-
- 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.
-
- 작성일 2023-03-29
- 조회수 1671
-
- 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
-
- 작성일 2023-03-27
- 조회수 1575
-
- 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
-
- 작성일 2023-03-23
- 조회수 1525
-
- 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.
-
- 작성일 2023-03-23
- 조회수 1601
-
- 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
-
- 작성일 2023-03-23
- 조회수 1610
-
- 화학공학과 김다완 박사, 한국교통대 전자공학과 조교수 임용
- 화학공학과 김다완 박사, 한국교통대 전자공학과 조교수 임용 화학공학과 방창현 교수 BMIL연구실의 김다완 박사가 2023년도 한국교통대 전자공학과 조교수로 임용되었다. 김다완 박사는 2010년 우리 대학 화학공학부 입학, 2016년 동대학 화학공학과 석박통합과정을 거쳐 2022년 2월 화학공학 박사학위를 받았으며 유연 생체전자소자 및 소프트 로봇에 관한 연구를 중점적으로 진행하고 있다. 김 박사는 전자재료 분야 최우수 논문(상위 5%이내) 1저자 4편을 포함한 다수의 SCI 논문(총 21편) 발표와 국내 7건, 국제 2건의 특허를 출원하였다. 또한 연구책임자로 한국연구재단 및 일자리진흥원 과제 4건 수주 및 1건의 기술이전을 진행하였다. 이러한 우수한 연구성과를 인정받아, 2023년 한국교통대 전자공학과 조교수로 만 31세의 나이로 임용되었다.
-
- 작성일 2023-03-23
- 조회수 1547
-
- 화학공학과/고분자공학부 김태일 교수, 제25회 송곡과학기술상 선정
- 화학공학과/고분자공학부 김태일 교수, 제25회 송곡과학기술상 선정 한국과학기술연구원(KIST)은 제25회 송곡과학기술상에 김태일 성균관대 화학공학과 교수를 선정한다고 8일 밝혔다. 송곡과학기술상은 KIST 초대 소장이자 과학기술처 초대 장관을 지낸 송곡(松谷) 최형섭 박사 업적을 기리고자 1999년 제정된 상이다. 세계 정상 수준의 신소재를 개발했거나 과학기술 정책에 관한 학문적 연구 등을 통해 국가 과학기술과 경제·산업 발전에 기여한 과학기술자를 발굴해 시상하고 있다. 김태일 교수는 국내를 대표하는 바이오 전자소자 전문가다. 최근 생체모방 바이오 전자소자인 '거미 감각기관을 모사한 초고민감도 센서' 개념을 발표했다. 특히 거미의 진동 감각기관 주변의 노이즈를 제거하고 필요한 신호만 전달할 수 있는 점탄성 패드(cuticular pad) 기관을 모사한 소자를 세계 최초로 개발한 공로를 인정받았다. 이 외에도 거미의 진동 감각기관 모사 센서의 센싱 메커니즘을 밝히고 센서 최적화에 필요한 구조를 연구했다. 이를 통해 생체모방 전자소자와 차세대 웨어러블(Wearable·착용할 수 있는) 의료기기 연구에 기여했다. 김 교수는 수상 소감으로 "작은 곤충이라고 할지라도 사람이 상상할 수 없는 기능을 가지고 있다"며 "곤충의 진동흡수 능력을 모사한 소재는 층간소음, 자동차 진동 등 실생활의 다양한 소음과 진동을 제거할 수 있다"고 말했다. 그러면서 "앞으로도 신소재를 활용한 생체모방 바이오 전자소자 연구를 선도적으로 수행하겠다"고 밝혔다. 송곡과학기술상 시상식은 오는 10일 서울 성북국 KIST 본원에서 열리는 제57회 개원기념식에서 진행된다. 김 교수에게 상장과 상금 2000만원이 수여될 예정이다.
