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학문의 대를 잇는 초세대 협업연구실 추가 개소
우리 대학이 '초세대 협업연구실'을 추가 개소하고 11일 오전 현판식을 개최했다. '초세대 협업연구실'은 은퇴를 앞둔 교수가 오랜 시간 축적해온 학문의 성과와 노하우를 이어가기 위해 후배 교수와 협업하는 KAIST의 독자적인 연구제도다.
2018년 초세대 협업연구실 제도를 처음 도입한 이후 7개의 연구실을 선정했으며, 작년 말 전기및전자공학부 김정호 교수의 'KAIST 시스템반도체 패키징 연구실'과 화학과 장석복 교수의 '유기반응 및 합성연구실'을 추가로 선정했다.김정호 교수가 책임교수를 맡은 'KAIST 시스템반도체 패키징 연구실'에는 조천식모빌리티대학원 안승영 교수와 신소재공학과 김경민 교수가 참여교수로 협업한다. 김정호 책임교수는 고성능 반도체 설계 및 인공지능 공학 설계(AI-X) 분야의 대표적인 석학으로 전 세계적으로 독창성을 인정받는 5I* 융합설계 원천기술을 유일하게 보유하고 있다. ☞ 5I 기술: 신호선 설계(SI, Signal Integrity), 전력선 설계(PI, Power Integrity), 기계 및 열 설계(TI, Thermal Integrity), 전자파 설계(EMI, Electromagnetic Interference Integrity), 구조 설계(AI, Architect Integrity) 등 시스템반도체 패키징 분야의 융합 설계기술
안승영 참여교수는 자율주행 자동차, 드론, 위성, 국방, 초소형 의료기기 등 다양한 시스템에 적용되는 초고속 반도체 집적회로 패키징과 시스템의 전자파 간섭 및 전자파 적합성에 관한 연구를 수행해왔다. 김경민 참여교수는 자연과학, 재료공학, 전자공학을 기반으로 인간의 신체를 모방한 시스템반도체용 저항성 메모리(Memristor) 연구 분야에서 경력을 쌓았으며, 최근에는 인공지능 반도체 소자 패키지 분야를 중점적으로 연구하고 있다. 이들은 세대 간의 연구 협력을 통해 '시스템반도체 패키징' 기술을 심화·발전시켜 나갈 예정이다. 이를 기초로 국내 시스템반도체 산업 경쟁력을 한 단계 높이는 것이 목표다. '시스템반도체 패키징'은 그동안 분리해 사용돼 온 프로세서와 메모리를 하나의 반도체 안에 3차원적으로 집적하는 기술이다. 인공지능의 학습 계산 능력을 현저하게 높이고 동시에 전력 소모는 줄이는 첨단 기술이다. 기존 '반도체 무어의 법칙'을 이어가는 초격차 기술이자 미래 인공지능 시대를 가능케 하는 기술이다. 특히, 김정호 교수가 주도하는 초세대 협업연구실은 이 분야 세계 최고의 연구실로 꼽히고 있다.3차원 집적 패키징 기술은 슈퍼컴퓨터와 초대형 데이터 센터의 고성능 서버, 자율주행 자동차 등에 사용되는 차세대 인공지능 반도체의 핵심 기술로 각종 인공지능 서비스와 메타버스와 같은 고부가가치 플랫폼을 구현하기 위해서는 반드시 확보해야 하는 경쟁력 중 하나다. 3차원 고성능 이종집적 패키징(3D High Performance Heterogeneous Computing Packaging) 원천기술을 바탕으로 고성능·저전력·다기능 시스템을 구현하고, 특히 이 전체 설계 과정을 인공지능 기계학습 방법으로 자동화할 계획이다. 미국 전자공학회 석학회원(IEEE 펠로우)인 김정호 교수는 KAIST 전기및전자공학부 교수 중에는 최초로 초세대 협업연구실을 개소하는 영예를 얻게 됐다. 또 다른 초세대 협업연구실로 선정된 '유기반응 및 합성연구실'은 장석복 화학과 교수가 책임교수를 맡고 같은 학과의 한순규, 박윤수 교수가 참여한다. 