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딥러닝 기반 ESG 연구

ESG 논란(Controversies)이 큰 기업의 주식에 대해 투자자의 거래가 대체로 증가하는 경향을 보이며, 특히 국내 기관 투자자는 논란이 있는 주식을 집중적으로 매도함을 보였다.

경제학과 류두진 교수

딥러닝 기반 ESG 연구

경제학과 류두진 교수가 방정석 금융연구원 조사역 및 유진영 시안교통-리버풀大 교수와 공저한 논문은 사회과학 연구주제(ESG와 금융시장)에 이공학방법론(기계학습/딥러닝)을 융합한 연구로, 환경(Environmental), 사회(Social), 지배구조(Governance)와 관련된 기업의 논란(Controversies)이 다양한 투자자의 거래 행동에 어떤 영향을 미치는지 빅데이터를 통해 분석한다. 심층학습(deep-learning) 기반 자연어 처리(natural language processing) 기법을 활용해 수많은 뉴스 기사를 체계적으로 수집하고 분석하여 ESG의 각 세부 논란 유형별로 정교하게 분류한 뒤, 투자자별로 매도/매수 경향성 및 비정상 거래 활동의 행태를 조사하였다. 분석결과 ESG 논란은 E/S/G 세부 유형에 상관없이 전반적으로 투자자들의 거래 활동을 증가시키는 것으로 나타났다. 그러나 투자자의 논란 기사에 대한 반응의 강도와 방향은 ESG의 각 요소에 따라 달랐고, 특히, 외국인이나 개인투자자와는 달리, 국내 기관 투자자는 논란이 있는 주식을 적극적으로 매도하는 경향이 있음을 보였다. 본 ESG에 관한 융복합 연구는 경제학과 방정석 학석사연계과정 졸업생이 류두진 교수가 센터장인 SKKU Global Finance Research Center(GFRC)의 학부연구생 때 시작한 연구로, 당시 유진영 교수가 본교에서 학/석/박사과정을 마친 직후 GFRC에서 연구원으로 재직하는 동안 공동작업으로 작성되었다. 국내시장을 분석한 연구로는 드물게, Business/Finance 분야 2023년 상위 1% SSCI 학술지인 Finance Research Letters에 게재되었다. 게재 정보는 다음과 같다. Bang, J., Ryu, D., Yu, J. (2023). ESG controversies and investor trading behavior in the Korean market. Finance Research Letters, 54 (Jun.), 103750.
- No. 295
- 2024-12-09
- 2461
외부 요인이 영향을 미칠 때에도 이익을 공정하게 분배하려면?

LG 배터리 경쟁사 노스볼트와 BMW의 경쟁사 벤츠가 협력하면 LG와 BMW의 이익 분배는 어떻게 해야 할까? 외부 요인이 영향을 미칠 때에도 이익을 공정하게 분배할 수 있는 방법을 밝혀낸 성균관대 SKK GSB 프랭크 휴트너 교수의 논문이 저명한 학술지 'Games and Economic Behavior'에 게재됐다. 휴트너 교수는 이 방법을 찾기 위해 라이프치히 HHL 경영대학원의 André Casajus 교수, 와세다 대학의 Yukihiko Funaki 교수와 함께 샤플리 값과 그 확장에 대한 연구를 진행했다. 샤플리 값은 여러 참여자가 협력해서 얻은 이익을 각각에게 분배하는 방법을 제시하는 개념이다. 각 참여자가 프로젝트에 얼마나 많은 가치를 더했는지를 계산해, 공평한 보상 분배를 제시한다. 다만 샤플리 값은 외부 요인이 영향을 미칠 때는 적용하기 어렵다는 단점이 있다. 외부 요인의 영향을 설명하기 위해 LG와 BMW가 LG 배터리를 BMW 차량에 사용하는 대가로 1000억원의 이익을 나누는 협상 상황을 가정해보자. 전통적인 샤플리 값은 이 이익을 50 대 50으로 나누는 것을 제안한다. 그러나 이익규모와 분배는 LG의 경쟁사 Northvolt, BMW의 경쟁사 Mercedes-Benz 간의 경쟁우위가 달라지거나 경쟁사들의 협력관계가 변할 때 달라질 수 있다. 만약 Northvolt가 Mercedes-Benz와 협력하면 LG와 BMW 사이의 예상 혜택은 800억원으로 줄어들 수 있다. 이 경우 Northvolt와 Mercedes-Benz가 BMW와 LG에 외부 영향을 미치게 돼 전통적인 샤플리 값을 적용하기 어렵다. 상황은 BMW와 Northvolt 간의 협력, Mercedes-Benz와 LG 간의 협력, 또는 Northvolt와 LG 간의 기술적 파트너십 등으로 더욱 복잡해질 수 있다. 이 논문의 저자들은 복잡한 상황을 더 잘 설명하기 위해 기존의 접근 방식을 개선하고 확장했다. 그들의 샤플리 값 일반화는 복잡한 상황에서도 공정한 분배 방법을 제공할 수 있고 외부 요소의 잠재적인 행동을 고려해 가치를 분배할 수도 있다. 원본저널: http://doi.org/10.1016/j.geb.2024.06.004
- No. 294
- 2024-12-03
- 3977
분극장내재 이차원소재 기반 고성능 이황화텅스텐-그래핀 전극소재 개발

