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난치성 뇌종양 치료의 새로운 가능성 열다
면역항암제는 암세포를 제거하는 T세포의 항암 면역작용을 강화하는 가장 주목받는 항암치료 요법이다. 하지만 난치성 뇌종양인 교모세포종의 경우 면역관문억제제를 활용한 수차례 임상시험에서 그 효과를 확인할 수 없었다. 우리 연구진이 난치성 암종에서 T세포가 만성적 항원에 노출되어 기능이 상실되거나 약화된 원인을 분석하여 T세포 활성 제어 인자를 발굴하고 치료 효능 증진 원리를 규명했다.
우리 대학 생명과학과 이흥규 교수 연구팀이 한국화학연구원(원장 이영국) 감염병예방진단기술연구센터와 협력하여, 교모세포종 실험 쥐 모델에서 억제성 Fc 감마수용체(FcγRIIB)의 결손을 통한 면역관문억제제의 세포독성 T세포 불응성을 회복해, 항암 작용 증대를 유도함으로 생존율 개선 효능을 확인했다고 6일 밝혔다.
연구팀은 최근 세포독성 T세포에서 발견된 억제 수용체(FcγRIIB)가 종양 침윤 세포독성 T세포의 특성과 면역관문억제제(항 PD-1)의 치료 효능에 미치는 영향을 확인했다.
연구 결과, 억제 수용체(FcγRIIB)가 결손되었을때 종양항원 특이적 기억 T세포의 증가를 유도했다. 이 같은 T세포 아형은 탈진화를 억제하고 줄기세포 특성을 강화했고, 이를 통한 항 PD-1 치료의 회복된 T세포 항암 면역반응을 이끌었다. 또한, 연구팀은 항원 특이적 기억 T세포가 FcγRIIB 결손 시 상대적으로 높은 수의 증가와 함께 지속적인 종양 조직 내 T세포 침투를 이끈다는 결과를 확인했다.
해당 연구는 면역관문억제제에 불응성을 보이는 종양에 대한 새로운 치료 타깃을 제시했으며, 특히 교모세포종과 같은 항 PD-1 치료에 반응하지 않는 종양에 FcγRIIB 억제와 항 PD-1 치료를 병행함으로써 시너지 효과를 발휘할 수 있음을 증명했다.
연구팀은 이러한 FcγRIIB 억제를 통한 항암 면역작용 증진 전략이 면역관문억제제의 효능을 높이는 데 중요한 기여를 할 것으로 기대하고 있다.
생명과학과 이흥규 교수는 “면역관문 치료제를 이용한 뇌종양 치료 임상 실패를 극복할 가능성과 다른 난치성 종양으로의 범용적 적용 가능성을 제시한 결과로 추후 세포독성 T 세포의 종양 세포치료 활용과 접근 가능성도 확인한 결과”라고 소개했다.
우리 대학 구근본 박사(現, 한국화학연구원 감염병예방진단기술연구센터 선임연구원)가 제1 저자로 참여한 이번 연구는 암 면역치료 학회(Society for Immunotherapy of Cancer)에서 발간하는 종양면역 및 치료 분야 국제 학술지 `Journal for ImmunoTherapy of Cancer'에 10월 26일 온라인판에 게재됐다. (논문명: Inhibitory Fcγ receptor deletion enhances CD8 T cell stemness increasing anti-PD-1 therapy responsiveness against glioblastoma, http://dx.doi.org/10.1136/jitc-2024-009449)
한편 이번 연구는 한국연구재단 개인기초연구사업, 바이오의료기술개발사업 및 삼성미래육성재단의 지원을 받아 수행됐다.
2024.11.06
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아이시스츠, 분열된 사회 연결 플랫폼 구축 ‘해커페어’ 개최
우리 대학 학생 단체 아이시스츠(ICISTS)가 다음 달 7일부터 5일간 '아이시스츠 해커페어(ICISTS Hackafair) 2024'를 개최한다.
'분열된 사회의 재연결(Reconnect Society)'을 주제로 열리는 이번 해커페어는 세계 각국 대학생 참가자들이 참신한 발상을 겨루는 '아이디어톤(Ideathon)'을 중심으로 진행한다.
아이시스츠가 새롭게 시도하는 '해커페어'는 아이디어를 경쟁적으로 구체화하는 해커톤(Hackathon)에서 한발 더 나아간 형태의 경연이다. 제시된 주제를 해결하기 위한 플랫폼·디바이스·교통수단·건축물·정책 등의 방안을 자유롭게 제안하는 '아이디어톤'을 3일간 진행한 뒤, 완성한 결과물을 박람회(Tech-Fair)에 곧바로 출품해 수익성과 지속 가능성까지 평가받아 승자를 가리는 방식이다.
참가자들은 디자이너·엔지니어·마케터로 역할을 나누고 팀을 구성한 뒤, 국내·외에서 벌어지고 있는 각종 사회적 갈등과 단절 사례를 선정하고 이를 극복하기 위한 해결책을 워크숍 기간 내에 완성해야 한다. 이 과정에서 우리 대학 교수진을 포함한 과학기술 및 사회 전문가들이 멘토로 참여해 조언할 예정이다.
