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전염병 바이러스 10분 내 현장 진단 가능한 PCR 개발
전염성 높은 바이러스의 빠른 확산을 방지하기 위해서는 의료 현장에서 빠르고 정확하게 바이러스를 검출해 신속하게 진단하는 것이 매우 중요하다. 현재 현장 진단 검사는 신속 항원 검사에 국한되어 진단의 정확성이 낮은 문제점이 있다. 감염병 확진을 위해선 실시간 역전사 중합효소연쇄반응(Real-time reverse-transcription Polymerase Chain reaction, RT-qPCR) 검사가 필요하지만, 기술적인 한계로 인해 현장 진단 검사에는 매우 부적합한 실정이다.
우리 대학 바이오및뇌공학과 정기훈 교수 연구팀이 나노종합기술원과 (주)오상헬스케어와의 공동연구로 개발하여 코로나-19 바이러스 검출 95% 정확도를 가진 현장 진단에 적합한 초고속 초소형 플라즈모닉 핵산 분석 시스템을 개발했다고 11일(화) 밝혔다.
연구팀이 개발한 시스템은 광열 나노소재 기반 초고속 플라즈모닉 열 순환기, 미세 유체 랩온어칩 기반 금속 박막 카트리지, 초박형 마이크로렌즈 어레이 형광 현미경 등 최첨단 마이크로 나노기술을 접목한 현장 진단형 플라즈모닉 핵산분석 시스템을 핸드헬드 크기로 개발했으며 코로나-19 RNA 바이러스를 10분 이내에 성공적으로 검출했다. 또한, 파일럿 제품의 성능평가를 위해 임상적 성능시험을 수행했으며, 임상 현장에서 정상인 시료로부터 코로나-19 환자의 시료를 95% 이상의 높은 정확도로 구분하는 데 성공했다.
`플라즈모닉 열 순환기'는 나노 및 마이크로공정기술을 통해 유리 나노 기둥 위 금나노섬 구조와 백금박막 저항 온도센서를 결합해 대면적으로 제작됐다. 해당 나노 구조는 가시광선 전 영역에서 광 흡수율이 매우 높아 백색광 다이오드(LED)의 빛을 빠르게 열로 치환해 온도 상승 속도를 대폭 향상했으며, 상단에 있는 박막 저항 온도 센서를 통해 실시간으로 표면 온도를 측정함으로써 초고속 열 순환 기능을 구현했다.
또한, 연구팀은 사출 성형된 플라스틱 미세 유체 칩과 알루미늄 박막을 결합해 `금속박막 카트리지'를 개발했으며, 이를 통해 값비싼 나노소재의 재사용률을 높이고 비용 효율을 극대화했다. 해당 금속 박막은 두께가 얇고 열전도율이 높으므로 열 순환기로부터 발생한 광열을 반응 용액에 효율적으로 전달해 온도상승 및 하강 속도를 개선했다. 또한, 금속 박막은 빛 반사율 또한 매우 높아 플라즈모닉 핵산 증폭 기술의 가장 큰 한계점인 광열 여기광원과 형광 검출 사이의 광학적 누화 현상을 완전히 해결했다.
연구팀은 미세 유체칩 내 실시간 정량화를 위해 마이크로공정기술을 활용해 곤충 눈을 모사한 `마이크로렌즈 어레이 형광 현미경'을 개발했다. 해당 기술은 초점거리의 한계를 극복해 10밀리미터(mm)의 초근접 거리에서 미세 유체 채널의 형광 이미지를 촬영할 수 있도록 제작됐고 전체 형광 시스템의 크기를 대폭 축소했다. 또한, 어레이 이미지의 병합 및 재구성을 통해 높은 동적범위 및 고대비 다중 형광 촬영이 가능하므로 플라즈모닉 핵산 증폭 동안 증가하는 유전자를 실시간으로 정량화할 수 있도록 개발했다.
정기훈 교수는 “플라즈모닉 핵산분석 시스템이 속도, 가격, 크기 측면에서 현장 진단에 매우 적합하여 진단 장비의 탈중앙화를 가능하게 할 뿐만 아니라 다중 이용 시설이나 지역 병원 등 방역 현장에서 바이러스 검출 목적으로 활용할 수 있을 것으로 기대된다” 라고 말했다.
우리 대학 바이오및뇌공학과 강병훈 박사과정이 주도한 이번 연구 결과는 국제 학술지 `에이씨에스 나노 (ACS Nano)'에 게재됐다. (논문명: 분자진단의 분산화를 위한 초고속 플라즈모닉 핵산 증폭 및 실시간 정량화, Ultrafast Plasmonic Nucleic Acid Amplification and Real-Time Quantification for Decentralized Molecular Diagnostics)
한편 이번 연구는 KAIST 코로나19대응 과학기술뉴딜사업과 과학기술정보통신부 나노소재기술개발사업으로 수행됐다.
2023.04.11 조회수 2829 -
뇌 속 자명종 신경회로 발견
우리 대학 생명과학과 김대수 교수 연구팀이 한국과학기술연구원(KIST) 김정진 박사팀과 공동연구를 통해 동물이 잠을 자는 동안에도 소리에 반응해 각성하는 원리를 규명했다고 20일 밝혔다.
수면은 뇌의 활동을 정비하고 건강을 유지하는 매우 중요한 생리작용이다. 잠을 자는 동안 감각신경의 작용이 차단되므로 주변의 위험을 감지하는 능력이 감소하게 된다. 그러나 많은 동물은 잠자는 동안에도 포식자의 접근을 감지하고 반응한다. 과학자들은 동물이 깊은 잠과 낮은 잠을 번갈아 자면서 언제 있을지 모를 위험에 대비한다고 생각했다.
