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- 화학공학/고분자공학부 제36회 추강장학금 수여식 개최
- 화학공학/고분자공학부 제36회 추강장학금 수여식 개최 고원물산 박상조 회장(화공 66)의 모교에 대한 사랑과 후배 양성에 대한 열정으로 시작된 추강장학금의 제36회 수여식이 지난 3월 29일(수) 자연과학캠퍼스 제2공학관에서 소속 교원 및 학생들이 참여한 가운데 거행되었다. 수여 대상자는 석박통합 3기 김지원, 박사 1기 남지영, 석박통합 5기 민동광, 석박통합 4기 박현수, 석박통합 4기 홍원태 학생이다. 수여자들에게는 각 300만 원의 장학금이 전달되었다. 이날 행사에는 유지범 총장, 이정헌 공과대학부학장, 김태일 공과대학부학장, 이준엽 화학공학/고분자공학부장, 화학공학/고분자공학부 교원 13명 등이 참석하였으며, 박상조 회장이 직접 장학증서를 학생들에게 전달하여 의미를 더했다. 한편, 추강장학금은 추강 박상조 회장이 2003년부터 출연한 14억 9백만 원의 추강박상조장학기금을 기반으로, 화학공학과와 로스쿨 학생들을 위하여 지급되어 왔다.
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- 작성일 2023-05-02
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- 신소재공학부 김선국 교수 연구팀, 저조도 환경에서도 더 선명하고 빠른 촬영을 위한 이미지 센서 개발
- 신소재공학부 김선국 교수 연구팀, 저조도 환경에서도 더 선명하고 빠른 촬영을 위한 이미지 센서 개발 - 초고감도, 초고속, 광대역(가시광선-적외선) 검출용 이미지 센서 개발 ▲ (왼쪽부터) 신소재공학부 김선국 교수, 박희경 박사, Anamika Sen 박사과정생 밝은 낮이나 어두운 밤 등 빛의 환경에 상관없이 선명하고 빠른 카메라를 위한 새로운 유형의 이미지 센서가 개발되었다. 실리콘 기반 센서를 사용하는 기존 카메라와 달리 이 새로운 센서는 원자 몇 개 두께에 불과한 이황화몰리브덴(MoS2)이라는 이차원 소재로 만들어졌다. 이 재료는 매우 얇아서 쉽게 나노구조로 패턴화될 수 있고, 특별히 설계된 나노 다공성 구조는 매우 약한 빛 신호뿐만 아니라, 가시광선과 적외선까지 포착할 수 있어 낮과 밤에 상관없이 이미지 품질을 향상시킬 수 있는 혁신적인 기술로 떠올랐다. 신소재공학부 김선국 교수 연구팀은 최근 고감도, 광대역, 초고속 동작 특성을 가진 나노 다공성 MoS2 능동 픽셀 이미지 센서를 개발했다고 밝혔다. 이 연구결과는 2023년 3월 세계적으로 권위 있는 저널 Advanced Materials에 게재되었으며 저널의 표지논문으로 선정되었다. 원자층 두께의 MoS2는 전기적, 광학적으로 우수한 특성 덕분에 차세대 광센서로의 가능성을 보였지만, 합성 기술의 더딘 발전과 합성 재료의 낮은 광반응성으로 인한 한계로 상용화에 어려움을 겪어왔다. 이러한 과제를 극복하기 위해 연구진은 물리적 기상증착방법에 화학적 기상증착법을 더한 2단계 성장법을 적용하여 4인치 크기의 균일한 MoS2 필름을 제조하였다. 뿐만 아니라 블록공중합체 리소그래피 공정을 MoS2 상에 적용하여 독특한 나노 다공성 구조를 형성함으로써 재료의 광반응성을 500배 이상 향상시키고 가시광선-적외선에 이르는 광대역 빛의 검출을 가능하게 했다. 이를 통해 저조도 환경에서도 더 선명한 이미지를 촬영할 수 있었다. 나아가 나노 다공성 MoS2의 밴드 구조 시뮬레이션을 통해 향상된 검출 특성의 원인을 조사했다. 이러한 새로운 나노 다공성 MoS2 광센서는 기존 카메라보다 더 빛에 민감할 뿐만 아니라 더 나은 화질과 빠른 성능을 제공할 수 있다. 또한 연구진은 MoS2 광센서를 고성능 IGZO 산화물 반도체 기반 스위칭/구동 트랜지스터와 통합하여 빠른 이미지 캡처 및 처리가 가능한 이미지 센서 픽셀을 제작하였다. 이차원 재료 기반의 이미지 센서 픽셀의 구동 특성은 본 연구를 통해 최초로 보고되었으며, 픽셀의 구동 속도가 50ms 이하로 측정되어, 실험실 장비가 가진 한계를 고려한다면 초당 약 20~30프레임 이상의 속도로 이미지를 캡처할 수 있을 것으로 예상되었다. 이는 일반적으로 초당 약 30프레임으로 이미지를 캡처하는 현재의 카메라 기술과 비슷한 수준이다. ▲ 나노 다공성 MoS2 능동 픽셀 이미지 센서 모식도 및 실제 디바이스 사진 김선국 교수는 이와 관련하여 "이번 연구는 이차원 재료 기반 이미지센서 집적회로의 상용화를 향한 주요한 발전을 이루어냈다. 이 기술은 추후 렌즈리스 카메라, 자율주행 자동차용 카메라, 의료용 이미지센서 등을 포함한 다양한 응용 분야로 확장할 수 있을 것"이라고 설명했다. 본 연구에는 신소재공학부 김선국 교수, Harvard Medical School 교수이자 양자생명물리과학원장인 Luke P. Lee교수, University of Waterloo의 윤영기 교수가 공동교신저자로 참여하였으며, 신소재공학과 박희경 박사와 Anamika Sen 박사과정 학생이 제1저자로 참여하였다. 본 연구는 과학기술정보통신부 나노 및 소재기술개발사업과 한국연구재단의 중견연구자지원사업을 통해 이루어졌다.
