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윤효상 교수 연구팀, 2022년 큐브위성 경연대회 기초위성분야 최종 선정
우리 대학 항공우주공학과 윤효상 교수가 이끄는 GBSAT 팀이 항공우주연구원이 주관한 '2022 큐브위성 경연대회'에서 기초위성분야에 최종 선정됐다고 19일 밝혔다. 원자력및양자공학과 최원호 교수 연구팀과 함께 이번 대회 유일하게 한 학교에서 복수의 팀이 선정되는 쾌거를 이뤘다.
이로써 항공우주공학과는 2012, 2019 큐브위성 경연대회에 선정된 방효충 교수 연구실의 LINK, RANDEV에 이어 세 번째 큐브위성 경연대회에 참가하게 되었다.
GBSAT 팀은 새내기과정학부 이제민 학생을 포함하여 서울대학교, GIST, DGIST, 한국항공대학교의 학부 1학년생 7명으로 이루어진 팀으로 윤효상 교수의 지도 아래 태양풍 에너지 스펙트럼을 조사하는 미션을 수행한다.
연구팀은 임무에 사용될 에너지 구간에 따른 우주 방사선을 측정할 수 있는 관측기를 직접 개발 및 탑재할 계획이며 2025년으로 예정된 누리호의 4차 발사에 탑재되어 궤도에 올라갈 예정이다.
2022.12.29
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김성용 교수, Frontiers in Marine Science 부편집장 선출
우리 대학 기계공학과 김성용 교수가 국제 학술지 `프론티어스 해양과학(Frontiers in Marine Science, FMS)'의 부편집장(Associated Editor) 및 편집위원(Editorial Board Member)로 추천 및 선출됐다고 27일 밝혔다.
`프론티어스 해양과학'은 기존의 해양과학을 다양한 분야의 주제와 접목된 융합과학의 연구 결과를 출간하는 미래 지향적인 국제 학술지로 김성용 교수는 연안해양분야(Coastal Ocean Processes)의 국내외 전문성을 인정받아 국내 해양학 학자 중 최초로 선임됐다.
한국차세대과학기술한림원 창립회원인 김성용 교수는 북태평양해양과학기구 모니터 위원회 의장, 전지구 해양관측 위원회 해양대기 연구위원 등을 역임하고 있다. 김 교수는 현재 바다에서 일어나는 물리현상과 이로 인한 생물 및 생태계 변화에 관한 융합연구를 진행하고 있다.
2021.08.27
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본투글로벌센터와 업무협약 체결
우리대학과 본투글로벌센터(센터장 김종갑)가 11월 9일 '글로벌 선도 매래 혁신기술 해외진출 지원' 사업을 위한 양해각서(MOU)를 체결했다.
두 기관은 이번 양해각서 체결을 계기로 ▲KAIST의 미래 혁신기술 스타트업 육성 및 해외진출 지원을 위한 업무 협력 ▲본투글로벌센터가 보유한 해외 시장검증 및 사업화 컨설팅 역량을 활용한 R&DB 서비스 분야 협력 ▲미래 혁신기술 사업화․실증, 글로벌 프로젝트 연계, 해외 파트너사 매칭 및 글로벌 시장 진출을 전담하는 디자인랩(Design Lab@KAIST) 설치․운영 등 실질적인 협력관계 구축을 위해 다양한 분야에서 협력할 예정이다.
2013년 설립된 본투글로벌센터는 과학기술정보통신부(MSIT)의 산하 기관으로 국가 스타트업 생태계와 ICT 분야 혁신기술기업이 세계시장에서 성공할 수 있도록 글로벌 진출 전문 서비스 제공하고 있다. 매년 글로벌 시장에 진출 가능성이 높은 100개 이상의 스타트업을 선정해 법률, 특허, 회계, 마케팅, 투자 및 비즈니스 개발분야의 전문 컨설팅 및 교육서비스를 제공하고 있다.
또한, 판교에 스타트업 비즈니스 공간인 ‘K-글로벌 스타트업 허브’를 구축해 50개 이상의 기업이 상주할 수 있도록 지원하고, 해당 기업을 대상으로 컨설팅 서비스를 제공하고 있다.
9일 열린 협약식에는 우리 대학 이광형 교학부총장을 비롯해 박현욱 연구부총장, 안성태 창업원장, 최경철 기술가치창출원장, 이충환 창업지원실장/판교센터장 등이 참석했고, 본투글로벌센터에서는 김종갑 센터장을 포함해 장석진 글로벌사업협력팀장, 신세라 글로벌사업개발팀장, 김국환 글로벌경영컨설팅팀장 등이 자리했다.