김대수 교수 연구팀은 깊은 잠을 자는 동안에도 동물이 소리에 반응하는 신경회로가 있다는 사실을 발견했다. 깨어 있을 때는 청각 시상핵 (Medial geniculate thalamus)이 소리에 반응하지만 깊은 잠 즉 비 램수면 (Non-REM) 동안에는 배내측 시상핵(Mediodorsal thalamus)이 소리에 반응해 뇌를 깨운다는 사실을 밝혔다.
연구 결과 쥐가 깊은 잠에 빠졌을 때 청각 시상핵 신경도 잠을 자고 있었지만 배내측 시상핵 신경은 깨어 있어 소리를 들려주자 곧바로 반응했다. 또한 배내측 시상핵을 억제하면 소리를 들려줘도 쥐가 잠에서 깨어나지 못했으며 배내측 시상핵을 자극하면 소리 없이도 쥐가 수초 이내에 잠에서 깨어나는 것을 관찰할 수 있었다.
이것은 수면상태와 각성상태가 서로 다른 신경회로를 통해 청각신호를 전달 할 수 있다는 최초의 연구로서 국제 학술지 ‘커런트 바이올로지 (Current Biology)’에 2월 7일자로 보고됐으며 (https://www.nature.com/articles/d41586-023-00354-0) 국제학술지 네이처에 하이라이트 되었다. ( https://www.nature.com/articles/d41586-023-00354-0)
김대수 교수는 “이번 연구를 통해 수면 질환 등 다양한 뇌 질환에서 보이는 각성 및 감각장애에 대한 이해를 증진하고 향후 감각을 조절할 수 있는 디지털 헬스케어 개발 등 다양한 분야로 활용이 가능하다”라고 설명했다.
한편 이번 연구는 한국연구재단 중견연구재단 과제로 지원됐다.
2023.02.20 조회수 2742 -
인간 피부의 압력 감지 능력을 뛰어넘는 로봇용 전자 피부 개발
우리 대학 전기및전자공학부 정재웅 교수 연구팀이 인간 피부의 압력 감지 능력을 뛰어넘는 고감도 및 광범위 압력 측정이 가능한 로봇용 전자 피부를 개발했다고 27일 밝혔다.
연구팀이 개발한 전자 피부는 인간 피부에 비해 더 높은 민감도와 더 넓은 압력 측정 범위를 보여 최근 각광받는 로봇 산업, 헬스케어 산업, 증강 현실 등 다양한 분야에 폭넓게 적용될 수 있을 것으로 기대된다.
전기및전자공학부 이시목 박사과정과 변상혁 박사과정 학생이 공동 제1 저자로 참여한 이번 연구는 국제 학술지 `어드밴스드 머터리얼즈(Advanced Materials)' 온라인 버전에 10월 3일 字 출판됐다. (논문명 : Beyond the Human Touch Perception: Adaptive Robotic Skin Based on Gallium Microgranules for Pressure Sensory Augmentation)
인간 피부의 촉각 인지 능력을 모방하는 전자 피부는 원격으로 감도 및 외압 측정이 가능해 메타버스, 로봇 공학, 의료 기기 등 다양한 산업에 활용할 수 있다. 이로 인해 전자 피부가 많은 주목을 받고 있으며, 특히 전자 피부의 핵심 기술인 압력 센서의 민감도를 높이기 위해 많은 연구가 진행됐다.
하지만 개발된 고감도 압력 센서는 압력 감지 범위가 좁다는 단점을 가진다. 이를 해결하기 위해 광범위 압력 감지 센서가 등장했으나 기존 고감도 센서들과 비교해 현저히 낮은 민감도를 보였다. 이에 따라 사용자들은 상황과 목적에 맞춰 별개의 센서를 사용해야 했으며 이 과정에서 측정의 정확도가 떨어지고 번거롭다는 문제가 발생했다.
연구팀은 갈륨(Gallium)과 중합체(Polymer)를 합성해 온도에 따라 민감도와 압력 감지 범위를 변화시킬 수 있는 가변 강성 압력 센서를 개발했다. 개발된 압력 센서는 사용자가 상황과 목적에 맞게 고감도 감지 모드와 광범위 압력 감지 모드를 손쉽게 전환할 수 있도록 설계됐다.
압력 센서의 핵심 소재는 액체금속 중 하나인 갈륨으로, 금속임에도 불구하고 미온(29.76 ℃)에서 녹는점을 가져 쉽게 고체와 액체 간의 상태 변화가 가능하다. 연구팀은 내장된 갈륨의 상태에 따라 센서의 강성률이 변화하는 점에 기반해 온도에 따라 민감도와 감지 범위 변화가 가능한 압력 센서를 제작했다.
연구팀은 미세 유체기반 제작 방식을 통해 균일한 갈륨 미립자를 형성/활용해 압력 센서를 제작했고 이를 통해 센서 간 균일성 및 재현성을 극대화해 신뢰성 높은 대면적 전자 피부 제작을 가능하게 했다.
제작된 전자 피부는 인간 피부와 비교 시 97% 높은 민감도와 262.5% 넓은 압력 측정 범위를 보였다. 연구팀은 전자 피부의 가변성을 활용해 맥박 측정과 같이 높은 압력 민감도가 필요한 상황과 몸무게 측정과 같이 넓은 감지 범위가 필요한 상황 모두에 개발된 로봇 피부가 활용될 수 있음을 입증했다.
정재웅 교수는 "액체금속의 상변화를 활용한 이번 기술은 전자 피부를 넘어 상황과 목적에 맞게 전기/기계적 특성을 변환시킬 수 있는 다양한 다목적 전자기기, 센서, 로봇 기술의 개발에도 활용될 수 있을 것이다 ˮ라고 말했다.