아이디어 톤의 결과물은 행사 마지막 날 열리는 박람회에 출품돼 시연된다. 심사위원단은 ▴해당 아이디어가 해결하는 문제의 중요성 ▴아이디어의 논리적 완결성 및 구현의 완성도 ▴결과물의 수익성 및 지속 가능성 ▴독창성 등을 종합적으로 평가해 수상팀을 가린다.
또한, 행사 첫날에는 김문조 고려대학교 사회학과 명예교수가 분열된 사회의 정의와 사례, 문제 해결의 필요성을 주제로 기조연설하며, 참가자는 물론 우리 대학 재학생과 시민에게도 무료로 공개된다.
행사 셋째 날에는 '사회적 기업의 창업과 지속 가능성'을 주제로 토크 콘서트가 열려 강남우 조천식모빌리티대학원 교수, 청년스타트업인 하이어와 나눔비타민의 정민서·김하연 대표가 연사로 참여한다.
지난 2003년 시작돼 올해로 16회째를 맞은 아이시스츠의 국제 대학생 학술 행사는 그간 20개국, 60여 대학 소속의 3천 4백여 명이 참여해 미래의 리더와 현재의 리더를 잇는 네트워크로 자리 잡았다.
이번 행사를 준비한 김지환 아이시스츠 조직위원장(건설및환경공학과)은 "해커페어 2024는 분열된 사회의 재연결이라는 중요한 사회 문제를 함께 고민하고 해결책을 강구하는 자리이자 코로나19 이후 축소된 대학생 주도의 국제 학술행사를 되살려 전 세계 대학생들의 인적 네트워크를 구축하는 의미 있는 시간이 될 것"이라고 강조했다.
해커페어 2024는 8월 4일까지 참가팀을 모집하며, 자세한 내용 및 참가신청 양식은 아이시스츠 공식 홈페이지(www.icists.org)에서 확인할 수 있다. 한편, 학부생 동아리 아이시스츠(ICISTS, International Challengers for the Integration of Science, Technology, and Society)는 2003년 11월 하버드대학이 주관하는 국제학생회의(H-PAIR)의 파트너 단체로 시작해 2005년 독자적인 단체로 자리매김했다. 그동안 아시아 최대 규모의 대학생 콘퍼런스를 포함해 23회의 주요 행사를 열어 약 3천 4백 여명의 각국 대학생이 참여했다. 과학기술과 사회의 연결고리가 되는 학술행사 개최의 성과를 인정받아 2013년부터 2017년까지 4년 연속으로 유네스코 한국위원회가 선정하는 '지속가능발전교육 공식 프로젝트'에 이름을 올리기도 했다.
2024.07.19
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이나래 교수, 한국인 최초 전략경영학회 우수 연구자로 선정
우리 대학 기술경영학부 이나래 교수(녹색성장지속가능대학원 겸임)가 국제 전략 경영학회(Strategic Management Society)의 우수 전략 경영 연구자(Research in Strategic Management Scholar)로 선정됐다고 23일 밝혔다.
국제 전략 경영학회는 전략 경영 분야 최대 규모의 국제 학회로 80개 이상의 국가에서 활동하는 3,000여 명의 회원으로 구성되어 있다. 해당 상은 본 학회가 전략 연구 재단(Strategy Research Foundation)을 통해 매년 1~2명 내외로 선발해 수여하고 있으며 선발된 연구자의 연구 과제를 미화 25,000불 선에서 지원하고 있다. 한국인 연구자의 수상은 이번이 처음이다.
이나래 교수는 전략 경영 분야 중 비시장 전략 (Non-market strategy) 부문에서 창의적이고 융합적인 연구를 해왔으며 특히 기후 변화로 인한 다각적 위기에 대응하는 기업의 경영 전략 수립 연구의 초점을 맞춰왔다. 이번에 수상한 연구 과제 역시 제도적, 물리적 기후 변화 위기가 기업의 글로벌 자산 매각 결정에 미치는 영향에 관한 것이다.
상을 받은 이나래 교수는 “이번 연구를 통해 전략 분야에서 오랜 전통을 가지고 있는 자산 매각 전략에 관한 연구와 최근 큰 관심을 받고 있는 기후 변화 연구를 융합할 수 있는 기회가 생겨서 매우 기쁘다”며 “앞으로는 KAIST 내의 지적 자산을 활용해 기후 변화 기술에 대한 연구로 폭을 넓히고 싶다”라고 소감을 밝혔다.
한편 이나래 교수는 지난 2022년에 국제 전략 경영학회가 주최하는 연례 학회에서 ‘현실적 시사점이 있는 최우수 논문상(Best Paper with practical implications)’을 수상한 바 있다.
*국제 전략 학회 소개: https://www.strategicmanagement.net/
*전략 연구 재단 소개: https://www.strategicmanagement.net/about-sms/strategy-research-foundation/
*수상자 공지 페이지: https://www.strategicmanagement.net/publications-resources/strategic-management-explorer/2023-srf-grant-recipients/
2024.02.23
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K-약용식물에서 세 단계만에 분자연금술 뚝딱
K-약용식물 추출물에서 단 세 단계 만에 퇴행성 신경질환 등 난치성 신경질환 치료제로 개발가능한 물질인 ‘수프라니딘 B’를 합성하는 ‘분자 연금술’에 성공하여 화제다.
