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손상된 DNA의 돌연변이 유발 메커니즘 규명
- DNA 손상을 용인하는 특수 복제효소 Rev1의 조절 메커니즘 밝혀 -- “암 치료 및 예방에 크게 기여할 것” - 우리 학교 화학과 최병석 교수는 생체정보를 저장하는 DNA가 손상돼 회복하고 복제하는 과정에서 돌연변이가 발생하는 메커니즘을 규명했다. 연구결과는 분자세포생물학분야 세계적 학술지 ‘분자세포생물학(Journal of Molecular Cell Biology)’ 6월호 표지논문으로 실렸다. 산업의 급격한 발전으로 현대인들의 유전자는 예전에 비해 훨씬 다양하게 위협받고 있다. 오존층의 파괴로 인해 자외선에 그대로 노출되는 것은 물론 담배연기를 비롯한 수많은 발암물질의 공격은 우리 몸속의 DNA를 손상시킨다. 하루에도 수 만 번 끊임없이 일어나는 DNA의 손상을 효과적으로 회복시켜주지 못하면 암 등 치명적인 질병이 발생한다. 손상된 DNA가 회복반응에 의해 복구되지 않은 상태에서 자기복제가 일어나면 정상적인 복제를 담당하는 폴리머라제는 손상부위에 도달하면 DNA 합성을 정지하게 되고 세포의 죽음을 초래 한다. 인체는 이 같은 비상사태를 맞이해 복제담당 폴리머라제를 잠깐 쉬게 하고 손상된 DNA 부위를 그냥 지나치는 능력이 있는 특수한 복구담당 폴리머라제들을 동원해 손상부위를 통과하고 DNA 합성을 다시 시작한다. 이때 DNA는 많은 오류가 발생돼 심각한 돌연변이를 유발시킨다. 즉, 열악한 상황에 놓인 세포가 복제를 진행하지 못해 죽음을 맞기 보다는 생존을 위해 매우 부정확한 DNA 복제일지라도 선수를 교체하면서까지 복제를 진행하게 된다. 지금까지 학계에서는 Rev1 단백질이 이러한 과정을 조절할 것이라고 추정해 왔지만 그 구조와 기능은 명확하게 밝혀내지 못했다. 연구팀은 핵자기공명 분광법(NMR)과 X-ray를 이용해 DNA 복제과정에서 중추적인 역할을 하는 단백질(Polκ과 Rev1, Rev1과 Rev3/Rev7) 각각의 복합구조를 밝혀냈다. 이를 통해 ▲DNA가 손상 시 돌연변이가 유발되는 메커니즘 ▲DNA 복제효소간의 상호작용 ▲손상부위를 통과한 합성된 DNA가 더 연장되는 메커니즘을 분자수준에서 규명했다. 암의 직접적인 발병 원인이 DNA의 손상인 만큼 이에 대한 메커니즘을 밝혀내고 응용하면 개인별로 암의 원인을 제거할 수 있어 부작용 없는 맞춤형 항암제를 개발할 수 있을 것으로 전망된다. 최병석 교수는 이번 연구에 대해 “판코니 빈혈 환자들에게 암이 많이 발생되는 문제를 조사해보니 DNA복제 시 회복 기능이 고장 나 있더라”며 “손상된 DNA의 회복과 복제 과정에 대한 메커니즘 규명을 통해 암을 예방하고 치료하는데 크게 기여할 것”이라고 말했다. 이번 연구는 KAIST 화학과 최병석 교수와 류디난 박사의 주도로 수행됐고, KAIST 화학과 이지오 교수, 고준상 박사, 임경은 박사과정, 기초과학지원연구원 류경석 박사와 황정미 박사가 참여했다. 그림1. Polκ/Rev1/Rev7/Rev3 단백질 복합체 구조 그림2. Rev1, Polκ와 Rev7와 Rev3를 상호형질 주입된 세포의 공초점 현미경 영상 그림3. 논문표지
2013.06.03
조회수 15033
홀로그래피 이용한 빛 산란 제어기술 개발
- 산란 제어를 통해 감추어진 물체를 볼 수 있는 기술 - - 네이처 사이언티픽 리포트 5월 29일자 온라인판 게재 - 최근 ‘투명테이프의 재발견’이라는 게시물이 인터넷을 뜨겁게 달궜다. 불투명한 유리창에 투명테이프를 부착하자 흐릿하게 보이던 유리가 투명해지는 현상이었다. 투명테이프로 불투명한 유리의 요철이 메워져 빛 산란이 줄여진 간단한 과학의 원리다. 이처럼 우리 실생활에서 쉽게 접할 수 있는 빛의 산란을 홀로그래피를 이용해 손쉽게 제어할 수 있는 기술이 KAIST와 MIT 공동연구팀에 의해 개발됐다. KAIST(총장 강성모)는 물리학과 박용근 교수가 미국 MIT 분광학 연구소와 공동으로 홀로그래피를 활용해 빛 산란을 제어하는 기술에 개발에 성공했다고 29일 밝혔다. 연구 결과는 세계적인 과학저널 네이처(Nature)가 발행하는 ‘사이언티픽 리포트(Scientific Report)’ 5월 29일자 온라인판에 게재됐다. 