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지혈제 작동원리 규명해 혈액 응고장애 극복
우리 대학 화학과 이해신 교수 연구팀이 홍합 모사 접착성 지혈제를 이용해 혈액 응고 장애 환자에게 효과적인 지혈을 성공시켰다고 16일 밝혔다.
이해신 교수는 수년 전 세계 최초로 홍합 모사 접착물질을 의료용 지혈 물질로 상용화시킨 바 있다. 그는 이노테라피와 수년간의 추가적인 분자기작 연구와 환자를 대상으로 한 임상 연구를 통해 이 홍합 모사 접착성 지혈제의 지혈 성능을 밝혔고, 그 결과를 권위가 있는 국제 학술지 사이언스 어드밴시스(Science Advances)에 지난달 24일 발표했다.
(논문명: Coagulopathy-independent, bioinspired hemostatic materials: A full research story from preclinical models to a human clinical trial)
연구팀은 이번 연구를 통해 홍합 모사 지혈제가 혈액 응고 장애 환자에게서도 작동 가능하다는 것을 동물실험뿐 아니라 임상 연구로 입증했다. 연구에 따르면 접착성 지혈 물질인 카테콜아민 고분자는 혈액 응고 장애 환자나 정상인의 혈액에 공통으로 존재하는 알부민과 같은 혈장단백질과 빠르고 강하게 결합해 접착막을 형성한다.
이번 연구에서 연구팀은 카테콜아민 고분자가 혈액응고인자와 상관없이 혈액 단백질과 결합해 수 초 내에 빠르게 단단한 지혈 막을 형성하는 메커니즘을 규명했다. 나아가 이 지혈제가 혈액 응고 장애를 동반한 출혈 동물모델에서 우수한 지혈 효과를 나타내었을 뿐만 아니라, 간이식/간 절제 환자들을 대상으로 한 임상실험에서도 우수한 효과를 입증했다.
이해신 교수는 지혈 물질 협력 연구 과정에서 2017년 네이처 머터리얼즈(Nature Materials)에 무출혈 주삿바늘 논문을 발표한 바 있으며, 이에 멈추지 않고 바이오 벤처기업 이노테라피와 더욱 깊이 있는 임상 연구를 진행해 이번 성과를 얻었다. 10여 년에 걸친 협력 연구를 통해 과학적 성과뿐만 아니라, 논문에 발표한 물질이 주성분으로 포함된 이노씰 제품이 최근 3월 30일 유럽허가(CE 인증)를 취득해 차후 제품 글로벌 상용화도 가능하게 됐다.
이해신 교수는 "그동안 KAIST가 이노테라피와의 모범적 협력모델을 구축했고, 최근 이노테라피의 기부를 통해 KAIST가 진행 중인 중/대동물 연구센터 건립에 작은 힘이나마 도움을 받았다ˮ고 말했다.
㈜이노테라피 이문수 대표는 "앞으로도 KAIST와 적극적인 협력을 추진할 계획ˮ이라 밝혔다. 화학과 학과장 이영민 교수도 "이노테라피와 화학과가 앞으로 바이오 분야 상업화에 있어서 협력을 확대하면 좋겠다ˮ고 말했다. 우리 대학은 지혈제 외에도 유전자 치료제 등 신약 개발에 있어 산학협력을 확대할 예정이다.
2021.04.16
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해상도 높인 곤충 눈 구조 초박형 카메라 개발
바이오및뇌공학과 정기훈 교수 연구팀이 고해상도 이미징을 위한 곤충 눈 구조의 초박형 카메라를 개발했다. 이 카메라는 독특한 시각 구조를 가진 제노스 페키(Xenos peckii)라는 곤충의 눈을 모사해 개발돼, 상용 카메라보다 더 얇은 렌즈 두께와 넓은 광시야각을 갖는다. 이러한 특징을 이용해 모바일, 감시 및 정찰 장비, 의료영상 기기 등 다양한 소형 카메라가 필요한 분야에 적용 가능할 것으로 기대된다.