2020.11.10
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김상현 교수, 6만 ppi 초고해상도 디스플레이 제작기술 개발
〈 김상현 교수 연구팀(왼쪽 위 두번째 김상현 교수) 〉
우리 대학 전기및전자공학부 김상현 교수 연구팀이 반도체 공정 기술을 활용해 기존 마이크로 LED 디스플레이의 해상도 한계를 극복할 수 있는 6만 ppi(pixel per inch) 이상의 초고해상도 디스플레이 제작 가능 기술을 개발했다.
금대명 박사가 1 저자로 참여한 이번 연구는 국제학술지 ‘나노스케일(Nanoscale)’ 12월 28일자 표지 논문으로 게재됐다. (논문명 : Strategy toward the fabrication of ultrahigh-resolution micro-LED displays by bonding interface-engineered vertical stacking and surface passivation).
디스플레이의 기본 단위인 LED 중 무기물 LED는 유기물 LED보다 높은 효율, 높은 신뢰성, 고속성을 가져 마이크로 크기의 무기물 LED를 픽셀 화소로 사용하는 디스플레이(마이크로 LED 디스플레이)가 새로운 디스플레이 기술로 주목받고 있다.
무기물 LED를 화소로 사용하기 위해서는 적녹청(R/G/B) 픽셀을 밀집하게 배열해야 하지만, 현재 적색과 녹색, 청색을 낼 수 있는 LED의 물질이 달라 각각 제작한 LED를 디스플레이 기판에 전사해야 한다. 따라서 마이크로 LED 디스플레이에 관련한 대부분 연구가 이런 패키징 측면의 전사 기술 위주로 이루어지고 있다.
그러나 수백만 개의 픽셀을 마이크로미터 크기로 정렬해 세 번의 전사과정으로 화소를 형성하는 것은 전사 시 사용하는 LED 이송헤드의 크기 제한, 기계적 정확도 제한, 그리고 수율 저하 문제 등 해결해야 할 기술적 난제들이 많아 초고해상도 디스플레이에 적용하기에는 한계가 있다.
연구팀은 문제 해결을 위해 적녹청 LED 활성층을 3차원으로 적층한 후, 반도체 패터닝 공정을 이용해 초고해상도 마이크로 LED 디스플레이에 대응할 수 있는 소자 제작 방법을 제안함과 동시에 수직 적층시 문제가 될 수 있는 색의 간섭 문제, 초소형 픽셀에서의 효율 개선 방안을 제시했다.
연구팀은 3차원 적층을 위해 기판 접합 기술을 사용했고, 색 간섭을 최소화하기 위해 접합 면에 필터 특성을 갖는 절연막을 설계해 적색-청색 간섭 광을 97% 제거했다.
이러한 광학 설계를 포함한 접합 매개물을 통해 수직으로 픽셀을 결합해도 빛의 간섭 없이 순도 높은 픽셀을 구현할 수 있음을 확인했다. 연구팀은 수직 결합 후 반도체 패터닝 기술을 이용해 6만 ppi 이상의 해상도 달성 가능성을 증명했다.
또한, 초소형 LED 픽셀에서 문제가 될 수 있는 반도체 표면에서의 비 발광성 재결합 현상을 시간 분해 광발광 분석과 전산모사를 통해 체계적으로 조사해 초소형 LED의 효율을 개선할 수 있는 중요한 방향성을 제시했다.
김상현 교수는 “반도체 공정을 이용해 초고해상도의 픽셀 제작 가능성을 최초로 입증한 연구로, 반도체와 디스플레이 업계 협력의 중요성을 보여주는 연구 결과이다”라며 “후속 연구를 통해 초고해상도 미래 디스플레이의 기술 개발에 힘쓰겠다”라고 말했다.
이번 연구는 한국연구재단 이공분야 기초연구사업 기본연구, 기후변화대응기술개발사업 등의 지원을 받아 수행됐다.
□ 그림 설명
그림 1. 1um 크기를 가진 마이크로 단일 LED 가 실제로 배열된 모습을 보여주는 이미지, 1 um, 0.6 um 크기를 가진 LED를 광 여기 방법을 통해 적색 발광이 되는 모습을 보여주는 이미지(작은 사진). 이는 작아진 LED에서도 적색 발광특성이 잘 발현됨을 보여줌.
그림 2. 나노스케일 커버 이미지: 본 제작 방법의 사용 예시를 보여줌
2020.01.06
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AI대학원-분당서울대병원 연구부문과 MOU 체결
우리대학 AI대학원(원장 정송)은 분당서울대병원 연구부문(연구부원장 오창완)과 `의료분야의 인공지능 관련 연구'와 관련한 상호 교류·협력을 위한 양해각서(MOU)를 24일 체결했다고 밝혔다.