이 기술을 이용하면 구름, 연기와 같은 장애물 때문에 보이지 않던 건너편의 물체를 또렷하게 볼 수 있다. 게다가 사람의 피부와 같이 산란이 심한 물체 뒤에 숨어있는 대상까지도 선명하게 관찰할 수 있다. 연구팀은 관찰하고자 하는 물체 중간에 위치한 장애물의 빛 산란을 제어하기 위해 빛의 방향과 세기를 모두 기록하는 홀로그래피 기술을 활용했다. 연구팀은 이를 통해 산란된 빛의 정보를 기록한 후 각각의 빛을 정확하게 반대편으로 다시 빛을 반사해 원래의 이미지를 얻어내는데 성공했다. 예를 들어, 복잡한 궤적으로 당구공이 당구대에서 굴러갈 때 공을 멈추고 반대 방향으로 공을 굴리면 다시 이전의 궤적으로 가는 것과 같은 원리다. 이러한 현상은 물리학에서 위상 공액(phase conjugation)으로 알려져 있는데, 박 교수팀은 세계 최초로 위상 공액과 디지털 홀로그래피 기술을 이용해 산란이 심한 벽 뒤에 있는 물체의 2차원 이미지를 관찰하는데 성공했다. 박용근 교수는 “빛의 산란을 제어해 불투명해 보이는 벽 뒤를 볼 수 있는 이 기술은 앞으로 물리학, 광학, 나노기술, 의학은 물론 군사적인 용도 등 다양한 분야에 응용될 수 있을 것”이라고 말했다. 또 “이번 기술은 일반적으로 알려진 투시카메라 또는 투명망토 기술과는 다르다”며 “현재로선 빛의 산란을 정밀하게 제어한 원천기술 개발에 의미를 두고 있다”며 개발된 기술에 대한 확대 해석을 경계했다. 그림1. 관찰영상 그림2. 빛 산란 제어의 원리
2013.05.29
조회수 10823
금 나노선 세포 주사기 개발
- 유전자를 세포 핵 안으로 직접, 원하는 순간에, 원하는 양만큼만 정교하게 전달- 우리 학교 연구팀이 금 나노선을 이용해 유전자를 살아있는 세포의 핵에 직접 전달할 수 있는 나노 주사기를 개발했다. 우리 학교 화학과 김봉수 교수와 생명화학공학과 이상엽 특훈교수 공동 연구팀이 단결정 금 나노선에 유전자를 부착해 세포의 핵에 정교하게 찌른 후 전기 신호로 유전자를 전달하고 유전형질을 발현시키는데 성공했다. 연구결과는 나노 분야 세계적 권위지인 ‘나노 레터스(Nano Letters)’ 5월 2일자 온라인 판에 게재됐다. 인체는 약 100조 개의 세포로 이뤄진 대단히 복잡한 시스템이다. 각각의 세포는 주변 세포와 유기적으로 신호를 교환함으로써 인간의 고차원 생명활동을 수행한다. 생명현상을 이해하기 위한 첫 단계는 하나의 세포에서 일어나는 현상 및 세포 간의 신호 전달을 정확하게 밝혀내는 것이며, 이는 생물학, 바이오 연료전지, 신약 개발 분야 등에서 매우 중요하다. 단일 세포에 생활성(bioactive) 분자를 선택적으로 전달하는 기술은 세포 내 생체현상을 세밀히 규명하고 질병 치료법을 개발하는데 필수적이다. 세포에 주사기를 꽂고 물질을 전달할 때 세포를 다치지 않게 하는 것이 무엇보다도 중요한데 이를 위해 다양한 나노소재를 이용한 전달 방법이 연구되고 있다. 연구팀은 직경이 100나노미터 정도로 매우 가는 금 나노선에 DNA를 붙이고 이를 정확하게 세포핵에 찌른 후 외부에서 전기 신호를 보내 원하는 만큼의 유전자를 정확히 전달하는 나노주사기를 개발했다. 금 나노선 주사기로 DNA를 세포 핵 안으로 제대로 전달하면 세포는 DNA로부터 정보를 받아 단백질을 만들어낸다. 연구팀은 녹색 형광을 내는 단백질을 만드는 DNA를 세포 핵 안으로 전달한 뒤 세포에서 녹색 형광이 나오는 것을 관찰함으로써 DNA가 성공적으로 전달된 것을 확인했다. 금 나노선 나노주사기는 지금까지 보고된 DNA 전달 주사기 중 가장 가늘어서 세포에 상처를 전혀 주지 않고도 핵 안에 정교하게 삽입할 수 있다. 이 주사기를 이용하면 DNA를 세포의 핵 안으로 직접 정확히 전달함으로써 전달 효율을 크게 높일 수 있고 매우 정교한 유전물질 조절이 가능하다. 김봉수 교수는 이번에 개발한 금 나노선 주사기에 대해 “이 주사기는 세포 내부의 원하는 위치에, 원하는 시간에, 원하는 양만큼 유전 물질이나 단백질 등을 정교하게 전달해 원하는 대로 유전현상 및 세포현상을 조절 및 연구하는데 대단히 유용하다”며 “특히, 유전자 치료요법, 표적형 약물 전달 개발, 세포 내 신호전달의 연구에서 선도적 역할을 할 수 있을 것”이라고 말했다. 한편, KAIST 화학과 김봉수 교수와 이상엽 교수가 공동으로 주도한 이번 연구는 강미정 박사과정 학생과 유승민 박사가 참여했다.