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- 작성일 2023-05-02
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- 휴고로드리그 교수 연구팀, 필름 기반 팽창식 튜브의 좌굴 현상 실용 방안 개발
- 휴고로드리그 교수 연구팀, 필름 기반 팽창식 튜브의 좌굴 현상 실용 방안 개발 - 소프트 로보틱스의 비선형성 극복 및 상용화 기대 ▲ 휴고로드리그 교수(왼쪽, 교신저자), 이한얼(오른쪽, 제1저자) 기계공학부 휴고로드리그 교수 연구팀이 기하학적 모델링을 통해 필름 기반 팽창식 튜브의 좌굴* 현상을 분석, 소프트 로보틱스 분야의 실용방안을 개발했다고 밝혔다. * 좌굴(buckling): 기둥 형태의 구조물이 축방향으로 압축력을 받을 때 한계점을 넘어 횡방향으로 변형하는 현상 고체 재질의 경우 탄성 영역을 넘어선 소성 좌굴이 발생하면 원래의 형태로 돌아올 수 없기 때문에 구조물의 파손을 방지하기 위해 좌굴을 피해야만 한다. 반면에, 공압 구동되는 팽창식 튜브는 좌굴이 발생해도 유연한 재료의 특징을 활용해 원형을 회복할 수 있다. 선행 연구들은 팽창식 튜브를 연질로 가정하여 부드러운 곡선을 형성하는 좌굴이 발생하는 것으로 해석했지만, 이는 튜브를 구성하는 재질과 가해지는 내부압력에 의해 달라질 수 있다. 유연하지만 신축성이 없는 재질로 제작된 튜브를 고압 구동한다면 순간적으로 형태변형이 일어나는 스냅-스루* 좌굴을 발생시킬 수 있다. 이때 압축으로부터 튜브가 좌굴되는 지점과 이완으로부터 좌굴이 회복되는 지점이 상이한데, 두 지점 사이에서 팽창식 튜브는 인위적으로 좌굴 혹은 비좌굴 상태의 전이가 가능한 이중안정영역을 가진다. * 스냅-스루(snap-through): 하중으로 인해 순식간에 형태가 변하는 좌굴의 특수 경우 연구팀은 축 압축 시 팽창식 튜브의 형태 및 부피 변형에 대한 새로운 기하학적 모델링을 디자인함으로써 이러한 비선형적 특징이 발생하는 근거와 타당성을 제시하였고, 3D 프린팅된 외골격을 추가하여 좌굴을 활용해 자기강화 그리퍼, 단일 및 이중 안정성 전이 구조물, 고속 구동 구조물을 설계함으로써 팽창식 튜브의 비선형성*을 실용화할 방안을 제시했다. * 비선형성(nonlinearity): 출력이 입력의 변화에 비례적이지 않은 성질 ▲ 팽창식 튜브의 축 방향 압축 시 나타나는 고속 스냅스루 좌굴 및 이중안정영역 또한 제시된 시스템의 규모를 확장해, 단일 및 이중 안정성을 넘어 다중안정성 전이 구조물의 개발, 고속 및 고출력 구조물의 개발이 가능하다고 연구팀은 밝혔다. 공압 액추에이터*의 비선형성을 분석, 예측할 수 있도록 모델링하고 이에 적합한 추가 구조물을 적용한다면 시스템이 갖는 고유의 비선형적 특징들을 기피해야 할 현상이 아닌 ‘유니크한 동작’을 만들어내는 새로운 방안이 될 수 있다. * 액추에이터(Actuator): 시스템을 움직이거나 제어하는 데 쓰이는 기계적 장치 휴고로드리그 교수는 “비선형성으로 인해 정밀제어에 제한이 있던 소프트 로보틱스 분야의 한계를 극복하여 강체 시스템과는 차별화된 장점을 극대화함으로써 실생활에 소프트 로봇이 적용될 가능성을 높여줄 것”이라고 밝혔다. 연구팀의 이번 연구결과는 한국연구재단의 지원으로 수행되었으며 재료공학 분야 국제학술지 Materials Today에 2월 10일 게재되었다. ※ 저널: Materials Today ※ 논문명: Harnessing the Nonlinear Properties of Buckling Inflatable Tubes for Complex Robotic Behaviors ※ 저자명: Hugo Rodrigue(교신저자), Haneol Lee(제1저자)
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- 작성일 2023-05-02
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- 화학공학/고분자공학부 박재형-조슈아잭맨 교수 공동 연구팀, 종양 유래 엑소좀 붕괴 펩타이드 발굴
