성균관대학교

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  • 초음파와 빛으로 제어되는 나노의약품으로 난치성질환 치료

    화학공학/고분자공학부 박재형 교수

    초음파와 빛으로 제어되는 나노의약품으로 난치성질환 치료

    1. 빛에 의해 제어되는 암 표적형 스마트 금나노캡슐 (ACS Nano) - 빛을 이용한 원격제어로 열과 활성산소종을 동시에 발생시켜 생체내 암세포를 선택적으로 제거하는 스마트 금나노캡슐을 세계 최초로 개발하고 그 작동 원리를 규명 기존의 암 치료에 사용되고 있는 대표적인 치료법인 항암화학요법과 방사선 요법, 광역동치료 등의 제한적 치료효과와 치명적인 부작용 문제를 해결하기 위해, 최근 나노기술기반 의약품(나노의약품)을 이용한 항암치료 요법이 부각되면서 기존의 치료 요법들을 대체할 것으로 기대되고 있다. 하지만, 생체 내 간을 비롯한 정상조직으로의 축적으로 인해 부작용이 유발될 수 있으며, 특히 광역동치료의 경우, 사용되는 광감각제가 정상조직에 잔존하여 직사광선에 의해 활성화되기 때문에 극심한 부작용이 발생할 수 있어 치료 과정 동안에 암실에서 생활해야 하는 불편함이 따랐다. 광열치료는 근적외선에 의해 열이 발생되는 광열소재를 이용하여 암세포들을 괴사시키는 치료기술로, 수술이나 화학치료법을 사용할 때 발생하는 고통과 부작용을 줄일 수 있어 최근 새로운 치료기술로 주목을 받고 있다. 그러나 종양 부위로의 광열소재의 정확한 전달이 어려워 정작 의료현장에서는 광열치료법을 활용하기 어려운 실정이다. 체내의 종양 부위를 능동적으로 표적 할 수 있는 안정한 나노크기의 광열소재를 이용하여, 빛에 의해 선택적으로 암 조직에서만 활성산소종을 발생시킬 수 있을 경우, 기존 나노의약품의 한계를 극복한 새로운 치료법의 개발이 가능하다. 따라서, 본 연구팀은 기존 광역동치료의 한계를 극복하고 종양 부위에서의 광열치료를 동시에 가능케하기 위하여, 빛에 의해 원격 제어되어 광열치료 및 광역동치료를 통해 종양을 완벽히 치료할 수 있는 금/히알루론산 나노입자기반의 나노캡슐을 개발하였다. 체내의 정상조직에 잔존하고 있는 광감각제가 가시광선에 의해 활성화 됨에 따라 여러 부작용과 불편을 유발했던 기존 치료요법과 달리, 본 연구는 빛에 감응하여 원격으로 광열효과 및 활성산소종 발생을 유도하는 금나노캡슐을 이용하였다. 이러한 금나노캡슐은 체내의 종양부위를 능동적으로 감지하고, 외부의 빛에 감응하여 광열효과 및 그로 인해 증가된 활성산소종 발생을 통해 종양만을 공격함으로써 기존 치료요법들의 한계를 극복하고 획기적인 항암치료효능을 보이는데 성공했다. 본 연구의 금나노캡슐은 생체적합성과 암표적성이 뛰어난 히알루론산 기반 나노입자에 금이 도포된 형태로서 캡슐의 안정성을 증가시켜 무분별한 광감각제의 방출을 억제하였으며, 체내에 투여 시 안정성이 우수하고 암 조직을 능동적으로 탐지할 수 있음을 종양 동물모델을 통해 확인하였으며, 빛에 반응하여 도포된 금이 선택적으로 붕괴되어짐을 통해 내부의 광감각제가 방출됨을 관찰하였다. 이상의 결과로부터, 외과적 수술이나 부작용이 심한 항암제등을 대신하여, 금나노캡슐을 주사 한 후 빛을 이용하여 암 조직을 선택적으로 제거할 수 있을 것으로 기대된다. 본 연구 결과는 세계적인 학술지 ACS Nano 11월 16일자에 온라인 게재되었다. *논문명 : Gold-Nanoclustered Hyaluronan Nano-Assemblies for Photothermally Maneuvered Photodynamic Tumor Ablation *연구팀 : 박재형(교신저자, 성균관대 교수), 한화승(제1 공동저자, 성균관대 석박통합과정), 최기영(제1 공동저자, 성균관대 연구교수), 이한상 (공저자, 성균관대 석박통합과정), 이민창(공저자, 성균관대 석박통합과정), 안재윤(공저자, 석박통합과정), 신솔(공저자, 성균관대 학부과정), 권승리(공저자, 성균관대 박사후연구원), 이두성(공저자, 성균관대 교수). 