2013.05.15
조회수 10874
KAIST, 2012 하계 다보스포럼에 국내대학 중 유일하게 초청받아
- 11~ 13일 중국 텐진에서 아이디어스 랩 세션 운영 - - 서남표 총장, 이상엽 학장 등 관계자 4명 참석 - 경제의 유엔총회로 불리는 제6차 세계경제포럼(WEF) 하계대회(일명 하계 다보스포럼)에 KAIST가 2010년에 이어 올해에도 국내대학 중 유일하게 초청됐다. 우리 대학은 9월 11일부터 13일 까지 사흘간 중국 텐진에서 열리는 ‘2012 하계 다보스 포럼’에 참가해 아이디어스 랩(Ideas lab)세션을 운영한다. 포럼에서 운영되는 여러 세션들 중 하나인 아이디어스 랩 세션은 세계적인 대학을 초청해 하나의 주제만을 가지고 현재와 미래의 기술혁신을 조명하면서 전 세계 리더들과 보다 더 나은 미래를 위해 심층토론을 벌이는 핵심 세션이다. 이번 2012 하계 다보스 포럼에 초청된 대학은 미국의 MIT 및 카네기멜론대을 포함해 중국 칭화대, 중국유럽국제경영대(China Europe International Business School)로 미국과 중국이 각각 2개를 차지했다. 이밖에 싱가폴 국립대와 영국 옥스퍼드대, 그리고 일본 도쿄대 등 전 세계에서 모두 8개 대학이 초청됐는데 국내대학으로는 KAIST가 유일하다. 이는 “KAIST가 세계 명문대 반열에 올라섰음을 충분히 입증하는 것”이라고 학교 관계자는 말했다. 아이노메자 할라 (Ainomaija Haarla) 핀란드 기술아카데미 회장 겸 CEO 사회로 진행되는 아이디어스랩 세션은 ‘생명공학의 잠재력을 연다’를 주제로 11일 메이장 컨벤션센터에서 개최되며 KAIST에서는 서남표 총장을 포함해 이상엽 생명과학기술대학장 등 모두 4명이 참석한다. 서남표 KAIST 총장은 기조연설자로 나서 ‘KAIST에 대한 소개와 글로벌 도전과제들을 풀기 위한 생물시스템 공학’을 발표한다. 이어 이상엽 생명과학기술대학장이 ‘산업적 물질생산을 위한 시스템 대사공학’을 그리고 ▲ 조병관 생명과학과 교수가 ’지능형 합성생물학‘ ▲정하웅 물리학과장이 ’네트워크 생물학을 위한 빅데이터‘를 주제로 각각 강연에 나선다. 이상엽 생명과학기술대학장은 “세계경제포럼이 KAIST를 초청했다는 것은 KAIST 국제적 위상이 그만큼 높아졌다는 것을 대내외적으로 보여주는 좋은 사례”라며 “ KAIST의 실험적이고 창의적인 연구프로젝트를 세계 각국의 리더들에게 소개할 소중한 기회가 될 것”이라고 말했다. 세계경제포럼(WEF)은 매년 1월 스위스 다보스에게 개최하는 연례총회 이외에 세계 경제문제 논의를 위해 세계 각국의 정·관·학계 주요 인사들이 참석하는 하계 다보스 포럼을 지난 2007년부터 매년 중국에서 개최 중이다. ‘미래 경제의 창조’ 라는 주제로 개최되는 이번 2012 하계 다보스 포럼에는 전 세계 90여 개국에서 원자바오 중국 총리를 포함해 폴 카가메 르완다 대통령, 라자 페르베즈 아쉬라프 파키스탄 총리, 안드리우스 쿠빌리우스 리투아니아 총리, 헬레 토르닝 슈미트 덴마크 총리 등 약 1,500명의 리더들이 참석해 정치•경제•사회•과학기술 등 다양한 분야의 주요 이슈들을 다룰 예정이다.(끝)
2012.09.10
조회수 12143
김동수 교수, 수리과학연구소 소장으로 선임
기초과학연구원 부설 국가수리과학연구소의 제3대 소장으로 우리 학교 수리과학과 김동수 교수가 선임되었다. 기초과학연구원(원장 오세정․이하 IBS) 이사회는 9.7(금) ‘제7회 임시이사회’를 열고, 국가수리과학연구소 소장으로 우리 학교 김동수(52세) 교수를 선임하기로 의결하였다. 수리과학연구소는 국가 수학연구기관으로서의 위상을 재정립하고, 수학연구의 중심기관으로 육성하기 위해 지난 8.9(목) 기초과학지원연구원 부설기관에서 기초과학연구원(IBS) 부설기관으로 이관된 바 있다. 