- 화학공학/고분자공학부 박재형-조슈아잭맨 교수 공동 연구팀, 종양 유래 엑소좀 붕괴 펩타이드 발굴 - 면역관문억제제-펩타이드 병용치료를 통해 종양 치료효과 대폭 상승 기대 ▲ (왼쪽부터) 박재형 교수, 조슈아잭맨 교수, 신솔 박사과정생, 고혜원 박사(한국생명공학연구원) 화학공학/고분자공학부 박재형 교수 연구팀(공동 제1저자 신솔, 고혜원)이 조슈아잭맨 교수 연구팀과 함께 종양세포가 분비하는 세포 유래 소포체인 엑소좀(exosome)*을 인식하고 붕괴시켜 항암면역치료 효능을 대폭 높여주는 펩타이드를 발굴하여 면역관문억제제*의 효능을 크게 향상시키는 병용치료 기술을 제안하였다. * 엑소좀(exosome) : 세포에서 분비되는 나노사이즈(30~200nm)의 이중지질막 형태로 이루어진 작은 소포체. 수용세포의 증식 및 활동에 영향을 미칠 수 있음. * 면역관문억제제(immune checkpoint inhibitor) : 암세포를 파괴하는 세포 독성 T세포의 활성을 유도하는 항체기반 면역치료제. 3세대 항암제로 부각되고 있는 면역관문억제제 기반의 항암면역치료의 경우, 암세포 자체를 공격하던 기존 치료와 달리 체내 면역체계의 특이성, 기억 능력, 적응력을 강화시켜 줌으로써 다양한 암종에 적은 부작용으로 장기적인 항암 효과를 볼 수 있다는 장점이 있다. 하지만, 이러한 혁신적인 치료제도 단일요법으로는 단 15-45%에 불과한 환자만이 효과를 보이고 있어 여전히 많은 사람들이 치료제의 혜택을 보지 못하고 있는 실정이다. 최근 연구에서는 면역관문억제제가 듣지 않는 결정적 요인으로 종양에서 분비되는 엑소좀이 주목받고 있다. 종양 유래 엑소좀은 면역세포의 활성을 조절하여 면역억제성 환경을 조성하는 것으로 알려져 있다. 또한, 표면에 PD-L1*을 발현하고 있어 혈액을 통해 온몸을 순환하면서 세포독성 T세포의 사멸을 유도하고 면역관문억제제를 중화함으로써 기능을 저해하는 것으로 보고되었다. * PD-L1(Programmed Cell Death-Ligand 1 Protein): 암세포 표면에 과발현되는 단백질로, T세포가 암세포를 공격 대상으로 인지하지 못하게 하는 대표적인 면역관문 분자. 이에 박재형 교수와 조슈아잭맨 공동 연구팀은 종양 유래 엑소좀의 기능을 억제할 수 있다면 면역관문억제제의 한계를 극복할 수 있을 것이라 판단, 엑소좀을 둘러싼 지질막의 곡률(curvature)을 인식하여 결합하고 붕괴시킬 수 있는 펩타이드(이하 AH-D-펩타이드)를 발굴해냈다. AH-D-펩타이드는 높은 지질막 곡률을 가져 장력이 충분히 큰 300nm 이하 크기의 나노사이즈 소포에는 지질막에 결합하고 공동(pore)을 형성하여 붕괴시킬 수 있는 성질이 있다. AH-D-펩타이드는 크기가 200nm 이하인 엑소좀의 지질막을 붕괴하여, 결국 막단백질을 유리시키고 내부 생리활성 물질을 방출시켜 엑소좀의 기능을 무력화시킨다. [그림 1] 종양 유래 엑소좀 붕괴 펩타이드(AH-D-펩타이드)와 aPD-1 항체의 치료 기작 개념도 연구진은 발굴한 AH-D-펩타이드가 종양 유래 엑소좀을 붕괴시켜 PD-L1 기능을 효과적으로 억제하고, 이러한 억제 효과가 암세포를 공격하는 세포독성 T 세포의 활성화로 이어짐을 확인하였다. 추가적으로 동물실험을 통해 면역관문억제제와 AH-D-펩타이드의 병용 투여를 해본 결과 T 세포 기반의 항암면역반응이 유발되는 것을 발견하였으며, 결과적으로 병용치료 시 단일요법 대비 종양 치료 효과를 대폭 향상시키고 전이암의 생성을 억제할 수 있음을 검증하였다. 본 연구의 공동 교신저자인 조슈아잭맨 교수는 본교 '글로벌연구플랫폼 조성사업'을 통해 Translational Nanobioscience Research Center(TNRC)를 주도하며, 본 성과를 도출한 것에 대해 "연구팀은 생물물리학, 나노의학, 암 면역치료 등 다양한 분야의 전문지식을 융합하여 종양 유래 엑소좀을 억제하는데 성공했다"며 "이러한 펩타이드 기반 기술의 효과를 실현하고 우리 대학이 항암제 관련 분야의 글로벌 리더로 나아갈 수 있도록 앞으로도 글로벌 연구 협력에 매진하겠다"고 연구 소감을 밝혔다. [그림 2] AH-D 펩타이드의 엑소좀 기능 억제 및 종양 성장 억제 효능 본 연구성과는 보건복지부와 한국보건산업진흥원이 추진하는 보건의료R&D사업 (국가신약개발)의 지원으로 수행되었고 재료과학 분야 최고 권위 국제학술지 네이쳐 머티리얼스(Nature Materials, IF: 47.6)에 3월 23일 게재되었다. ※ 저널: Nature Materials ※ DOI: https://doi.org/10.1038/s41563-023-01515-2 ○ 관련 언론보도 - 성균관대, 암세포 엑소좀 파괴해 면역관문억제제 효과 높이는 물질 발굴 <한국경제, 2023. 3. 27.> - 암세포 엑소좀 파괴해 면역관문억제제 효과 높이는 후보물질 발굴 <뉴스1, 2023. 3. 27.> - 韓연구진, '암세포 엑소좀 파괴' 면역치료제 신물질 찾았다 <머니투데이, 2023. 3. 27.> - 암세포 엑소좀 파괴하는 면역치료제 신물질 발굴 <메디컬투데이, 2023. 3. 27.> - 암세포 엑소좀 파괴하는 면역치료제 신물질 발굴 <의학신문, 2023. 3. 27.>