우리 대학 화학과 한순규 교수 연구팀이 국내 자생 ‘광대싸리’에 극미량 존재하는 고부가가치 천연물을 생체모방 전략을 통해 쉽게 얻을 수 있는 물질로부터 간단하게 합성하는 방법을 개발했다고 1일 밝혔다.
`세큐리네가 알칼로이드'는 국내 자생 약용식물인 ‘광대싸리’에서 발견되는 천연물 군으로, 항암 및 신경돌기 성장 촉진 등 다양한 약리 활성을 보여 수십 년간 합성화학계의 관심을 받아왔다.
이들 물질 군에는 기본 골격으로부터 산화되거나 사슬처럼 연결된 형태를 갖는 100여 종의 초복잡 천연물들이 존재하는데, 상대적으로 간단한 기본 골격체의 합성은 잘 정립되어 있었던 반면, 초복잡 화합물의 합성은 난제로 남아 있었다.
그 중 `수프라니딘(suffranidine) B'도 초복잡 세큐리네가 천연물 중의 하나로, 신경세포의 신경돌기 성장을 촉진해, 퇴행성 신경질환이나 신경 절단 등 현재는 난치성인 신경질환의 치료제로 기대되는 물질이다. 그러나 식물 1 킬로그램(kg)당 추출량이 0.4 밀리그램(mg)에 그칠 정도로 극히 적고 정제 또한 어려워 추가적인 연구에 제한점이 많았다.
한 교수 연구팀은 광대싸리에서 쉽게 대량으로 추출할 수 있는 기본골격을 갖는 세큐리네가 천연물인 알로세큐리닌(allosecurinine)과 시중에서 값싸게 구할 수 있는 누룩산(kojic acid) 유래 물질로부터 단 세 단계 만에 수프라니딘 B를 합성하는 방법을 개발했다.
이번 연구는 수프라니딘 B의 세계 최초 합성으로 쉽게 구할 수 있는 물질로부터 고부가가치 화합물을 간단하게 만들어 낸 일종의 `분자 연금술'이라 볼 수 있다. 수프라니딘 B와 같이 복잡한 천연물을 이렇게 짧은 과정으로 합성해 낸 사례는 몹시 드물다.
생체모방 합성(biomimetic synthesis)은 자연이 천연물을 합성하는 과정(생합성)을 모방해 복잡한 천연물을 합성하는 연구 방식이다. 합성 과정에서 생합성 경로에 존재할 것으로 여겨지는 중간체들의 화학적 반응성을 탐구할 수 있으므로, 해당 물질의 생합성 경로를 더욱 깊게 이해할 기회를 제공한다. 세큐리네가 알칼로이드는 1956년 최초로 발견되었으나 현재까지도 생합성 경로가 밝혀지지 않은 상태다.
한 교수는 "이번 연구로 수프라니딘 B를 간단하게 생산할 수 있게 되었을 뿐 아니라 초복잡 세큐리네가 천연물의 생합성에 대한 이해 또한 높일 수 있었다ˮ며 "고부가가치 국내 자생 약용식물을 합성화학적으로 또는 합성생물학적으로 생산할 수 있는 학문적 토대를 마련했다ˮ고 밝혔다.
KAIST 화학과 강규민 석박사통합과정 학생이 제1 저자로 참여한 이번 연구는 화학 분야 저명 국제 학술지인 `미국화학회지(Journal of the American Chemical Society)' 지난 11월 2일 자에 게재됐다. (논문명 : Synthesis of Suffranidine B)
한편 이번 연구는 KAIST의 도약연구(UP) 및 한국연구재단의 기초연구사업(중견연구)등의 지원을 통해 이뤄졌다.
2023.12.01
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김정원 교수, IEEE Photonics Society Distinguished Lecturer 선정
기계공학과 김정원 교수가 지난 11월 16일 IEEE Photonics Society의 2024년도 Distinguished Lecturer로 선정되었다.
IEEE Photonics Society는 매년 광학 및 광공학 분야에서 세계적인 연구 성과를 보이고 있는 연구자 5명 내외를 Distinguished Lecturer로 선정하여, 전세계를 순회하며 대학 및 연구기관들에서 초청강연을 하도록 후원하고 있다.
김정원 교수는 초저잡음, 초안정 광주파수빗(optical frequency comb) 광원을 개발하고 이를 이용한 새로운 타이밍 응용 분야들을 개척하고 있으며, 연구의 독창성과 우수성을 인정받아 Distinguished Lecturer로 선정되었다.
김 교수는 “It’s the perfect timing for optical frequency combs”이라는 주제의 강연을 통하여 초저잡음, 초안정 광주파수빗 광원들의 원리와 이를 이용하여 김 교수팀이 최근 선보인 반도체 칩에서의 클럭 분배, 펄스비행시간(TOF) 센서를 이용한 3차원 반도체 소자의 형상 이미징, 그리고 블랙홀 관측용 전파망원경에서의 초고주파 신호 생성과 같은 새로운 레이저 타이밍 응용 분야들을 소개할 예정이다.