두 기관은 이번 양해각서 체결을 계기로 ▲연구 협력 기반 조성을 위한 인적 및 학술적 교류 ▲공동 연구 및 기술 개발을 위한 정보 공유 및 지원 등 학문 교류뿐만 아니라 ▲의료 분야의 인공지능 관련 연구 인재 양성을 위한 프로그램 개발 및 운영 등 다양한 분야에서 협력할 예정이다.
2019년 8월 국내 최초의 인공지능 분야 특화 대학원으로 문을 연 KAIST AI대학원은 정송 원장을 주축으로 기계학습·인공지능·데이터 마이닝·컴퓨터 비전 및 자연어 처리 분야의 연구를 주도하고 있다.
관련 학계에서 세계 최고 수준의 성과를 창출하는 평균 연령 40대의 젊은 교수들로 구성돼 있으며, 핵심연구와 융합연구를 병행하는 투 트랙 전략을 통해 글로벌 AI 전문가 양성을 목표로 교육 및 연구를 수행하고 있다.
분당서울대병원은 지난 2016년 국내 의료기관 중 최초로 병원이 주도하는 융·복합연구단지인 헬스케어혁신파크를 개원하고 의료기기·헬스케어 ICT·휴먼유전체·나노의학·재생의학 등의 5개 분야에 특화된 미래의학 연구를 선도하고 있다.
정송 KAIST AI대학원장은 "양 기관의 지속적이고 효율적인 공동 연구를 위한 협력 플랫폼의 발판을 마련한 것ˮ이라고 이번 협약을 평가했다. 이어 정 원장은 "이 플랫폼을 통해 공학과 의학 분야의 탁월한 전문성을 앞세워 AI 기반 미래 의료기술을 선도해 나갈 것ˮ이라고 기대감을 밝혔다.
이날 협약식에는 정송 대학원장을 비롯해 김기응, 신기정, 신진우, 양은호, 황성주, 최재식 교수 등 KAIST AI대학원 관계자들이 참석했고 분당서울대병원에서는 오창완 분당서울대병원 연구부문 부원장을 포함해 이호영 디지털헬스케어연구사업부장, 김세중 의료인공지능센터장, 정세영 디지털헬스케어 연구사업부 실무담당교수 등이 자리를 함께했다.
오창완 분당서울대학교병원 연구부문 부원장은 이날 협약식 축사를 통해 "미래의료의 핵심인 인공지능 연구에 있어 국내 최고의 임상·연구 기관인 분당서울대학교병원과 KAIST가 협력하게 된 것은 중대한 전환점ˮ이라며, "높은 수준의 협력을 통해 글로벌 경쟁력과 혁신을 이끌어낼 수 있는 역량을 갖출 것ˮ이라며 양 기관 상호협력의 중요성을 강조했다.
2019.12.24
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소재 부품 장비 분야 글로벌 경쟁력 강화 토론회 개최
우리대학이 오는 14일 국회에서 `소재·부품·장비 분야 글로벌 경쟁력 강화 토론회'를 개최한다. 소재·부품·장비 분야의 핵심 원천기술 경쟁력 강화 방안을 논의하는 자리로 이종걸(더불어민주당) 의원과 노웅래 과학기술정보방송통신위원장(더불어민주당)이 공동으로 주최하고, KAIST가 주관한다.
소재·부품·장비는 우리나라 주력 산업의 뿌리이자 4차 산업혁명 시대의 기술 경쟁력 핵심요소이자 최고의 제품만이 시장에서 살아남는 독과점 구조로 운영되고 있다. 일본이 장기간에 걸쳐 관련 분야의 기술을 축적하는 동안 국내 기업들은 글로벌 가치사슬 확장의 여파 및 경영 효율화 관점에서 대다수의 전략 품목 재료를 해외 수입에 의존해왔다. 그러나 일본의 화이트리스트 제외 사태를 계기로 이를 근본적으로 해결할 수 있는 국가적 전략을 경제 안보 차원에서 마련해야 한다는 필요성이 대두되고 있다.
14일 열릴 토론회에서는 산업계, 학계, 정부 등 각 분야의 전문가들이 소재·부품·장비 분야의 기술 현황 및 문제점과 그에 따른 대응 방안을 논의하고 원천 핵심기술 경쟁력 확보를 위한 정책을 제안할 예정이다.
신성철 KAIST 총장은 `대한민국, 과학기술 기반 경제 강국 전략'을 주제로 기조 발표에 나선다. 한국이 4차 산업혁명 시대의 기술 패권 경쟁에서 살아남으려면 기술 기반의 경제 강국을 실현해야 한다는 점을 강조하고 특히, 소재·부품·장비 산업의 글로벌 경쟁력을 제고할 수 있는 전략을 중점적으로 제시할 예정이다.