-
- 작성일 2023-03-23
- 조회수 1541
-
- 신소재공학부 백정민 교수 연구팀, 마찰 전하 유동(Drift) 현상 세계 최초로 밝혀
- 신소재공학부 백정민 교수 연구팀, 마찰 전하 유동(Drift) 현상 세계 최초로 밝혀 - 마찰 전하의 유동 현상 규명을 통해 전하 밀도의 이론적 수치에 근접 - 국제적 학술지 Energy & Environmental Science 2023년 1월 온라인 게재 신소재공학부 백정민 교수 연구팀이 마찰 전하의 유동(Drift) 현상을 세계 최초로 규명하였으며 이를 통해 세계 최고 출력의 마찰 발전기를 개발하였다. 서로 다른 두 물질이 마찰할 때 발생하는 접촉 대전(contact electrification) 현상을 이용하여 주변의 기계적인 에너지를 유용한 전기에너지로 변환하는 마찰 발전기는 소형전자기기의 전원공급에 이용됨을 입증했으며, 또한 전자 피부, 터치 스크린, 의료 기기 및 보안 시스템에서 순간적인 자극을 감지하는 데에도 사용되고 있다. 그러나 두 표면 사이의 물리적 접촉에 의해 생긴 마찰 전하는 그 밀도가 낮아 소자 출력이 적고 생성된 전하 또한 대부분 표면에 존재해 온도, 습도 등의 외부의 환경적 요인에 의해 그 수치가 급격히 낮아지는 문제점이 제기되어 왔다. 위의 한계를 돌파하고자, 백정민 교수 연구팀은 실리카(SiO2) 나노입자와 2차원 소재인 몰리브덴 설파이드(MoS2)로 구성된 새로운 양전하 대전체를 제조하여 이론적인 수치에 매우 근접한 세계 최고 수준의 전하 밀도(1,072 uC/m2)를 달성하였다. 이는 실리카와 몰리브덴 설파이드 계면에 존재하는 포텐셜에 의해 마찰 전하가 유동하여 계면에 전하가 축적되는 현상에 기인한 것이다. 이는 방사광 광전자 분광법(Synchrotron Radiation Photoelectron Spectroscopy, SRPES)을 통해 실리카와 몰리브덴 설파이드 계면에 전기 포텐셜(Potential)이 생기고, 이로 인해 마찰 전하가 유동하여 계면에 전하가 축적되는 현상에 의한 것임을 세계 최초로 밝혔다. 이러한 우수한 특성을 바탕으로 세계 최고 수준의 출력(14.75 W·m-2)을 달성하였으며 기존 마찰 발전기 보다 10배 이상 충전 속도를 향상시켰다. 백정민 교수는 “이 연구는 기존 마찰 발전기의 근본적인 한계인 낮은 전하밀도를 소재원천 기술을 통해 획기적으로 개선했다는 데서 큰 의미가 있으며, 안정적이고 높은 소자 출력을 통해 에너지 하베스팅 뿐만 아니라 다양한 센서 기술에도 응용이 가능하다 ”라고 밝혔다. 백정민 교수팀은 이미 관련 국내·외 특허 2건을 출원한 상태이며, 향후 관련 기술을 이용해 다양한 분야에서의 상용화 연구를 진행 중이다. 백정민 교수 연구팀의 이번 연구는 2017년 12월 삼성미래육성사업 후속과제에 의해 지원되었으며, 연구결과는 국제적 학술지인 Energy & Environmental Science (IF = 39.714)에 2023년 1월 온라인 게재되었다. ※ 논문명: Electric-field-driven interfacial trapping of drifting triboelectric charges via contact electrification ※ DOI: 10.1039/D2EE03114K
-
- 작성일 2023-02-28
- 조회수 1656
-
- 크리스탈 패싯에 숨겨진 비밀을 찾다 – 페로브스카이트 태양전지 수분 안전성 획기적 향상