2023.11.30
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김진국 의과학대학원 교수, 2023 올해의 논문상 수상
우리 대학 의과학대학원 김진국 교수가 지난 25일 스페인 바르셀로나에서 열린 올리고뉴클레오타이드 치료 학회(Oligonucleotide Therapeutics Society)의 2023 연례회의에서 올해의 논문상(Paper of the Year Award)을 수상했다고 26일 밝혔다.
김 교수는 최근 희귀유전질환에 대한 환자맞춤형 치료제를 개발하고 이를 다수의 환자들에게 확대 적용하는데 필요한 가이드라인을 정립한 논문을 지난 7월 국제학술지‘네이처(Nature)’에 출판한 바 있다. 해당 연구는 하버드의과대학의 티모시 유(Timothy Yu) 교수 연구팀과 공동으로 진행하였으며 KAIST 의과학대학원 우시재 박사과정 학생이 주저자로 참여하였고, 과기정통부의 해외우수과학자유치사업Plus(Brain Pool Plus)의 지원을 받았다.
해당 학회는 RNA 기반 치료에서 가장 권위있는 학회로 꼽히며 유럽과 미국을 번갈아가며 연례회의를 개최하고 있다. 올해의 논문상은 지난 한 해 동안 출판된 RNA 기반 치료제 개발 연구 논문 중에 기초 분야에서 1편, 임상연계 분야에서 1편, 총 2편의 가장 임팩트 있는 논문들을 선정해 각 논문의 책임저자 1명에게 수여하며, 김 교수의 논문은 임상연계 분야에 선정됐다.
김 교수는 “이번 수상은 저 뿐만 아니라 이 연구에 기여하신 모든 분들께 앞으로 희귀질환에 대한 연구를 더욱 매진하라고 주는 상이라 생각한다”고 밝혔다. 상금(USD $1,000) 전액은 희귀질환 재단(A-T Children’s Project)에 기부하기로 했다고 밝혔다.
<참고문헌>“A framework for individualized splice-switching oligonucleotide therapy” Nature (2023)
https://www.nature.com/articles/s41586-023-06277-0
2023.10.26
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물리학과 이경진 교수, 美 물리학회 석학회원(Fellow) 선정
우리 대학 물리학과 이경진 교수가 최근 미국 물리학회(American Physical Society, APS) 2022년도 석학회원(Fellow)으로 선정됐다고 밝혔다. 석학회원은 미국 물리학회 전체 회원 (5만3000여명) 중 탁월한 학술 업적을 이룬 0.5% 이내의 석학급 회원들에게 주어진다.
2020년 우리 대학 석좌교수로 선정된 이 교수는 고체물리 스핀트로닉스 이론 분야에서 240여 편의 SCI 학술지 논문게재, 100여 회의 국내외 학회 초청 강연을 수행했다. 특히 전류에 의한 자화거동 원리를 규명하고 이를 산업적으로 응용하는데 이바지한 업적으로 석학회원으로 선정됐다.
국내 반도체기업에 의해 양산 중인 자성메모리(MRAM)의 핵심 구동원리인 스핀전류의 생성과 이에 의한 스핀토크의 원리를 규명하는 분야에 기여한이경진 교수는 이번 선정에 대해 “오랫동안 한 분야 연구에 집중해온 연구자로서 학문적 성취를 국제적으로 인정받았다는 점에서 개인적으로 영광으로 생각한다”며 “국내 연구자들이 세계적인 경쟁력을 갖고 있는 스핀트로닉스 분야에서 새로운 물리현상을 탐색하고, 또한 국내 반도체 산업의 한 부분을 차지하고 있는 MRAM 시장의 성장에 기여할 수 있는 연구를 지속할 것”이라고 말했다.
한편, 이경진 교수는 KAIST에서 물리학 학사, 재료공학/신소재공학 석박사 학위를 취득했다. 삼성종합기술원 선임연구원, 프랑스 CNRS/CEA 박사후연구원을 거쳐 2005년 고려대학교 신소재공학과에 부임, 2020년부터는 우리 대학 물리학과 교수로 재직 중이다.
2022.10.31
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빛에 담긴 비대칭성을 증폭하는 카이랄 초분자 형성원리 규명
우리 대학 화학과 서명은 교수를 주축으로 한 연구팀이 분자 자기조립 시스템에 대한 연구를 통해 빛으로부터 *초분자 나선 방향이 결정되는 원리를 규명했다고 16일 밝혔다.
☞초분자(supermolecule): 분자 간 결합 또는 인력을 통해 둘 또는 그 이상의 작은 분자들이 모여 생성된 거대한 분자들의 집합을 말한다. 효소 등 기능성 생체 분자들도 초분자로 볼 수 있다.
단백질을 이루는 아미노산 분자는 오른손과 왼손처럼 모양은 같지만 서로 겹칠 수 없는 거울상이 존재할 수 있다. 그러나 지구상에서 탄생한 생명은 한 종류의 거울상 아미노산만을 선택해 단일한 *카이랄성을 띠게끔 진화했다. 아미노산에 담긴 카이랄 정보가 단백질로 전달되면 한쪽으로 꼬인 나선과 같이 분자를 넘어선 초분자 수준에서 증폭돼 나타나며, 이는 단일 카이랄성이 만들어지는 데 중요했을 것으로 여겨진다. 즉, 어떻게 카이랄성이 탄생하고 증폭됐는지는 자연이 단일 카이랄성을 지니게 된 이유와 연관 지을 수 있어, 생명의 기원과 깊게 관련된 문제다.
