연구
〈 남 윤 기 교수 〉
우리 대학 바이오및뇌공학과 남윤기 교수와 박지호 교수 연구팀이 빛과 열을 통해 신경세포의 활성을 억제할 수 있는 새로운 플랫폼을 개발했다.
이번 연구는 나노분야 학술지 ‘에이씨에스 나노(ACS Nano)’ 9일자 온라인 판에 게재됐다.
신경세포는 활동 전위를 생성해 세포 사이의 정보를 교환하는 역할을 담당한다. 신경세포의 활성은 뇌기능을 이해할 수 있는 핵심 요소로 이를 조절하기 위해 전기 자극, 광유전학 등 다양한 방법의 기술이 연구됐다.
그러나 전기 자극은 신경세포의 활성 유도엔 효과적이나 그 반대인 활성 억제엔 기술적 한계를 갖는다. 광유전학은 빛으로 신경세포 활성을 조절할 수 있지만 유전자 조작이 까다롭고 다른 기술과의 결합이 어려웠다.
연구팀은 문제 해결을 위해 금 나노막대를 신경세포 칩에 결합하는 방법을 선택했다. 금 나노막대는 특정 파장대의 빛을 흡수해 열을 발생시키는 특성이 있어 광열 자극의 매개체로 사용 가능하다.
연구팀은 신경세포가 이 광열 자극에 노출될 경우 그 활성이 억제되는 현상을 발견했고 이를 응용한 전기 광학적 신경플랫폼을 제작했다.
근적외선을 선택적으로 흡수하는 금 나노막대를 합성한 후 생체 친화성을 갖는 중합체(polymer)로 코팅해 신경세포 칩 표면에 결합했다. 신경세포 칩 상의 금속 전극은 금 나노막대가 결합한 후에도 전기적 특성이 변하지 않아 신경세포 활성 측정에 적합하다.
금 나노막대가 결합한 칩에 신경세포를 배양하면 전기적으로 신경세포의 활성을 측정하는 동시에 광열 자극으로 신경세포의 활성을 억제함을 확인했다. 이 기술은 유전자 조작 없이도 빛으로 활성 조절이 가능해 기존의 광유전학 기술의 단점을 상쇄시켰다.
연구팀이 개발한 전기 광학적 신경플랫폼은 광유전학 기술의 대안이 될 것으로 기대된다. 또한 기존 신경플랫폼과 결합해 뇌기능 연구 및 뇌질환 치료에 다각적으로 활용 가능할 것으로 예상된다.
남 교수는 “나노입자와 신경세포를 결합해 새로운 자극 플랫폼을 제시했다”며 “기존의 전기적 신경 시스템을 활용하는 동시에 광열 자극으로 신경세포의 활성을 자유롭게 억제할 수 있다”고 말했다.
우리 대학 바이오및뇌공학과 유상진 박사과정 학생이 1저자로 참여한 이번 연구는 한국연구재단 중견연구자지원사업 도약연구의 지원을 받아 수행됐다.
□ 그림 설명
그림1. 금나노막대와 미세전극칩을 결합한 광-전기 복합 자극칩 플랫폼 모식도
-
인물 화학과 백무현 교수, 2021 포스코청암상 수상
포스코청암재단은 지난달 26일 이사회를 열어 올해 포스코청암상 수상자로 과학상에 백무현 우리 대학 화학과 교수, 교육상에 경남 사천 용남중학교, 봉사상에 사단법인 아동복지실천회 세움, 기술상에 정한 아이쓰리시스템㈜ 대표이사를 각각 선정했다고 2일 밝혔다. 과학상 수상자인 백무현 우리 대학 화학과 교수(IBS 부연구단장)는 전이금속 촉매를 매개로 일어나는 화학반응의 반응 원리를 밝히고, 더 나은 촉매개발을 가능하게 하는 원리를 정립한 화학자다. 특히 컴퓨터와 이론·계산화학 연구 방법을 이용하여 화학반응을 예측하고 설계할 수 있음을 실증한 변혁적 연구의 선구자다. 백무현 교수는 2016년에 계산화학으로 메탄가스를 활성화시킬 수 있는 촉매 후보 물질을 예측했고, 2020년에는 유기화합물의 전기적 성질을 결정짓는 원자단을 전압의 미세한 차이를 이용해 자유자재로 조절할 수 있는 ‘만능 작용기’의 가능성을 제시했다. 특히 만능 작용기 연구는 기존의 패러
2021-03-02 -
연구 물에서 작동하는 급속충전 가능한 전지 개발