관련기사 1. (연합뉴스) 암세포만 표적 공격하는 금 입힌 나노캡슐 개발 2. (MBC) 암 치료 부작용 최소화 ‘스마트 금나노캡슐’ 개발 2. 초음파에 원격제어 되어 암세포 제거하는 나노하이브리드 (Nano Letters) - 초음파로 원격제어 하는 스마트 나노로봇을 이용한 초음파 역동치료 기술 개발 암으로 인한 사망률을 낮추기 위해 최근 기존의 외과적 수술, 화학 항암 요법, 광역동치료 등의 종양 치료 요법이 가지는 부작용 및 한계를 극복하기 위한 연구가 전 세계적으로 시도되고 있다. 광역동치료는 빛에 의해 활성화된 광감각제가 활성산소종을 발생시켜 종양을 치료하는 기술로 부작용이 거의 없고 뛰어난 종양 치료효과를 나타내는 기술이다. 그러나 빛은 체내 침투율이 낮기 때문에 신체 내 주요장기에 위치한 종양의 치료에는 한계가 있어 간, 췌장, 신장 등 신체 내 깊숙한 곳에 위치한 종양의 치료에는 적용이 불가능하다. 초음파장비는 체내 깊숙한 곳에 도달할 수 있는 초음파를 이용하여 질병을 진단하는 장비로서, 전 세계적으로 가장 많이 보급된 진단 장비이다. 따라서, 초음파에 의해 활성산소종을 발생시킬 수 있으며 암 표적성이 우수한 나노소재가 개발될 경우 기존 광역동치료의 한계를 극복한 새로운 치료법의 개발이 가능하다. 따라서 본 연구팀은 인체 투과도가 낮은 빛을 이용하는 광역동치료기술의 한계를 극복하기 위하여 초음파 자극에 의해 원격제어 되어 활성산소종을 발생하는 생체적합성 금/티타늄 기반의 나노로봇을 개발하여 초음파역동치료에 적용하였다. 초음파에 의한 활성산소종 발생효율이 낮은 광감각제를 사용했던 기존연구와 달리 티타늄 나노입자에 금 나노입자가 도입한 스마트 나노로봇을 이용하여 초음파 자극 시 활성산소종을 폭발적으로 발생시키며, 초음파 자극에 원격제어되어 종양만을 공격함으로써 기존 종양치료의 부작용을 현저히 감소시키고 치료효능을 획기적으로 개선시키는데 성공했다. 이 연구의 스마트 나노로봇은 생체적합성이 우수한 고분자로 표면개질되어 정맥주사를 통해 투여 시 암 조직을 탐지하여 선택적으로 도달할 수 있는 능력이 매우 우수함을 확인하였다. 따라서 인체 적용 시 외과적 수술이나 부작용이 심한 항암제등을 사용할 필요 없이 나노로봇을 정맥 주사한 후 간단한 초음파 처리를 통해 암 조직을 효과적으로 제거할 수 있을 것으로 기대된다. 본 연구 결과는 국제적 권위의 학술지인 NANO letters 10월 12일자에 게재되었다. *논문명 : Long-Circulating Au-TiO2 Nanocomposite as a Sonosensitizer for ROS-Mediated Eradication of Cancer *연구팀 : 박재형(교신저자, 성균관대 교수), V. G. Deepagan (제1 공동저자, 성균관대 박사후연구원), 유동길(제1 공동저자, 성균관대 박사과정), 엄우람(공저자, 성균관대 박사과정), 고혜원(공저자, 성균관대 박사과정), 권승리(공저자, 성균관대 박사후연구원), 최기영(공저자, 성균관대 연구교수), 이기라(공저자, 성균관대 교수), 이준영(공저자, 성균관대 교수), 이두성 (공저자, 성균관대 교수), 김광명(공저자, 한국과학기술연구원 책임연구원), 권익찬(공저자, 한국과학기술연구원 책임연구원) 관련기사 1. (조선일보) 수술 없이 종양 제거하는 '스마트 나노로봇' 국내서 첫 개발 2. (SBS) "초음파 쏘면 환자 몸 속 나노로봇이 암세포 타격" 3. (SBS CNBC) 수술없이 종양 제거 '스마트 나노로봇' 개발 4. (연합뉴스) 몸속에서 암세포와 싸우는 나노로봇 국내 개발 5. (한국경제) 수술 없이 종양 제거하는 나노로봇 개발