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- 작성일 2023-05-02
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- 화학공학과 신우정, 송우철 박사, KAIST 및 POSTECH 조교수 임용
- 화학공학과 신우정, 송우철 박사, KAIST 및 POSTECH 조교수 임용 ▲ 화학공학과 신우정 박사(왼쪽, KAIST)와 송우철 박사(오른쪽, POSTECH) 우리 대학 화학공학과 졸업생 신우정 박사(학부 10학번, 석사 14학번)와 송우철 박사(학부 07학번, 석사 14학번)가 각각 한국과학기술원(KAIST) 바이오및뇌공학과와 포항공과대학교(POSTECH) 환경공학부에 2023년 조교수로 임용되었다. 신우정 박사는 우리 대학에서 2014년 학사를 취득하였고, 2015년 석사를 학, 석 연계과정(지도교수 엄숭호, 임용택)으로 취득하였다. 이후 2016년 미국 텍사스 주립대학교 오스틴(The University of Texas at Austin) 의공학과(Biomedical Engineering)에 입학하여 “Development of microphysiological human intestine models for deciphering the role of host-gut microbiome crosstalk in intestinal diseases”를 주제로 2020년 박사학위를 받았다. 그 후 약 2년간 미국 하버드 의대 Wyss Institute에서는 박사후연구원 과정을 보냈다. 신 박사는 총 29편의 SCIE논문을 발표하였으며 미국 NIH/NCI 장학생, 아산장학재단 장학생, 목암과학재단 장학생 등 국내외 여러 유수기관에서 장학생으로 선정 및 수상했다. 그는 엄숭호, 임용택 교수의 지도 하에 핵산나노공학 기술을 기반으로 한 암 진단체 개발, 생체고분자를 기반으로 한 암 백신 개발 등의 연구를 수행하였다. 박사과정 및 박사후연구원 과정을 통해서는 사람 몸속의 미생물과 이들의 군집체가 몸의 건강과 질병에 어떠한 영향을 미치는지를 연구하기 위한 장기모사칩 개발 및 미생물 기반의 치료제 개발 등의 연구를 진행하였다. KAIST에서도 여러 공학기술을 기반으로 생물학적, 의학적 문제를 해결하는 목적을 가지고 연구를 진행할 계획이며, 장기모사칩 및 합성생물학 기술을 활용하여 사람-미생물 상호작용을 심도있게 연구할 계획이다. 송우철 박사 역시 엄숭호 교수 지도 하에 우리 대학에서 2014년 학사를, 2015년에 석사를 취득하였다. 이후 2016년부터 2019년까지 미국 펜실베니아 주립대학교 화학공학과에서 박사과정 수료 후, 텍사스 주립대학교 오스틴 (The University of Texas at Austin) 화학공학과에서 “Bioinspired Membrane Design, Synthesis, and Characterization to Control Microstructure and Enable Efficient Molecular Separations”로 2021년 박사학위를 받았다. 이후 미국 캘리포니아 버클리 대학교 화학과에서 약 2년간 박사후연구원 과정을 보냈다. 송 박사는 에너지 및 환경 지속가능성 분리막 기술을 주 연구분야로 하여 총 25편의 SCIE 논문을 발표하였다. 미국 화학공학회, 미국 막학회, 미국 화학회등 저명한 해외 학술 기관으로부터 우수 박사과정 연구 수상 및 펠로우쉽을 수상하였으며, 2021년에는 목암과학재단 장학생으로 선정되었다. 송우철 박사는 박사과정 동안 친환경 해수담수화 및 나노여과 공정 개발을 위한 생체모사 분리막 및 기능성 고분자 분리막 소재를 개발하였다. 박사후연구원 과정을 통해서는 나노다공성재료 (metal-organic frameworks, MOFs) 합성 및 이를 이용하여 에너지-환경 문제 해결에 앞장설 수 있는 기술을 개발하였다. 대표적으로 MOFs를 이용하여 탄소 배출 제로를 달성하며 대기 중 수분으로부터 식수를 확보할 수 있는 연구를 진행하였다. 송 박사는 다양한 유·무기 소재 합성 기술을 기반으로 우리 주변의 다양한 천연자원 또는 폐자원을 친환경적으로 분리/정제하여 사회·경제·윤리적 부가가치를 높이는 연구를 진행할 계획이다.