김기수 박사과정이 주도한 이번 연구결과는 국제 학술지 ‘빛 : 과학과 응용 (Light : Science & Applications)’ 2월 27일 자 온라인판에 게재됐다. (논문명: 고대비 고해상도 이미징을 위한 생체모사 초박형 카메라, Biologically Inspired Ultrathin Arrayed Camera for High Contrast and High Resolution Imaging)
최근 초소형 및 초박형 스마트 기기의 개발로 소형화된 이미징 시스템의 수요가 커지고 있다. 그러나 기존의 카메라는 물체의 상이 일그러지거나 흐려지는 현상인 수차를 줄이기 위해 다층 렌즈 구조를 활용하기 때문에 렌즈 두께를 감소하는 데 한계가 있다. 또한, 기존의 곤충 눈을 모사한 미세렌즈 배열(Microlens arrays)은 렌즈 사이의 광학 크로스토크(Optical crosstalk)로 인해 해상도가 저해되는 단점이 있다.
연구팀은 문제 해결을 위해 제노스 페키 곤충의 시각 구조를 모사한 렌즈를 제작했고 이를 이미지 센서와 결합해 초박형 카메라를 개발했다. 곤충의 눈은 렌즈와 렌즈 사이의 빛을 차단하는 색소 세포(pigment cells)가 존재해 각 렌즈에서 결상(어떤 물체에서 나온 광선 등이 반사 굴절한 다음 다시 모여 그 물체와 닮은꼴의 상을 만드는 현상)되는 영상들 간의 간섭을 막는다. 이러한 구조는 렌즈들 사이의 광학 크로스토크를 막아 고 대비 및 고해상도 영상을 획득하는 데 도움을 준다.
연구팀은 이러한 광 차단 구조를 포토리소그래피(Photolithography) 공정으로 매우 얇게 제작해 렌즈들 사이의 광학 크로스토크를 효율적으로 차단했다. 렌즈의 두께를 최소화하기 위해 렌즈의 방향을 이미지 센서 방향인 역방향으로 배치했으며, 이를 통해 최종 개발된 카메라 렌즈의 두께는 0.74mm로 이는 10원짜리 동전 절반 정도의 두께이다. 연구팀은 카메라의 원거리에 있는 물체를 모든 렌즈에서 같은 시야각을 통해 동일한 영상을 획득하고, 이 배열 영상들은 해상도를 하나의 이미지로 합성했다. 합성된 영상은 합성 전 단일 채널 영상보다 향상된 해상도를 가짐을 확인했다.
정기훈 교수는 “실질적으로 상용화 가능한 초박형 카메라를 제작하는 방법을 개발했다”라며 “이 카메라는 영상획득이 필요한 장치에 통합돼 장치 소형화에 크게 기여할 것으로 확신한다”라고 말했다.
2020.03.23
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곤충 눈을 모사한 무반사 미세렌즈 개발
정기훈 교수
- KAIST 정기훈 교수 연구팀, 세계적 물리학회지에 표지논문으로 게재돼, 국내외 특허출원 중 -
- 반도체 양산공정 그대로 활용할 수 있어 상용화 기대 커 -- 빛 반사율 1%이하로 낮춰 값비싼 무반사 코팅 대체 가능 -
국내 연구진이 곤충의 눈을 모사해 빛의 반사를 최소화한 무반사 미세렌즈를 개발하는데 성공했다. 이 렌즈는 특히 휴대폰, 디지털카메라 등에 적용된 이미지센서에 활용할 수 있는 데다, 기존 반도체 양산 공정을 그대로 활용할 수 있다는 점에서 상용화에 대한 기대가 크다.
우리 학교 바이오및뇌공학과 정기훈 교수 연구팀이 곤충의 눈 표면에 형성된 나노구조를 모사해 저렴하면서도 빛 반사율을 1%이하로 낮춘 무반사 미세렌즈 양산기술을 개발하는 데 성공했다.
KAIST는 정 교수 연구팀이 개발한 이번 기술을 카메라 이미지센서용 미세렌즈에 적용할 경우 집광효율이 높기 때문에 대조 효과와 밝기에 대한 특성이 우수한 고감도 카메라를 만들 수 있다는 점에서 국내외로부터 많은 관심을 받을 것으로 예상된다고 설명했다.
특히 정 교수팀이 개발한 공정은 이미 상용화 중에 있는 기존의 반도체공정을 그대로 활용할 수 있다. 따라서 렌즈 표면에 굴절률이 낮은 막을 여러 번 입히는 기존의 무반사 코팅보다 제품 제작비용이 훨씬 줄어들 것으로 기대된다고 강조했다.