- 크리스탈 패싯에 숨겨진 비밀을 찾다 – 페로브스카이트 태양전지 수분 안전성 획기적 향상 - 수분에 가장 안정한 (111) 패싯 발견, 美 주간 과학전문 저널 사이언스지 단독 게재 - 박남규 교수팀, 수분에 안정한 페로브스카이트 크리스탈 패싯(결정 노출면) 최초 발견 - 2,000시간의 수분 노출 실험에서 초기효율의 95% 이상 유지 ▲ (왼쪽 상단부터) 마춘칭 박사, 박남규 교수, (왼쪽 하단부터) 권석준 교수, 마이클 그랏첼 교수 화학공학과 박남규 석좌교수(성균에너지과학기술원장, 교신저자)와 마춘칭 박사(제1저자)는 화학공학과 권석준 교수(공동 교신저자), 스위스 로잔연방공대 그랏첼 교수(공동 교신저자)와 함께 페로브스카이트* 크리스탈 패싯**에 따른 수분 안정성의 차이점을 발견하고, 수분에 가장 안정적인 (111) 패싯을 위주로하는 필름 제작에 성공, 2,000시간의 수분 노출 실험에서 95% 이상 초기효율이 유지되는 안정한 페로브스카이트 태양전지를 개발하여 사이언스지(Science)에 1월 13일(현지 시각) 연구결과를 발표하였다. * 페로브스카이트: ABX3라는 화학식을 갖는 결정. 페로브스카이트 결정에서 A와 X는 12배위를 하고 B는 X와 6배위를 한다. ** 크리스탈 패싯: 원자의 배열이 공간적으로 반복된 패턴을 가지는 결정에서 기하학적 모양의 평평한 면. 페로브스카이트 태양전지는 유무기 하이브리드 페로브스카이트 광흡수 소재를 포함하는 태양전지 기술이다. 2012년 박남규 교수팀은 9.7% 효율의 고체 페로브스카이트 태양전지를 최초로 개발, ‘페로브스카이트 포토볼타익스’라는 새로운 학문분야를 개척하였다. 세계가 주목하는 페로브스카이트 태양전지 개발 공로로 2017년 클래리베이트는 박남규 교수를 노벨상 수상 후보 연구자로 선정하였다. 태양전지용 페로브스카이트 광흡수층은 간단한 용액공정을 이용하여 150도씨 이하의 비교적 낮은 온도에서 제작할 수 있다. 일반적으로 알려진 용액공정을 이용하면 형성된 필름에서 페로브스카이트 결정은 다결정 특성을 갖고 결정 패싯도 잘 발달하여 있지 않다. 박남규 교수팀은 첨가제 공법을 이용하여 (100)과 (111) 결정 패싯이 잘 발달된 페로브스카이트 필름을 제작하는 데 성공하여, 패싯에 따른 광전류 의존성을 밝힌 바 있다(2022년 11월 16일 Joule(IF: 46.048)에 발표). 이번 연구에서는 패싯이 잘 발달된 페로브스카이트 필름이 수분에 노출될 경우 수분 안정성이 패싯에 따라 달라진다는 것을 처음으로 발견하였다. 특히 (100) 패싯은 수분에 매우 취약하지만 (111) 패싯은 수분에 안정적이라는 점을 발견해내었다. (111) 패싯이 (100) 패싯 보다 수분 안정성이 우수한 이유는 물의 젖음에너지가 (111) 패싯에서 상대적으로 낮기 때문이라는 사실을 이론계산을 통해 밝혔다. 또한 수분에 취약한 (100) 패싯에서는 물과 강한 결합이 생겨 알파에서 델타 상으로 페로브스카이트 상전이가 일어나 광흡수 특성을 잃게 된다는 사실을 분광분석과 엑스선 회절을 이용하여 알아내었다. 패싯에 따른 수분안정성의 차이점에 대한 원인 규명을 기반으로, 페로브스카이트 태양전지의 수분 안정성을 향상하기 위해서는 (111) 패싯으로 구성된 필름 제작 기술이 필수적인데, 박남규 교수팀은 사이클로헥실아민 이라는 첨가제를 이용하여 (111) 패싯이 98% 차지하는 페로브스카이트 필름 제작에 성공하였다. 30-40% 상대습도 환경에서 약 2,000시간(1,938시간) 수분 안정성을 테스트한 결과, (111) 패싯 위주의 페로브스카이트 필름으로 만든 태양전지는 초기효율의 95% 이상을 유지하였다. 이번 연구 결과는 교육과학기술부와 한국연구재단의 리더과제(NRF-2021R1A3B1076723) 지원으로 수행되었으며, 페로브스카이트 태양전지의 수명을 획기적으로 개선하여 상용화에 이바지할 것으로 예상한다. ※ 논문명 : Unveiling facet-dependent degradation and facet engineering for stable perovskite solar cells ※ 저널: Science ○ 관련 언론보도: 조선비즈, 성대 박남규 교수 연구팀, 수분 안정성 획기적으로 높인 태양전지 개발(2023. 1. 13.)