전이금속 촉매를 이용한 합성 방법 개발 분야의 세계적 권위자인 장석복 교수는 2015년부터 8년 연속으로 세계에서 가장 영향력 있는 연구자(Highly Cited Researcher)에 선정됐으며, 2012년부터 기초과학연구원 (IBS) '분자활성 촉매반응 연구단'을 이끌며 리더십을 발휘하고 있다.한순규 참여교수는 복잡한 구조와 다양한 생리활성을 가지는 천연물 화학합성 분야의 전문가다. 특히, 한 교수 연구실은 세큐리네가 알칼로이드* 합성 분야에서 세계 학계를 이끌어가는 선두그룹으로 평가받고 있다.☞ 세큐리네가 알칼로이드: 한국에서도 자생하는 식물인 '광대싸리' 내에서 생합성되는 질소 함유 알칼리성 유기물질 박윤수 참여교수는 유기화학과 무기화학 두 분야를 모두 전공했으며, 물리유기 및 금속화학 분야의 촉망받는 신진 연구자다.이들은 초세대 협업연구실을 통해 유기 반응 및 합성 연구 분야에서 세 가지 중심 주제 꼽히는 ▴합성 방법론 개발 ▴반응 메커니즘의 분석 및 이해 ▴천연물 전합성에의 응용에 관한 연구를 수행한다. 새로운 화학반응 및 촉매개발이라는 비전 아래 속도가 빠르고 선택적이면서도 화학 폐기물의 발생을 최소화하는 지속가능한 합성법을 개발하고 이를 신약 개발을 위한 천연물 합성 및 기능성 유기분자의 생산 공정에 적용하는 것이 연구 방향이다.
유기화학 전반에 대한 장석복 교수의 높은 통찰과 오랜 시간 구축해온 중요 실험 장비를 적극적으로 활용하면서 박윤수 교수가 보유한 물리유기화학적 실험 기법들을 적용해 새로운 화학 반응을 개발한 뒤, 이를 한순규 교수가 실제 천연물 합성 조건에 적용해 증명하는 방식으로 협업을 진행할 예정이다.
장 교수 연구팀의 초세대 협업연구실은 무작위 스크리닝과 시행착오를 통한 인력투입형 유기화학반응 개발의 기존 패러다임에서 벗어나, 심화된 메커니즘을 연구해 반응성에 대한 깊은 이해를 바탕으로 촉매시스템을 설계하는 접근법을 계획하고 있다. 이를 통해, 궁극적으로 의약·재료·화학·바이오 산업 전반에 파급력 있는 반응방법 및 혁신적인 전합성을 개척하는 것이 목표다. 우리 대학은 세대를 이어 지속가능한 연구혁신을 추구할 연구실을 발굴하기 위해 2022년 9월부터 BFO추천위원회(The Best, the First, the Only)의 추천과 공개 공모 절차를 거쳐 초세대 협업연구실을 선발해왔다. ▴연구의 독창성·차별성·탁월성 ▴학술·사회·경제적 효과 ▴초세대 연구의 필요성 ▴책임교수의 학문적 우수성 및 국제적 인지도 ▴참여교수의 비전 및 연구계획 등의 기준을 바탕으로 새롭게 선정된 두 연구실에는 향후 5년간 총 5억 원의 운영비가 지원된다.
2018년 첫 초세대 협업연구실로 선정된 이상엽 교수 연구팀의 '시스템 대사공학 및 시스템 헬스케어 연구실'에서는 딸기우유 같은 식품이나 화장품 등에 활용되는 붉은색 천연색소인 카르민산을 미생물을 이용해 생산하는 기술을 2021년 개발했다. 한정된 지역에서만 서식하는 ‘연지벌레’에서 복잡하고 비효율적인 단계를 거쳐 추출해야 하는 기존의 방법에 대해 혁신적이고 효과적인 해결책을 제시한 성과다.
또한, 2019년 선정된 이용희 물리학과 교수 연구팀의 '나노포토닉스 연구실'은 서민교 참여교수의 주도로 자기장에 의해 자발적으로 생성되고 동역학적 움직임을 보이는 빛 소용돌이(optical vortex)를 구현하는 연구를 최초로 시도해 성공했다. 그 과학적 가치를 인정받아 지난해 10월 국제 학술지 '네이처(Nature)' 온라인 판본으로 출판하는 등 기존에 선정된 초세대 협업 연구실에서는 세대를 잇는 협업의 성과를 꾸준하게 배출하고 있다.