기계공학부/나노과학기술학과/반도체융합공학과 소속 김태성 교수와 화학공학부/나노과학기술학과/성균에너지과학기술원 소속 유필진교수, 한국기계연구원 김형우박사가 이끄는 공동연구팀이 저온플라즈마-분극장내재 이차원소재 이종접합구조를 활용하여 고효율 및 고안정성 수소생산전극 소재 개발에 성공했다고 밝혔다. 전이금속 디칼코게나이드 기반의 박막은 형상에 따라 수소이온에 대한 서로 다른 흡착에너지를 보이고 있어 형상제어 기반 수소발생전극 디자인이 연구되고 있다. 2H(반도체적 특성)형상은 금속성을 지니는 1T 형상에 비해 전하전달 능력이 떨어져, 1T 형상의 전이금속 디칼코게나이드를 만드는 연구가 요구되어 오고 있지만, 1T형상의 경우 과도한 흡착으로 인해 탈착과정에서 문제를 겪고 있어, 이를 해결하기 위한 소재특성제어 연구가 필요한 상황이었다. 이에 김태성, 유필진 교수 연구팀은 이러한 기존 이차원소재 기반의 수소생산 전극의 한계를 극복하고자, 분극장이 내재된 이종접합계면을 통한 계면 공극형성으로 황에 구속되어 있던 전자에 자유도를 주어, 표면으로의 전하전달 능력을 향상시켰고, 결과적으로 흡착된 수소이온이 빠르게 환원되어 수소기체로 변환 가능한 시스템을 개발하였다. 연구팀은 텅스텐-그래핀 이종계면을 형성하여, 최하층의 텅스텐과 그래핀 사이에 일함수 차이로 인한 분극장이 형성됨을 확인하였고, 이는 저온 플라즈마에서 아르곤에 의해 이온화된 황화수소이온이 침투하지 못하게 되는 내부 장벽과 같은 역할을 하게 된다. 따라서, 최하층에 황 공극이 유도되며 이를통해 구속되어있던 전자를 자유롭게 만들 수 있으므로 기존 이차원 박막 기반의 수소생산 전극에 비해 표면으로의 전하전달에 유리하다. 연구 결과에 따르면, 저온 플라즈마 이온 충돌반응에 따른 황화수소 이온 침투 메커니즘을 구면수차투과현미경을 통해 나노결정립 원자층 형성을 확인하였으며, X-ray photoelectron spectroscopy와 X-ray diffraction을 통해 황화수소 이온이 격자를 파고들며 비정질 WS2이 결정성을 가지는 메커니즘과 격자계면으로의 과도한 이온주입을 유도하여 in-situ 1T 격자 합성이 가능함을 밝혔다. 본 연구 성과는 소재 다학제 융합연구 분야 상위 2% 국제 학술지 ‘어드밴스드 메터리얼즈’에 2024년 9월9일 게재되었다. ※ 저널명: Advanced Materials ※ 논문명: Electron Release via Internal Polarization Fields for Optimal S-H Bonding States ※ DOI: 10.1002/adma.202411211 ※ 저자 - 교신저자: 김태성 교수(성균관대학교 기계공학부 / 나노과학기술학과 / 반도체융합공학과), 유필진 교수 (성균관대학교 화학공학/고분자공학과 / 나노과학기술학과 / 성균에너지과학기술원), 김형우 박사 (한국기계연구원) - 제1저자: 석현호 (성균관대학교 나노과학기술학과 석박통합과정), 김민준 (성균관대학교 나노과학기술학과 석박통합과정), 조진일 (성균관대학교 기계공학부) - 공동저자: 손시훈(성균관대학교 나노과학기술학과), Yonas Tsegaye Megra(성균관대학교 기계공학과), 이진형(성균관대학교 기계공학과), 남명균(성균관대학교 화학공학/고분자공학과), 김건우(포항공과대학교 화학공하과), Kubra Aydin(성균관대학교 나노과학기술학과), 유성수(성균관대학교 화학공학과), 이현정(성균관대학교 기계공학과), Vinit K. Kanade(성균관대학교 나노과학기술학과), 김무영(한국기계연구원), 문지훈(한국표준과학연구원), 김진곤(포항공과대학교 화학공학과), 석지원(성균관대학교 기계공학과)
- No. 293
- 2024-11-29
- 4550
갈조류 유전체 연구로 진화와 기후 적응의 비밀 규명

생명과학과 윤환수 교수 연구팀이 갈조류 유전체에 대한 연구 결과를 세계적인 학술지 셀(Cell)에 발표하며, 기후 변화에 따른 갈조류 생태계의 적응과 진화의 비밀을 규명해 학계의 주목을 받고 있다. 본 연구는 윤 교수와 함께 연구실 소속의 최석완 박사과정 학생, 조지훈 박사(현 국립호남권생물자원관 소속), 루이 그라프 박사(현 프랑스 Ecole Normale Supérieure de Paris 소속)가 핵심 분석을 수행한 초대형 국제 연구 프로젝트 ‘페오익스플로러(Phaeoexplorer)’의 일환으로 진행되었다. 본 프로젝트에는 13개국 36개 이상의 연구기관이 참여하였으며 한국에서는 유일하게 성균관대 윤환수 교수팀이 연구에 참여했다. 갈조류는 미역과 다시마 등 주요 해조류가 속한 생물군으로 식량으로서의 경제적 가치와 더불어 이산화탄소를 줄이는 ‘블루카본’의 역할로 중요성이 커지고 있다. 그러나 갈조류의 생태적, 상업적 가치에도 불구하고 유전체 연구는 여전히 부족한 실정이었다. 이번 연구에서는 생태적으로 중요한 44종의 갈조류와 그 근연종들을 대상으로 한 유전체 분석을 통해 갈조류가 생존과 적응을 위해 진화해 온 과정을 구체적으로 규명했다. 윤 교수 연구팀은 이번 연구를 통해 갈조류가 약 4억 5천만 년 전 오르도비스기 시기에 단세포 생물에서 다세포 생물로 진화한 첫 번째 주요 단계를 확인하였다. 이 시기 갈조류는 세균으로부터 유전자 수평 이동을 통해 알긴산과 같은 세포벽 구성 물질을 획득하면서 세포 간 신호 전달이 가능해져 해양 무척추동물 포식자로부터 보호받을 수 있었던 것으로 추정한다. 이후 약 2억 년 전 트라이아스기 시기 판게아 분리에 따라 대규모 종 분화가 발생하였으며, 다양한 생활사와 대사 과정을 지닌 갈조류가 출현하였다. 윤환수 교수는 “기후 변화로 해양 생태계가 급속히 변하고 있다. 과거 생태계 변화 속에서 갈조류가 어떻게 진화하고 적응해왔는지를 연구하는 것은 앞으로의 해양 환경 변화에 대한 이해와 대응 방안을 모색하는 데 중요한 기초가 될 것”이라고 강조하였다. 본 연구는 해양수산부와 한국연구재단의 지원을 받아 수행되었으며, 연구 결과는 셀(Cell)에 11월 20일에 온라인 게재되었다. ※ 논문제목: Evolutionary genomics of the emergence of brown algae as key components of coastal ecosystems ※ 저널: Cell ▲ 갈조류 종 분기시간 분석 결과
- No. 292
- 2024-11-25
- 3818
세슘 도핑을 통한 금속 유기 골격체의 선택적 무질서 조절과 고성능 산소 발생 반응 촉매 개발