한편 이번 연구는 과학기술정보통신부에서 추진하는 나노 및 소재 기술개발사업, ICT 핵심기술개발사업, 한국전자통신연구원 내부연구개발사업 개방형융합선행연구의 지원을 받아 수행됐다.
2022.10.27 조회수 3516 -
포스트인공지능시대를 준비하며 뇌인지과학과 설립
우리 대학이 ‘뇌인지과학과 (Department of Brain and Cognitive Sciences)’를 설립하고 뇌인지과학 분야에서 세계적인 연구 및 교육 혁신의 교두보 역할을 수행한다.
지금은 인공지능(AI) 기술이 빠른 속도로 발전하고 있어 인공지능 시대라 말할 수 있지만, 10년 후인 ‘포스트 인공지능 시대’에 미리 대비하기 위해 인간의 본질을 탐구하고 인간 지성-인공지능의 상호작용을 연구하는 시대를 미리 준비한다는 목적이다.
이광형 총장은 작년 총장 취임식에서 KAIST 미래비전 중 포스트 인공지능 시대를 대비한 인간탐구 분야를 중점 육성하기 위해 뇌인지과학과를 신설하겠다고 비전을 제시한 바 있다.
특히 우리 대학은 심리학, 언어학, 인류학, 윤리학, 사회학, 철학 등 인문학·사회과학 분야와 신경과학, 뇌공학, 인공지능 등을 함께 탐구하는 학과를 처음 설립하는 만큼 문·이과 통합 연구의 모범이 되겠다는 융합연구 지원의 강한 의지도 보였다.
교육과정과 연구 분야 역시 신경과학과 뇌인지과학을 중심으로 심리학, 언어학, 신경철학, 생물인류학, 신경미학, 윤리학, 데이터 사회학 등 인문학적인 접근과 정신의학, 신경학, 재활의학, 뇌공학, 뇌를 닮은 인공지능 등 의학 및 공학적 접근까지 아우른다. ‘인간에 대한 총체적 학문’을 추구하는 학과로 자리하고자 함이다.
정재승 뇌인지과학과 초대 학과장은 “지금은 인공지능 시대이지만, 그럴수록 앞으로 우리는 인간 지성에 대한 깊은 이해와 성찰이 필요한 시대로 나아갈 것이다. 인간의 인지와 사고, 행동을 과학적으로 탐구하고 의학적·공학적으로 응용하는 학자들과 학생들이 자유롭게 연구하는 학과로 성장시킬 것”이라고 전했다.
이어, “또한 대기업과의 협업, 스타트업 창업 지원, 병원과의 공동연구 등을 통해 뇌인지과학 산업 분야 육성에 이바지하겠다. 최근 뇌인지과학의 학문적 성숙도가 무르익어 뇌공학·뇌의학을 중심으로 디지털 헬스케어 등 다양한 제품과 서비스가 등장할 때가 됐다고 느끼기 때문”이라고 말하며 적극적인 산학협력을 강조했다.
한편, 뇌인지과학과는 2023년 봄학기 석·박사과정 대학원 입시를 오는 7월부터 진행하고 현재 신임 교원을 모집하고 있다. 입학 관련 자세한 사항은 홈페이지 (https://admission.kaist.ac.kr/graduate/)에서 확인할 수 있다.
2022.06.17 조회수 4675 -
바이오혁신경영전문대학원, 전주시-전북대와 2022 세계 바이오 혁신 포럼 (WBIF) 개최
우리 대학 바이오혁신경영전문대학원이 6월 8일부터 10일까지 전주시, 전북대학교 지역혁신센터와 공동 주최하는‘2022 세계 바이오 혁신 포럼(World Bio Innovation Forum, 이하 WBIF)를 개최한다.
이번 포럼은 디지털 치료제, 반려동물 혁신 의약품, 비대면 진료 등 최근 주목받는 바이오 신시장의 국내·외 최신 동향과 정보를 교류하고자 추진됐다. 6월 8일부터 3일간 대표 주제별 2개의 세션을 운영하고 각 분야 전문가의 발표와 패널 토론을 진행한다.
포럼 1일차에는 디지털 치료제 대표 기업인 Limbix와 DTA, Welt, Life Semantics, Naver, 식약처가 운영사례와 치료 효과 등을 이야기한다. 디지털 치료제란 게임, 가상현실(VR), 증강현실(AR), 인공지능(AI) 등의 첨단 기술을 활용해 치매와 불면증, 우울증, ADHD 등의 질병을 예방, 치료, 관리하는 기술이다.
포럼 2일차에는 이광형 총장의 환영사를 시작으로 LABOKLIN과 Torigen, Vaxcell Bio, 대웅제약 등이 참여해 반려동물 헬스케어를 주제로 최신 개발 또는 개발 예정인 의약품 사례를 공유한다. 최근 반려동물 치료에 대한 수요가 증가함에도 치료법이 부족한 점에 중점을 두고 반려동물의 암, 관절염, 피부병 등에 대해 연구원, 전문가, 기업이 다양한 의견을 모을 예정이다.
포럼 3일차에는 Atrium Health와 VSee, 이지케어텍 등이 참여해 코로나19 이후 더욱 각광 받는 비대면 진료에 대해 논의한다. 특히 비대면 진료를 통해 사회적 취약계층의 의료 서비스를 개선하는 방법에 주안점을 두고 현장감 있는 토론을 진행할 계획이다.