나비, 잠자리 등 곤충의 눈은 대부분 겹눈 2개로 구성돼 있다. 이들 곤충은 겹눈을 형성하는 벌집모양의 낱눈을 약 1만~3만 개를 가지고 있는데, 낱눈에는 수많은 나노 돌기가 빛의 투과를 돕는 역할을 한다.
연구팀은 이 같은 특성을 갖는 곤충의 눈이 오랜 진화를 통해 최적의 조건을 만들어 온 것으로 판단해, 컴퓨터 시뮬레이션을 거쳐 빛이 가장 잘 투과되는 나노 구조라는 것을 알아냈다.
이후 이 구조를 모사해 수십 마이크로미터(㎛) 크기의 카메라 미세렌즈에 적용한 결과 반사율이 기존 10%에서 1%이하로 현격히 감소하는 특성을 확인했다.
정 교수 연구팀은 곤충에서 착안한 무반사 구조를 만들기 위해 기존 반도체 생산에 쓰이는 식각공정을 활용했다.
미세렌즈에 은 박막 코팅을 한 후 저온열처리를 통해 은나노 입자를 미세렌즈 표면에 형성시켰다. 이를 마스크로 삼아 렌즈표면을 건식 식각해 무반사 특성을 갖는 나노구조를 렌즈 곡면에 구현하는 데 성공했다.
정기훈 교수는 “곡면 구조의 카메라 미세렌즈 표면에서 빛의 반사가 심해 집광효율이 감소하는 문제가 있었는데, 몰포나비의 눈에 형성된 나노 구조에 착안해 기술개발에 성공했다”며 “기존 반도체공정을 그대로 이용할 수 있기 때문에 고가의 무 반사 코팅보다 훨씬 저렴한 단가로 카메라 이미지센서용 무반사 미세렌즈에 즉시 적용할 수 있다”고 말했다.
한편, 정기훈 교수가 주도하고 정혁진 박사과정 학생이 참여한 이번 연구는 세계적인 물리학회지 ‘어플라이드 피직스 레터스(Applied Physics Letters)’ 최신호(11월 12일자)에 표지논문으로 게재됐으며 현재 국내외 특허 출원중이다.
그림1. 곤충 겹눈(좌), 곤충의 낱눈(우)을 확대한 현미경 사진
그림2. 곤충 겹눈의 나노돌기 구조를 모사한 고효율 미세렌즈 배열. 무반사 렌즈는 일반 렌즈에 비해 표면 반사를 현격히 감소시켜 무반사 렌즈를 통해 맺힌 이미지의 선명도를 증가시킨다.
그림3. 카메라 이미지센서용 미세렌즈 개발 공정
1) 고분자 미세렌즈 배열 전면에 은 박막을 코팅
2) 가열을 통해 은 박막을 은 나노입자로 변형
3) 은 나노입자를 마스크로 삼아 렌즈 식각
4) 은 나노입자 제거하여 무반사 미세렌즈 배열 완성
그림4. 논문표지
2012.11.21
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반딧불이 모방한 고효율 LED 기술 개발
정기훈 교수
- 반딧불이 모방한 자연모사 연구로 반사 최소화 한 고효율 LED 개발 -- 미국 국립과학원회보지(PNAS) 10월 29일자 온라인 판 게재 -
자기 스스로 빛을 내는 반딧불이를 모방한 고효율 LED 원천기술이 개발됐다.
우리 학교 바이오및뇌공학과 정기훈 교수 연구팀이 반딧불이 발광기관 외피에 있는 나노구조를 세계 최초로 모방해 발광효율이 높은 LED 렌즈를 개발했다.
이번에 개발된 기술은 기존에 렌즈의 반사를 방지하기 위해 값비싼 반사방지 코팅을 추가로 처리한 것과는 달리, 렌즈 제작 시 생체모사 나노구조를 주형에서 한 번에 만들어 보다 저렴한 LED를 만들 수 있을 것으로 기대된다.
이와 함께 무반사효과(antireflection)를 내기 위해 모방한 나노구조를 최적화해 발광효율 향상이 기존 반사방지 코팅에 상응하게 만들어, 앞으로 스마트폰, TV, 자동차, 의료기기, 실내외 조명 등에 널리 적용될 것으로 전망된다.