화학공학/고분자공학부 이상욱 교수 연구팀(석준호 박사과정)은 동국대학교 김형상 교수, 임현식 교수와 공동연구를 통해 산소 발생 반응(OER)의 촉매 성능을 크게 향상시키는 기술적 돌파구를 마련했다. OER은 물을 분해해 수소를 생산하는 과정에서 가장 큰 에너지 소모를 요구하는 단계로, 특히 높은 과전압이 필요하다. 상용화된 촉매는 주로 귀금속(IrO2, RuO2)을 기반으로 하여 높은 성능을 보이지만, 그 희소성으로 인해 대규모 수소 생산에서 경제적 제약을 받고 있다. 이러한 귀금속 촉매의 높은 비용은 대규모로 그린 수소를 생산하는 데 큰 장애물이 되고 있다. 따라서 귀금속 촉매를 대체할 수 있는 지구상에 풍부한 금속 기반 물질을 활용한 촉매 개발이 시급하다. 특히, 금속-유기 골격체(MOF)는 전이 금속을 포함한 구조적 다양성 덕분에 저비용의 효과적인 OER 촉매 소재로 주목받고 있다. 그러나 MOF 기반 촉매의 성능을 극대화하기 위해서는 활성 금속 노드의 노출을 높이고, 구조적인 무질서를 적절히 조절하여 전기화학적 성능을 최적화할 필요가 있다. 이에 연구팀은 세슘(Ce) 도핑을 통해 MOF 기반 촉매의 결정 구조에서 선택적으로 무질서를 유도하고, 이를 통해 촉매 활성 부위를 더욱 노출시켜 OER에서의 전기화학적 성능을 대폭 향상시키는 새로운 전략을 제시하였다. 연구팀은 Ce 도핑을 통해 결정질/비결정질 이종 구조를 니켈 기반 MOF에 도입하는 새로운 전략을 성공적으로 입증했다. XRD 및 전자현미경 분석 결과, 평탄한 시트 구조는 결정질을 유지한 반면, Ce이 풍부한 영역은 비결정질 구조를 형성한 것으로 나타났다. 최적화된 NiCe-0.2 MOF/NF 촉매는 각각 10, 100, 1000 및 2000 mA/cm²의 전류 밀도에서 OER을 구동하기 위해 205, 290, 410, 450 mV의 낮은 과전압(η)을 나타냈으며, 우수한 반응 속도 상수(46.09 mV/dec)와 0.36 s⁻¹의 높은 전환 빈도(TOF@η = 330 mV)를 보이며, 기존의 결정질 Ni-MOF/NF 그리고 상용 촉매인 IrO2/NF와 비교했을 때 높은 전류 밀도에서도 뛰어난 성능을 보였으며, 약 146시간 동안 1000 mA/cm² 이상의 전류 밀도에서도 안정적인 내구성을 유지하였다. 본 연구의 교신 저자인 성균관대 이상욱 교수와 석준호 박사과정생은 밀도 범 밀도 함수 이론(DFT)에 기반한 전산모사를 통해 NiCe-0.2 MOF/NF 촉매가 국부적인 격자 결함을 형성하여 OER 촉매 성능을 향상시키는 메커니즘을 규명했다. DFT 계산 결과, Ce3+ 도핑은 결함 형성 에너지를 크게 감소시켜 구조를 결정질에서 비결정질로 변환함으로써 활성 금속 노드 부위를 더욱 노출시켰다. 또한, Ce3+은 전자 부족 상태에서 OH-과 쉽게 반응해 촉매 반응을 가속화한다. 이러한 Ce3+ 도핑 효과는 Ni-MOF/NF에서 선택적으로 무질서를 유도하고 전자 수용이 용이한 환경을 제공하여 기하학적, 전자구조적 시너지효과를 밝혀냈다. 이를 기반으로 MOF 기반 신규 소재 설계에 대한 가이드라인을 제시했다. 논문명: Cerium guided site-selective crystal disorder engineering of MIL-88B(Ni) frameworks for electrocatalysis offering high-performance water oxidation 저자정보: Nabeen K. Shrestha (제1저자, 동국대학교), Supriya A. Patil (세종대학교), 석준호 (성균관대학교), Amol S. Salunke (동국대학교), 조상은 (동국대학교), Akbar I. Inamdar (동국대학교), 박용신 (울산대학교), 교신저자로 이상욱 교수 (성균관대학교), 김형상 교수 (동국대학교), 임현식 교수 (동국대학교)가 참여했다. (총 10명) 저널: Materials Today Physics(IF: 10.0) 논문 링크: DOI: 10.1016/j.mtphys.2023.101252 그림1.다양한 양극의 산소 발생 반응(OER) 전기 촉매 성능 비교. (A) 1.0 M 수성 KOH 용액에서 1 mV/s의 속도로 측정한 선형 스윕 편극 곡선 및 (B) 이에 따른 OER 과전압 대 전류 밀도 프로파일, (C) Tafel 기울기 및 (D) 양극이 보여준 Nyquist 플롯. (D)의 삽입 이미지는 임피던스 데이터를 맞추기 위해 사용된 equivalent circuit used를 나타냄. 그림 2.Ni-MOF와 NiCe-0.2 MOF의 산소 발생 반응(OER) 촉매 활성에 대한 이론적 평가. (A) Ni-MOF와 NiCe-0.2 MOF 간의 결정 구조, 금속-산소 결합 길이 및 왜곡 지수의 차이, (B) NiCe-0.2 MOF에서 Ce³⁺ 이온에 의한 전하 이동, (C) NiCe-0.2 MOF 촉매의 제안된 흡착종 진화 메커니즘(AEM) 경로. (D) Ni-MOF 및 (E) NiCe-0.2 MOF의 활성 부위에 따른 OER 자유 에너지 다이어그램(FED) (U = 0 V, U = 0.402 V 및 U = 0.402 V+ ηOER, 알칼리성 환경). 분홍색 음영은 잠재적 결정 단계(PDS)를 나타냄.
- No. 291
- 2024-11-20
- 4106
건물 시스템 디지털 트윈 환경에서 자가진화하는 가상센싱 기술 개발