이번 포럼을 주관한 채수찬 WBIF 대표 겸 우리 대학 기술경영학부 교수는 “2022 WBIF를 준비하며 전 세계의 바이오 네트워크를 활용해 최고의 전문가들을 섭외하고자 노력했다. 최신 정보와 전문적인 현장 경험을 전하며 그간 개최된 바이오 헬스 포럼들과의 차별화를 둘 것”이라고 밝혔다.
이광형 총장은 “WBIF가 세계를 선도하는 바이오 포럼이 되길 진심으로 기원한다. 각 분야의 전문가들이 자유롭게 논의하는 장이 되어 국내·외 바이오, 헬스 산업의 발전과 국민 건강 향상으로 이어지길 바란다”라고 전했다.
2022 WBIF는 코로나19 상황에 따라 비대면(Zoom)으로 진행되며 WBIIF유튜브를 통해 생중계될 예정이다. 관련 문의는 홈페이지(www.wbif.or.kr)와 이메일(wbif2021@gmail.com)을 통해 가능하다.
2022.06.03 조회수 4397 -
서울대병원과 「정밀의료 및 디지털헬스케어 기술 업무협약 체결」
우리 대학과 서울대학교병원(김연수 원장)은 오늘(2일) 「정밀의료 및 디지털헬스케어 기술 협력을 위한 업무협약」을 체결했다.
이는 우리 대학의 ‘우수 AI 기반 디지털 및 정밀의료 기술’과 서울대학교 병원의 ‘최신 의료 기반 임상 연구 역량’을 접목한 상호 협력체제를 구축하고자 올해 5월부터 추진됐다.
최근 급속한 인공지능(AI) 기술 발전에 따라 이를 의학 연구와 의료 현장에 적용할 필요성이 증가하는 가운데, 꾸준히 축적되는 환자의 의료 데이터를 더 체계적으로 분석하고자 한 뜻을 모았다.
이번 협약을 통해 정밀의료(암·희귀 난치성 질환) 및 AI 기반 디지털 헬스케어 시스템 구축을 위한 기술을 함께 개발하고, 연구역량 강화를 위한 공동 연구 과제를 발굴할 예정이다. 서울대학교병원 임상유전체의학과는 별도 협의체를 구성해 세부 방안을 논의할 계획이다.
양 기관은 AI 기반의 의료 빅데이터 연구를 통해 암·희귀 난치성 질환의 새로운 치료 표적과 방법론을 개발할 수 있을 것으로 기대하고 있다.
이날(2일) 오후 서울대학교병원 대한의원 제2회의실에서 개최된 업무 협약식에는 우리 대학 이광형 총장, 이상엽 연구부총장, 서울대학교병원 김연수 원장, 김병관 진료부원장 등 총 7명의 관계자가 참석했다.
이광형 총장은 “우리나라를 대표하는 서울대학교병원과 AI 기술을 선도하는 우리 대학과의 이번 협약은 K-의학이 한 단계 도약하는 밑거름이 될 것이다”라고 전했다. 이어‘공동연구를 통해 진보된 개발성과를 도출해 낼 것”이라고 강조했다.
김연수 서울대병원장은 "양 기관의 연구역량과 AI 기술을 바탕으로 차세대 의료 시스템 혁신과 정밀 의료 산업의 발전을 가속화 하겠다”라고 밝혔다.
2021.12.02 조회수 4296 -
KAIST연구원-(재)부산테크노파크 업무협약 체결
우리 대학 KAIST 연구원과 (재)부산테크노파크가 2월 9일 (재)부산테크노파크 지사단지에서 부산시 스마트 헬스케어산업 발전과 시민의 건강증진을 위한 업무협약을 체결했다.
이번 협약체결은 양기관이 각각 시행하고 있는 연구 활동과 사업의 특성 및 기능을 유기적으로 연계해 부산의 헬스케어산업 발전 방안을 공동으로 수립하고 노력하기 위해 보다 적극적이고 체계적으로 협력하기 위한 목적으로 성사됐다.
협약내용은 △헬스케어산업 연구과제 발굴‧공동추진 및 정보공유 △헬스케어산업 육성 및 산업화에 대한 포괄적 협력 △헬스케어산업 발전을 위한 정책기획 및 대정부 제안 △기타 헬스케어산업 육성‧발전에 필요하다고 인정하는 분야 등이다.
이번 협약 체결은 부산의 7대 전략산업 중 「라이프케어산업 육성」 정책방향과 한국판 뉴딜(디지털 뉴딜) 역점분야 「DNA생태계 강화」를 통한 경제 역동성을 촉진하려는 정부정책에 연계해, 포스트 코로나 시대 헬스케어의 패러다임 변화에 선제적으로 대응하고, 부산테크노파크와 KAIST 연구원이 상호협력을 통해 부산시민의 개인 건강증진과 스마트 헬스케어산업이 글로벌 수준으로 도약하는 계기가 될 것으로 기대되고 있다.
2021.02.16 조회수 74116 -
압력과 인장을 구분하는 무선통신 전자 소자 개발
우리 대학 신소재공학과 스티브 박, 김상욱 교수 공동 연구팀이 신물질을 이용해 압력과 인장(늘이기)을 구분할 수 있는 무선통신 소자를 개발했다고 22일 밝혔다.
공동 연구팀은 무선통신에 활용되고 있는 전기 공진기(electrical resonator)가 여러 정보를 전달할 수 있다는 사실에 주목했다. 원거리에서 여러 자극을 측정할 수 있는 효과적인 정보처리시스템의 경우 최근 주목받고 있는 웨어러블과 임플란터블(체내이식형) 소자 등 다양한 분야에서 폭넓게 활용되고 있다.