☞ 카이랄(Chiral): 수학, 화학, 물리학, 생물학 등 다양한 과학 분야에서 비대칭성을 가리키는 용어중 하나다. 이는 어떤 대상의 모양이 거울에 비춘 모양과 일치되지 않을 때 카이랄 성이 존재한다고 일컫는다. (Ex) 오른손 & 왼손)
태초에 같은 양씩 존재했을 거울상 분자 한 쌍 중에 한쪽의 비율이 높아질 수 있는 원인으로 시계 방향 혹은 반대로 회전하면서 나아가는 빛인 원편광이 흔히 거론되는데, 거울상 분자가 원편광을 흡수하는 정도가 서로 다르기 때문이다. 자연적으로 지구에 내리쬐는 원편광은 그 회전 방향이 무작위할 것이므로 분자와 원편광에 담긴 카이랄 정보가 서로 경쟁하는 가운데 어느 순간 한쪽 거울상이 과잉되면서 단일한 카이랄성이 출현했을 것으로 추론할 수 있으나, 분자와 원편광으로부터 카이랄 정보가 동시에 전달될 때 어떤 현상이 일어나는지는 거의 연구된 바 없었다.
우리 대학 서명은 교수 연구팀은 빛에 반응해 자기조립되는 프로펠러 모양의 분자를 찾고, 분자와 빛에 담긴 카이랄 정보가 전달돼 초분자 나선으로 나타날 때 각각 얼마나 효과적인지 연구했다. 먼저 원편광의 회전 방향과 분자 프로펠러 방향이 맞을 때 광화학 반응이 우세하게 일어나고, 이는 자기조립을 유도해 정해진 나선 방향으로 성장함을 밝혔다.
나아가 한쪽 거울상 분자가 과잉된 조건에서 원편광을 쬐어 나선 방향이 어느 쪽을 따라가는지 살핀 결과, 양자의 정보가 일치할 때 초분자 카이랄성이 증폭되고 반대일 때 상쇄되며, 심지어 빛으로 분자 카이랄 정보를 눌러 나선 방향을 반전할 수 있음을 정량적으로 보였다. 또한 일정 비율 이상의 거울상 분자가 축적되면 빛과 관계없이 단일한 나선 방향이 유지되는 것 역시 확인했다.
원편광을 선택적으로 걸러내는 소재는 현재 OLED, 3D 안경 등 디스플레이에 널리 쓰이고 있고, 원편광을 내는 재료 등은 차세대 디스플레이용 소재로 떠오르고 있다. 초분자 나선 구조는 개개의 분자에 비해 원편광을 훨씬 효과적으로 흡수하고 방출할 수 있다. 따라서 초분자 나선 구조를 한번 더 조립하여 분자-초분자-거시적 스케일에서 모두 카이랄성을 띠는 멀티스케일 카이랄 구조체를 구현한다면 카이랄성을 극도로 증폭할 수 있는 소재를 만들 수 있을 것으로 기대된다. 또한 약물로 쓰이는 화합물은 탈리도마이드처럼 반대 거울상 분자가 기형을 유발하는 등의 부작용을 일으킬 수 있는 만큼, 한쪽 카이랄성만을 가지게끔 합성하는 것이 필수적이다. 멀티스케일 카이랄 구조체는 이러한 비대칭 합성에서도 강력한 카이랄 환경을 제공하여 입체 선택성이 높은 촉매를 제조하거나, 거울상 분자를 효과적으로 검출할 수 있는 센서를 만드는 플랫폼이 될 수 있다.
연구진은 "이번 연구를 통해 빛에 담긴 비대칭성이 어떻게 분자 및 초분자 수준으로 전달되고 증폭될 수 있는지를 이해할 수 있었을 뿐 아니라, 분자에 담긴 정보와 별개로 초분자 카이랄성을 제어할 수 있는 가능성을 보였다는 데 큰 의의가 있다ˮ며, "이번 연구를 발판으로 카이랄 광학 소재, 비대칭 촉매 등 미래 먹거리가 될 수 있는 멀티스케일 카이랄 신소재 개발로 연구를 확장하겠다ˮ고 소감을 밝혔다.
우리 대학 화학과 강준수 석박사통합과정 학생이 제1 저자로 연구를 주도하고, 화학과 김우연 교수, 임미희 교수, 윤동기 교수 연구팀이 협업한 이번 연구 결과는 미국화학회가 발행하는 국제 학술지 `미국화학회지(Journal of the American Chemical Society)'에 2월 4일 字로 온라인 게재됐다. (논문명 : Circularly Polarized Light Can Override and Amplify Asymmetry in Supramolecular Helices)
이번 연구는 한국연구재단(NRF)에서 선정한 선도연구센터인 카이스트 화학과 멀티스케일 카이랄 구조체 연구센터의 지원을 받아 주로 진행됐다.