건설환경공학부/글로벌스마트시티융합전공의 윤성민 교수 연구팀이 디지털 트윈 환경을 활용하여 건물 운영단계에서 자율적으로 진화하고 자가 보정하는 가상센싱 기술을 개발했다고 밝혔다. 기존 가상센서 기술은 주로 제조산업에서 제품을 대상으로 하여 실험실 환경을 통해 연구·개발되어 왔다. 하지만, 건물분야는 ‘every building is different’라는 건축적 특성과 복잡한 시스템으로 구성된 설비적 특성상, 실험실 환경을 구축하고 고성능 가상센서를 개발하는 데에 어려움이 있었다. 특히 가상센서를 개발하는 과정에서 대상 변수에 대한 실물 센서가 요구되는 기술적 모순이 존재했다. 이번 연구는 이러한 한계를 극복하고, 실험실을 넘어 실제 건물의 디지털 트윈 환경에서 가상센서를 자율적으로 생성·확장하며 지속적으로 자가 보정할 수 있는 혁신적인 모델링 기법과 알고리즘을 개발하였다. 이 기술은 물리적 변수의 직접적인 측정값에 의존하지 않고, 건물 시스템의 물리적 이론과 주변 센서 데이터를 융합한 nonintrusive indirect modeling을 통해 현장 중심의 가상센싱(in-situ virtual sensing) 개념을 구현하였다. <건물 디지털 트윈에서 현장 중심의 가상센싱 기술: 건물 운영단계에서 자율적으로 가상센서의 생성, 확장, 지속적 보정이 가능> 실증 연구 결과, 이 기술은 겨울철 약 3개월 동안 국내 공동주택의 지역난방 시스템에서 온수 온도의 RMSE 0.27 °C, 중앙식 HVAC 시스템에서 유량 기준 연간 MAPE 1.5% 미만의 정확도로 성능을 입증했다. <디지털 트윈 리빙랩과 겨울철 3개월 지역난방시스템 실증 결과> 윤성민 교수는 “현장 중심의 가상센싱 기술은 일반적인 HVAC 시스템의 리턴 라인에서 사용되는 모든 온도계와 유량계를 대체할 수 있으며, 대규모 플랜트, 반도체 클러스터, 커뮤니티 단위, 캠퍼스 등 대규모 HVAC 시스템에서 실물 센서의 설치 및 유지관리 비용을 획기적으로 절감할 수 있을 것으로 기대된다”고 밝혔다. 아울러, GPT agents를 활용한 가상센싱 기반의 인공지능 운영관리 기술을 개발하고 있으며, 성균관대학교 반도체디스플레이학과 삼성전자 SSIT 프로그램과 연계하여 반도체 클러스터에서의 적용성을 검토하고 있다고 덧붙였다. <가상센싱 기반 도시건물 운영관리 플랫폼: T-ranno> 이 연구는 한국연구재단 개인기초연구사업(우수신진연구)의 지원을 받았으며, 그 성과는 2023년 12월에 JCR 최상위 저널(Top in JCR category)인 국제 학술지 Journal of Industrial Information Integration에 게재되었다. - 논문명: In situ virtual sensors in building digital twins: framework and methodology - 저자: 윤성민, 구자범, 최영웅 (성균관대학교) - 저널: Journal of Industrial Information Integration (IF 15.7, 게재연도 기준) - DOI: https://doi.org/10.1016/j.jii.2023.100532
- No. 290
- 2024-11-15
- 3134
민감도와 선형성을 향상시킨 신축성 압력센서의 혁신적인 설계