신규 선정된 '유기반응 및 합성연구실' 책임을 맡은 장석복 교수는 "다양한 시행착오를 거치며 일군 연구실 시스템을 후속 세대가 디딤돌로 삼을 수 있으면 좋겠다는 생각이 있었는데, 이번에 설립되는 초세대 협업연구실을 통해 유기합성 분야의 중요하고 파급력 있는 문제를 창의적으로 풀어나가기를 희망한다"라고 소감을 전했다.
'KAIST 시스템반도체 패키징 연구실'의 김정호 책임교수는 "우리나라가 진정한 반도체 강국으로 자리 잡기 위해 꼭 필요한 시스템반도체 패키징 분야에 특화된 연구를 실현해 국내 반도체 산업의 초격차 경쟁력 제고에도 힘을 보탤 것"이라고 말했다. 한편, 11일 오전에 열린 초세대 협업연구실 현판식에는 이상엽 연구부총장, 김경수 기획처장, 조광현 연구처장, 이동만 공과대학장 등 주요 보직자들과 새롭게 선정된 연구실 관계자들이 참석했다.
2023.01.11 조회수 4282 -
초세대 협업연구실 추가 개소
우리 대학이 24일 ‘초세대 협업연구실’을 추가 개소하고 현판식을 진행했다.
'초세대 협업연구실'은 2018년 운영을 시작한 KAIST의 독자적인 연구제도로 은퇴를 앞둔 교수가 오랜 시간 축적해온 학문의 성과와 노하우를 이어가기 위해 후배 교수와 협업하는 연구실이다. 24일 일곱 번째로 문을 여는 '차세대 초열전도체 연구실'은 전자장치 냉각 분야의 권위자인 김성진 기계공학과 교수가 책임교수를 맡아 상변화* 분야의 전문가인 남영석 교수와 협업한다.
☞상변화*: 물질의 상태가 온도·압력 등의 외부 조건에 따라 한 상에서 다른 상으로 변하는 현상
두 교수는 상변화 제어 기술과 금속 박막 패키징 기술로 협업해 머리카락 두께만큼 얇으면서 다이아몬드보다 높은 열전도율을 가지는 ‘차세대 초열전도체’를 개발하는 연구를 수행한다.
'차세대 초열전도체’는 자유롭게 휠 수 있는 박막형 구조로 제작되어 다양한 형태의 고발열 유연 전자기기의 열관리에 적용될 수 있다. 또한 반도체 소자 패키지 내부에 탑재할 수 있는 초박형 구조로 반도체 기반 기술 플랫폼의 저전력·고성능 열관리에 활용할 수 있는 기술이다. 남영석 교수는 “초세대 협업연구실에서 연구하는 초열전도체는 반도체 및 전자기기 열관리 분야의 핵심원천기술”이라고 중요성을 강조했다. KAIST는 '초세대 협업연구실’을 안정적인 정착과 연구의 활성화를 도모하기 위해 지난해부터 BFO(The Best, the First, the Only) 추천위원회를 설치해 세대를 이어 지속가능한 연구혁신을 추구할 연구실 발굴과 공모를 진행했다. ▴연구의 독창성·차별성·탁월성 ▴학술·사회·경제적 효과 ▴초세대 연구의 필요성 ▴책임교수의 학문적 우수성 및 국제적 인지도 ▴참여교수의 비전 및 연구계획 등을 중점적으로 평가해 지난해 11월 `차세대 초열전도체 연구실‘을 선정 대상으로 확정했으며, 향후 5년간 총 5억 원의 운영비를 지원한다. 연구실 책임을 맡은 김성진 교수는 “30여 년간 쌓아온 지식과 노하우를 초세대 협업연구실을 통해 계속 이어갈 수 있게 되어 대단히 기쁘다”라고 소감을 전했다. 이어, 김 교수는 “남 교수와 함께 연구하는 초열전도체 기술을 계속 발전시켜 KAIST가 글로벌 기술 리더십을 발휘할 수 있도록 최선을 다하겠다"라고 덧붙였다. 한편, 24일 3시에 열린 `차세대 초열전도체 연구실' 현판식에는 이광형 총장, 이상엽 연구부총장, 김보원 대외부총장, 조광현 연구처장, 이균민 생명과학기술대학장, 김정 기계공학과 학과장, 김성진 책임교수, 남영석 참여교수가 참석했다.