2022.02.16
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페로브스카이트 LED 소재의 발광 효율 극대화 메커니즘 규명
우리 대학 화학과 김형준 교수 연구팀이 한밭대학교 홍기하 교수 연구팀과 공동 연구를 통해 페로브스카이트 LED 나노 소재에서 일어나는 발광 효율의 향상 원인을 이론적으로 규명하는 데 성공했다고 12일 밝혔다.
할로겐 페로브스카이트 화합물은 태양 빛을 이용해 높은 효율로 전기를 생산할 수 있어 차세대 태양전지에 사용 가능한 소재로 주목받고 있는 물질이다. 한편, LED는 태양전지와는 반대로 전기를 이용해서 빛을 방출하는 장치로서 디스플레이에 널리 사용되고 있다. 놀랍게도 페로브스카이트는 빛을 전기로 변환시키는 효율뿐 아니라 전기를 빛으로 변환시키는 발광 효율 또한 높은 것으로 알려져 차세대 LED 소재로서도 각광받고 있다.
본래 `페로브스카이트'는 러시아 과학자 페로브스키의 이름을 딴 광물 결정 구조의 이름이다. 연구팀은 이러한 페로브스카이트 결정 구조가 내부의 뒤틀림 정도에 따라 다양한 상(phase)을 가질 수 있음에 주목했다. LED 소재로 널리 사용되는 CsPbBr3라는 페로브스카이트 소재는 결정 구조 내부에 뒤틀림이 존재하는데, 이를 작은 나노 구조로 만들게 되면 이러한 뒤틀림이 최소화된 상이 형성된다. 연구팀은 비단열 양자 동역학 시뮬레이션을 이용해 이러한 결정 구조의 뒤틀림 제어가 발광 효율을 높이기 위한 주요 소재 성질 제어 전략임을 밝혔다.
연구진은 "이번 연구를 통해 페로브스카이트의 소재 결정 구조적 특성과 빛을 발생하는 광 동역학적 특성 사이의 복잡한 상관관계를 규명할 수 있었다ˮ고 말했으며 "추후 이러한 이론 기초 연구를 더욱 확장해 페로브스카이트 결정상 제어를 통한 발광 효율 극대화 전략을 도출해내어 페로브스카이트 기반의 고효율 LED 개발에 기여할 수 있을 것ˮ이라고 말했다.
우리 대학 하윤후 박사과정 학생이 제1 저자로 참여한 이번 연구 결과는 국제 학술지 `미국화학회지 (Journal of the American Chemical Society)' 에 지난해 12월 27일 字 온라인 게재됐다. (논문명: Enhanced Light Emission through Symmetry Engineering of Halide Perovskites).
한편 이번 연구는 한국연구재단(NRF)의 중견연구사업과 선도연구센터 지원 사업, 나노소재기술개발사업으로 진행됐다.
2022.01.12
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이상엽 특훈교수, 영국 왕립학회 회원 한국인 최초로 선정
우리 대학 생명화학공학과 이상엽 특훈교수(연구부총장)가 영국 왕립학회(Royal Society)의 외국 회원으로 선임됐다고 7일 밝혔다. 이는 서울대학교 생명과학부 김빛내리 석좌교수와 함께 공동으로 한국인 최초 선임이다.
영국 왕립학회(자연과학 진흥을 위한 런던왕립학회)는 1660년 영국에서 설립된 세계 최고 권위의 학술단체로, 아이작 뉴턴, 찰스 다윈, 알베르트 아인슈타인 등 저명 과학자들이 회원으로 활동했고, 노벨상 수상자만 현재까지 280여 명을 배출했다.
영국 왕립학회는 매년 ‘자연 지식의 개선에 대한 심대한 기여’를 기준으로 엄격한 심사를 거쳐 전 세계에서 한 해에 영연방 소속 회원 최대 52명까지, 외국인 회원은 최대 10명까지 선발한다.
이상엽 특훈교수는 시스템 대사공학을 창시해 다수의 미생물 세포공장 개발을 위한 전략과 방법에 관한 원천기술들을 개발했다. 이를 이용해 가솔린, 디젤, 생분해성 플라스틱, 그리고 고분자의 원료가 되는 다양한 단량체들, 천연 활성물질 등 다수의 제품을 세계 최초 혹은 세계 최고의 효율로 생산하는 기술들을 개발했다.
최근에도 폴리에스터의 원료가 되는 숙신산, 글루타릭산의 고효율 생산 균주와 발효공정을 개발했고, 천연물 중 빨간색의 식용색소인 카르민산을 세계 최초로 생산한 바 있다.
또한 이상엽 특훈교수는 미국과학기술진흥협회(American Association for the Advancement of Science), 미국발명아카데미(National Academy of Inventors), 미국미생물학술원(American Academy of Microbiology)등 다수 학술원의 펠로우로 선임된 바 있으며, 미국공학한림원(National Academy of Engineering)과 미국국립과학원(National Academy of Sciences)의 외국 회원(International Member)으로 동시에 선임된 전 세계 13명 중의 한 명이다.