아울러, 수리(연)이 IBS 부설기관으로서 수학연구의 중심기관으로 자리매김하고, 다양한 수학계 요구를 수용할 수 있도록 수리(연)의 역할과 기능을 개편하고, 나아갈 발전방향을 제시하였다. 수리(연)은 수학전반의 리서치허브스테이션 중심기관*으로 최신 연구주제의 집결지 역할과 산업현장에서 요구되는 원천기술개발에 필요한 수학적 해법 제공을 위한 허브 기능, 수리과학분야의 인력양성 등의 역할을 수행할 것이다. *새로운 비전을 제시하고 프로그램 창출 및 학문경향을 리드하는 적극적 허브 역할과 특정 연구의 기획․실행을 위한 개방형 조직 이러한 IBS 부설기관으로서의 새로운 거버넌스에 조기 안착시키고, 수리과학의 국가 경쟁력을 확보할 적임자로서 KAIST의 김동수 교수가 가장 적합하다는 평가를 받아 소장으로 선임되었다. 지난 ‘11.10월부터 소장 공석으로 운영에 어려운 점이 많았던 수리(연)은 이번 소장 선임으로 인해 국가 수학연구의 중추기관으로 새롭게 도약할 것으로 기대된다. 또한, 수학분야의 국․내외 다양한 이슈 등의 수학적 해결과 국가와 사회에 부응하는 수학전반에 대한 연구중심기관으로서의 역할 수행도 한층 강화될 것으로 예상된다. 소장으로 선임된 김교수는 서울대 수학과를 졸업한 뒤 동대학원에서 석사학위를, 미국 미네소타대에서 박사학위를 각각 취득했으며, 이후 KAIST에서 교수로 활동해 왔다. 특히 김교수는 2006년부터 KAIST의 수리과학과 학과장을 거쳐 현재 입학처장과 자연과학대 학장을 겸직하고 있으며, 수학분야의 유망한 과학자임과 동시에 행정경험도 두루 갖추고 있다. IBS 이사회에서 선임된 김동수 소장 내정자는 교육과학기술부 장관(이주호)의 승인 절차를 거쳐, 국가수리과학연구소 소장으로 정식 임명될 예정이다.
2012.09.08
조회수 12915
윤동기 교수, 한국인 첫 ‘미치 나카타상’ 수상
우리 대학 윤동기 나노과학기술대학원(34) 교수가 한국인으로서는 최초로 국제액정학회(ILCS (The International Liquid Crystal Society))가 수여하는 ‘미치 나카타 상’(Michi Nakata Prize)을 수상했다 윤 교수에 대한 시상식은 지난 8월 23일 독일 마인츠에서 열린 24회 국제액정회의(24th International Liquid Crystal Conference)에서 개최됐다. 2008년 국제액정학회가 제정한 ‘미치 나카타상’은 액정분야에서 최초 발견이나 커다란 연구 성과를 낸 젊은 과학자를 대상으로 2년 마다 단 한 명에게만 수여하는 상인데 한국인 수상자로는 윤 교수가 처음이다. 윤 교수는 스멕틱 액정이 형성하는 결함구조를 이용한 패터닝 분야 창시자로 휘어있는 분자(Bent-core Molecule)가 형성하는 복잡한 형태의 키랄 나노 구조체를 대면적에서 패터닝하는데 세계 최초로 성공했다. 윤 교수의 나노패터닝과 관련한 연구 성과는 2010년 12월과 2011년 5월 각각 미국 국립과학원회보 (Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.) 및 어드밴스드 머트리얼즈(Advanced Materials)에 게재됐다. 2012년 4월에는 액정학회지(Liquid Crystals) 표지논문으로도 게재 된 바 있는데 국제액정학회가 윤 교수의 이 같은 연구업적을 인정했기 때문에 윤 교수를 ‘미치 나카다상’ 수상자로 선정했다고 KAIST측은 설명했다. 윤 교수는 현재 교육과학기술부 산하 한국연구재단의 일반연구자지원사업의 우수 신진 연구 과제를 진행 중이며 ‘초분자 액정의 3차원 나노 패터닝’이라는 새로운 분야를 개척 중이다. 또한 세계수준의 연구중심대학 (World Class University) 육성사업의 일환으로 나노와 바이오를 접목하는 융합 기술을 개발하는 연구도 함께 진행하고 있다.(끝)
2012.08.30
조회수 10209