2022.01.24 조회수 4699 -
성형진 교수 연구팀, 랩온어칩(Lab on a Chip)지 표지논문 게재
우리 대학 기계공학과 성형진 교수 연구팀(초세대협업연구실)이 고주파수 표면탄성파 기반 마이크로스케일 음향흐름유동을 이용해 나노리터급 액적 내 화학적 농도 제어 기술을 개발했다.
동전 크기의 초소형 미세유체칩 내에 서로 섞이지 않는 두 유체로 조성된 마이크로스케일 액적을 기반으로 하는 액적 기반 미세유체역학 분야에서 개별 액적 내 화학적 농도를 제어하기 위해 그동안 많은 노력이 기울여져 왔다. 하지만 지금까지 개발된 액적 내 화학적 농도 제어 기술은 복잡한 미세유로 혹은 별도의 외부 구동시스템이 필요하거나, 만들어진 액적의 병합 혹은 희석을 통해 액적 내 화학적 농도를 제어하기 때문에 동적 제어가 불가능하고 액적 간 화학적 농도 구배를 형성하기 어렵다는 한계를 지니고 있었다.
이번 연구에서 성형진 교수 연구팀은 고주파수 표면탄성파를 미세유체칩 내 유동에 집속하여 음향흐름유동을 발생시켜 농도 제어가 필요한 액상 화학 시료와 완충용액을 혼합한 후, 혼합된 액상 시료를 분산상으로 하는 나노리터급 액적을 생성함으로써 액적 내 화학적 농도의 정밀 제어할 수 있음을 보였다. 개발된 기술을 활용하여 미세유체칩 내 고속으로 생성되는 개별 액적의 화학적 농도를 동적으로 제어할 수 있으며, 더 나아가 액적라이브러리 내 액적 간 화학적 농도 구배를 자유롭게 형성할 수 있는 최초의 기술이라는 점에서 기존 기술보다 진일보한 기술이라는 평가를 받았다.
아울러 평면파 각스펙트럼 이론과 등가 구경 이론을 이용해 원형 빗살무늬전극에서 생성되는 집속 표면탄성파의 집속점 위치가 기하학적 중심이 아니라는 점을 밝혔다. 또한 MHz 대역의 초음파 대역의 압전기판 위 표면탄성파 및 유체 내 종파의 감쇄에 의해 생성되는 마이크로스케일 음향흐름유동 및 와류를 전산유체역학적으로 가시화하여 인가되는 표면탄성파의 진폭과 생성되는 음향흐름유동장 사이의 관계를 규명해 효율적인 마이크로스케일 유동 혼합을 위한 조건을 제시했다.
이번 연구는 영국왕립화학회(Royal Society of Chemistry)에서 발간하는 미세유체역학 및 마이크로타스(microTAS) 분야의 세계적 권위 국제학술지인 랩온어칩(Lab on a Chip)지 2020년 21호의 표지논문으로 선정됐다 (논문명: Acoustofluidic generation of droplets with tunable chemical concentrations). 이는 성형진 교수의 Lab on a Chip 학술지 2016년 4호, 17호, 2017년 6호, 2018년 3호, 19호에 이은 여섯 번째 표지논문으로 미세유체역학 분야의 선도적 연구 성과다.
성형진 교수 연구팀은 그동안 미세유체역학, 난류, 고체-유체 상호작용 연구 분야에서 탁월한 연구 성과를 내 SCI급 국제학술지에 380여편의 논문을 게재했으며, 이번 연구는 과학기술정보통신부의 재원으로 한국연구재단의 중견연구와 초세대협업연구실의 지원으로 수행됐다.
박진수 박사 (현 전남대 교수)와 성형진 교수는 “이번 연구에서 개발된 음향미세유체역학 기술을 통해 마이크로스케일 액적 내 화학적 농도를 칩 내에서 정밀·동적 제어하고 액적 간 농도 구배를 형성할 수 있는 최초의 기술로서, 개발된 기술이 약물스크리닝, 단일 세포 및 입자 기반 분석, 기능성 마이크로캡슐 합성 등 액적 기반 미세유체역학 시스템이 사용되는 다양한 분야에서 핵심 원천기술로 널리 활용될 수 있을 것으로 기대된다”라며 연구 의의를 밝혔다.
