이오칩에 대한 관심이 높아지면서 회원 수가 급격하게 증가하고 있는 추세다.
바이오칩은 생물에서 유래된 생체 유기물질 (단백질, 효소, 항체, 동식물 세포 및 기관, 신경세포 등)과 반도체 같은 무기물을 조합하여 기존의 반도체칩 형태로 만든 소자(device)로, 중요한 인체 정보나 생체분자(Biomolecules)들을 정량적(Quantitative), 혹은 정성적(Qualitative)으로 측정하는 장치로 DNA 칩, 단백질 칩(Protein Chip), 셀 칩(Cell Chip), 등을 지칭한다. 바이오칩이 중요한 이유는 사회적 측면으로는 포스트 게놈(Post Genome) 시대의 도래로 바이오 정보를 이용한 새로운 보건의료기술의 개발이 선진국을 중심으로 활성화되고 있으며, 경제수준이 향상됨에 따라 건강에 대한 관심이 증가하고 보다 나은 질의 삶을 영위하고자 하는 욕구가 커짐에 따라 질병의 진단 및 예방, 신약개발, 그리고 의료 복지에 대한 요구가 커지고 있기 때문이다. 최근 전 세계적으로 과학 기술의 발전 추세는 한마디로 "컨버전스(Convergence)" 라고 말할 수 있다. 즉, 다른 영역간의 융합(Fusion)을 통해 새로운 학문이나 기술 개념이 창출되는 추세다. 이런 융합 학문 시대에 가장 대표적인 것이 생명공학기술(BT, Bio Technology)과 정보기술(IT, Information Technology), 그리고 나노기술(NT, Nano Technology)이 접목된 분야이고 BT-IT-NT 융합의 대표적 주자가 바이오칩 이다. 즉, 바이오칩은 생명과학, 화학, 물리학, 의학, 기계공학, 전자공학, 화학공학 등의 많은 분야가 접목되어야 새로운 기술이나 제품의 개발이 가능하다. 세계적으로 미국과 유럽, 일본 등 과학 선진국이 바이오칩 상용화 연구를 서두르고 있어 조만간 바이오칩이 질병진단, 신약개발 및 의료산업 등에 널리 이용되는 단계에 접어 들 것으로 전망된다. 세계적인 주요 IT기업들도 새로운 시장 돌파구로 BT를 선택하고 이 중에서도 BT-IT-NT가 융합된 바이오칩 개발에 많은 연구비를 투자 하고 있다.
金 교수는 "바이오칩 저널의 SCIE 등재를 통해 국내에서 수행된 우수한 연구 논문을 국제적으로 널리 알리고, 한국바이오칩학회의 위상을 높일 수 있는 좋은 기회를 갖게 되었다"고 말했다.
2008.09.04
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