이번에 영국왕립학회 외국 회원으로 선임됨으로써 이상엽 특훈교수는 미국과 영연방 과학자가 아닌 사람으로 세계 3대 아카데미인 미국공학한림원, 미국국립과학원, 영국왕립학회에 동시에 외국 회원인 전 세계 유일한 과학자가 됐다.
※ 왕립학회 관련 사이트 : https://royalsociety.org/people/sang%20yup-lee-35046/
2021.05.07
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미생물 이용한 천연 붉은 색소 생산 기술 최초개발
우리 대학 생명화학공학과 이상엽 특훈교수 연구팀이 `식용으로 널리 쓰이는 붉은색 천연색소인 카르민산을 생산하는 미생물 균주 개발'에 성공했다고 9일 밝혔다.
이번 연구결과는 국제 학술지인 `미국화학회지(Journal of the American Chemical Society)'에 4월 2일 字 온라인 게재됐다.
※ 논문명 : Production of carminic acid by metabolically engineered Escherichia coli
※ 저자 정보 : 이상엽(한국과학기술원, 교신저자), 양동수(한국과학기술원, 제1저자), 장우대(한국과학기술원, 제2저자), 포함 총 3명
카르민산은 붉은색 천연색소로 딸기우유, 사탕 등의 식품과 매니큐어, 립스틱 등 화장품 분야에서 널리 활용되고 있다. 카르민산은 연지벌레 추출을 통해 얻어지는데, 연지벌레는 한정된 지역(페루, 카나리아 제도 등지)에서만 재배할 수 있으며, 연지벌레로부터 카르민산을 추출하기 위해서는 복잡하고 비효율적인 다단계 반응을 거쳐야 한다.
또한, 카르민산은 대부분 연지벌레에서 기인한 단백질 오염물질을 포함하고 있는데 이는 알레르기 반응을 유발할 수도 있으며, 많은 사람이 벌레 기반 물질을 섭취하는 것을 꺼리고 있다. 이러한 이유로 몇몇 프랜차이즈 업체는 카르민산 사용을 중단하고 대체 식용색소를 활용하고 있다.
이에 따라 연지벌레를 사용하지 않는 카르민산 생산 방법 개발의 필요성이 제기됐으나, 카르민산 생합성 경로의 일부가 아직 밝혀지지 않았으며 곰팡이를 제외한 다른 미생물에서 카르민산 생산이 보고된 바가 없었다.
이에 이상엽 특훈교수 연구팀은 포도당으로부터 카르민산을 생산할 수 있는 대장균 균주 개발 연구를 수행했다.
연구팀은 우선 타입 II 폴리케타이드 생합성 효소를 최적화해 카르민산의 전구체(전 단계의 물질)를 생산하는 대장균 균주를 구축했다. 하지만 남은 두 단계의 반응을 수행하기 위한 효소가 아직 발굴되지 않았거나 대장균 내에서 작동하지 않는 문제가 있었다. 이러한 문제를 해결하기 위해 연구팀은 생화학 반응 분석을 통해 카르민산 생산을 위한 효소 후보군을 선정했다. 그 후 세포 배양 실험을 통해 성공적으로 작동하는 효소들을 선정했다.
이렇게 선정된 효소 두 종에 대해 컴퓨터 기반 상동 모형 및 도킹 시뮬레이션을 수행 후 활성이 증대된 돌연변이 효소를 예측했다. 그 후 이에 기반을 둔 효소 개량을 수행함으로써 증대된 활성을 지니는 효소를 개발하는 데 성공했다.
이번 연구를 통해 폐목재, 잡초 등 지구상에서 가장 풍부한 바이오매스의 주원료인 포도당을 단일 탄소원으로 사용해 카르민산을 생산하는 대장균 균주를 최초로 개발했다고 연구팀 관계자는 설명했다.
연구팀이 개발한 대사공학 및 가상 시뮬레이션 기반 효소 개량 전략은 생산경로가 규명되지 않은 다른 천연물의 생산에도 유용하게 쓰일 것으로 기대된다. 연구팀은 이번 연구에서 개발한 C-글리코실 전이효소를 적용해 카르민산 뿐만 아니라 알로에로부터 생산 가능했던 미백제인 알로에신 생산에도 세계 최초로 성공함으로써 이를 증명했다.
이상엽 특훈교수는 “연지벌레를 사용하지 않는 카르민산 생산 프로세스를 세계 최초로 개발했으며, 이번 연구는 특히 천연물 생산의 고질적인 문제인 효소 발굴과 개량에 대한 효과적인 해결책을 제시했다는 점에 의의가 있다”며 “이번 기술을 활용해 의학적 또는 영양학적으로 중요한 다양한 천연물을 고효율로 생산할 수 있을 것”이라고 밝혔다.
한편 이번 연구는 과기정통부가 지원하는 기후변화대응기술개발사업의 '바이오리파이너리를 위한 시스템대사공학 원천기술개발 과제'의 지원을 받아 수행됐다.
2021.04.09
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국방로봇학회 창립기념 세미나 개최
최근 세계 주요국들의 국방로봇에 대한 개발과 전력화가 활발히 이루어지는 가운데 국방로봇을 전문적으로 연구하는 학회가 등장했다.