특히 수동형 소자들로 만들어지는 전기 공진기는 원거리 통신이 가능할 뿐만 아니라 다양한 기능성 재료(생분해성 물질, 자가치유 물질)로 구현이 가능해 웨어러블·임플란터블 소자 분야에서 연구가 활발히 진행되고 있다.
전기 공진기의 무선통신 신호는 2개의 요소, 즉 공진기의 정전용량에 의해 결정되는 '공진주파수'와 공진기에 저장된 전자기파 에너지에 의해 결정되는 '품질 인자(quality factor)'에 의해 결정된다. 따라서 최소 두 가지 정보를 포함할 수 있다.
기존에는 공진기의 신호를 변화시킬 수 있는 메커니즘과 관련된 물질의 특성 및 소자의 구조에 대한 전반적인 이해가 부족했기 때문에 효과적인 신호처리를 위한 시스템 구축에는 많은 제약이 따랐다. 특히, 공진주파수와 품질 인자의 변화를 분화하기 위해서는 공진기의 저장된 전자기파를 차폐할 수 있는 신물질이 필요한데 공동 연구팀은 2차원 신물질인 '맥신(MXene)'을 사용했다.
연구팀은 '맥신(MXene)'이 사용할 수 있는 합성 재료 중 가장 우수한 전자기장 차폐능력을 갖췄다고 판단했기 때문이다. 연구팀은 우선 압력에 따라서 기공이 닫히는 다공성 탄성체에 Ti3C2Tx 조성의 맥신을 코팅해 외부 자극에 따라 공진기의 저장된 에너지를 변형시킬 수 있는 센서로 활용했다. 이때 탄성체와 맥신 사이에 나노 접착제 역할을 하는 *폴리도파민을 도입해 2,000번 이상의 반복적인 수축과 이완에도 신뢰성 있게 작동할 수 있도록 소자를 만들었다.
☞ 폴리도파민(poly-dopamine): 바다생물 홍합이 물속에서 바위에 몸을 붙일 때 내는 접착 물질을 도파민이라고 하고, 이를 고분자화하여 중합체 형태로 만든 물질.
나아가, 연구팀은 딥러닝 기법을 적용해 미리 학습됐던 압력과 인장 자극을 구분해 정확하게 맞추고, 학습되지 않은 새로운 압력과 인장 자극도 약 9%의 오차 이내로 맞출 수 있는 시스템을 구현하는 데 성공했다.
연구팀이 개발한 소자는 무선으로 기계적 자극을 구분해 측정할 수 있고, 생체친화적이며 가볍기 때문에 웨어러블 소자로 활용이 가능한 게 장점이다. 공동 연구팀은 이 밖에 새로 개발한 소자를 기반으로 정형외과 수술 이후 재활 치료를 하는 과정에서 부상을 방지할 수 있는 모니터링 시스템을 개발, 구축했다.
스티브 박 교수는 "최근 주목받고 있는 무선통신 소자의 신호처리에 대해 새로운 방향을 제시하고 신물질인 맥신의 다양한 적용 가능성을 보여준 의미있는 연구성과"라면서 "헬스케어를 위한 웨어러블, 임플란터블 모니터링 전자소자에 활용될 것으로 기대된다" 라고 말했다.
우리 대학 신소재공학과 이건희, 이강산 박사과정 학생이 공동 제1 저자로 참여한 연구논문은 국제 학술지 'ACS Nano' 8월 19일 字 온라인 버전에 게재됐다. (논문명 : Deep-Learning-Based Deconvolution of Mechanical Stimuli with Ti3C2Tx MXene Electromagnetic Shield Architecture via Dual-Mode Wireless Signal Variation Mechanism)
한편 이번 연구는 KAIST 석박사모험 연구사업, KAIST 글로벌 특이점 연구사업, 과학기술정보통신부 리더연구자 지원사업인 다차원 나노조립제어 창의연구단의 지원을 받아 수행됐다.
2020.09.22 조회수 26312 -
KAIST 바이오헬스케어 혁신·정책센터, 바이오헬스의 미래를 전망한 대담집 출간
KAIST 바이오헬스케어 혁신·정책센터(Center for Bio-Healthcare Innovation & Policy(이하 CHIP), 센터장 채수찬)는 바이오헬스 산업에 대한 소개와 발전전략을 담은『카이스트 바이오헬스의 미래를 말하다: 바이오헬스 전문가 49인과의 대담』을 출간했다.
CHIP가 작성한 차세대 성장산업 분석연구보고서에 따르면 우리나라 정보통신산업의 연구생산성 반감기는 30.3년인 것으로 조사됐다. 반면, 의약·식품·화학 등을 포함하는 바이오산업은 연구생산성의 반감기가 나타나지 않으며 37년 후 오히려 2배로 성장하는 구조를 보였다.
이처럼, 바이오헬스는 ICT 산업 이후의 차세대 주력산업으로 꼽히지만, 기본적인 용어부터가 어려운 탓에 일반인이 접근하기엔 쉽지 않은 장벽이 존재한다. KAIST CHIP은 바이오헬스 산업에 관심을 가진 사람들에게 해당 분야를 알기 쉽게 소개해 이해를 돕는 것은 물론, 전문가들의 다양한 관점과 우리나라 바이오헬스 산업의 발전전략을 공유하기 위해 대담 형식의 책을 기획했다.
바이오헬스 분야의 대표 주자 49인을 대담자로 선정한 뒤, 지난 1년여간 인터뷰를 진행해 엮어낸 『카이스트, 바이오헬스의 미래를 말하다』는 바이오 기술·4차 산업혁명·보건의료 체계·투자와 창업·글로벌 진출 등 모두 5개의 장으로 구성되어 있다. 바이오헬스 산업의 복잡한 구조와 발전상 등과 같은 전반적인 흐름을 한눈에 파악할 수 있는 것이 특징이다.