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- 작성일 2023-05-02
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- 화학공학/고분자공학부 엄숭호 교수, 창작산맥 신인문학상 수상
- 화학공학/고분자공학부 엄숭호 교수, 창작산맥 신인문학상 수상 - 창작산맥 신춘문예 공모전 입상... 소설가 등단 - 단순 공학 기술자 아닌 '자연철학(Natural Philosophy) 하는 공학자' 되고 싶어 화학공학/고분자공학부 엄숭호 교수가 지난 3월 18일(토) 열린 제14회 김우종문학상·창작산맥문학상 시상식에서 소설부문 신인문학상을 수상하여 소설가에 등단하였다. 엄숭호 교수의 소설 ‘유전자 군상(群像)의 뫼비우스’는 창작산맥 제43호에 실렸다. 엄 교수의 소설은 2030년 생명과학자인 주인공이 DNA 수정으로 신약을 개발하는 프로젝트를 수행하던 중 함께 신약을 개발하던 동료의 죽음을 맞닥뜨리며 시작된다. 동료가 개발된 신약을 자신의 배우자에게 테스트하려 하였으나 이를 거부한 배우자에 의해 충동적으로 살해되었음을 주인공은 알게 된다. 소설은 인간 또는 연구자의 욕망과 동시에 움직이는 인간성과 사회의 파멸을 포착하고 시대의 첨단에서 우리 사회나 개인 그리고 문명의 이행에 대한 사유의 장을 제시하고 있다. 엄숭호 교수는 “어릴 적 아버지의 서재에 꽂혀있던 세계문학전집을 통해 문학을 접했고 당시 소설가 알베르 카뮈는 나에게 아이돌과도 같았다.”고 말했다. 엄 교수는 과학자의 길을 걸으며 그때의 감흥이 흐릿해졌으나 미국 유학 중 많은 과학자들이 문학생활을 병행하고 있다는 것을 알게 되었다. 엄 교수는 “그들의 작품을 보고 사유하며 스스로 펜을 들고 직접 써보고 싶었다. 시인의 경지에 이른 과학자 루이스 토마스처럼 되고 싶었다.”고 소설 집필 배경을 밝혔다. 실제 고대 그리스, 플라톤 시대에 과학과 철학은 하나였다. 14세기까지만 하더라도 지금 우리가 부르는 ‘과학’은 당시 ‘자연철학(Natural Philosophy)’으로 불렸다. 지금은 20세기 실증주의 영향으로 과학과 철학이 철저히 분리되어 있지만 공학자들이 세상을 이롭게 하고 번영시키기 위해서는 인문학적 소양을 갖추어 둘을 융합할 수 있어야 한다고 엄 교수는 말한다. 엄숭호 교수는 “단순 공학 기술자가 아닌 ‘자연철학을 하는 고귀한 과학자 혹은 공학자’가 되고 싶다”며 “이질의 경계에 사는 집단이 더욱 풍성해져서 과학의 발전에 큰 역할을 하였으면 좋겠다”고 소감을 밝혔다.