2020.11.10 조회수 28156 -
KAIST 초세대 협업 연구실 추가 개소
우리 대학이 지난 8월 `KAIST 초세대 협업 연구실'을 추가로 개소했다.
생명과학과 김선창 교수의 `바이오디자인공학 연구실'과 물리학과 이용희 교수의 `나노포토닉스 연구실'이 새로운 지원 대상으로 선정된 `초세대 협업 연구실'은 지속가능한 연구혁신을 위해 우리 대학이 지난 2018년 3월부터 시행 중인 독창적인 연구 제도다.
지난해 3월 선정한 `시스템 대사공학 및 시스템 헬스케어 연구실(이상엽 교수/생명화학공학과)', `헬스케어 음향미세유체 연구실(성형진 교수/기계공학과)' 및 지난해 7월 선정한 `응집물질계산물리 연구실(장기주 교수/물리학과)', `촉매설계 및 화학반응 연구실(유룡 교수/화학과)'과 함께 총 6개의 `초세대 협업 연구실'을 운영하게 됐다.
8월 26일 현판식을 가진 `바이오디자인공학 연구실'은 합성생물학 및 유전체공학 분야의 세계적인 권위자인 생명과학과 김선창 교수가 책임교수를 맡고 같은 학과의 조병관 교수와 최정균 바이오및뇌공학과 교수가 참여한다.
이들은 협업 연구를 통해 합성생물학 및 시스템생물학을 기반으로 단백질 의약품 및 바이오메디칼 활성소재를 효율적으로 생산하는 최적의 유전체를 디자인하고 합성해 `지능형 산업용 세포공장'을 구축하는 연구를 수행할 계획이다.
또한, 혁신적 바이오융합기술 개발을 바탕으로 고기능성 천연활성물질·신규 접착항균펩타이드·친환경 환경복원소재 등을 대량 확보해 세계 바이오 시장에 진출하는 것이 장기적 목표다.
한편, 광 결정 레이저 분야의 세계적인 권위자인 물리학과 이용희 교수가 책임 교수를 맡은 `나노포토닉스 연구실'은 나노과학기술대학원 이한석 교수와 물리학과 서민교 교수가 참여한다.
이 연구실에서는 미래 비선형 광전자 소자 및 양자광학 소자를 개발하는 것을 목표로 광학 마이크로/나노 공진기를 기반으로 빛-물질 상호작용의 극한을 탐구하는 연구를 수행할 계획이다. 해당 연구를 통해 새롭게 얻은 지식과 기술은 양자통신에서 생물물리까지 다양한 분야의 중요한 플랫폼을 제공할 것으로 기대되고 있다.
KAIST는 이번 초세대 협업 연구실 추가 선정을 위해 지난 2월부터 약 3개월에 걸친 심사 평가를 진행했다. 스위스 취리히 연방 공대 랄프 아이흘러(Ralph Eichler) 명예교수와 하버드 의대 김광수 교수 등 국내·외 전문가 총 4인으로 구성된 평가단을 꾸렸으며 5월 31일 진행된 발표 평가를 통해 선정 대상을 최종 확정했다.
새롭게 선정된 두 연구실은 향후 5년간 총 5억 원의 운영비를 지원받게 된다.
교수가 은퇴하게 되면 수십 년간 축적해온 연구 업적과 노하우 등의 학문적 유산이 단절되는 것이 국내의 보편적인 연구문화였다. KAIST는 후배 교수가 선배 교수의 학문적 성과를 계승하고 세대를 뛰어넘은 상호 보완적·연속적 협력을 통해 발전해나가는 연구 문화를 독려하기 위해 `초세대 협업 연구실' 제도를 마련해 운영해오고 있다.
한편, 8월 26일 열린 `바이오디자인공학 연구실' 현판식에는 신성철 총장 및 10여 명의 학교 주요 관계자가 참석했다.
김선창 교수와 함께 초세대 협업 연구실에 선정된 이용희 교수의 `나노포토닉스 연구실'은 오는 11월 현판식을 가질 예정이다.