무반사구조(antireflective structures)는 빛의 효율을 향상시키기 위한 대표적인 방법으로 많은 분야에 활용돼 왔다. 그러나 이 구조는 평판에만 국한돼 있어 LED 렌즈와 같은 곡면에 만드는 것은 많은 어려움이 있었다.
정 교수 연구팀은 3차원 미세몰딩 공정을 활용해 이를 해결했다.
연구팀은 실리콘 산화막 위에 나노입자를 단일 층으로 형성하고 식각공정을 통해 나노구조를 형성했다.이후 나노구조를 PDMS(폴리다이메틸실록세인, polydimethylsiloxane) 막에 전사시키고, 이 막에 음압을 가해 곡률을 형성한 다음 자외선경화 고분자를 부은 후 굳혀 반딧불이와 유사한 구조의 렌즈를 만들어 내는 데 성공했다.
이번 기술은 세계 최초로 무반사구조가 형성된 반구형 고효율 LED 렌즈를 개발한 것으로, 이 렌즈는 기존에 사용되는 무반사코팅(antireflection coating)에 상응하는 효과를 나타냈다.
정기훈 교수는 “이 기술은 세계 최초로 생물발광기관을 생체 모사한 기술이라는 것에 의의가 있다”며 “생체모사 기술을 활용한 고효율 LED 렌즈 기술을 통해 기존의 값비싼 무반사코팅을 대신해 저렴하면서도 효율을 극대화할 수 있을 것”이라고 말했다.
한편, 바이오및뇌공학과 정기훈 교수(제1저자 김재준 박사과정 학생)가 주도한 이번 연구는 미국 국립과학원회보지(PNAS) 10월 29일자 온라인 판에 게재됐다.
그림 1 : (A) 반딧불이 사진. (B) 반디불이의 전자현미경 사진 (N)은 비발광기관, (L)은 발광기관. (C) 비발광기관의 미세패턴, 무작위한 패턴을 형성. (D) 발광기관의 나노구조, 잘 정렬된 나노구조를 형성. (E, F) 반딧불이의 발광기관과 고효율 LED 패키징이 대응되는 구조를 형성하고 있음. 본 연구팀은 반딧불이 발광기관 외피층에 형성된 나노구조층을 LED 렌즈 위에 형성시켜 발광효율을 증가시킴. (E) 반딧불이 발광기관의 모식도. 나노구조의 크기는 약 주기가 250 nm, 너비가 150 nm, 높이가 110 nm 정도임. (F) 고효율 LED 패키징의 모식도.
그림2 : 일반 렌즈(좌)와 고효율 LED 렌즈(우) 사진. 연구팀은 3차원 미세몰딩 기술을 이용해 고효율 LED 렌즈를 제작.
그림 3 : (A) 고효율 LED 렌즈의 제작 과정. (step Ⅰ) 나노입자와 식각공정을 이용하여 나노구조 형성. (step Ⅱ) PDMS 막에 나노구조 전사. (step Ⅲ) PDMS 막에 음압을 가하여 곡률 형성. (step Ⅳ) 자외선 경화 고분자를 부은 후 경화. (step Ⅴ) 완성된 고효율 LED 렌즈. (B) 고효율 LED 렌즈의 전자현미경 사진. (C) 곡면 위에 잘 정렬되어 형성되어 있는 나노구조.
2012.10.30
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제 1회 캔 위성(Cansat) 체험 경연대회 개최
- 인공위성 설계‧제작에 관심 있는 초‧중‧고‧대학생은 팀 단위로 신청 가능 - - 지난 달 30일부터 이 달 25일까지 온라인으로 참가 지원서 접수 중 -
초‧중‧고 대학생들이 팀을 이뤄 캔위성을 직접 제작해 위성의 성능을 시험 해 볼 수 있는 대회가 국내 최초로 KAIST에서 열린다.
KAIST(총장 서남표) 인공위성연구센터는 초·중·고·대학생들이 인공위성을 직접 제작해보는 "제 1회 캔위성(Cansat) 체험·경연대회" 신청접수를 지난 달 30일부터 이 달 25일까지 인터넷으로 받는다고 9일 밝혔다.