김용주 레고켐 바이오사이언스 대표·김규찬 란드바이오 대표·이정규 브릿지바이오 테라퓨틱스 대표·이용관 블루포인트파트너스 대표·김도현 비티솔루션즈 대표 등을 포함한 산업계 전문가들이 현장 경험에 바탕을 둔 의견들을 제시했다.
또한, 김주한 서울대학교 의과대학 교수·송해룡 고려대학교 구로병원 교수·박소라 인하대학교 의과학대학 교수·이훈상 연세대학교 보건대학원 교수 등 의료계 권위자들과 대학의 신약·의료기기·디지털 헬스 분야 전문가들의 의견도 폭넓게 담아냈다.
뿐만 아니라, 코로나19의 전 세계적 유행에 따른 이슈들을 진단하기 위해 포스트 코로나 시대의 바이오헬스 산업과 보건의료체계의 발전 방향을 논의한 특별 간담회 내용도 함께 수록했다.
특별 간담회에는 채수찬 CHIP 센터장이 좌장을 맡고 박한오 바이오니아 대표·홍윤철 서울대학교 의과대학 교수 등 6인의 전문가가 참여했다.
분자 진단키트를 빠르게 공급할 수 있는 능력을 증명한 우리나라는 진단을 넘어 치료제와 백신 개발에도 글로벌 수준에서 대응할 수 있는 역량을 갖추는 것이 다음 과제라고 참석자들은 말했다.
이들 전문가들은 백신 개발 분야는 미국과 유럽이 기술은 물론 투자 여력 또한 우리와 비교할 수 없을 정도로 큰 차이를 보이기 때문에 기술 선진국과의 연구개발 협력을 보다 적극적으로 추진해야 하는 것이 코로나19를 통해 얻어야 하는 교훈이라는 점도 강조했다.
채수찬 KAIST 바이오헬스케어 혁신·정책 센터장은 "일반인이 바이오헬스 산업을 쉽게 이해할 수 있도록 돕기 위해 이 책을 구상했다ˮ면서 "우리 삶의 중요한 부분인 보건의료체계에 대해서도 같이 고민해보는 계기가 마련됐으면 좋겠다.ˮ고 말했다.
한편, 책의 엮은이인 채수찬 센터장은 KAIST 대외부총장이다. 1985년 미국 펜실베이니아대학교에서 박사 학위를 취득한 후 미국 라이스대학교에서 20년간 교수로 재직했다. 경제학자로서 다자협상이론 분야에 다수의 논문이 있다. 2004년 제17대 국회의원에 전국 최다득표로 당선돼 정무위원과 재경위원으로 활동했으며 2008년부터 KAIST 교수로 재직 중이다.
2020.05.26 조회수 16150 -
광 투과 방식의 웨어러블 유연 인장 센서 개발
기계공학과 박인규 교수 연구팀이 신체 동작 및 자세 모니터링에 활용이 가능한 탄소 나노튜브–탄성 중합체 복합소재 광 투과 방식의 웨어러블 유연 인장 센서를 개발했다.
이번 기술을 통해 인체의 다양한 관절 굽힘 동작, 자세, 맥박 및 표정 등 다양한 생체 동작을 연속적으로 측정해, 운동 시 관절부 움직임 자세 교정 및 맥박 측정을 통한 헬스케어 모니터링 시스템 등에 활용할 수 있을 것으로 기대된다.
구지민 박사과정이 1 저자로 참여한 이번 연구는 나노기술 분야 국제 학술지 ‘ACS Applied Materials & Interfaces’ 3월 4일 자 표지 논문에 게재됐다. (논문명: Wearable Strain Sensor Using Light Transmittance Change of Carbon Nanotube Embedded Elastomer with Microcrack)
최근 헬스케어에 대한 관심이 커짐에 따라 웨어러블 유연 센서 개발이 활발히 진행되면서 인체에 적용하는 센서로서의 유연 소재를 기반으로 다양한 전기저항식, 정전용량 방식의 플랫폼을 이용한 인장 센서가 많이 개발되고 있다.
그러나 기존의 전기저항식 센서는 장시간 반복 신호 안정성, 선형성에 한계를 보이며, 정전용량식 센서의 경우 외부 전기장의 영향에 취약하고 센서 민감도가 낮다. 이러한 점을 보완하기 위해 광학 방식의 유연 인장 센서가 개발됐으나 여전히 민감도가 낮다는 한계점이 있다.
문제 해결을 위해 연구팀은 탄소 나노튜브가 함침된 탄성중합체의 인장에 따른 광 투과도 변화 현상을 활용해 수 퍼센트에서 400%에 달하는 넓은 범위의 인장률을 안정적으로 측정할 수 있는 유연 인장 센서를 개발했다.
연구팀이 개발한 센서는 외부 인장에 따라 탄성중합체에 함침된 탄소 나노튜브 필름에 틈이 형성돼 광 투과도를 크게 변화시켜 기존의 광학 방식 인장 센서에 비해 10배 이상의 높은 감도를 가진다. 또한, 1만 3천 회 이상의 인장 변형에도 안정적인 신호 회복을 보이고, 다양한 환경 요인(온도, 습도)에도 안정적인 감지 성능을 보여 웨어러블 기기로 활용할 수 있는 큰 가능성을 보였다.
연구팀은 이러한 성능을 바탕으로 손가락 굽힘 동작을 측정해 이를 로봇 조종에 활용했으며, 3축 센서로 패키징 해 인체 자세 모니터링에 활용했다. 또한, 경동맥 근처의 맥박 모니터링과 발음할 때의 입 주변 근육 움직임 등 미세한 동작도 관찰하는 데 성공했다.