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- 작성일 2023-03-29
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- 방석호 교수 공동연구팀, 종양 선택적 자가보고 하이드로젤 센서 개발
- 방석호 교수 공동연구팀, 종양 선택적 자가보고 하이드로젤 센서 개발 - 미네랄화 전도성 하이드로젤 센서 기반 종양 검출 및 제거 기술 - 종양세포 특이적 감지 및 전자제어를 통한 무선 모니터링 구현 ▲ (왼쪽부터) 방석호 교수(교신저자), 박성영 교수(교신저자, 한국교통대), 이동현 박사과정생(공동1저자), Kaustuv Roy(공동1저자, 한국교통대) 화학공학/고분자공학부 방석호 교수 연구팀이 한국교통대학교 화공생물공학전공 박성영 교수 연구팀과 공동 연구를 통해 활성산소에 반응하여 점성, 점착성 및 신축성이 변화하는 미네랄화 전도성 하이드로젤 센서를 개발하였다. 암을 조기에 발견하면 점진적인 암 관리가 가능해 낮은 위험과 비용으로 치료가 가능하다고 알려져 있다. 하지만, 기존 면역 센서 및 면역 분석과 같은 종양 마커를 기반으로 하는 기존의 암 세포 진단 기술은 정교한 기술을 사용하는 임상 실험실에서 측정이 수행되기 때문에 일반적으로 사용되기에 쉽지 않으며, 체액 수집과 결과 기록 사이에 적지 않은 시간이 소요된다. 따라서, 전문지식이나 특별한 지식 없이도 신속하고 구체적인 결과를 얻을 수 있는 방법에 대한 연구가 진행되었다. 기존 암 자가보고 센서는 색상 및 sol-gel 전이의 변화, 모양 및 신축성의 변화 등 물리적 변화 감지 방법을 사용하였다. 그러나, 현재의 감지 방법인 표면 증강 라만 산란(SERS), 표면 플라즈몬 공명(SPR) 및 광 음파(PA) 이미징 기반 감지는 신호 수집 시간이 오래 걸리며, 특수한 장비가 필요하다는 문제점이 있다. 따라서, 현재의 감지 기술이 직면한 문제를 해결하면서 쉬운 암 진단을 가능하게 하는 자가보고 플랫폼이 필요하였다. 연구팀은 암 선택적 점성, 접착력, 신축성, 전도성, 형광 및 광열 전환 특성을 가진 ROS 반응성 미네랄화 전도성 하이드로겔(M-hydrogel) 센서를 개발하였다. 이 센서는 높은 활성산소를 함유한 종양 미세 환경 속에서 다이설파이드 결합을 파괴하여 암 선택성을 제공한다. 활성산소에 의한 탄화 폴리 도파민의 방출은 하이드로겔의 수소 결합 수를 늘리고, 이는 자기 인식 가능한 M-hydrogel 센서의 다공성 구조의 활성화로 이어진다. 위와 같은 특성은, M-Hydrogel은 무선 감지 장치와 함께 사용되어 종양 보유 마우스에서 하이드로겔의 감지 기능을 모니터링할 수 있으며 스마트폰을 사용하여 현장 및 현장 외 감지 데이터를 수집할 있다. [그림1] 스마트폰을 이용한 모니터링이 가능한 하이드로젤 기반 감지 시스템 연구팀이 개발한 M-Hydrogel은 암세포가 이식된 마우스에 이식된 후 무선 감지 시스템을 이용한 우수한 상태 감지 능력을 보여 주었으며, 광열 치료와 연계 하였을 때, 종양 사멸 관련 인자인 p53 및 BAX를 상향 조절하고 종양 세포 제거를 유도하여 종양 크기를 감소시키는 것으로 확인됐다. [그림2] 마우스 내 광열효과에 대한 도식 방석호 교수와 박성영 교수는 “후속 연구를 통해 임상적 적용이 가능하도록 종양에 대한 신속 검출을 위한 실제 응용 가능성을 확인할 예정이다.”라고 설명했다. 해당 연구 결과는 화학공학분야 국제학술지인 어드밴스트 펑셔널 머티리얼스 저널(Advanced Functional Materials, IF: 19.924)에 1월 29일 온라인 게재되었다. ※ 논문제목: A Self-Reporting Mineralized Conductive Hydrogel Sensor with Cancer-Selective Viscosity, Adhesiveness, and Stretchability ※ 저널: Advanced Functional Materials ※ 논문링크: https://doi.org/10.1002/adfm.202212977
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- 작성일 2023-03-27
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- 화학공학/고분자공학부 이준엽 교수, OLED 발광층 재결합 속도 예측하는 고성능 AI 개발
- 화학공학/고분자공학부 이준엽 교수 OLED 발광층 재결합 속도 예측하는 고성능 AI 개발 - 데이터 처리 및 신경망 최적화로 예측 정확도 94.9% 달성 - OLED 디스플레이 연구개발 경쟁력 강화 기대 ▲ (왼쪽부터) 이준엽 교수, 김재민 박사, 이경형 박사과정생 화학공학/고분자공학부 이준엽 교수 연구팀이 OLED 소자의 발광 특성만으로 발광층 내 재결합속도(계수)를 예측하여 폴라론 거동을 추출할 수 있는 고성능 AI 모델을 개발하였다. * OLED: Organic Light Emitting Diode, 유기발광 다이오드 OLED의 재결합계수는 값이 높을수록 발광층 내 폴라론 재결합이 가속되어 OLED 패널의 고휘도 전력효율 향상과 소자 열화 개선에 기여하는 핵심 물리인자이다. 