모든 빛에 작동하는 무지갯빛 나노안테나 개발
- Nano Letters지 발표, “태양광 발전에 활용할 수 있는 핵심 기술 개발 ”- 완전결정* 은(銀) 나노선을 이용해 모든 파장의 빛에 작동하는 광학 나노 안테나가 순수 국내 연구진에 의해 개발되었다. 이번 연구 결과는 태양광 발전 등에 핵심적으로 활용할 수 있는 효율 높은 안테나 개발에 새로운 가능성을 열었다는 평가를 받고 있다. ※ 완전결정(perfect crystal) : 원자배열이 전체 결정체에 완전히 조직적으로 된 결정으로 이상결정(ideal crystal)이라고도 부름. 실제 자연환경에서는 거의 존재하지 않는 상태임 우리 학교 김봉수 교수(52세), 서민교 교수 및 고려대 박규환 교수가 주도한 이번 연구는 교육과학기술부(장관 이주호)와 한국연구재단(이사장 이승종)이 추진하는 중견연구자지원사업(도약연구), 21세기 프론티어연구개발사업 및 선도연구센터지원사업 등의 지원으로 수행되었고, 나노과학 및 기술 분야의 권위 있는 학술지인 ‘Nano Letters’지에 4월 17일자로 게재되었다. (논문명 : Rainbow Radiating Single-Crystal Ag Nanowire Nanoantenna) 특히 이번 연구결과는 강태준 박사(제1저자), 최원준 박사 및 윤일선 박사와 같은 30대 초반의 젊은 국내 토종 박사들이 주축이 되어 일궈낸 성과라는 점에서 의미가 있다. 김봉수 교수 연구팀은 한 가지 파장의 빛에서만 작동하는 기존의 광학 나노 안테나의 한계를 극복하는 모든 파장의 빛에서 반응하는 광학 나노 안테나 개발에 성공하였다. 광학 안테나는 휴대폰의 안테나가 전파를 수신하여 전기신호로 변환하고 반대로 전기신호를 전파로 변환하여 송신하는 것과 같이, 빛을 수신하여 전자기장으로 변환하고 그 반대의 역할도 수행할 수 있는 최근 주목 받고 있는 광학 소자이다. 일반 전파가 아닌 빛을 송․수신하기 위해서는 안테나의 크기를 머리카락의 10만분의 1미터(나노미터) 수준으로 매우 작게 제작해야 하기 때문에, 전 세계 수많은 연구팀들은 나노입자를 이용해 광학 안테나를 개발하고자 노력해왔다. 그러나 기존에 개발된 광학 안테나들은 파장의 범위가 매우 제한적이어서 한 가지 파장의 빛에서만 작동하기 때문에, 다양한 파장에서 송․수신기 역할을 수행할 만큼 효율적이 못했다. 김 교수팀은 지금까지 활용하던 나노입자가 아닌 가시광 전 영역에서 작동하는 은(銀)을 사용해 다양한 파장에서 공명할 수 있는 나노선*으로 광학 안테나를 제작하여 이 문제점을 해결하였고, 모든 파장의 빛에서 은 나노선 안테나가 잘 작동한다는 사실을 실험적․이론적으로 증명하였다. ※ 나노선 : 수십에서 수백 나노미터(10억분의 1미터)의 굵기를 갖는 반도체 물질로 이루어진 머리카락 형태의 나노 구조체 김 교수팀이 합성한 은 나노선 안테나는 완벽한 결정구조를 가지면서도 결함이 없어 표면이 매끈하기 때문에, 모든 파장의 빛을 어떠한 손실 없이 송신하고 동시에 수신하여 효율을 극대화할 수 있다. 모든 파장의 빛을 손실 없이 송․수신하기 위해서는 나노선 안테나의 표면에 아주 작은 결함도 없어야 한다. 연구팀은 우선 섭씨 800도의 고온에서 아무 결함도 없는 완전결정 은 나노선을 만드는데 처음으로 성공하였다. 특히 은 나노선 안테나에 백색광을 비춰주면 빛을 송신하여 안테나 표면에 집중된 전자기장으로 변환시키고, 이 전자기장을 다시 여러 가지 파장의 빛으로 수신하여 마치 무지개와 같은 화려한 색상을 나타낸다. (사진) 김봉수 교수는 “이번 연구성과인 은 나노선 안테나는 실제로 활용할 수 있는 광학 안테나 개발에 한 걸음 다가섰다는 의미이다. 특히 태양광 발전 및 극미세 나노센서 등에 핵심기술로 사용될 수 있어 향후 나노-광-바이오산업에 선도적인 위치를 차지할 수 있을 것으로 기대된다”고 연구의의를 밝혔다.