박인규 교수는 “이번 연구에서는 기존의 전기저항식, 정전용량식 및 광학 방식의 유연 인장률 센서가 갖는 한계점을 극복할 수 있는 새로운 플랫폼을 개발했다”라며 “헬스케어, 엔터테인먼트, 로보틱스 등 다양한 분야에 널리 활용할 수 있는 우수한 성능의 웨어러블 센서를 실현했다”라고 말했다.
이번 연구는 한국연구재단의 중견 연구 과제(올인원 스마트 스킨을 위한 웨어러블 멀티센서 시스템 핵심기술 연구)와 선도연구센터지원 사업(초정밀 광 기계기술 연구센터)의 지원을 통해 수행됐다.
2020.04.02 조회수 14102 -
박인규 교수, 헬스 모니터링용 고감도 유연 압력센서 개발
우리 대학 기계공학과 박인규 교수 연구팀에서 생체 신호 및 신체 압력 모니터링에 활용이 가능한 액체 금속 기반 웨어러블 유연 압력 센서를 개발했다.
이 기술을 통해 맥박, 혈압 등 다양한 중요 생체 신호를 연속적으로 모니터링하고 욕창과 같은 압력으로 인해 비롯한 여러 질병을 예방할 수 있는 시스템으로 활용할 수 있을 것으로 기대된다.
김규영 박사과정이 1저자, 오용석 연구교수가 공동 교신저자로 참여한 이번 연구는 국제 학술지 ‘어드밴스트 헬스케어 머터리얼스(Advanced Healthcare Materials)’11월 21일자 표지논문에 게재됐다. (논문명: Highly Sensitive and Wearable Liquid Metal‐Based Pressure Sensor for Health Monitoring Applications: Integration of a 3D‐Printed Microbump Array with the Microchannel)
최근 헬스케어에 대한 관심이 커짐에 따라 웨어러블 유연 센서 개발이 활발히 진행되고 있다. 기능성 소재를 기반으로 다양한 고감도의 유연 센서가 많이 개발되고 있지만, 기존 고체 소재 기반 센서는 웨어러블 디바이스로 활용되기에 신축성, 신호 반복성 및 안정성 측면에서 한계를 보인다.
이러한 점을 보완하기 위해 현재 액체 소재 기반 유연 센서가 다양하게 개발되고 있다. 액체 전극 중에서도 특히 갈린스탄(Galinstan)과 같은 액체 금속은 신축성에 제한이 없으며, 무독성, 높은 전기 전도도, 전기/기계적 안정성 등의 특징으로 신축성 소자 및 웨어러블 디바이스 요소로써 활용도가 매우 높다.
하지만 기존의 액체 금속 기반 유연 압력 센서는 안정적이지만 매우 감도가 낮아 맥박이나 신체 압력 모니터링과 같은 수 kPa 수준의 작은 범위의 압력 측정에 활용하기 어려웠다.
이번 연구에서는 다중물질 3D 프린팅 기술을 활용해 단단한 마이크로 범프 구조물을 액체 금속 채널에 배치하여 작은 압력에도 신호 변화가 크게 나타날 수 있는 구조를 개발했다. 이러한 구조를 통해 마이크로 범프가 없는 일반 액체 금속기반 압력 센서보다 6배 이상의 높은 감도를 얻고 고체 기반 유연 압력 센서 수준의 감도를 얻을 수 있었다.
또한, 개발된 유연 압력 센서는 1만 회 이상의 인장, 굽힘 등 다양한 물리 변형에도 안정적인 신호 회복을 보이고, 다양한 환경 요인(온도, 습도)에도 안정적인 감지 성능을 보여 웨어러블 디바이스로써 활용될 수 있는 큰 가능성을 보였다.
연구팀은 이러한 성능을 바탕으로 평상시와 운동 시의 맥박, 혈압을 측정하여 그 변화를 연속적으로 감지해 건강 상태를 모니터링할 수 있음을 확인했다.
센서가 부착된 양말과 무선 통신 시스템을 구축하여 누워있는 사람의 다양한 자세 변화 도중 나타나는 신체 압력 및 그 변화를 원격으로 모니터링할 수 있었다.
박인규 교수는 “개발한 고감도 및 고신뢰성 액체 금속기반 유연 압력 센서를 통해 다양한 생체 건강 정보를 연속적으로 수집할 수 있었다. 이를 이용하여 다양한 헬스 케어/헬스 모니터링 어플리케이션, 특히 욕창과 같이 압력으로 인해 나타나는 다양한 질병 관리 및 예방 분야에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.”라고 말했다.
이번 연구는 한국연구재단의 중견 연구 과제(올인원 스마트 스킨을 위한 웨어러블 멀티센서 시스템 핵심기술 연구)와 선도연구센터지원 사업 (초정밀 광 기계기술 연구센터)의 지원을 통해 수행됐다.
□ 그림 설명
그림1. Advanced Healthcare Materials 표지
그림2. 마이크로 범프가 집적된 액체 금속 기반 유연 압력 센서
그림3. 높은 감도와 안정적 성능의 유연 센서 및 신체 압력 측정 어플리케이션
2019.12.11 조회수 10693 -
2019 CHIP 해외 자문단 초청 워크숍 개최
〈 (왼쪽부터)데이빗 슈베르트(David Schubert) 라이프 사이언스 파트너스 최고운영책임자,
다니엘 김(Daniel Kim) 텍사스 대학 신경외과 전문의, 베른트 스토바쪄(Bernd Stowasser) 사노피 유럽 민관협력 담당 임원, 조지 맥랜든(George Mclendon) 엠엘바이오 이사 〉
우리 대학 바이오헬스케어 혁신정책센터(Center for Bio-Healthcare Innovation & Policy, 이하 CHIP)가 오는 7월 1일부터 이틀간 서울 강남쉐라톤팰리스 호텔에서 ‘2019 CHIP 해외 자문단 초청 워크숍’ 개최한다.