소자의 전기발광 특성에 내포되어 있지만 폴라론과 여기자의 복합 상호작용으로 인해 분석하기 어려운 인자 중 하나이다. * 재결합계수: 재결합속도를 관장하는 속도 계수 기존에는 발광층 박막의 광발광 특성과 소자의 전기발광 특성을 모두 분석해야 재결합계수를 얻을 수 있어 복잡한 과정으로 인해 빅데이터 구축이 어려운 문제가 있었다. 이는 물리 방정식의 해를 풀기 위한 필수 과정이기 때문에 인간의 논리를 기반으로 한 방법론 개선에 한계가 존재했다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 이준엽 교수 연구팀은 전기발광 모델링을 기반으로, 다양한 경우의 수의 가상 과도 전기발광 (transient EL) 소광 곡선을 생성하여 이를 기반으로 한 AI 모델을 구축하였다. 그 결과, 학습된 AI 모델을 통해 기초 박막 분석에 대한 배경지식 없이 과도 전기발광 데이터만으로도 발광층의 재결합계수를 예측하는 데 성공하였다. 예측된 재결합계수를 통해 발광층 내부의 폴라론 축적 및 재결합 거동을 분석할 수 있게 되었다. 또한, 학습 데이터 가공과 인공 신경망 최적화를 통해 AI 모델의 예측 정확도를 79.3%에서 94.9%로 크게 향상시켰다. 본 연구는 AI를 활용하여 OLED의 핵심 물리 인자에 대한 접근성을 매우 높였다는 것에 의의가 있다. 특히, 연구에서 주목한 재결합계수는 OLED의 고휘도 전력효율과 패널 수명에 연관된 물성으로 현재 IT 시장에서 영역을 확장하고 있는 OLED 디스플레이의 경쟁력 강화에 기여할 것으로 기대된다. 이준엽 교수는 “AI가 OLED 소재, 소자 개발의 패러다임을 변화시킬 것”이라며 “본 연구는 AI가 OLED의 표면적 거동만으로 내재된 핵심물성을 추출할 수 있음을 보여주며 최종적으로 OLED를 포괄적으로 진단하고 개발 방향을 제시할 수 있는 AI모델을 구축하기 위한 발걸음”이라고 말했다. 본 연구는 김재민 박사가 제1저자, 이경형 박사과정이 제2저자로 참여하였으며, 결과는 재료 분야의 국제학술지인 Advanced Materials(IF: 32.086, JCR 상위 2.1%)에 2월 14일 온라인으로 게재되었다. 본 연구는 교육부 학문후속세대 과제를 통하여 수행되었다. (a) 재결합계수의 물리적 의미를 나타낸 모식도 / (b) 가상 과도 전기발광 (transient EL) 소광 곡선 / (c) 최적화에 따른 AI 모델 성능 변화
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- 작성일 2023-03-23
- 조회수 1436
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- 신소재공학부 이내응 교수 연구팀, 생물학적 후각계의 화학감각 신경을 모방한 인공 화학감각 신경 시냅스 개발
- 신소재공학부 이내응 교수 연구팀, 생물학적 후각계의 화학감각 신경을 모방한 인공 화학감각 신경 시냅스 개발 - 사람의 후각을 닮은 인공 화학감각 신경 시냅스 개발 ▲ (왼쪽부터) 신소재공학부 이내응 교수, Atanu Bag 연구교수, Hamna Haq Chouhdry 박사과정생 신소재공학부 이내응 교수 연구팀은 인간 후각계의 화학감각 뉴런을 모방한 인공 화학감각 신경 시냅스를 개발했다고 28일 밝혔다. 이 연구결과는 2월 Nature Communications지에 게재되었으며 Editor Highlights 웹페이지의 "Device" 섹션에서 특집 연구로 선정되었다. 인간의 감각 신경시스템을 모방하여 에너지 효율적이고 지능적인 신호 처리를 구현하는 뉴로모픽(Neuromorphic) 센서 공학에 대한 연구 노력이 커지고 있다. 앞으로 인공 감각 시스템은 장치 수준에서 감지, 필터링, 적응 및 기억하는 지능형 센서 시스템으로 발전하여 미래 인간 신경계의 감각처리 기능을 모방하는 뉴로모픽 인지 기술에 적용 될 수 있을 것으로 기대되고 있다. 이번 연구는 생물학적 후각 시스템에서 화학감각 뉴런의 흥분성 및 억제성 시냅스 기능을 모방하였으며, 화학감응성 이온겔에서 가스 분자와 이온의 상호작용에 의해 생성된 전위에 의해 게이팅되는 유연한 유기 전기화학 트랜지스터를 기반으로 한 소자가 새롭게 제안되었다. ▲ 생물학적 및 인공 화학 감각 시냅스의 비교 제안된 소자에서는 전기적 및 화학적 자극의 동시 자극 하에서 감각 신호의 감지, 기억, 적응, 망각 등의 기능을 구현했다. 화학감응성 이온겔과 유기 반도체 채널을 결합하면 화학적 자극에 대한 반응으로 신호의 전처리 및 장기 유지 기억이 가능하며, 흥분성 화학 자극의 장기 기억은 화학 반응성 이온겔 게이트 전해질에서 이온 역학으로 인한 억제성 전기 자극을 적용하여 지울 수도 있다고 한다. ▲ 흥분성 화학 및 억제성 전기 자극 하에서 소자 동작 이내응 교수는 “이번 제안 소자의 개념은 센서의 감지 중 에너지 소모 및 데이터양을 획기적으로 줄일 수 있어 향후 인간 감각계 모방 뉴로모픽 인지기능 구현을 위한 인공 화학 감각 시스템 및 인공코에 대한 연구의 확장에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.”고 설명했다. 이내응 교수가 교신저자, Atanu Bag 연구교수가 공동교신저자, 박사과정중인 Hamna Haq Chouhdry학생이 제1저자로 참여한 본 연구는 교육부 및 과학기술정보통신부가 한국연구재단을 통해 각각 지원하는 대학중점연구소 및 중견연구자 지원사업을 통해 이루어졌다.