2012.05.03
조회수 14506
‘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
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동아일보, '10년 뒤 한국을 빛낼 100인' 선정
동아일보 4월 17일자 보도에 따르면, 우리학교 교수 7명이 ‘10년뒤 한국을 빛낼 100인’에 선정됐다. 100인 가운데 대학교수는 32명이었으며 이중 우리학교 교수는 서울대 교수에 이어 두 번째로 많았다. 생명화학공학과 이상엽 특훈교수는 3년 연속으로 선정돼 ‘명예의 전당’ 대상자로 선정되는 영예를 얻었다. 명예의 전당에 오르면 앞으로 100인 선정 대상에서 제외된다. 또한, 신소재공학과 김상욱 교수는 ‘분자조립 나노기술분야’에서 탁월한 업적을 인정받아 지난해에 이어 2년 연속으로 선정돼 내년에 ‘명예의 전당‘에 입성할지 귀추가 주목된다. 이밖에 의과학대학원 고규영 특훈교수, 기계공학과 박수경 교수, 배중면 교수, 건설환경공학과 손훈 교수, 화학과 이효철 교수가 100인에 선정됐다. 기사 링크 http://news.donga.com/People_List/3/06/20120417/45575202/1
2012.04.19
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화학과 조승환 박사, 전국대학총장협회 주관 ‘올해의 우수 학위 논문상’ 수상
우리 대학 화학과 조승환 박사(지도교수 장석복)가 (사)한국대학총장협회(이사장 이대순)와 에쓰오일 과학문화재단(이사장 오명)이 공동으로 주최한 논문대회에서 제 1회 ‘올해의 우수 학위 논문상’을 수상했다. 수상자에게는 3,000만원, 지도교수에게는 2,000만원의 연구자금이 지급되며 시상식은 2일 서울 삼청동소재 경남대학교 극동문제연구소에서 교육과학기술부 장관이 참석한 가운데 개최된다. 전•현직 대학총장들로 구성된 사단법인 한국대학총장협회와 에쓰오일 과학문화재단은 기초과학 분야에서 연구에 매진하는 젊은 과학자를 지원하기 위해 ‘올해의 우수 학위 논문상’과 ‘올해의 우수 학위 논문 지도 교수상’을 제정해 올 해부터 시행한다. 올해는 물리학과 화학분야, 2012년에는 생물학•지구과학•수학 분야를 대상으로 선정한다. 협회는 2009년 8월부터 2011년 8월까지 나온 국내 대학의 물리학과 화학분야 박사학위 논문을 검증했으며 조승환 박사가 수행한 ‘전이 금속 촉매를 이용한 탄소-탄소, 탄소-질소 형성반응에 관한 연구’논문이 친환경 소재를 개발하는데 기여했다는 점을 높이 평가했다. 올해의 학위 논문상은 기초과학분야 국내 대학 박사학위 논문 가운데 그 내용의 독창성과 접근법 및 응용성이 탁월한 논문을 대상으로 선정한다. 조승환 박사는 KAIST 화학과 학사과정을 마치고 동 대학원 화학과에서 석•박사과정을 이수했으며 현재 KAIST 화학과 박사후과정 연구원으로 근무 중이다. 조 박사는 ▲미국 화학회지(J. Am. Chem. Soc) 7편 ▲독일 화학회지 앙게반테케미(Angew. Chem. Int. Ed) 5편 ▲케미컬 소사이어티 리뷰(Chem. Soc. Rev., IF 26.58) 1편, ▲기타 국외학회지 3편 등 총 16편의 논문을 발표해 활발한 연구활동을 수행했다. 특히, 2008년 미국화학회지에 출판한(J. Am. Chem. Soc., 2008, 130, 9254)논문은 최근 3년 동안 미국 화학회지에 게재한 논문 중 최다 피인용 논문 중 하나로 선정될 만큼 화학분야에서 학문적 연구업적을 인정받았다. 끝.
2012.02.02
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화학과 학부생, 세계적 저널에 표지논문 게재
- 화학과 4학년 조상연, 물리학과 4년 김수민 학생, 말라리아 연구를 위한 광학영상 기술을 분석해 셀(Cell) 자매지 표지논문에 게재 -- 국내최초 소방관인 故 조용완씨 손자, 3월 의무소방요원으로 입대예정 - “교수님, 하이젠 베르크(Werner Heisenberg) 같은 역사 속 과학자들은 20대 초반에 세계적인 연구 성과를 냈는데 저는 이대로 가다간 늦어버릴 것 같습니다. 교수님 연구실에서 융합연구를 할 수 있게 도와주세요” 우리 학교 화학과 4학년에 재학 중인 조상연(22) 君이 1학년 때 이 대학에서 물리화학 분야 융합연구의 세계적인 석학인 이효철 화학과 교수를 찾아 와 당차게 부탁한 한 마디다. 조상연 학생이 말라리아 연구와 관련해 제1저자로 발표한 논문이 셀(Cell)지가 발행하는 생명공학분야 최고 권위 학술지인 ‘생명공학의 동향(Trends in Biotechnology, IF=9.644)’ 2월호 표지논문으로 선정됐다. 