소재 분과에서는 정연식 KAIST 신소재공학과 교수가 `혁신소재: 인류사의 게임 체인저'를 주제로 인류사에서 소재의 의미와 발전사를 설명한다. 이와 함께 대학의 소재 연구 사례 및 정부 출연연구기관의 소명을 언급하고 산·학·연 간의 상생 방안 등 소재 분야 R&D 정책 방향을 제언할 예정이다.
부품 분과에서는 장재형 GIST 전기전자컴퓨터공학부 교수가 `우리나라 부품산업 위기와 기회'를 주제로 소재·부품·장비 분야의 당면 과제를 역설한다. 또한, 부품사업 기술 경쟁력 확보 방안 및 과학기술특성화대학의 역할에 대해서 논할 예정이다.
장비 분과에서는 황철주 주성엔지니어링(주) 회장이 `4차 산업혁명 시대에서의 대한민국의 경쟁력'을 주제로 발표한다. 반도체·디스플레이 산업의 세계적인 경쟁력을 구축하기 위한 기업의 전략을 소개하고 국가 전략기술 보유 기업의 육성과 지원책을 제언할 예정이다.
분과별 발제자 외에도 최성율 KAIST 소재부품장비기술자문단 단장, 권기석 과학기술정보통신부 성장동력기획과 과장, 김명운 ㈜디엔에프 대표가 토론 패널로 참석한다. 소재·부품·장비 분야 기술력 확보 방안의 타당성을 비롯해 R&D 투자의 시의적정성, 정부 정책의 실효성 등 산업과 기술을 활성화 시킬 수 있는 전반적인 방안에 관하여 심도 있게 논의할 예정이다.
토론회 좌장을 맡은 박현욱 KAIST 연구부총장은 "이번 토론회를 통해 소재·부품·장비 분야 핵심원천기술 경쟁력을 확보할 수 있는 구체적인 전략을 마련하고 이를 성공적으로 실행하기 위한 산·학·연·관의 협력 방안을 찾아나갈 좋은 기회가 될 것으로 기대한다ˮ고 밝혔다.
2019.10.11
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나노종합기술원장에 이조원 한양대 석좌교수 취임
〈 이조원 나노종합기술원장 〉
우리 대학은 지난 8월 30일 임시이사회를 열고 제6대 나노종합기술원장에 이조원 한양대 석좌교수(67)를 선임했고, 16일 취임한다고 밝혔다.
이 신임 원장은 9월 16일부터 임기를 시작해 2022년 9월 15일까지 3년 동안 나노종합기술원을 이끌게 된다.
이 신임 원장은 펜실베니아주립대에서 금속과학 박사학위를 얻었으며 과학기술부 21세기프런티어사업단 테라급나노소자개발사업단장과 한양대학교 나노융합과학과 교수를 역임했다. 또한 국가나노기술종합발전계획 수립에도 참여했다.
공모 과정에서 그의 이러한 경험이 나노분야의 연구개발을 지원하는 나노종합기술원에 적임자로 평가받았다.
이 신임 원장은 “그동안 큰 노력으로 기술원은 나노기술 발전에 크게 이바지하여 왔고 이를 바탕으로 △국내 반도체 소재 기업의 국산화 지원을 위한 12인치 테스트베드 구축, △시스템 반도체 육성을 위한 지원 체계 구축, △미래 나노기술을 이끌 인재 양성 등 현재의 많은 대내외 현안들을 슬기롭게 대응하여 국가의 나노기술 발전에 이바지하는 기술원이 되도록 모든 역량을 다하겠다”라고 말했다.
2019.09.16
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내생적 혁신, 2019년 대한민국학술원 우수학술도서 선정
우리 대학 기술경영전문대학원(원장 이덕희)에서 발간한 도서가 한국출판문화산업진흥원이 발표한 ‘2019년 대한민국학술원 사회과학분야 우수학술도서’에 선정됐다.
지난해 12월 발간한 <내생적 혁신: 혁신은 우리 곁에 있는가>는 각각의 전문 분야에서 찾아낸 내생적 혁신의 길을 주제를 다루고 있다. 이덕희 교수 등 총 9인의 전·현직 KAIST 기술경영전문대학원 교수진이 필진으로 참여한 이 책은 우리 사회 내부에서 시작되는 혁신을 통해 산업경쟁력을 강화해야 한다는 절실한 인식에서 출발했다.