  • World Robots on Tour에 초청된 3차원 비전 기반 홈 서비스 지능형 로봇 '홈메이트' 및 세계 최고 성능의 3차원 구조광 카메라

    전자전기공학부 이석한 교수

    World Robots on Tour에 초청된 3차원 비전 기반 홈 서비스 지능형 로봇 '홈메이트' 및 세계 최고 성능의 3차원 구조광 카메라

    2003년 설립된 지능시스템 연구소 (Intelligent Systems Research Institute, 이하 ISRI) 는 이석한 교수(현 문행석좌교수)의 지도하에 지난 10여 년간 21세기 프론티어 지능형 로봇, 인지적 홈 서비스 로봇, 개인 콜 택시 자율 주행 차, Industrial Printing용 MEMS/NEMS 등 다수의 정부 및 산학과제들을 수행해왔으며 현재는 Medical 로봇을 위한 수술용 내시경, 달 탐사 로버를 위한 3차원 환경 모델링 및 로버 위치 인식, 3차원 카메라, 3차원 영상 기반 정밀 검사, 조립 공정의 로봇 자가 학습을 위한 3차원 물체 인식, 3차원 비전을 위한 빅데이터 기반 Deep Learning 과 심볼 기반 Semantic 추론의 결합 등을 위한 첨단 원천 및 응용 기술 연구를 수행하고 있다. 특히, 미국(Georgia Tech, Penn State, USC), 유럽(Pascal Institute, Blaise Pascal Univ., Padua Univ.) 등 해외 선진연구소 및 대학과의 국제 공동연구 및 공동학위 프로그램을 구현하여 국제협력을 활성화 하고 있다. 그 결과는 SCI 논문 60, 학회 논문 100, 특허 60로 정리되어 있다. (연구실 홈페이지: http://isri.skku.ac.kr/) 다수의 우수 연구 결과 중에서 세계적으로 우수한 로봇들을 초청/전시하는, 지난 2013년 스위스 쮜리히에서 열린 “Robots On Tour” 행사에 초청된 인지적 홈 서비스 로봇 “HomeMate” 와 다수의 원천 특허를 통하여 미국 특허 회사로 부터 특허 가치를 인정받은 3차원 카메라를 다음에 소개한다. HomeMate 홈메이트는 성균관대학교(SKKU) 지능시스템 연구소(ISRI)에서 개발한 홈 서비스 로봇이다. 주요특징으로 인간로봇 상호작용(HRI)을 위한 W-인지공학을 갖춘 홈 서비스 로봇으로 w는 의지를 뜻하는 will를 의미하며, 지능을 통해 인간과 상호작용하며 임무를 수행하는 것이 특징이다. 프랑스 PLANETE ROBOTS Magazine issue 24 에 소개된 HomeMate 기사 “UNE NOUVELLE GENERATION DE ROBOTS DE SERVICES” 홈메이트는 미래 창조과학부에서 지원한 한미 국제공동연구 프로그램인 KORUS Tech 프로젝트의 결과물이며 이 서비스 로봇은 성균관대학교(SKKU) 지능시스템 연구소(ISRI) 소장인 이석한 교수님의 감독아래 로봇 전문 회사인 유진 로봇, 보나비전, 그리고 미국 조지아텍 대학교와 팬실베니아 대학교 등의 연구기관들 간의 긴밀한 콜라보레이션을 통해 얻어진 산물이다. 기초 가사 지원용 로봇 기능을 갖춘 1세대 로봇을 시작으로 계속 발전시켜 인간과 함께 상호작용하기에 거부감 없는 생김새와 더 다양한 기능성을 갖춘 최종 3세대 홈메이트 로봇까지 개발하였다. W-인지 로봇 시스템 홈메이트는 인지적 인식 시스템을 가지고 있으며 사람과 소통 할 수 있고, 인식을 위한 효과적인 조건과 의사소통에 필요한 정보를 자동으로 취득할 수 있다. 또한 연속적인 자가발생 인지적 행동, 고신뢰성, 사람과의 소통 등의 능력을 보유하고 있으며 특히 노인들을 위한 서비스에 최적화 되어 있다. 홈메이트 만의 고유의 기술로 인간로봇 상호 작용(HRI)을 위한 w-인식 이지적 로봇 시스템을 꼽을 수 있다 . 여기에서 w는 의지를 뜻하는 will를 의미하며, 지능을 기반으로 하는 믿고 의지할 수 있는 사람과 로봇간의 상호작용이 특징이다. 이것은 로봇이 겪고 있는 문제들을 풀기 위한 능력과 로봇에 의해 행해지는 믿을 수 있는 성능의 서비스를 함께 보장하는 새로운 접근방법을 제안하여 개발되었다. W-인지 로봇시스템에 사용된 원천기술로 시각 환경을 위한 최상의 특징 선택법, 인식에 있어서의 불확실성과 애매모호함을 줄이기 위한 주도적인 증거 수집, 확률이 결합된 증거를 선택하는 고차원 결정 방법, 결합된 정보에서의 문맥통합 기술들이 있다. 홈메이트는 사람과 같이 빠르고 확실하게 3차원 물체를 인식하고 도중에 가구와 같은 장애물을 피해가며 사용자한테 물건을 전달하는 심부름 서비스가 가능하다. 다기능 서비스 로봇 이 로봇은 환경을 이해하고 인식해서 사용자와 소통할 수 있다. 음성 주문이나 제스처, 그리고 사용자의 얼굴을 인식할 수 있다. 또한 스마트폰 앱을 이용해서 로봇을 호출할 수 있다. 또한 홈메이트 로봇의 터치 스크린을 사용하여 소통할 수 있다. 터치 스크린을 통해 웹서핑, 인터넷 쇼핑, 화상채팅, 영화 감상, 음악 감상과 비디오 게임 등을 서비스 받을 수 있다. 홈메이트는 여러 개의 미리 기억된 행동과 음료수, 오렌지주스, 커피나 약 등을 사용자에게 전달하는 행동을 포함한 여러가지 심부름 서비스를 수행한다. 고속/고정밀 3차원 구조광 카메라 Compact 사이즈, 저전력 등의 특징을 갖는 3차원 카메라로 3차원 공간을 정밀하게 3D Reconstruction이 가능하며, 각종 환경/물체 모델링에 사용되며 특히 산업용 로봇에 응용되어 사용할 수 있다. 연구실에서 진행되는 대부분의 프로젝트에 사용되고 있으며, 특히 KIST와의 협업에 주로 사용하고 있다.