우리 대학 신소재공학과 강정구 교수 연구팀이 물에서 작동하는 우수한 성능의 급속충전이 가능한 하이브리드 전지를 개발했다고 25일 밝혔다. 연구팀은 현재 전극 물질로 가장 많이 사용되고 있는 금속 산화물보다 전도성이 좋은 *다가의 금속 황화물을 양쪽의 전극 물질로 활용했다. 그리고 표면적이 높은 메조 다공성의 전극 구조를 기반으로 높은 에너지 밀도와 고출력을 갖는 하이브리드 수계 이온 에너지 저장 소재를 구현했다. ☞*전자를 잃고 (+)전기를 띄고 있는 상태를 말한다. 예를 들어 2+ 는 2가 이온으로 전자를 2개, 3+ 는 3가 이온으로 전자를 3개 잃어버린 상태다. 이 기술은 현재 주로 사용되는 리튬 이온 배터리 및 다른 수계 배터리보다 안전성 및 경제성 등에서 우수성을 가져 급속충전이 필요한 휴대용 전자기기 및 안전이 중요시되는 상황에서 배터리 사용 등에 적용할 수 있을 것으로 기대된다. 강정구 교수 연구팀의 이번 연구 결과는 재료 분야 국제 학술지 `어드밴스드 에너
2021-02-25 -
연구 핫전자(뜨거운 전자) 이용, 온실가스 저감원리 규명
우리 연구진이 금속-산화물 계면에서의 촉매 화학 반응 과정에 대한 메커니즘을 직접 밝히고, *핫전자(뜨거운 전자)가 촉매 선택도를 향상시키는 데 결정적인 요소임을 실시간 핫전자 검출을 통해 입증했다. ☞ 핫전자(Hot electron): 분자의 흡착, 화학 촉매 반응, 빛의 흡수와 같은 외부 에너지가 금속 표면에 전달될 때, 화학 에너지의 순간적인 전환과정에서 에너지가 올라간(물질의 자유전자보다 약 100배 높은) 상태의 전자를 말한다. 태양광을 전기에너지로 전환하는 데 사용되는 매개체로도 사용된다. 우리 대학 화학과 박정영 교수(기초과학연구원(IBS) 나노물질 및 화학반응 연구단 부연구단장), 신소재공학과 정연식 교수, 생명화학공학과 정유성 교수 공동연구팀이 차세대 고성능 촉매 설계에 활용할 수 있는 반응성 향상 원리의 기틀을 마련했다고 8일 밝혔다. 현재 에너지 사용량 절감과 친환경 화학 공정 개발이라는 글로벌 도전 과제를 해결하기 위해 새로운 고효율 촉매 소재 개발은
2021-01-11 -
연구 신경 네트워크의 연결을 실시간으로 조절 가능한 신경 칩 플랫폼 개발
우리 대학 바이오및뇌공학과 남윤기 교수 연구팀이 나노입자 기술을 기반으로 시험관 조건에서 배양한 신경 네트워크의 연결을 실시간으로 조절할 수 있는 신경칩 플랫폼을 개발했다고 7일 밝혔다. 이번 연구는 신경 네트워크의 구조를 조절하기 위한 기존의 많은 세포 형태화 기술이 세포 배양 이전 단계에만 적용 가능한 데 반해, 네트워크의 발달 및 성숙 단계에서도 도입할 수 있다는 점에서 큰 의미가 있다. 바이오및뇌공학과 홍나리 박사과정(지도교수:남윤기)이 주도한 이번 연구 결과는 국제 학술지 `네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)' 12월 9일 字에 게재됐다. (논문명: Thermoplasmonic neural chip platform for in situ manipulation of neuronal connections in vitro) 우리 뇌의 복잡한 구조를 모방하는 신경 네트워크 모델을 체외 조건에서 구현하기 위해서는 신경세포의 위치와 연결을 원하는 구
2021-01-06 -
기부 김재철 동원그룹 명예회장, 발전기금 500억 원 기부
내년 2월 개교 50주년을 맞는 우리 대학이 올해 들어서만 100억 원 이상의 고액 기부가 3건이나 이뤄지는 겹경사를 맞는 등 역대 최고의 해를 보내고 있다. 올해 1월 장병규 크래프톤 의장이 동문 최고 금액인 100억 원을, 7월에는 이수영 광원산업 회장이 676억 원 상당의 부동산을 출연해 싱귤래러티(특이점) 교수제도를 지원키로 한 데 이어 김재철 동원그룹 명예회장이 사재 500억 원을 우리 대학에 기부했다. 국내 인공지능(이하 AI) 분야 핵심 인재 양성을 위해 거액을 기부하는 김재철 명예회장의 뜻에 따라 기부금 전액을 AI 분야 인재 양성과 연구에 사용할 방침이다. 김재철 동원그룹 명예회장은 16일 KAIST 대전 본원 학술문화관 정근모콘퍼런스홀에서 열린 약정식에서 향후 10년간 연차별 계획에 따라 사재 500억 원을 기부하기로 약정했다. 약정식에는 신성철 총장 등 KAIST 주요보직 교수들과 김남구 한국금융지주 회장, 김남정 동원그룹 부회장 등 김 명예
2020-12-16