기업 등의 현장을 중심으로 실무자의 관점에서 본 혁신의 구체적인 실천 방안을 제시하기 위해 △ 내생적 혁신체제로의 전환, △ 한국 산업구조 진단과 아키텍처 관점의 혁신 전략, △ 생활 속의 서비스 혁신, △ 가치를 창출하는 위대한 창업 사회, △ 지적재산권 전략과 기업 경쟁력, △ 디지털 시대의 기업 생존 전략, △스타트업의 탄생과 성장, 그리고 액셀러레이터, △ 4차 산업혁명 시대, 한국의 기회와 전략, △동아시아 혁신체제와 한국적 모델 등을 소주제로 다루고 있다.
대한민국학술원은 기초 학문 분야 연구 및 저술 활동을 촉진하기 위해 매년 4개 분야에 걸쳐 우수학술도서를 선정하고 있다. 작년 3월부터 올해 2월까지 국내 374개 출판사가 발행한 3459권의 학술도서를 대상으로 심사를 진행했으며 그 결과 인문학 65종, 사회과학 95종, 한국학 40종, 자연과학 86종이 선정됐다.
KAIST 기술경영전문대학원은 교육 내용 및 현장 실무를 바탕으로 첨단 지식 확산을 위한 지식 공유 및 사회공헌에 이바지하고자 꾸준히 노력해 오고 있다. 그 일환으로 2017년 대한민국학술원 우수학술도서로 선정된 <스마트 테크놀로지의 미래> 발간을 시작으로 <스타트업 교과서>, <스타트업 인사이드>, <내생적 혁신>까지 각종‘학술부문 우수도서’로 꾸준히 선정되고 있다.
또한, 오는 8월에는 기술경영전문대학원 졸업생을 중심으로 구성한 기술경영연구회에서는 <4차 산업혁명과 디지털 트랜스포메이션>을 발간한다. 이를 통해, 4차 산업혁명 시대를 맞아 반도체·조선·전력·통신 등 전통적인 주력 산업과 새롭게 부상하는 블록체인·스마트 홈 분야 산업들의 디지털 트랜스포메이션 전략을 제시하고 중소기업의 디지털 트랜스포메이션 사례와 함께 이에 적합한 R&D 정책의 방향에 대해서 다룰 예정이다.
2019.07.23
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이지윤 교수, 美 항법학회 이사 선출
〈 이지윤 교수 〉
우리 대학 항공우주공학과 이지윤 교수가 국내 교수로서는 최초로 미국 항법학회(ION : Institute of Navigation) 이사(Council member, Technical Representative)로 선출됐다.
1945년에 창립된 미국 항법학회는 50여 개국 회원이 활동하는 항법 분야 최고 권위의 학회이다.
학회 이사회는 추천위원회가 지명하고 학회 회원들이 선출한 PNT(Positioning Navigation and Timing)분야에서 가장 활동적인 인사 30여 명으로 구성돼 있다.
이 교수는 미국 항법학회 위성 분과 집행위원회의 아태지역 기술자문위원을 역임했고, ITM 학회의 학술 대회장, GNSS+학회의 부문 좌장 등 수많은 미국 항법학회 내 조직위원으로 활동했다. 또한, 지난 10년간 34편의 논문을 미국 항법학회에 발표했고 국제학술지 Navigation의 부편집장으로 활동하고 있다.
이 교수는 2년간 회장단을 도와 항법 분야의 새 기술, 정책 및 프로그램을 발굴하고 학회 조직위원회의 운영을 도우며 석학회원 선출 등을 포함한 정책 결정 및 운영 전반에 참여한다.
이 교수는 항법 및 우주 환경 분야의 전문가로 위성항법, 보강항법, 복합 센서항법, 대체항법 등의 유, 무인기용 차세대 항법 기술과 상층대기 원격탐사 및 우주 환경 모니터링 기술을 선도적으로 연구해 왔다. 특히 지능형 교통시스템, 자율 무인 시스템의 안정성 보장에 필수적인 ‘항법 무결성 아키텍처 설계’ 분야의 세계적인 권위자로 인정받는다.
미국 항법학회의 리사 베티(Lisa Beaty) 총무이사는 “이지윤 교수는 뛰어난 학문적, 교육적 업적과 더불어 학회에 지대하게 공헌한 바를 인정받아 대한민국 최초로 미국 항법학회 이사로 선출됐다”라며 “앞으로 이 교수의 다양한 활동을 기대한다”라고 말했다.
2019.06.25
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이진우 교수, 그래핀 기반의 자연 효소 모방물질 개발
〈 이진우 교수 〉
우리 대학 생명화학공학과 이진우 교수 연구팀이 그래핀을 기반으로 해 과산화효소의 선택성과 활성을 모방한 나노단위 크기의 무기 소재(나노자임, Nanozyme)를 합성하는 데 성공했다.