올해로 5회째를 맞는 이번 국제 워크숍은 ‘글로벌 오픈이노베이션 플랫폼 구축과 지속가능한 바이오투자 생태계 조성’을 주제로 열린다. 국내 제약사·벤처·벤처캐피털·의료기관·정부기관 전문가들이 모여 바이오헬스 산업 육성을 위한 미래전략을 도출하는 자리다.
글로벌 제약사 사노피의 유럽 민관협력 담당 임원인 베른트 스토바쪄(Bernd Stowasser) 박사, 미국의 혁신신약 전문 액셀러레이터 라이프 사이언스 파트너스(Life Science Partners)의 데이빗 슈베르트(David Schubert) 최고운영책임자, 전 캐롤라이나 헬스케어 시스템의 부회장이자 현재 신약개발 벤처 엠엘바이오(MLBio)의 이사인 조지 맥랜든(George Mclendon) 박사, 텍사스 대학 신경외과 전문의이자 의료로봇 전문가인 다니엘 김(Daniel Kim) 등이 자문단으로 참여한다.
7월 1일 오후 2시부터 진행되는 첫날 워크숍은 정호철 이화여대 약대 특임교수와 김태억 범부처신약사업단 사업개발본부장이 좌장을 맡는다. 총 2개의 세션에서 ▲글로벌 신약개발의 동향 및 미래 방향 ▲바이오헬스 산업에서 글로벌 연구개발 협력의 필요성과 글로벌 동향 ▲IMI(Innovative Medicines Initiative(혁신신약이니셔티브),이하 IMI) 3의 거버넌스 및 한국-EU 공동 R&D의 시너지 ▲IMI와 연구개발 협력이 필요한 분야 및 협력방향 등을 세부과제로 다뤄 신약 개발 분야에서의 국제 연구개발 협력을 통한 글로벌 오픈이노베이션 플랫폼 구축을 논의한다.
특히, 국내 신약개발 생태계의 고질적 약점으로 지적되는 중개연구역량·글로벌 수준의 신약개발 연구인력 부족·글로벌 제약기업 및 선진국 인허가 기관과 네트워크 부재에 관한 해법 모색에 나선다.
그동안 국내 신약개발 지원기관 및 관련 기업들이 세계 최대 민관협력 신약개발 네트워크인 EU-IMI에 참여하고 싶다는 의사를 개별적으로 전달했으나 한국이 비 EU국가라는 이유로 성사되지 못했다.
KAIST 바이오헬스케어 혁신정책센터는 국내·외 자문위원들과 함께 IMI 및 유럽제약협회(EFPIA)와 지난 3년간의 논의해왔으며, 연구개발 비용의 자체 부담을 조건으로 한국의 IMI 참여 지지를 확보했다. 또한, 정부관계자와 함께 한국이 IMI에 참여해야 하는 필요성에 대해 논의하는 중이다.
이번 워크숍을 통해 한국-EU IMI 공동 신약연구 프로그램을 구축할 임시추진위원회를 구성하고 오송·대구 첨단의료복합단지를 글로벌 진출의 허브로 육성해 한국이 EU-IMI의 일원으로 활동하는 방안에 대해 본격적으로 논의할 예정이다.
세포·유전자 치료제 등 미래 정밀의료 의약품 개발과 민간 기업이 개발을 회피하거나 실패 위험이 높은 수퍼박테리아 항생제, 치매를 포함한 뇌질환 치료제 등의 국내 개발을 가속하기 위해서다.
7월 2일은 지속가능한 바이오투자 생태계 조성과 국내 신약·의료기기 스타트업의 글로벌 사업화 가능성을 전망해보는 자리로 마련된다.
조영국 글로벌밸류네트웍스 대표, 김종백 법무법인 지안 변호사, 이남구 워터스 코리아 대표가 좌장을 맡아 ▲바이오기업 가치 평가와 기업공개 ▲바이오텍 초기 투자의 다원화 ▲의료기기 혁신을 위한 투자 등의 세부 과제를 다룰 예정이다.
특히, 바이오 분야 창업부터 코스닥 상장까지 경험을 공유하기 위해 유진산 파맵신 대표와 윤원수 티앤알바이오팹 대표도 기업 사례 발표자로 나선다.
둘째 날 오후 행사에서는 신약개발 스타트업과 의료기기 스타트업의 글로벌 사업화 가능성을 탐색하는 기업 소개와 리뷰(Pre-IR) 시간이 마련된다. 작년에 이 세션에서 소개된 5개의 스타트업 중 2곳이 6개월 이내에 시리즈 A 투자 유치에 성공한 바 있다.
이번 행사는 KAIST 바이오헬스케어 혁신정책센터가 주최·주관하고 보건복지부와 보건산업진흥원, 한강서사이어티가 후원한다.
채수찬 KAIST 바이오헬스케어 혁신정책센터장은 “이번 워크숍을 통해 IMI와 같은 민관협력체 활용과 우리나라 바이오헬스 산업의 글로벌 진출 가속과 지속가능한 발전 방안이 마련되기를 기대한다”고 밝혔다.
KAIST 2019 CHIP 해외 자문단 초청 워크숍은 홈페이지( http://chip.kaist.ac.kr )를 통해 참석 신청이 가능하다.(문의:02-3498-7558)
2019.06.27 조회수 9683