반도체융합공학과 김종웅 교수 연구팀이 압력센서 설계에서 선형성과 감도를 높일 수 있는 새로운 구조를 제안하고, 두 가지 타입의 신축성 센서를 선보였다. 이번 연구는 간단한 방식으로 소자의 특성을 획기적으로 향상시킬 수 있어, 다양한 적용 범위를 확장할 것으로 기대된다. 신뢰성 높은 압력센서는 감지 범위 내에서 높은 감도와 우수한 선형성을 동시에 갖춰야 한다. 연구팀은 압력센서의 감도를 초기 변형 시의 전기적 특성 비율로 계산하는 방식을 고려하여, 초기 전압 및 전류 값은 낮으면서도 압력에 의해 비선형적으로 크게 변화하는 구조를 설계하였다. 또한, 지속적인 마찰과 접촉을 감안하여 소자의 수명을 늘리기 위해 자가치유 소재를 도입하였으며, 제조된 두 압력센서는 모든 구성요소에서 반복적으로 자가치유가 가능하다. 센서가 동작하는 환경에서 노이즈가 크게 발생할 경우를 대비해, 미세한 신호 구분을 위해 1차원 합성곱 신경망(1D CNN) 모델과 결합하였다. 또한, 인공지능 모델이 도입된 마찰전기 압력센서는 장갑에 부착되어 사용자가 야구공을 쥐는 힘과 시간에 따라 변화하는 전기적 신호를 감지하여, 지능형 센서로서의 가능성을 입증하였다. 이 두 압력센서는 각각 국제 학술지인 Nano Energy (Impact Factor: 16.8)와 Advanced Science (Impact Factor: 14.3)에 2024년 9월에 게재되며 연구 결과의 우수성을 인정받았다. 이 연구에서 압력에 따른 센서 물질간 비선형적 접촉면적 증가라는 주요 아이디어는 두 논문의 제1저자인 최수빈 박사과정 학생이 제안하였고, 이를 실험과 시뮬레이션을 통해 검증하여 논문화 할 수 있었다. 김종웅 교수 연구팀은 지속적으로 전략적인 구조 설계와 소재 선정으로 특성을 향상시키는 연구를 수행하고 있으며, 인공지능 모델의 적극적인 도입을 통해 소자의 기능성을 더욱 확장할 예정이다. 이는 지능형 센서 소자의 활용 가능성을 한층 넓힐 것으로 기대된다. Dual-responsive fully self-healing triboelectric pressure sensor: Integrating truncated sphere morphology with deep learning-enhanced signal Su Bin Choi, Jong-Woong Kim* Nano Energy Volume 128, Part A, September 2024, 109833 Stretchable Piezoresistive Pressure Sensor Array with Sophisticated Sensitivity, Strain-Insensitivity, and Reproducibility Su Bin Choi, Taejoon Noh, Seung-Boo Jung, Jong-Woong Kim* Advanced Science Volume 11, Issue 35 September 2024, 2405374
- No. 289
- 2024-11-12
- 3160
비균질 비선형 슈뢰딩거 방정식의 임계 영역에서 해의 존재성 증명

수학과 서이혁 교수 연구팀은 비균질 비선형 슈뢰딩거 방정식의 여러 임계 영역에서 해의 존재성을 증명했다. 비임계 영역에서는 이미 연구가 이루어졌으나, 임계 영역에서는 이번 연구가 해의 존재성을 처음으로 밝혀낸 성과로, 새로운 접근 방식을 통해 이루어졌다. 이 방정식은 다양한 물리적 현상을 설명하는 데 사용되며, 특히 비균질성은 실제 물리적 시스템의 복잡성을 반영하는 중요한 요소다. 방정식에서 해의 존재성을 밝히는 것은 해당 시스템의 동역학적 행동을 이해하는 데 필수적이다. 그러나 임계 영역에서 이 방정식의 해가 존재하는지에 대한 명확한 답을 찾는 것은 그동안 풀리지 않은 과제였다. 서 교수 연구팀은 이 문제에 대한 최초의 수학적 증명을 제시하며, 임계 영역에서 이 방정식의 해의 존재를 명확히 입증했다. 연구 과정에서 증명의 핵심 요소인 해의 적분성에 대한 새로운 계측 방식이 고안되었으며, 모든 가능한 계측이 제시되었다(아래 그림 참조). 또한 푸리에 해석 기법과 편미분방정식 이론이 사용되었다. 이번 연구 결과는 비균질 비선형 슈뢰딩거 방정식이 적용되는 다양한 분야에 기여할 것으로 기대된다. 특히 비균질 매질에서의 광학 현상과 비균질 물질에서의 파동 전파와 같은 응용 분야에서 물리적 시스템의 복잡한 거동을 이해하는 데 도움이 될 수 있다. 연구를 이끈 서 교수는 "이번 성과는 비균질 비선형 슈뢰딩거 방정식 연구에서 전환점이 될 것이며, 임계 상태에서의 물리적 시스템에 대한 이해를 심화시킬 것"이라고 밝혔다.
- No. 288
- 2024-11-05
- 5345
해양산성화와 나노플라스틱 동시 노출이 요각류의 후성유전학적 특징의 변화를 유발하고 다세대에 걸쳐 지속