연구팀은 이 무기 소재를 이용하면 알츠하이머병 조기 진단과 관련된 신경전달물질인 아세틸콜린을 자연 효소를 이용했을 때보다 더 민감하게 검출할 수 있음을 확인했다.
가천대학교 바이오나노학과 김문일 교수, UNIST 에너지화학공학부 곽상규 교수팀과 공동으로 연구하고 김민수 박사가 1 저자로 참여한 이번 연구는 재료 분야 국제 학술지 ‘에이씨에스 나노(ACS Nano)’ 3월 25일자에 게재됐다. (논문명 : N and B Codoped Graphene: A Strong Candidate To Replace Natural Peroxidase in Sensitive and Selective Bioassays , 질소와 붕소가 동시에 도핑된 그래핀: 민감하고 선택성이 있는 바이오에세이에 사용되는 자연의 과산화효소를 대체할 수 있는 강력한 후보)
효소는 우리의 몸 속 다양한 화학 반응에 촉매로 참여하고 있다. 각각의 효소는 구조가 매우 복잡해 체내에서 특정 온도와 환경에서 원하는 특정 반응에만 촉매 역할을 할 수 있다.
특히 과산화효소는 과산화수소와 반응하면 푸른 색을 띠기 때문에 과산화수소를 시각적으로 검출할 수 있다. 이를 이용해 산화 과정에서 아세틸콜린을 포함한 과산화수소를 배출하는 다양한 물질을 시각적으로 검출할 수 있다는 장점이 있다.
대신 효소는 안정성, 생산성이 낮고 가격이 비싸다는 단점이 있다. 단백질로 이뤄진 효소와 달리 무기물질로 합성된 효소 모방 물질은 기존 효소의 단점을 해소할 수 있어 효소의 역할인 질병의 검출 및 진단 시스템에 활용할 수 있다. 따라서 효소의 활성을 정확히 모방하는 나노물질의 필요성이 커지고 있다.
그러나 효소를 모방하는 나노물질은 활성을 모방하는 것이 가능하지만 원하지 않은 다른 부가적인 반응을 일으킬 수 있다는 단점이 있어 효소를 대체하는 데 어려움이 있다. 특히 기존의 과산화효소 활성이 높은 물질은 과산화수소가 없는 상황에서도 색이 변하기 때문에 검출 물질이 없어도 발색이 되는 단점이 있다.
문제 해결을 위해 연구팀은 과산화효소 활성만을 선택적으로 모방하는 질소와 붕소가 동시에 도핑된 그래핀을 합성했다. 이 그래핀의 경우 과산화수소 활성은 폭발적으로 증가하지만 다른 효소 활성은 거의 증가하지 않아 과산화효소를 정확하게 모방할 수 있다.
연구팀은 실험적 내용을 계산화학을 통해 증명했으며 새롭게 개발한 물질을 이용해 중요 신경전달 물질인 아세틸콜린을 시각적으로 검출하는 데 성공했다.
아세틸콜린은 알츠하이머병의 조기 진단과 관련이 높아 연구팀의 효소모방 물질을 이용하면 향후 질병 진단 및 치료에 기여할 수 있을 것으로 예상된다.
이 교수는 “효소 모방 물질은 오래되지 않은 분야이지만 기존 효소를 대체할 수 있다는 잠재성 때문에 관심이 폭발적으로 커지고 있다”라며 “이번 연구를 통해 효소의 높은 활성 뿐 아니라 선택성까지 가질 수 있는 물질을 합성하고 알츠하이머의 진단 마커인 아세틸콜린을 효과적으로 시각적 검출할 수 있는 기술을 확보했다”라고 말했다.
이번 연구는 한국연구재단의 이공분야 기초연구사업 중견연구자지원사업을 통해 수행됐다.
□ 그림 설명
그림1. 촉매의 과산화효소와 산화효소 활성을 시각적으로 확인할 수 있는 사진
그림2. 질소와 붕소가 동시에 도핑된 그래핀의 바이오 에세이 적용
2019.04.23
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전성윤 교수, 8시간 안에 항생제 조합 성능 확인하는 기술 개발
〈 김승규 연구원, 전성윤 교수 〉
우리 대학 기계공학과 전성윤 교수 연구팀(바이오미세유체 연구실)이 미세유체 칩을 이용해 두 개의 항생제 간 시너지 효과를 8시간 만에 검사할 수 있는 기술을 개발했다.
이번 연구는 항생제의 시너지 효과 검사에 최소 24시간 소요돼 활용이 어려웠던 기존 기술을 크게 개선한 것으로, 향후 환자들에게 적절한 항생제 조합치료를 할 수 있는 기반 기술이 될 것으로 기대된다.