근래 들어 학부생의 연구 참여가 활발해진 까닭에 과학기술논문인용색인(SCI)급 국제학술지에 논문이 실리는 경우가 가끔씩은 있었지만, 셀 자매지와 같은 세계적인 학술지에, 그것도 표지논문으로 실리는 경우는 거의 없었다. 하지만 오랜만에 KAIST 학부재학생인 조상연 君이 큰일을 이뤄내 학교 안팎으로부터 많은 화제를 모으고 있다. 광주과학고를 2년 만에 조기 졸업하고 2008년 KAIST에 입학한 조 군은 평소 연구에 대한 높은 관심으로 신입생 때부터 KAIST내 다양한 학과를 넘나들며 연구거리를 찾아다녔다. 2학년 때는 화학과 이효철 교수의 지도아래 학부생 연구지원 프로그램인 URP에 참여, ‘시간분해회절에 의한 용액 상 구조 동력학 분석’에 관한 탁월한 연구 성과를 거뒀다. 이 연구로 조 君은 2학년 학생으로는 이례적으로 최우수상을 수상하는 한편 후속연구비 1000만원과 해외학회 참가라는 특전을 받으며 두각을 보이기 시작했다. 바이오 및 뇌 공학과 김동섭 교수와 ‘알카인 수화반응을 촉매하는 단백질의 컴퓨터 디자인’에 대한 연구를 진행하는 한편 EEWS대학원 정유성 교수와는 ‘전산모사를 통한 이산화탄소 흡착 촉매 디자인’ 등에 대한 연구를 수행하기도 했었다. 이후 조상연 君은 2011년 2월부터 약 1년간 바이오광학분야 융합 연구에 대한 세계적 학자인 물리학과 및 광기술연구소 박용근(32) 교수의 지도를 받아 왔다. 이번 셀 자매지에 게재한 논문은 박용근 교수의 지도를 받으며 수행한 연구과제 중 하나다. 같은 공동저자 중 한명인 김수민 학생(24, 제2저자) 역시 물리학과 학부생으로 ‘개별연구제도’를 통해 연구에 참여했다. 조상연 학생은 ‘말라리아 연구를 위한 광학 영상기술’이라는 제목의 이번 논문을 통해 “학질모기에 의해 전염되는 말라리아에 전 세계적으로 매년 약 3억 명이 감염되고 또 수백만 명이 사망하고 있지만, 아직도 말라리아 질병의 많은 부분이 알려져 있지 않다”며 문제를 제기했다. 이와 함께 첨단 광학기술을 말라리아 연구에 적용하려는 노력이 최근 많은 주목을 받고 있는데, 말라리아 연구를 크게 3가지로 나눠 체계적으로 광학기술을 이용하는 전략을 제시했다. 조 君의 이번 연구는 바이오 이미징 기술을 말라리아 감염질환 연구에 통합 적용하고, 말라리아 연구에 적용 가능한 광학영상 방법들을 소개함으로써, 다 학제 간 융합 연구시대에 경쟁력을 갖는 광학-의학연구 전략을 체계적으로 제시한 것으로 높이 평가받고 있다. 조상연 학생은 “고등학교 시절 SEE-KAIST 과제에 출품해 수상하면서 연구에 대한 재미를 느꼈고, 2학년 1학기까지 특정한 학과가 없는 무학과 제도를 운영해 다양한 분야의 융합연구를 할 수 있는 조건을 갖춘 국내 최고의 연구중심대학 KAIST로 진학을 결심했다”며 “특히, 학부생에게 관련분야 최고 교수와 연구기회를 주는 URP 및 개별연구제도로 인해 뛰어난 교수들의 지도와 학교의 충분한 재정적 지원 덕분에 큰 어려움 없이 마음껏 연구를 펼칠 수 있었다”고 말했다. 조 君은 이와 함께 “앞으로 목표는 세상에서 제일 재미있는 융합연구를 하는 과학자가 되는 것”이라며 “제가 하는 연구를 통해 전 세계 어려운 상황에 놓인 많은 사람들을 도우는 데 노력할 것”이라고 말했다. 조 君은 바쁜 학업생활 속에서도 지역사회를 위해 저소득층 중학생들을 위한 봉사단체인 ‘배움을 나누는 사람들’에서 2년간 꾸준히 봉사를 해왔으며, KAIST 자연과학 학술동아리인 ‘KINS’를 설립했고, 자연과학대학 소식지인 ‘KAIST Science’ 기자로도 활동해 왔다. 조 君은 현재 해외 대학원 입학을 계획하고 있으며 올 3월 입대해 의무소방요원으로 군복무를 할 예정이다. 조 君의 할아버지는 우리나라 최초의 소방관인 故 조용완 씨로 소방관에 대한 남다른 인연으로 군 생활을 시작할 예정이다. 한편, 이번 연구는 KAIST ‘신임교원정착연구사업‘과 ’광기술연구소연구사업‘의 일환으로 이뤄졌으며 화학과 학사과정 조상연(22, 제1저자) 君을 포함해 물리학과 학사과정 김수민(24, 제2저자) 학생과 물리학과 김영찬 박사(30, 공저자)가 함께 수행했다.(끝) 붙임 : 논문요약, 보충자료, 사진설명 <논문요약> 논문주제 : 말라리아 연구를 위한 광학 영상기술 학질모기에 의해 전염되는 말라리아에 전 세계적으로 매년 약 3억 명이 감염되고 수백만 명이 사망하고 있지만, 아직도 말라리아 질병의 많은 부분이 알려져 있지 않다. 세계 각국은 말라리아 감염을 연구하고, 말라리아를 진단하고 치료하는 장비 개발에 박차를 가하고 있다. 빌게이츠 Microsoft사 전 회장 부부가 설립한 Bill & Melinda Gates 재단에서 말라리아 연구에 막대한 연구비를 지원하기 시작했으며, Apple, Google, Intel사 등이 연합 설립한 Intellectual ventures사에서도 빛을 이용한 말라리아 진단 연구를 진행하고 있는 것이 그 사례들이다. 