  • 항암치료로 인한 피부 및 모발 변화 양상의 정량화와 이를 통한 메커니즘 규명을 통해 근거기반의 암 환자 외모관리

    삼성융합의과학원 조주희 교수 ·강단비 연구원

    항암치료로 인한 피부 및 모발 변화 양상의 정량화와 이를 통한 메커니즘 규명을 통해 근거기반의 암 환자 외모관리

    - 항암치료로 인한 피부 및 모발 변화 양상의 정량화로 메커니즘 규명 - 근거 기반의 암 환자 외모관리 중재 방안 제시 - supportive care 연구를 통한 암환자의 삶의 질 증대 인간에게 있어 아름다움이란 건강한 삶을 살아가는 기본적인 부분이라 할 수 있다. 이러한 기본적인 인간의 욕구가 아프다고 해서 줄어들지는 않는다. 예전에는 죽음을 앞둔 암환자에게 외적인 부분은 관심의 대상이 아니었다. 하지만 의학기술의 발전으로 암 환자 생존율이 높아지면서 질병 치료는 물론 환자들이 겪는 심리 사회적 문제해결도 중요해지고 있다. 암 환자는 치료 과정에서 극심한 정신적 스트레스를 경험하지만, 이를 잘 대처하고 극복하는 경우는 많지 않은 실정이다. 특히 대부분의 유방암 환자들은 수술 후 재발 방지를 위해 받는 항암 화학요법으로 인해 탈모, 피부 건조, 피부색의 변화 등을 겪게 되고 장기 생존자들도 여전히 탈모, 피부 변화 등의 문제를 호소하고 있다. 또한 환자 자신의 외모를 다른 사람들이 부정적으로 받아들일 것이라고 믿고 외모를 기준시하는 사회적 상황에 대해 정신적으로 불안 및 우울하기 때문에 이러한 문제들이 더 크게 작용하여 환자의 삶의 질에 영향을 미치게 된다. 성균관대학교 융합의과학과 조주희 교수 연구팀은 암 치료로 인한 암 환자들의 심적 고통과 우울증을 극복하고 삶에 대한 긍정적인 태도를 가질 수 있도록 하는 다양한 연구들을 진행해 왔고 유방암 환자들의 항암 치료로 인한 피부 문제가 그들의 일상 복귀 및 삶의 질에 중요한 요인이라는 사실을 질적, 양적 연구를 통해 밝혀왔다. 그러나 항암 치료로 인해 피부의 인자들이 얼마나 변하고 그 회복은 언제쯤 이루어지는지에 대한 객관적 자료가 없어 적절한 중재방안을 제공하는 것에 한계가 있었다. 따라서, 조주희 교수와 강단비 박사과정생은 삼성서울병원 암교육센터, 유방외과, 혈액종양내과, 피부과, 아모레퍼시픽 社와 공동 연구를 통해 유방암 환자들을 대상으로 항암 치료 전, 항암 치료 중, 항암 치료 종료 후 장기적으로 피부 및 모발 변화를 정량적 측정, 전향적 코호트 연구를 수행하였다. 연구 결과 유분량은 항암 치료로 인해 항암 전 대비 76% 감소하였으며, 항암 치료 종료 후 6개월이 지난 시점에서도 항암치료전 피부에 비하여 40% 수준으로 측정 되어, 상당히 낮은 수치를 보였다. 