김승규 석박사통합과정이 1 저자로 참여하고 생명과학과 정현정 교수 연구팀과 공동으로 수행한 이번 연구는 영국 왕립화학회(Royal Society of Chemistry)에서 발행하는 ‘랩온어칩(Lab on a Chip)’ 3월 21일 자 뒤표지 논문으로 게재됐다. (논문명 : On-chip phenotypic investigation of combinatory antibiotic effects by generating orthogonal concentration gradients, 직교 농도구배 형성을 통한 칩 상 항생제 조합 효과 검사)
항생제에 매우 높은 저항성을 갖는 ‘슈퍼박테리아’의 등장은 세계적으로 병원 및 관련 기관에 큰 위협으로 떠오르고 있다. 지난 2014년에는 세계보건기구(WHO)가 병원균의 항생제에 대한 내성이 심각한 수준에 도달했다고 공식적으로 처음 보고하기도 했다.
이러한 항생제 저항성 병원균을 효과적으로 억제하기 위해 두 종류 이상의 항생제를 섞어 처리하는 ‘항생제 조합 치료’가 주목받고 있지만, 항생제의 종류와 적정한 농도 범위가 큰 영향을 미쳐 정확한 조합을 해야 할뿐더러 치료가 항상 효과적이지는 않다는 문제점이 있다.
따라서 미지의 항생제 저항성 병원균을 대상으로 체외 항생제 조합 검사를 통해 적합한 항생제 조합과 농도 범위를 찾는 것은 매우 중요한 과정이다. 하지만 기존 검사 방식은 항생제 희석 및 샘플 준비 과정이 불편하고 결과 도출까지 24시간 이상이 걸려 대부분 경험적 치료에 의존하고 있다.
연구팀은 문제 해결을 위해 필요한 샘플 양이 수십 마이크로리터에 불과한 미세유체 칩을 이용했다. 머리카락 굵기 수준의 좁은 미세채널에서 유체 흐름을 제어할 수 있는 시스템인 미세유체 칩을 통해 두 개의 항생제 간 농도조합 121개를 단 35분 만에 자동으로 형성했다.
연구팀은 박테리아 샘플을 아가로스 젤과 섞어 미세채널에 주입해 굳힌 뒤 이를 둘러싸는 미세채널들에 각 항생제가 포함된 시약과 항생제가 포함되지 않은 시약을 주입했다.
항생제가 첨가된 채널로부터 항생제가 없는 채널로 항생제 분자들의 확산이 이뤄지고 결국 두 항생제의 조합이 박테리아가 굳혀있는 아가로스 젤에 35분 만에 형성된다. 연구팀은 이후 6시간 동안 억제되는 박테리아의 성장을 현미경을 통해 관찰했다.
연구팀은 서로 다른 항균 원리를 갖는 다섯 종류의 항생제를 두 개씩 조합해 녹농균(Pseudomonas aeruginosa)을 대상으로 항생제 조합 효능 검사를 시행했다. 그 결과 항생제 짝에 따라 각기 다른 항균효과를 확인할 수 있었고 검사한 항생제 짝의 시너지 관계를 분류할 수 있었다.
연구팀의 미세유체 칩 기반의 검사 방식은 번거로운 희석과정과 긴 검사 시간으로 인해 불편했던 기존 검사 방식을 크게 개선했다.
이전에도 전 교수 연구팀은 ‘미세유체 칩 기반의 항생제 효능 신속검사 기술’을 개발해 지난 2월 5일 ‘바이오마이크로플루이딕스(Biomicrofluidics)’지에 피처 기사로 게재한 바 있다. 이번 논문은 그 후속 연구로 미세유체 칩이 차세대 약물 검사 플랫폼으로 활용될 가능성을 제시했다는 의의가 있다.
연구책임자인 전 교수는 “미세유체 칩의 약물 검사 플랫폼으로써의 발전 가능성은 무궁무진하다”라며 “개발한 미세유체 칩이 상용화돼 실제 현장에서 항생제 조합치료를 위해 활용되기를 기대한다”라고 말했다.
이번 연구는 EEWS 기후변화연구허브사업과 교육부 이공분야기초연구사업 및 BK21 플러스프로그램의 지원을 받아 수행됐다.
그림 설명
그림1. Lab on a Chip 표지 이미지
그림2. 본 연구의 미세유체 칩과 분석결과 예시
2019.04.05
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김필한 교수, 패혈증 환자의 폐 손상 원인 밝혀
〈 김필한 교수 〉
우리 대학 의과학대학원/나노과학기술대학원 김필한 교수 연구팀이 3차원 생체현미경 기술을 통해 패혈증 폐에서 모세혈관과 혈액 내 순환 세포를 고해상도 촬영하는 데 성공했다.