2019.09.03 조회수 8122 -
이상엽 특훈교수, 김현욱 교수, 인공지능 이용한 효소기능 예측 기술 개발
우리 대학 생명화학공학과 이상엽 특훈교수와 김현욱 교수의 초세대 협업연구실 공동연구팀이 딥러닝(deep learning) 기술을 이용해 효소의 기능을 신속하고 정확하게 예측할 수 있는 컴퓨터 방법론 DeepEC를 개발했다.
공동연구팀의 류재용 박사가 1 저자로 참여한 이번 연구결과는 국제학술지 ‘미국 국립과학원 회보(PNAS)’ 6월 20일 자 온라인판에 게재됐다. (논문명 : Deep learning enables high-quality and high-throughput prediction of enzyme commission numbers)
효소는 세포 내의 생화학반응들을 촉진하는 단백질 촉매로 이들의 기능을 정확히 이해하는 것은 세포의 대사(metabolism) 과정을 이해하는 데에 매우 중요하다.
특히 효소들은 다양한 질병 발생 원리 및 산업 생명공학과 밀접한 연관이 있어 방대한 게놈 정보에서 효소들의 기능을 빠르고 정확하게 예측하는 기술은 응용기술 측면에서도 중요하다.
효소의 기능을 표기하는 시스템 중 대표적인 것이 EC 번호(enzyme commission number)이다. EC 번호는 ‘EC 3.4.11.4’처럼 효소가 매개하는 생화학반응들의 종류에 따라 총 4개의 숫자로 구성돼 있다.
중요한 것은 특정 효소에 주어진 EC 번호를 통해서 해당 효소가 어떠한 종류의 생화학반응을 매개하는지 알 수 있다는 것이다. 따라서 게놈으로부터 얻을 수 있는 효소 단백질 서열의 EC 번호를 빠르고 정확하게 예측할 수 있는 기술은 효소 및 대사 관련 문제를 해결하는 데 중요한 역할을 한다.
작년까지 여러 해에 걸쳐 EC 번호를 예측해주는 컴퓨터 방법론들이 최소 10개 이상 개발됐다. 그러나 이들 모두 예측 속도, 예측 정확성 및 예측 가능 범위 측면에서 발전 필요성이 있었다. 특히 현대 생명과학 및 생명공학에서 이뤄지는 연구의 속도와 규모를 고려했을 때 이러한 방법론의 성능은 충분하지 않았다.
공동연구팀은 1,388,606개의 단백질 서열과 이들에게 신뢰성 있게 부여된 EC 번호를 담고 있는 바이오 빅데이터에 딥러닝 기술을 적용해 EC 번호를 빠르고 정확하게 예측할 수 있는 DeepEC를 개발했다.
DeepEC는 주어진 단백질 서열의 EC 번호를 예측하기 위해서 3개의 합성곱 신경망(Convolutional neural network)을 주요 예측기술로 사용하며, 합성곱 신경망으로 EC 번호를 예측하지 못했을 경우 서열정렬(sequence alignment)을 통해서 EC 번호를 예측한다.
연구팀은 더 나아가 단백질 서열의 도메인(domain)과 기질 결합 부위 잔기(binding site residue)에 변이를 인위적으로 주었을 때, DeepEC가 가장 민감하게 해당 변이의 영향을 감지하는 것을 확인했다.
김현욱 교수는 “DeepEC의 성능을 평가하기 위해서 이전에 발표된 5개의 대표적인 EC 번호 예측 방법론과 비교해보니 DeepEC가 가장 빠르고 정확하게 주어진 단백질의 EC 번호를 예측하는 것으로 나타났다”라며 “효소 기능 연구에 크게 이바지할 것으로 기대한다”라고 말했다.
이상엽 특훈교수는 “이번에 개발한 DeepEC를 통해서 지속해서 재생되는 게놈 및 메타 게놈에 존재하는 방대한 효소 단백질 서열의 기능을 보다 효율적이고 정확하게 알아내는 것이 가능해졌다”라고 말했다.
이번 연구는 과학기술정보통신부가 지원하는 기후변화대응기술개발사업의 바이오리파이너리를 위한 시스템대사공학 원천기술개발 과제 및 바이오·의료기술 개발 Korea Bio Grand Challenge 사업의 지원을 받아 수행됐다.