생명과학과 이재성 교수 연구팀 (공동 제1저자 이영환 박사 [현, 강릉원주대학교 해양환경생태학과 조교수]) (그림 1좌), 김민섭 박사과정 학생 (그림 1우)은 해양산성화 (ocean acidification)와 나노플라스틱 (nanoplastics) 동시 노출이 동물성 플랑크톤 요각류 (Paracyclopina nana)의 후성유전학적 특징(epigenetic signatures)의 변화를 유발하고, 그 영향이 다세대(multigeneration)에 걸쳐 지속된다는 사실을 규명하였다. 본 연구는 인류 활동으로 인한 해양산성화 및 미세플라스틱 오염 등 다양한 환경 요인이 해양 생태계에 미치는 복합적 영향을 분석한 것으로 본 연구팀은 요각류 P. nana (그림 2)를 모델 생물로 활용하여 이들의 전체 게놈을 사전에 염색체 수준으로 분석하였고 이를 바탕으로 해양산성화와 나노플라스틱이 동시에 노출되었을 때 생식 능력 저하와 자손 세대에서의 후성유전학적 변화를 분석하였다. 현재 이재성 교수 연구팀에서는 23종의 담수 및 해산생물 (윤충류, 요각류, 지각류 및 소형 어류)의 전체 게놈을 분석하여 게놈 수준에서의 다양한 연구를 수행하고 있고 현재까지 500여편의 SCIE 논문을 발표하였다. 이중 2014년 3월 한양대학교에서 성균관대학교로 자리를 옮긴 이래 이재성 교수는 10여년간 310여편의 SCI 논문을 출판하였다. 이중 대부분의 논문이 Aquatic Toxicology 분야로 이 분야에서 성균관대학교 및 이재성 교수 본인이 최근 5년내 업적 기준 세계 1등의 위치 (Scholar GPS 기준)에 점하게 되는 등 이 분야의 발전에 많은 기여를 하고 있다. 2022년 10월, 본 연구팀에서 Nature Climate Change (IF 29.6; 환경연구분야 상위 0.54%) (https://doi.org/10.1038/s41558-022-01477-4)에 출판한 선행연구에 따르면, 기수성 요각류 P. nana는 해양산성화 단독 노출 시 후성유전학적인 변화와 더불어 적응(adaptation)하는 모습을 보였다. 그러나, 후속 실험에서 요각류 P. nana를 해양산성화와 나노플라스틱에 동시 노출하였을 때 이전 실험과 전혀 다른 양상이 나타났다. 연구팀은 단독 노출 때 관찰된 다세대 적응과정이 나노플라스틱과 해양산성화 동시노출 환경에서는 생식독성이 자손세대로 이어지는 것을 발견하였다. 즉, 동시 노출된 첫 세대(F0) 이후 자손 세대에서도 생식 능력 저하가 지속적으로 나타나 적응 양상이 나타나지 않았으며, 특히 노출이 중단된 자손세대에서도 생식독성이 자손세대에서 회복되지않고 전달되는 것을 관찰하였다. 연구팀은 이러한 변화가 후성유전학적 메커니즘에 의해 유도된다는 점을확인하였다. 해양산성화와 나노플라스틱의 동시 노출로 인한 후성유전학적 변화가 자손 세대에 전달되는 과정은 메틸화 패턴을 분석하여 밝혔으며 (그림 3), 생식 및 행동, 산화 스트레스와 관련된 유전자들에 영향을 미친다는 사실도 확인하였다 (그림 4). 나아가, 나노플라스틱에 노출되지 않은 자손 세대와 지속적으로 노출된 자손 세대 간의 메틸화 패턴이 유사하게 나타나, 동시 노출에 따른 생식독성이 후성유전학적 변화를 통해 세대를 거쳐 전달된다는 결론을 도출하였다. 본 연구 결과는 단순한 환경 적응을 넘어, 여러 환경 스트레스 요인이 함께 작용할 때 그 독성이 세대를 거쳐 전달될 수 있다는 중요한 사실을 시사한다. 이번 연구는 나노플라스틱과 해양산성화가 요각류 생태계의 지속가능성에 큰 위협이 될 수 있음을 시사하며, 해양 생물의 장기적인 생식 능력에 중요한 영향을 미치며 기후 변화와 해양 오염이 해양 생물 다양성에 미치는 광범위한 생태적 영향을 이해하는 데 중요한 단서를 제공하고 이러한 상호작용이 해양 생태계의 지속가능성에 심각한 위협이 될 수 있음을 보여준다. 본 연구는 성균관대의 교내 박사후과정 연구 지원 프로그램 (이영환 박사)으로 수행되었으며, 연구 결과는 환경과학 분야의 세계적인 학술지 Journal of Hazardous Materials (IF 12.2, 환경과학분야 JCR 상위 3.34%, 12/359)에 5월 5일(일)에 온라인 게재되었다. * 논문명: Nanoplastics induce epigenetic signatures of transgenerational impairments associated with reproduction in copepods under ocean acidification * DOI: https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2023.131037 [그림 1] 이영환 박사 (좌) (현, 강릉원주대학교 해양환경생태학과 조교수)와 김민섭 박사과정생 (우) [그림 2] 요각류 P. nana와 동시 노출에 의한 다세대 독성 및 DNA 메틸화 변화 모식도 [그림 3] 요각류 P. nana의 전체 게놈 , 유전자 동정, methylation 및 differentially methylated region 분석 [그림 4] 동시 노출에 따른 생식독성 결과 및 DNA메틸화 변화와 유전자 네트워크
- No. 287
- 2024-11-01
- 3596
대나무 활용 친환경 소재 개발로 지속 가능한 미래를 선도하다: 사회문제 해결의 새로운 길