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- 작성일 2023-03-23
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- 화학공학/고분자공학부 방석호 교수, 질환치료용 줄기세포 효능 극대화를 위한 미세구조 패치 개발
- 화학공학/고분자공학부 방석호 교수, 질환치료용 줄기세포 효능 극대화를 위한 미세구조 패치 개발 - 2, 3차원 동시 세포배양 미세구조 패치 제조 기술 - 최적화된 광 조사 기반 세포 치료능 강화 및 기전 규명 ▲ (왼쪽부터) 방석호 교수(교신저자), 서인우 석사과정생(제1저자), 김성원 박사 화학공학/고분자공학부 방석호 교수 연구팀은 줄기세포의 2차원 및 3차원 동시 세포배양과 전달이 가능하고, 최적화된 광 조사를 통한 줄기세포의 질환치료 효과가 증진되는 미세구조 패치를 개발하였다. 줄기세포치료 분야에서 세포 스페로이드(spheroid)는 다수의 세포가 응집된 형태를 가진 구형의 세포 집합체로서, 우수한 세포 생존율과 혈관신생 특성으로 인해 조직공학 연구 전반에 활용되고 있다. 하지만 낮은 세포외기질(extracellular matrix) 특성으로 인해 조직 치유 효과가 저해된다는 문제점이 있었다. 방석호 교수 연구팀은 세포외기질 보존 특성을 가진 세포 시트(cell sheet)와 스페로이드를 결합하여 기존 스페로이드 치료의 생착률을 증가시키고 치료적 한계를 극복하는 방법을 개발하였다. 방 교수 연구팀은 생체적합 폴리머 폴리디메틸실록산(PDMS) 소재와 미세 제조기술을 활용하여 줄기세포 시트-스페로이드 복합체를 한 번에 배양하고, 형태를 유지할 수 있는 마이크로 구조 패치를 적용했다. 2차원 세포 시트에 수백 개의 3차원 스페로이드가 결합된 형태의 줄기세포 복합체는 높은 세포 담지 효율을 보였으며, 혈관내피 성장인자 및 저산소증 유발 인자 등의 세포 내 메커니즘을 활성화시켜 조직 치유 효과를 향상시킬 수 있었다. 연구팀이 개발한 이중 구조 줄기세포 복합체는 우수한 항산화 능력으로 인한 높은 활성산소종(reactive oxygen species, ROS) 내성을 보였다. 이에 연구팀은 최적화된 적색광 조사를 적용함으로써, 세포독성 없이 ROS 수준을 제어하고, 줄기세포의 생존력과 혈관신생 효능을 한층 더 강화할 수 있는 치료기법을 확립했다. 또한 대표적인 세포외기질 인자인 피브로넥틴(fibronectin)의 상향 조절과 관련된 분자생물학적 치료효능 강화기전을 이번 논고를 통해 규명하였다. 방석호 교수 연구팀은 다양한 파장대의 빛을 세포에 적용하여 세포 미세환경을 제어하고, 질환 치료효능을 향상시키는 연구를 수행하고 있으며, 다양한 변수의 제어를 통해 최적화된 광 조사 기법을 제시한 바 있다. 동물모델의 상처 부위에 줄기세포 복합체를 담지한 마이크로 패치를 부착한 결과, 세포 분리과정의 단계를 배제시킨 효율적인 전달이 가능하였으며, 비약적으로 증진된 세포 생존 및 혈관신생능으로 인해 조직 재생효과가 크게 증가되었다. 방석호 교수는 “본 연구를 통해 개발된 패치-세포 전달 플랫폼은 기존 세포 치료제의 한계를 극복하고, 다양한 허혈성 질환으로 적용 범위를 넓힐 수 있을 것으로 기대된다”고 설명했다. 해당 연구 결과는 ACS Applied Materials & Interfaces(IF: 10.383)에 2월 22일(수) 게재되었다. ※ 논문제목: Fibronectin-enriched interface using spheroids converged cell sheet for effective wound healing ※ 저널: ACS Applied Materials & Interfaces ※ DOI: https://doi.org/10.1021/acsami.2c20597
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- 작성일 2023-03-23
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