항암 중 피부의 수분량, 경피 수분 증발량의 감소, 멜라닌 수치의 증가도 관찰되었으나, 관련 다른 요인들의 경우 항암 치료 종료 후 3개월부터 회복되어 6개월째에는 항암치료 전과 비슷하게 돌아온 것이 확인되었다. 또한, 항암 치료 이후 급격히 감소하여 회복되지 않는 유분량은 항암 치료로 인해 발생한 피부 건조증상과 강한 상관관계가 밝혀졌다. 탈모의 경우, 환자들은 항암 종료 후 6개월 후에도 46.5% 의 환자가 여전히 정상 모발로 돌아오지 못했으며, 61명 중 30% 에서 모발이 항암 이전보다 가는 영구 탈모 증상이 나타남을 확인할 수 있었다. 본 연구는 연구 자료의 특수성과 중요성을 인정받아 해당자료를 분석하는 모델 개발에 대해 2013년도 성균학술상을 받았으며 강단비 박사과정생은 세계 최초로 항암치료로 인한 피부 변화 양상과 메커니즘을 규명한 해당 연구 결과로 제4차 세계 유방암 학술대회(Global Breast Cancer Conference 2013)에서 우수상을, 피부과에서 가장 권위있는 Society of Investigative Dermatology (SID) 국제 학술대회에서는 Albert M. Kligman Travel Fellowship awards을 수상하였다. 그리고 2015년 Breast Cancer Research and Treatment 에 출판하였다. (1저자: 강단비, 공동교신: 조주희, 이동윤) 더 나아가 조주희 교수와 강단비 박사과정생은 관찰연구를 통해 도출된 근거를 바탕으로 아모레퍼시픽과 공동으로 항암 치료 중 항암 치료 맞춤형 보습제를 발굴하였고, 현재 삼성서울병원 암교육센터, 혈액종양내과, 피부과와 공동으로 해당 보습제가 항암 중 건조 증상 완화에 효과가 있을지에 대한 임상 시험을 204명의 유방암 환자를 대상으로 진행하고 있다. 모발에 경우 항암 종료 후 3년째의 변화까지 관찰하는 연구를 진행하고 있으며, 항암 종료 후 6개월째에도 모발이 항암 전 상태로 회복되지 않은 영구 탈모 환자들을 대상으로 스위스의 신약개발사인 Legacy Healthcare 社와 항암치료로 인한 영구탈모 중재 연구를 진행하고 있다. 본 연구팀은 유방암 환자들의 피부변화가 어떤 요소가 어느 정도나 감소하며 언제쯤 회복이 되는지에 대한 수치 데이터를 수집을 바탕으로 근거기반의 중재를 제안해 나가고 있으며, 이는 바쁜 임상현장에서는 상대적으로 관리나 중재가 어려운 암치료로 인한 외모변화의 이로 인한 스트레스 에 실질적인 해결책을 제안해주는 연구로 인정받고 있다. 본 연구팀은 앞으로 항암 치료로 인한 외모변화 연구를 시작으로 방사선, 표적 치료와 이로 인해 외모변화와 환자들의 정신사회적 건강의 연관관계 규명, 더불어 효과적인 중재 방안 개발 연구를 점차 확대 해 내갈 계획이다.