캔위성(Cansat)이란 위성 구성요소를 캔 크기로 단순화하게 구성한 교육용 모사위성인데, 기구(balloon)나 소형 과학로켓을 이용해 수백 미터 상공에서 분리시켜 위성처럼 자료를 관측하고 전송하는 업무를 수행할 수 있다.
미국, 유럽 등 주요 우주개발 선진국에서는 교육 프로그램의 일환으로 캔위성 경연대회를 정기적으로 개최하고 있지만 우리나라에선 KAIST가 주관하는 이번 대회가 처음이다.
세부 프로그램은 위성 개발 난이도를 고려해 초·중학생 대상 캔위성 체험 프로그램인 ‘과학캠프‘와 고등학생 및 대학생 대상의 캔위성 ’경연대회‘로 나눠 개최된다.
초·중학생 대상 ‘과학캠프’는 위성교육, 우주개발현장 탐방(KAIST 인공위성연구센터및 한국항공우주연구원), 캔위성 기본키트 제작 실습, 경연대회 수상자 초청강연 등 다양한 프로그램으로 진행되며 8월 7일부터 9일까지 사흘 간 KAIST 및 세종시에서 열린다.
과학캠프는 초등학생 5학년 이상부터 중학생까지 팀 단위로 신청이 가능하고, 최대 20개 팀을 선정(팀당 지도교사 1명, 학생 3~4명)해 참가비 전액을 지원한다.
고등 및 대학생 대상의 ‘캔위성 경연대회’는 학생들이 위성을 직접 기획·개발해 위성임무의 창의성과 개발성과를 겨루는 방식으로 열린다.
1차 서류평가를 통해 최대 15개 팀을 선발한 후 팀별 설계 발표평가에 대한 2차 심사를 통해 최종 경연대회에 진출할 5개 팀을 선발한다.
최종 경연대회에 진출한 5개 팀은 8월9일 캔위성 경연대회에서 기술능력, 수행능력, 발표력 등을 평가 받는데 최우수상 수상자로 선정된 팀에게는 KAIST 총장상과 함께 상금과 상패가 수여된다.
이번 대회를 총괄하는 KAIST 인공위성센터 박홍영 박사는 “유럽 ‧ 미국 등 우주기술 강대국은 우주기술 저변확대를 위해 캔위성 경연대회를 국가차원에서 적극 지원하고 있다”며 “우리나라도 학생들에게 인공위성을 설계‧제작할 수 있는 경연대회를 정기적으로 개최해 우주기술 꿈나무를 적극적으로 육성할 필요가 있다.”라고 말했다.
대회 세부내용은 홈페이지(http://cansat.kaist.ac.kr)를 확인하거나 KAIST 인공위성연구센터(042-350-8613~4)로 문의하면 된다.
한편 이번 대회는 교육과학기술부가 주최하고, 1990년대부터 우리별 위성, 과학기술위성 등 우리나라의 소형 위성을 개발해 온 KAIST 인공위성연구센터가 주관하며, 한국항공우주연구원이 후원한다.
[사진설명]
기구[Balloon]를 이용해 고도 수백 미터 상공까지 캔위성을 올린 후 일정높이에서 캔위성을 분리한다. 캔위성은 서서히 고공에서 낙하하면서 지상관측영상, 대기과학정보 등을 지상국에 전송하고, 지상목표물에 최대한 근접 도달해야 한다.
2012.05.09
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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
조회수 19123
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‘가상손가락’ 아이디어로 5억 벌었다.
- 황성재 학생 개발 ‘멀티터치 모사기술’, 빅트론닉스과 기술이전계약
학생의 작은 아이디어가 기술로 구현돼 5억 원을 받고 기술이전에 성공했다.
우리학교 문화기술대학원 박사과정 황성재(28세) 학생은 모바일 환경의 태생적 단점인 손가락에 의한 화면가림현상과 디바이스를 한손으로 잡은 상황에서 멀티터치 조작이 매우 불편하다는 아이디어에 착안해, 한 손가락만으로도 핀치 줌인/아웃 등의 멀티터치 기능을 수행하는 가상손가락(Virtual Thumb) 기술을 개발했다.
이 기술은 마치 사용자가 두 손가락으로 명령을 수행하는 것과 동일한 효과를 발휘한다. 즉, 터치 지점의 대응점에 생성되는 가상 손가락을 이용, 실제 터치 동작에 대응하는 움직임을 모사하여 줌인/아웃과 회전각 기반의 다양한 명령을 수행한다.