□ 그림 설명
그림1. 인공지능 기반의 DeepEC를 이용한 효소 기능 EC 번호 예측
2019.07.03 조회수 14394 -
성형진 교수, 마이크로스케일 액적 내 입자의 세정 및 집속기술 개발
우리 대학 기계공학과 성형진 석좌교수 연구팀(유동제어연구실)이 고주파수 표면탄성파 기반 음향방사현상을 이용해 마이크로스케일 액적 내 입자의 세정 및 집속 기술을 개발했다.
박진수 박사과정이 제 1저자로 참여한 이번 연구는 영국왕립화학회에서 발간하는 미세유체역학 및 마이크로타스 분야의 국제학술지 랩온어칩(Lab on a Chip)지 2018년 19호의 표지논문으로 선정됐다 (논문명: In-droplet microparticle washing and enrichment using surface acoustic wave-driven acoustic radiation force).
이는 같은 학술지 2016년 4호, 17호, 2017년 6호, 2018년 3호에 이은 다섯 번째 표지논문으로 미세유체역학 분야의 선도적 연구 성과이다.
동전 크기의 초소형 미세유체칩 내에 서로 섞이지 않는 두 유체로 조성된 마이크로스케일 액적을 기반으로 하는 액적 기반 미세유체역학 분야에서 액적 내 입자, 세포, 생체분자 등의 샘플을 제어하기 위해 많은 노력이 기울여져 왔다.
하지만 지금까지 개발된 액적 내 샘플 세정 및 집속 기술은 복잡한 시스템이 요구되고 자성 혹은 극성을 띈 샘플만 제어할 수 있다는 한계를 지니고 있었다.
이번 연구에서 성 석좌교수 연구팀은 고주파수 표면탄성파를 이용해 마이크로스케일 액적과 액적 내 입자에 음향방사력을 인가해 입자의 위치를 음향장 내에 고정시켰다.
그리고 액적을 포획, 분할, 병합, 방출함으로써 액적 내 입자의 매개 용액을 교체하고 더 나아가 입자의 개체수를 원하는 수준까지 농축할 수 있음을 증명했다.
개발된 기술은 액적 내 입자를 비접촉·비표지 방식으로 세정할 수 있으며 액적 내 샘플의 개체수를 증가시킬 수 있는 기술이라는 점에서 기존보다 진일보했다는 평을 받았다.
아울러 음파와 탄성 고체 입자의 상호작용 이론을 바탕으로 표면탄성파의 주파수와 액적 내 입자 크기 사이의 관계를 규명해 효율적인 음향영동 현상 유발을 위한 조건을 제시했다.
박진수 박사과정은 “개발된 음향미세유체역학 기술을 통해 마이크로스케일 액적 내 샘플의 매개용액을 자유롭게 교체할 수 있음은 물론 액적 내 샘플을 원하는 수준으로 농축할 수 있다”고 말했다.
성형진 석좌교수는 “이 기술이 다양한 액적 기반 미세유체역학 시스템에서 액적 내 입자, 세포, 생체분자 등 다양한 샘플의 전처리를 위한 핵심 기술로 널리 활용될 수 있을 것으로 기대된다”고 말했다.
성형진 석좌교수 연구팀은 그동안 광력과 음향력 기반의 미세유체역학, 난류, 고체-유체 상호작용 연구 분야에서 탁월한 연구 성과를 내 SCI급 국제학술지에 320여편의 논문을 게재한 바 있다.
특히 이번 연구는 올해 우리 대학에서 국내 최초로 시행된 초세대 협업연구실(헬스케어 음향미세유체 연구실)의 공동 연구 성과로, 헬스케어 음향미세유체 연구실은 기계공학과 성형진 석좌교수가 책임을 맡고 같은 학과 조연우 교수, 김형수 교수가 참여하고 있다.
이번 연구는 KAIST-KUSTAR, 한국연구재단의 창의연구지원사업과 글로벌박사펠로우십, 극지연구소, KAIST 초세대 협엽연구실(헬스케어 음향미세유체 연구실)의 지원으로 수행됐다.
□ 그림 설명
그림1. 논문 대표 이미지
그림2. 표지논문 이미지
2018.10.05 조회수 10590 -
KAIST 초세대 협업연구실, 총 4개로 늘어
우리 대학이 최근 2개의 ‘초세대 협업연구실’을 추가 선정을 마쳤다. 이로써 올 3월부터 KAIST가 국내 대학 중 사상 처음으로 도입, 운영 중인 ‘초세대 협업연구실’은 모두 4개로 늘어났다.