연구팀은 패혈증 폐의 모세혈관 내부에서 백혈구의 일종인 호중구(好中球, neutrophil)들이 서로 응집하며 혈액 미세순환의 저해를 유발하고, 나아가 피가 통하지 않는 사강(死腔, dead space)을 형성함을 규명했다.
연구팀은 이 현상이 패혈증 모델의 폐손상으로 이어지는 조직 저산소증 유발의 원인이 되며, 호중구 응집을 해소하면 미세순환이 개선되며 저산소증도 함께 호전됨을 증명했다.
박인원 박사(현 분당서울대학교병원 응급의학과)가 주도한 이번 연구결과는 의학 분야 국제 학술지 ‘유럽호흡기학회지(European Respiratory Journal)’에 3월 28일 자에 게재됐다.
폐는 호흡을 통해 생명 유지의 필수 작용인 산소와 이산화탄소 간 가스 교환을 하는 기관으로 이는 적혈구들이 순환하는 수많은 모세혈관으로 둘러싸인 폐포(肺胞)에서 이뤄진다.
폐포의 미세순환 관찰을 위해 연구자들이 지속적인 노력을 하고 있으나 호흡을 위해 항상 움직이는 폐 안의 모세혈관과 적혈구의 미세순환을 고해상도로 촬영하는 것은 매우 어려웠다.
연구팀은 자체 개발한 초고속 레이저 스캐닝 공초점 현미경과 폐의 호흡 상태를 보존하면서 움직임을 최소화할 수 있는 영상 챔버를 새롭게 제작했다. 이를 통해 패혈증 동물모델의 폐에서 모세혈관 내부의 적혈구 순환 촬영에 성공했다.
이 과정에서 패혈증 모델의 폐에서 적혈구들이 순환하지 않는 공간인 사강이 증가하며 이곳에서 저산소증이 유발되는 것을 발견했다. 이는 혈액 내부의 호중구들이 모세혈관과 세동맥 내부에서 서로 응집하며 갇히는 현상으로 인해 발생함을 밝혔다. 갇힌 호중구들은 미세순환 저해, 활성산소의 다량 생산 등 패혈증 모델의 폐 조직 손상을 유발하는 것도 확인했다.
연구팀은 추가 연구를 통해 폐혈관 내부의 응집한 호중구가 전신을 순환하는 호중구에 비해 세포 간 부착에 관여하는 Mac-1 수용체(CD11b/CD18)가 높게 발현함을 증명했다. 이어 Mac-1 저해제를 패혈증 모델에 사용하여 호중구 응집으로 저해된 미세순환을 개선하고 저산소증의 호전과 폐부종 감소를 증명했다.
연구팀이 독자 개발한 최첨단 고해상도 3차원 생체현미경 기술은 살아있는 폐 안 세포들의 실시간 영상촬영이 가능해 패혈증을 포함한 여러 폐 질환의 연구에 다양하게 활용될 것으로 기대된다.
연구팀의 폐 미세순환 영상촬영 및 정밀 분석 기법은 향후 미세순환과 연관된 다양한 질환들의 연구뿐 아니라 새로운 진단기술 개발 및 치료제의 평가를 위한 원천기술로 활용될 것으로 보인다.
김 교수 연구팀의 3차원 생체현미경 기술은 KAIST 교원창업기업인 아이빔테크놀로지(IVIM Technology, Inc)를 통해 상용화돼 올인원 생체현미경 모델 ‘IVM-CM’과 ‘IVM-C’로 출시됐으며 여러 인간 질환의 복잡한 발생 과정을 밝히기 위한 기초 의․생명 연구의 차세대 첨단 영상장비로서 미래 글로벌 바이오헬스 시장에 핵심 장비로 활용될 예정이다.
김 교수는 “패혈증으로 인한 급성 폐손상 모델에서 폐 미세순환의 저해가 호중구로 인하여 발생하며, 이를 제어하면 미세순환 개선을 통해 저산소증 및 폐부종을 해소할 수 있어 패혈증 환자를 치료하는 새로운 전략이 될 수 있음을 새롭게 밝혀냈다.”고 말했다.
이번 연구는 의과학대학원 졸업생 박인원 박사가 1저자로 참여했고 유한재단 보건장학회, 교육부 글로벌박사펠로우쉽사업, 과학기술정보통신부의 글로벌프론티어사업과 이공분야기초연구사업, 그리고 보건복지부의 질환극복기술개발사업의 지원을 받아 수행됐다.
□ 그림 설명
그림1. 초고속 레이저주사 3차원 생체현미경 시스템
그림2. 생체 내 폐 이미징 기술 개념도 및 사진
2019.04.01
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