또한 객체 회전이 필요치 않은 상황에서는 회전각 변화를 통해 다양한 명령을 직관적으로 매칭시킬 수 있다. 이는 별도의 명령 메뉴를 활성화하지 않아도 다양한 명령을 동시수행하게 만드는 기능이다. 코너 영역에서의 줌인 명령의 경우, 화면 중심으로 객체를 이동시키지 않아도 코너만을 효과적으로 줌인하는 것도 가능하다.
기술이전에 성공한 ‘가상손가락’ 기술은 지난해 12월 초 특허청이 주최한 2009 대한민국발명특허대전에서 은상을 수상한 아이디어가 기반이 됐으며, 앞으로 각종 터치기반 기기, 즉 TV 리모트 컨트롤러, 이북(eBook), 휴대폰, 태블릿PC, 내비게이션, 교육용 기기 등의 미들웨어로 적용이 가능하다.
기술이전과 관련해 황성재 박사과정은 “연구 과정에서 창출된 작은 아이디어가 발전돼 실제 기술사업화된다고 생각하니 매우 영광스럽다. 앞으로도 많은 창의적 연구를 통해 학계와 산업에 조금이나마 보탬이 되는 연구자가 되겠다.” 라고 소감을 밝혔다.
한편, 산학협력단(단장 장재석)은 이 아이디어에 대한 시제품 제작 등의 지원과 마케팅활동으로 사업화를 성공시켰으며, 국내 이동전화기 제조업분야의 중소기업인 (주)빅트론닉스와 특허양도비 5억 원에 기술이전 계약을 체결하였다고 18일 밝혔다.
2010.10.19
조회수 12597
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김도현교수, 교육과학기술부장관상 수상
- 반도체 실리콘 기판에 존재하는 나노스케일 결함의 해석 및 전산모사 기술 개발 -
우리학교 생명화학공학과 김도현 교수가 "NANO KOREA 2010" 심포지엄에서 반도체 실리콘 기판내의 나노스케일 결함 해석 기술로 "나노연구혁신부문 교육과학기술부 장관상"을 수상하였다.
김도현 교수는 반도체 회로의 미세화에 따라 나노스케일 결함에 대한 중요성이 커지는 시점에 이를 예측하고 해석할 수 있는 전산모사 기술을 개발한 연구 성과를 인정받았다.
김 교수팀은 원자단위의 해석 모델을 이용하여, 반도체용 실리콘 기판 내 수nm에서 수십nm까지의 결함을 해석하는 모델을 개발하였으며, 이를 통해 실리콘 단결정 성장 공정과 반도체 Fab 공정을 연계해서 기판 내의 결함을 해석할 수 있는 전산모사를 수행함으로써 실제 결함의 생성과 성장거동을 성공적으로 예측하였다.
[그림1] 결정성장시 생성되는 산소농도 차이에 의해 발생되는 Nano-void의 분포를 나타내었으며 이를 원자 모델을 이용해서 산소농도에 따른 Nano-void 형성를 예측한 결과
[그림2] 결정성장시 발생한 결함이 반도체 Fab 공정에서 oxygen precipitate로 성장하는 과정을 전산모사를 통해 나타낸 결과
[붙임] 용어 설명
반도체 회로 미세화 : 반도체의 Design rule로 Moore"s law에 의해 반도체의 회로 밀도가 18개월 주기로 2배로 늘어나게 된다. 이러한 밀도의 증가를 위해서는 회로 선폭의 감소와 함께 이에 따른 기판의 요구품질도 지속적으로 높아지게 된다.
결정성장 : 다결정 실리콘을 단결정 실리콘으로 성장시키는 방법으로서, 본 연구는 반도체용으로 많이 사용되고 있는 CZ법 (Czochralski)에 대한 연구다.
결함의 종류 : 결함의 종류에는 void성 결함과 precipitate성 결함이 존재한다. Void 성 결함은 vacancy간의 결합을 통해 형성되며, precipitate성 결함은 주로 oxygen과의 결합으로 발생한다.
결함의 영향 : 반도체 칩을 제작하는 중에 회로 설계 영역 즉 표면에서 수 nm까지의 영역에 결함이 존재하는 경우에는 oxidation 두께의 차이가 발생하여 반도체의 불량을 초래할 수 있다.