-
- 작성일 2023-01-26
- 조회수 1794
-
- SAINT 임용택 교수 연구팀, 동력학적으로 작동하는 면역 기능 조절 약물 세계 최초 개발
- SAINT 임용택 교수 연구팀, 동력학적으로 작동하는 면역 기능 조절 약물 세계 최초 개발 성균나노과학기술원(SAINT) 임용택 교수 연구팀(제1저자 진승모, 유연정 박사과정생)이 치료용 면역 세포들이 탈진(exhaustion)을 최소화하면서, 효과적인 항종양 면역을 생성할 수 있게 하도록, 동력학적으로 활성화 기능이 조율된 나노 아주번트(kinetically activating nanoadjuvant; K-nanoadjuvant)를 세계 최초로 개발하였다. 해당 연구 결과는 다학문적 과학 분야 국제 학술지인 네이처 나노테크놀로지(Nature Nanotechnology, IF: 39.213)에 게재되었다. 암 면역 요법을 강화하려면 다양한 면역억제 인자들로 이루어진 암 환경에서 면역세포가 탈진 없이 암세포의 특이적인 정보를 갖고 최적으로 활성화 되어 있어야 한다. 이를 위하여 톨-유사 수용체 작용제(toll-like receptor agonist; TLR agonist)와 같은 선천적 면역을 효과적으로 유도할 수 있는 다양한 약물들이 개발되어 왔지만, 이러한 약물들은 면역 독성 및 면역 세포들의 탈진을 유도하여, 효과적이지 못한 암 면역 요법을 초래하였다. 이는 면역 관문 억제제(immune checkpoint inhibitor)와 같은 최신 항암면역치료제의 효율이 5-30%에 머무는 이유이기도 하다. 임용택 교수 연구팀은 이러한 한계점을 극복하기 위하여 역세포의 엔도/리소좀(endo/lysosome)에 존재하는 특이 감마-인터페론-유도성 리소좀 티올 환원 효소(gamma-interferon-inducible lysosomal thiol reductase; GILT)에 선택적으로 반응하는 링커(linker)를 이용하여 신개념 아주번트소재를 개발하였다. 이를 인체 내 안정성이 증명된 나노 리포솜에 적용하여 특정 장소와 시간에서 작동하는 TLR7/8 agonist(timely-activating TLR7/8a, t-TLR7/8a)를 신규 합성하고, 다양한 톨-유사 수용체 아고니스트들과의 조합을 통해 동력학적으로 면역 활성화 기능이 조율된 나노 아주번트인 K-nanoadjuvant를 개발하였다. K-nanoadjuvant는 서로 다른 신호전달 루트를 통해, 면역세포를 활성화하는 두 가지의 면역 활성화 약물의 작용 기전을 시간(time), 순서(order), 및 조합 코드(combinatorial code)의 최적화를 통해 동력학적으로 조율함으로써, 비특이적 독성문제를 최소화하면서도 면역세포의 활성화를 극대화할 수 있을 뿐 아니라, 과도한 면역반응에 의해 유도되는 면역세포의 탈진 현상을 극복할 수 있는 나노 리포솜 기반의 신규 면역기능 조절 물질이다. K-nanoadjuvant는 지속적으로 인터루킨 12(interleukin 12, IL-12)의 분비를 유발하는 비탈진 수지상 세포(non-exhausted dendritic cell)를 효과적으로 유도할 뿐만 아니라, 비탈진 세포독성 T 세포(cytotoxic CD8+ T cell)와 자연 살상 세포(natural killer cell)의 생성을 유도하였다. K-nanoadjuvant는 3가지 종양 모델(피부암, 폐암, 유방암)에서 단독 요법으로 사용하거나, 면역 관문 억제제인 항 PD-L1 또는 항암제(독소루비신, doxorubicin)와의 병용 요법을 통해, 면역독성 없이 강력한 항종양 면역 효과를 보여주었다. 이 기술은 국내 벤처기업 프로지니어㈜에 기술 이전되어 현재 항암면역 치료제 및 감염성 질환 백신으로 신약 개발 중이다. 임용택 교수는 “K-nanoadjuvant는 면역 독성 문제를 해결하면서 효능을 극대화할 수 있는 플랫폼 기술이며, 인체 내 안전성이 증명된 나노 리포솜 기반의 약물로, 임상 적용 가능성이 매우 높다”며 “종양의 재발/전이를 방지할 수 있는 차세대 항암 면역 치료제로 활용될 가능성이 있다.”고 말했다. ※ 논문명: A nanoadjuvant that dynamically coordinates innate immune stimuli activation enhances cancer immunotherapy and reduces immune cell exhaustion ※ 저널: Nature Nanotechnology
-
- 작성일 2023-01-26
- 조회수 1932