기계공학부 서종환 교수 연구팀이 고성능 전극 재료를 위한 대나무 활용 친환경 소재를 설계하고, 이의 합성 공정을 단축시키는데 성공하였다. 다양한 에너지 저장/변환 장치 가운데 슈퍼커패시터(supercapacitors, SCs)는 높은 전력 밀도, 긴 수명, 빠른 충·방전 속도, 낮은 유지 비용, 환경 친화성 등으로 인해 현재 많은 주목을 받고 있다. SCs는 배터리와 함께 많은 에너지 저장 및 변환 시스템에서 중요한 역할을 한다. 재생 가능한 자원으로부터 고성능 전극 재료를 설계하고 간단한 합성 전략을 사용하는 것은 지속 가능한 경제, 사회, 환경의 장기적 발전에 매우 큰 관심을 받고 있는 주제이다. 본 연구에서는 공기 중에서 직접 대나무 유래 계층적 다공성 탄소(BHPC)를 환경 친화적이고, 한 번의 과정으로 확장 가능한 염-주형 전략을 사용하여 ZnCl₂/KCl 염 혼합물을 다공성 유도 용매로 사용하였다. 얻어진 BHPC 재료는 넓은 비표면적(1,296 m² g⁻¹)과 큰 총 기공 부피(1.26 cm³ g⁻¹)를 가진 3차원 상호 연결된 다공성 네트워크를 나타낸다. 3전극 시스템에서 평가된 전기화학적 성능은 1 A g⁻¹에서 394 F g⁻¹의 높은 비정전용량을 나타내며, 20 A g⁻¹에서 76.14%의 정전용량 유지율로 좋은 속도 용량을 보여준다. 또한, 준비된 대칭형 슈퍼커패시터는 126 W kg⁻¹의 분말 밀도에서 11 Wh kg⁻¹의 높은 에너지 밀도를 제공하며, 10,000 사이클 동안 81%의 정전용량 유지율을 가진 뛰어난 수명을 나타낸다. 이러한 결과는 기존 상용 활성 탄소 및 다른 바이오매스 탄소 기반 대칭형 SC보다 우수한 성능을 보여준다. 저렴하고 재생 가능한 탄소 원료로부터 고부가가치 전극 재료를 준비하는 개념은 미래의 아연 이온 하이브리드 커패시터, 금속-공기 배터리 및 리튬-황 배터리와 같은 광범위한 에너지 변환 및 저장 응용을 위한 다공성 탄소 재료 연구분야에 새로운 기회와 가능성을 제공할 것으로 기대된다. 대상논문: Nguyen, Tan Binh, et al. "A facile salt-templating synthesis route of bamboo-derived hierarchical porous carbon for supercapacitor applications."Carbon206 (2023): 383-391. [그림] (a) 대나무에서 얻은 계층적 다공성 탄소(BHPC)의 제조, (b, c, d) BHPC의 구조적 특성 분석, 및 (e, f, g) BHPC 전극 소재를 기반으로 한 대칭형 슈퍼커패시터의 전기화학적 성능.
- No. 286
- 2024-10-29
- 4138
세포 외 소포체 유전자를 이용한 암 진단 플랫폼 개발

과학수사학과 송자연 교수 연구팀은 메사추세츠 종합병원, 하버드 의과대학, 한국생명공학연구원(생명연)과의 공동연구를 통해 세포 외 소포체(EV) mRNA 검출을 획기적으로 향상시키는 혁신적인 진단 플랫폼인 SCOPE(Self-amplified and CRISPR-aided Operation to Profile Extracellular Vesicles)를 개발했다. 해당 연구는 “Amplifying mutational profiling of extracellular vesicle mRNA with SCOPE” 라는 제목으로 2024년 10월 7일 Nature Biotechnology (IF 33.1) 온라인 판에 게재되었다. 종양 세포에 의해 혈류로 방출되는 세포 외 소포체(Extracellular vesicles, EVs)는 mRNA를 포함한 중요한 분자 정보를 전달한다. 혈액 샘플의 EV mRNA는 농도가 낮아 기존 진단 방법으로는 정밀한 검출이 어렵고, EV 내 돌연변이 mRNA를 검출할 수 있는 특이도를 가지는 기술이 부재해 암 진단은 한계에 부딪혀왔다. 이에 연구팀은 EV mRNA 및 돌연변이 mRNA를 특이적으로 검출하기 위해 CRISPR-Cas13a 시스템을 활용하여 저농도의 암 돌연변이까지 정확하게 식별할 수 있는 유전자 진단 플랫폼을 개발하였다. 이 연구에서 개발된 SCOPE(Self-amplified and CRISPR-aided Operation to Profile Extracellular Vesicles) 진단 플랫폼은 CRISPR-Cas13a를 사용하여 세포외 소포체 내 특정 암 돌연변이 서열을 단일 뉴클레오티드까지 구별하고 신호 증폭을 유발하여, 높은 민감도와 특이도로 돌연변이 유전자(KRAS, BRAF, EGFR 및 IDH1)를 검출할 수 있다. 또한 1단계 등온 반응으로 작동하여 매우 미량의 샘플량으로 40분 이내에 신속한 진단 결과를 제공한다. 개발된 진단 플랫폼을 동물 모델에서의 폐암 조기진단, 대장암 환자 진단 및 재발 모니터링, 교모세포종 환자 진단에 적용하여, 액체 생검 기반 진단시스템의 임상적 유용성을 확인하였다. 본 연구의 CRISPR 유전자 가위 기술 기반 진단 플랫폼은 종양에서 유래된 암 돌연변이 유전자를 추적하기 위한 고감도/고특이도 진단법을 제공함으로써 암 진단에 혁신을 가져올 것으로 기대된다. *논문명 : Amplifying mutational profiling of extracellular vesicle mRNA with SCOPE 그림. Nature Biotechnology 10월 7일 온라인 게재. 세포 외 소포체 내 돌연변이 유전자 프로파일링을 위한 CRISPR 기술 기반 진단 기술. CRISPR-Cas13a/crRNA를 활용하여 돌연변이 유전자를 정확하게 인식하고, 현장진단장비를 통해 빠르고 편리하게 진단할 수 있는 통합형 시스템 개발
- No. 285
- 2024-10-25
- 6167
구조정보 기반 단백질 디자인을 통한열역학적 안정성이 향상된 생체 적용 가능 유전자 편집 단백질 개발