최근에는 첨단 광학 기술을 말라리아 연구에 적용하려는 노력이 최근 많은 주목을 받고 있는데, 박 교수 연구팀은 말라리아 연구를 크게 3가지로 나누어 체계적으로 광학기술을 이용하는 전략을 제시했다. ▲말라리아에 감염된 적혈구를 외부 염색 물질을 사용하여 체외에서 광학 영상을 측정하는 방법과 ▲말라리아에 감염된 적혈구를 외부 염색 물질을 사용하지 않고, 적혈구 자체의 광학적 신호를 이용하여 체외에서 영상을 획득하는 방법 그리고 ▲체내에서 말라리아 기생충이 숙주 세포를 감염시키는 과정의 광학 영상을 획득하는 방법이다. 이 논문에서는 물리학(광학)과 의학(감염질환)의 효과적인 융합 연구를 위한 체계화된 전략을 소개했기 때문에 실제 말라리아를 연구하는 연구자들에게 실질적인 도움이 될 수 있을 것이라고 평가받고 있다. 제1저자로 참여한 조상연 학생은 “이번 논문은 연구팀에서 수행하고 있는 굴절률 차이를 이용한 광학영상기술 및 최신 광학영상 기술들이 말라리아에 어떻게 이용될 수 있는가를 소개함으로써, 말라리아 진단 및 치료 연구에 힘을 실어줄 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다. <보충자료: 용어설명> ○ SEE-KAIST1992년 첫 행사를 시작으로 `Open-KAIST`와 번갈아 격년제로 실시해오는 행사로 KAIST 연구 성과, 과학고 탐구 성과, 산업체 연구개발 제품 등을 직접 보고 체험할 수 있는 KAIST의 대표적인 과학문화 대중화 행사다. ○ 무학과제도학사과정의 우수한 학생들에게 학과선택의 자율성을 보장하기 위해 학과 구 분 없이 입학해 개인의 적성 등을 고려해 2학년 1학기를 마친 후 학과를 선택하는 제도. ○ URP 학사과정 학생들이 지도교수와 지도조교의 지도하에 실질적인 실험 및 연구를 할 수 있도록, 연구비 지원 및 학점 연계를 통해 학부생의 연구를 현실적으로 지원하는 프로그램 ① Long-Term URP 프로그램 (연 1회 실시) 가. 연구기간 : 12개월 (2011년 12월 26일~2012년 12월 21일) 나. 지원내역 * 단독 : 장학금 1,500천원+연구비 3,000천원 * 팀 : 1인당 장학금 1,200천원+연구비 4,000천원 ② 겨울/봄학기, 여름/가을학기 URP 프로그램 가. 연구기간 : 5개월~6개월 나. 지원내역 * 단독 : 장학금 1,000천원+연구비 1,500천원 * 팀 : 1인당 장학금 800천원+연구비 2,000천원 ○ 하이젠베르크 하이젠베르크는 1901년 독일에서 출생했다. 그의 아버지는 의학교수였고 그는 뮌헨대학에서 아놀드 좀머펠트(Arnold Sommerfeld) 밑에서 이론물리를 공부했고, 1923년에 박사학위를 받았다. 같은 해에 그는 괴팅겐대학에서 보른(Max Born)의 조수가 되었으며, 다음해에는 강사가 된다. 다음 3년간 코펜하겐에서 닐스 보어와 함께 일하고, 1927년부터 1941년 까지 라이프치히대학의 이론물리학 교수가 된다.거기서 볼프강 파울리 등과 연구하며 양자 전기 역학과 양자장 이론을 발전 시켰고, 핵 물리학과 고 에너지 물리학의 발전에 넓고도 깊은 영향을 미쳤다. 불확정성 원리로 유명한 하이젠베르크는 양자역학의 탄생에 기여한 공로로 1932년 노벨물리학상을 받았다. <사진설명> 조상연 학생의 지도교수인 물리학과 박용근 교수 연구자 사진 : 왼쪽부터 김수민 학생, 김영찬 박사, 조상연 학생 Trends in Biotechnology 2012년 2월 호 논문표지
2012.02.01
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꿈의 신소재
우리 학교 나노과학기술대학원 김용현 교수 연구팀과 인하대 물리화학부 박성진 교수 연구팀이 공동 참여한 나노그래핀의 화학구조 규명에 관한 논문이 네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications) 2012년 1월호에 게재됐다. 국제적 권위지인 네이처(Nature)의 과학분야 자매지인 네이처 커뮤니케이션스에 게재된 논문은 분광학적인 방법을 사용해 나노그래핀 소재의 자세한 화학구조와 생성원리, 전기적 특성을 획기적으로 향상시킬 수 있는 분자단위가 나노그래핀 내에 존재함을 규명했다. 두 대학 공동연구팀은 이번 연구결과를 통해 나노그래핀의 구조와 특성을 근본적으로 이해할 수 있게 됐으며 배터리, 초고용량 축전지, 투명전극, 초경량 고강도 복합재료 등에 나노그래핀 소재를 이용할 수 있는 새로운 가능성을 열게 됐다고 평가했다. 나노그래핀 소재는 여러 응용 분야에 적용되고 있음에도 불구, 현재까지 자세한 분자구조와 생성원리, 전기적 특성의 원인 등이 규명되지 않아 성능 개선과 응용 목적에 맞춘 소재의 변형이 불가능했다.
2012.01.25
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