KAIST는 이번 ‘초세대 협업연구실’ 선정에 1985년 노벨 물리학상을 수상한 클라우스 폰 클리칭 박사(독일 막스 플랑크 고체물리학 연구소)와 2002년 노벨 화학상 수상자인 쿠르트 뷔트리히 박사(스위스 취리히공대 교수) 등 총 6인이 심사위원으로 참여했으며 지난달 19일 장기주 특훈교수(물리학과)와 유룡 특훈교수(화학과)를 제2차 초세대 협업연구실 지원 대상자로 선정했다고 6일 밝혔다.
이번에 2개 연구실이 새로 선정됨에 따라 KAIST가 운영 중인 ‘초세대 협업연구실’은 지난 3월 1차로 선정된 생명화학공학과 이상엽 특훈교 수‘시스템 대사공학 및 시스템 헬스케어’ 연구실과 기계공학과 성형진 교수가 책임을 맡은 ‘헬스케어 음향미세유체’ 연구실 등 모두 4개로 늘게 됐다.
‘초세대 협업연구실’은 학문적 업적이 뛰어난 교수가 퇴직과 동시에 연구실 문을 닫아 그동안 축적한 연구업적과 노하우 등 학문적 유산이 사장(死藏)되는 것을 막고 후배 교수가 선배 교수의 연구를 계승해 발전시키기 위한 제도이다. 특히 이 제도의 특징은 선배 교수가 은퇴 이후에도 연구원 자격으로 후배 교수들과 계속 연구에 참가할 수 있다. 이 제도는 KAIST가 국내 대학 중 최초로 연구혁신의 일환으로 도입, 운영 중인 제도 가운데 하나다.
KAIST는 1차 ‘초세대 협업연구실’을 선정한 이후 추가 선정을 위해 지난 5월부터 △연구의 독창성․혁신성․탁월성을 기반으로 미래의 세계적인 연구를 선도하기 위한 분야 △KAIST가 세계 최초, 세계 유일, 세계 최고 수준의 연구가 가능한 분야 △두 세대 이상의 연속적인 연구가 필요하며, 지속적·장기적 지원이 요구되는 분야의 교내 연구자들을 대상으로 공모를 시행해왔다.
2차 모집에서 ‘초세대 협업연구실’지원 대상자로 선정된 물리학과 장기주 특훈교수는 나노과학기술대학원 김용현 교수, 물리학과 한명준 교수와 함께 ‘응집물질계산물리’연구실을 운영한다. 새로운 양자 현상을 예측 하고 기능성 물질 개발을 목표로 *제1원리 전자구조 계산을 통해 물질의 물리적 특성을 규명하고 신물질을 디자인하는 연구를 수행하게 된다.
* 용어설명
☞ 제1원리 전자구조 계산: 원자의 위치와 종류만을 기초정보로 이용하는 양자역학계산으로 원자, 분자, 고체, 표면, 경계면, 나노 구조 등 여러 가지 응집물질의 특성을 연구하는 분야
이와 함께 화학과 유룡 특훈교수는 생명화학공학과 최민기 교수와 공동으로 ‘분자촉매 디자인 및 반응 공학’ 연구실을 운영할 계획이다. 분자 레벨 및 나노 영역에 첨단 화학기법을 접목해 촉매를 설계하는 연구 분야다. 에너지 및 환경 문제에서 핵심적인 역할을 수행하는 각종 화학반응의 반응 효율을 극대화하는 연구를 수행할 예정이다.
KAIST는 이번에 선정된 연구실에는 향후 5년간 운영비와 협업 연구 공간 등 각종 편의시설을 제공할 계획이다. 연구실 운영 5년 후 평가 결과에 따라 계속 지원이 가능하다.
신성철 총장은 “시니어 교원은 축적된 학문적 유산을 후세대에 기부하고 주니어 교원은 학문적 연속성을 바탕으로 세계적인 성과를 만들어 낼 수 있을 것으로 기대한다”며 “지난 3월 KAIST 비전 2031을 통해 발표한 내용과 같이 오는 2031년까지‘초세대 협업연구실’을 60개 이상 점진적으로 확대할 방침”이라고 강조했다.
2018.08.06 조회수 10373