성균나노과학기술원/나노공학과 김용호 교수 연구팀(제1저자 강은성 박사, 약학과 현재경 교수, ㈜아임뉴런 Trung Thanh Thach 박사)은 구조 기반 단백질 디자인 기술과 Cryo-EM 구조 분석 기법을 사용하여 열역학적 안정성이 향상된 생체 적용 가능 유전자 편집 단백질(sdCas9)을 개발했다고 밝혔다. 기존 연구의 문제점: CRISPR/Cas는 3세대 유전자 가위로, RNA를 통해 DNA 서열을 인지하여 기존 유전자 가위들보다 뛰어난 성능을 발휘하며 차세대 의학, 약학, 생물학, 생명공학 등 다양한 분야에 새로운 패러다임을 제시하고 있다. 특히, 인간 질병에 따른 병리학과 유전학의 연관성이 점차 규명됨에 따라, 안전하고 효율적인 유전자 교정 기술은 난치병 치료 및 난치성 질환에 대한 새로운 돌파구로 부각되고 있다. 그러나 2012년 CRISPR/Cas 기작이 밝혀진 이후, 큰 단백질 크기, 타겟 서열이 아닌 다른 유전자를 타겟할 수 있는 오프 타겟 효과, PAM 서열에 대한 의존성 등의 한계점으로 인해 현재까지 CRISPR/Cas 시스템을 이용한 치료제 개발과 임상 적용에 어려움이 있다. 특히 큰 단백질 크기로 인한 전달 효율, 열역학적 불안정성으로 인한 약동학/약리학적 한계 및 생체 안정성의 문제는 실제 치료제 기술로서의 활용을 어렵게 만든다. 연구 내용 및 우수성: 해당 연구는 구조 기반 단백질 디자인 기술과 초저온 전자 현미경법 (Cryo-EM)을 활용하여 자연계에서 발견되는 유전자 편집 단백질의 기능적 측면에 따라 도메인별 열역학적 안정성을 분석하고, 불안정한 단백질의 도메인을 재설계함으로써 크기가 작아진 유전자 편집 단백질을 제작했을 뿐만 아니라, 생체 안정성 및 기능성을 혁신적으로 향상시켰다. 또한 디자인된 유전자 편집 단백질을 Cryo-EM을 통해 재설계된 단백질의 안정성, 유전자와의 결합 방식을 원자 수준에서 규명하였다. <구조정보 기반 단백질 디자인 기술을 통한 재설계 방식과 초저온 전자현미경을 통한 유전자 편집 단백질 구조분석> 특히, 본 연구에서 디자인된 유전자 편집 단백질은 유전자 간섭(interference) 시스템으로 활용하여, 인간유래 세포 뿐만 아니라 약물 전달이 힘든 장기인 뇌와 근육에서의 향상된 단백질 발현 억제 기능을 보여줌으로써, 기존 유전자 편집 기술의 한계를 극복하고, 중추신경계와 관련된 다양한 뇌 질환 및 희귀 질환에 대한 임상 응용 가능성을 높여줄 수 있는 혁신적인 결과를 보여주었다. <마우스 뇌세포 타겟 전달 효율 및 유전자 억제 효과> 해당 연구는 성균관대학교 공동기기원 초저온 전자현미경 센터와 ㈜아임뉴런 바이오파운드리 생산기술을 통하여 진행된 연구로써, 본 연구를 주도한 김용호 교수는 “구조 기반 분자 동역학 계산법 및 초저온 전자현미경을 통한 구조학적 규명, 실험적 검증을 통한 단백질 정밀 설계 기술은 향후 질환 기초 연구 및 단백질 치료제 개발과 같은 응용 연구에 광범위하게 활용될 수 있을 것”이라며 “유전자 편집 기술의 실제 치료제 사용을 위한 목표 지향적 단백질 디자인 기술로써 활용 될 것으로 기대된다”고 밝혔다. 또한 “바이오파운드리 기술을 통한 합성생물학 기반의 목적 지향적 단백질 설계와 초저온 전자현미경 같은 최첨단 기술의 융합은 미래 신약 산업을 선도하는 근간 기술이 될 것"이라고 강조하였다. <성균관대학교 초저온 전자현미경 센터 및 ㈜아임뉴런 바이오파운드리 연구시설> 논문 정보: 해당 연구결과는 성균관대학교에 신규 구축된 초저온 전자 현미경을 기반으로 수행된 첫 결과로써, 기초과학연구원, 과학기술정보통신부가 추진하는 한국연구재단 개인기초연구사업, 원천기술개발사업(미래유망융합기술 파이오니어사업) 및 ㈜아임뉴런의 지원으로 수행되었으며 재료분야 최고 권위의 국제 학술지인 Advanced Materials에 6월 22일에 게재되었다. ※ 논문명: Structure-Guided Engineering of Thermodynamically Enhanced SaCas9 for Improved Gene Suppression ※ 저자명: 강은성 박사 (제1저자, 성균관대학교), Trung Thanh Thach (교신저자, ㈜아임뉴런), 현재경 교수 (교신저자, 성균관대학교), 김용호 교수 (교신저자, 성균관대학교) ※ 저널: Advanced Materials(IF: 27.4) ※ 논문 링크: https://doi.org/10.1002/adma.202404680
- No. 284
- 2024-10-22
- 5065