국방로봇학회(MRS, Military Robotics Society)는 지난 2월 19일 창립총회를 열고 공식 출범했다. 코로나19로 인해 온라인으로 창립총회를 개최했으며, 우리 대학에서 3월 19일(금)에 창립 기념세미나를 개최했다.
이 날 열린 기념세미나에서는 이상민 더불어민주당 국회의원, 박상근 육군교육사령관, 문전일 한국로봇산업진흥원장의 축사가 있었으며 전 육군참모총장인 김용우 예비역 육군대장이 ‘로봇이 펼쳐갈 우리 군의 미래’라는 주제로 미래전에서 로봇의 필연성을 강조하고 오늘날 미국, 러시아 등 세계 주요국가들의 국방로봇 준비상황에 대해 소개했다. 아울러 우리군의 국방로봇 비전과 추진방향을 소개하며 리더십의 중요성, 전장상상력, 국가차원의 투자 및 전투로봇에 대한 윤리정립의 필요성을 발전방안으로 강조했다.
또한 한국항공우주학회 학회장인 방효충 우리 대학 교수는 ‘드론의 비행제어 연구사례 및 향후 발전 비전’이라는 주제로 지난 20년간 연구한 드론 비행제어 시스템, 충돌회피, AI 기반 자율착륙 및 강건한 제어기 구현 등을 소개하며 이러한 연구결과가 오늘날 도심형 미래 항공교통의 개발과 더불어 앞으로의 드론의 개발에 있어서 어떤 역할을 할 수 있는지에 대해 소개했다.
그리고 이러한 드론의 연구사례가 국방로봇의 하나로 어떻게 적용될 수 있는지에 대한 함의를 제시했다. 마지막 발표자로 나선 한국생산기술연구원 조정산 박사는 ‘나라를 지키는 로봇 그리고 넘어야 할 산’이라는 주제로 미래전에 대비해 개발되고 있는 국방로봇에 대한 냉철한 분석과 국내 연구진이 극복해야 할 기술적 과제에 대해 발표했다. 또한 조정산 박사는 로봇 연구자들에게는 국방로봇을 개발함에 있어서 실험실을 벗어난 필드를 고려한 연구개발이 필요함을 강조했으며 군에서는 그동안 너무 높은 요구사양으로 지난 10년동안 전력화되지 못한 국방로봇을 활용할 수 방안을 모색하고 군내 전문조직에 의해 정책이 일관성을 가지고 중장기 추진될 수 있도록 해야한다고 강조했다. 세미나에 참석한 사람들은 국방로봇 발전의 필요성과 중요성에 대해 뜻을 나누고 앞으로 국방로봇 발전을 위해 함께 노력하기로 다짐했다.
한편, 국방로봇 학회는 국방로봇에 대해 연구함으로써 국방로봇을 통한 국방력 강화에 기여하는 것을 목적으로 설립됐으며 ‘로봇으로 국방의 미래를 선도하는 국방로봇학회’를 추구한다. 국방기술에 관한 연구모임이나 로봇을 연구하는 학회는 기존에도 있었지만, 국가안보에 특화된 국방로봇의 개발에 관한 민간주도의 연구단체가 결성된 것은 이번이 처음이다.
국방로봇학회는 창립총회를 통해 초대 회장에 김인호 우리 대학 교수(前 국방과학연구소장)를, 부회장으로 차도완 배재대 교수, 조정산 한국생산기술연구원 박사, 김정엽 서울과기대 교수, 윤동원 DGIST 교수, 홍석준 한화시스템 상무, 강동석 LIG넥스원 상무, 이정엽 현대로템 전무 정구봉 한국로봇융합연구원 박사, 조남석 국방대 교수, 박지혁 영남대 교수, 양욱 한남대 교수 등을 각각 선임했으며 감사로 손한별 국방대 교수, 이기욱 중앙대 교수를 선임했다.
학회 관계자는 "최근 중요성이 커진 국방로봇에 대해 이론적 학문적 연구역량을 강화하고, 국내외 관련 전문 분야와 협력해 함께 연구하는 학문적인 공동체로서 역할과 기능을 수행할 계획"이라고 밝혔다. 또 "단순히 로봇에 대한 과학적 기술만 다루는 것이 아니라 로봇의 운용개념, 작전개념, 나아가 군사전략에 이르기까지 미래전장에 기반한 로봇의 활용방안을 연구할 것“이고 ”국방로봇의 사용자인 군과 산학연이 허심탄회하게 논의하고 연구할 수 있는 플랫폼을 만들 예정“이라고 덧붙였다.
학회 초대회장으로 선임된 KAIST 김인호 교수(前 국방과학연구소장)는 "국방로봇학회는 국방로봇에 대한 관심이 어느 때보다도 높은 이 시기에 국방로봇 관련 우리 국가안보의 미래 지향적 토대 구축을 위한 선도적 역할을 담당하는 중심학회로 자리매김하고자 한다"고 포부를 밝혔다.
국방로봇학회는 올 8월, 제1회 국방로봇학술대회를 개최할 예정이다.
이번 3월 19일 열린 창립 기념 세미나 모습을 담은 자세한 영상은 https://youtu.be/NLL3g8xb5E8 에서 확인할 수 있다.
2021.03.23
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