[그림3] 반도체 수율에 미치는 Grown-in 결함의 영향
2010.08.19
조회수 13928
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KAIST, 삼성전기 삼성서울병원과 공동으로 세포벤치 연구센터 설립
- 삼성서울병원과 생체모사 세포 칩 공동연구
- 개인별 맞춤형 최적 항암제 발굴 및 임상적용 기술 개발
- 전자산업-의학 간 기술 융복합으로 의료 바이오 신 사업 창출
- 원천기술 조기 확보로 시장 선점, 암 환자들에게도 희소식
우리학교는 차세대 바이오(Bio) 분야에서 원천 기술과 우수 인력을 확보하기 위해 세포벤치(Bench)연구센터를 설립, 지난 17일 개소식을 가졌다.
정문술 빌딩에서 열린 이날 개소식에는 서남표 총장을 비롯해 삼성전기 기술총괄(CTO) 고병천 부사장, 삼성서울병원 임효근 진료부원장 등 관계자 100여 명이 참석했다.
KAIST-삼성전기-삼성서울병원 등 3개 기관이 협력하여 구성된 세포벤치연구센터는 우리학교 바이오 및 뇌공학과 조영호 교수가 센터장을 맡아, 생체모사 세포칩((Bio-inspired Cell Chip)을 이용한 개인별 맞춤형 항암제 발굴 및 임상적용 기술을 개발한다.
국내에서만 약 40 만 명에 달하고, 개인별로 큰 편차를 보이는 암에 대한 치료효과를 극대화하기 위해, 삼성전기의 첨단 소재 및 장비기술, KAIST의 바이오 소자 기술, 삼성서울병원의 임상 적용 기술 등을 결합, 의료 바이오의 새로운 분야를 개척할 계획이다.
세포벤치 연구센터 조영호 센터장(KAIST 바이오 및 뇌공학과 교수)은 초기에는 한국인 사망원인 1위인 폐암용 항암제 세포 칩 개발을 목표로 하고, 이를 기반으로 5대 고형암으로 확대해갈 계획이라고 밝혔다
이날 KAIST 서남표 총장은 환영사에서 “전자산업 및 학계, 의료계의 최고 전문가들이 세포벤치연구센터에서 서로의 강점 기술을 융/복합하여, 혁신적인 맞춤형 항암 치료 기술을 발굴, 과학기술의 새로운 장을 개척하기를 바란다”고 당부했다
삼성전기 기술총괄 고병천 부사장은 “바이오 세포칩 기술 개발은 그 동안 IT분야에 주력해 온 삼성전기에게도 새로운 사업 분야로 진입하는 의미 있는 도전이다”며 “삼성전기, KAIST, 삼성서울병원 등 최고 인력들의 공동연구를 통해 세포칩 분야의 원천기술을 확보해 새로운 비즈니스 모델을 창출하고, 질병으로 고통 받는 환자들에게도 간편하고도 효과적인 치료방법을 제시할 것”이라고 말했다.
<<용어해설>>
- 개인별 맞춤형 항암제: 환자의 유전적, 후천적 특성과 암의 종류 및 부위에 따라 항암제의 효능이 달라지므로, 개인별 항암제 치료의 특이성과 부작용을 고려한 최적의 항암제를 단기간에 선별하여 항암치료의 시기, 효과 및 신뢰성을 극대화 할 수 있는 약물치료 기술
- 생체모사 세포칩: 인간의 몸 속에서 세포가 분화 성장하는 환경과 과정을 인공적으로 모사하여 체외에서 세포를 성장시킬 수 있는 환경을 조성하고 극미량의 약물에 대한 반응(BT) 등 관련 정보(IT)를 고속으로 감지하고 분석할 수 있도록 나노/마이크로가공기술(NT)로 제작된 극미세세포배양 및 분석 칩(Chip)
- 세포벤치: 세포의 배양과 분석을 위한 세포칩과 이에 필요한 세포의 분리, 계수, 처리와 극미량배양액 및 약물의 고속 공급과 순환제어를 위한 전처리 과정과 세포의 추출, 파괴, 관찰을 위한 후처리 과정을 함께 결합한 바이오 벤치(Bench)
2008.11.17
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