  • "박수를 치려면 두 손 모두 필요하다" : 개인주의-집단주의 문화적 지향성의 조합을 통한 시너지효과 검증

    심리학과 최훈석 교수

    "박수를 치려면 두 손 모두 필요하다" : 개인주의-집단주의 문화적 지향성의 조합을 통한 시너지효과 검증

    - 집단 창의성에서 집단주의 핵심가치와 독립적 자기관의 조합을 통한 시너지 효과 규명 - 문화와 사회심리 및 행동의 관계를 분석하는 새로운 이론모형으로, 문화혼융의 시대에 필요한 문화 재설계의 방향성 제시 ‘개인과 집단의 관계’에 관한 물음은 사회심리학 및 유관 분야에서 오랫동안 제기되어온 중요한 연구문제이다. 사회적 동물로서 인간은 개인의 이익과 공동체의 이익이 상충할 때 어느 것을 우선시 할지 끊임없이 고민하고 선택해야 하며, 이 선택은 개인과 집단의 관계에 관한 사람들의 문화적 세계관(cultural world-view)에 의해서 크게 영향 받는다. 1980년대를 기점으로 활성화된 비교문화심리 및 문화심리 연구는 서구와 동아시아를 비교하여 인지, 정서, 동기, 대인관계 및 사회적 행동에서 두 문화권의 핵심가치와 자기개념의 차이를 집중적으로 연구했다. 이 방면의 연구가 인간의 사회심리와 행동에 대한 문화의 영향을 규명하고 그 심리적 기제를 이해하는 데 기여한 것은 사실이다. 그러나 이 접근법은 동서양의 문화적 차이에 관한 기술적 지식(descriptive knowledge)을 축적하는 데는 유용할지 몰라도, 세계화와 문화혼융(cultural convergence)으로 대변되는 현대 사회에서 문화변혁 및 재설계의 방향성에 관한 처방적 지식(prescriptive knowledge)을 제시하는 데는 한계가 있다. 최훈석 교수 연구실에서는 문화적 세계관에 해당하는 개인주의-집단주의를 상호배타적 현상으로 이해하는 기존 접근법에서 탈피하여, 집단주의 가치와 독립적 자기개념의 시너지 효과를 규명하는 이론모형을 개발하고 이를 통해 개인과 집단의 공동번영에 필요한 심리적 기제를 규명하는 일련의 연구를 진행하고 있다. 이 시도의 일환으로 수행된 최근 연구에서는 집단에서 타인과의 상호의존성보다는 자기의 독립성이 우세하고 개인의 성취보다 집단의 공동성취에 가치를 두는 심리상태가 함께 조형되었을 때집단창의성이 증진됨을 보였으며, 이 연구는 집단심리분야 대표 학술지인 Group Processes and Intergroup Relations에 게재되었다. 최훈석 교수 연구실에서는 개인주의-집단주의 시너지 모형을 적용하여 집단수행, ‘義’ 심리 및 집단혁신, 조직 구성원의 심리적 번영 등을 분석하고 있으며, 집단간 화해와 평화증진, 다문화주의와 공존의 심리등에 관한 일련의 집단간 심리 연구를 수행하고 있다. 이러한 맥락에서Claremont Graduate School의 Social Identity Lab과 공동으로 수행한 집단간 심리 연구에서는 한국의 대학생들을 대상으로 ‘한국인 정체성’과 ‘한민족 정체성’을 차별적으로 점화하여 남북통일과 북한의 인권문제에 대한 태도차이를 분석하였으며, 이 연구는 정치심리학 분야 권위지인 Political Psychology에 게재되었다. 그리고 Massachusetts대학 Peace Lab과의 공동연구를 통해서 한국전쟁을 ‘국가간 갈등’(집단간)으로 해석하는지 아니면 ‘동족갈등’(집단내)으로 해석하는지에 따라서 한국과 무관한 제3국에 대한 공격의도가 달리 나타남을 보였으며, 이 연구는 사회심리분야 대표 학술지인 Personality & Social Psychology Bulletin에 게재되었다.

  • 루게릭병 유발 요인 C9orf72 유전자 변이의 산물인 독성 폴리-다이펩타이드 세포내 표적 발굴

    의학과 권일민 교수

    루게릭병 유발 요인 C9orf72 유전자 변이의 산물인 독성 폴리-다이펩타이드 세포내 표적 발굴

    - 근위축성 측색 경화증(ALS)을 유발하는 C9orf72 유전자 변이의 산물인 독성 폴리-다이펩타이드의 세포내 표적 발굴 - ALS 치료법 개발을 위한 중요한 의미 - 10월 21일 ‘Cell’지 논문 게재 의과대학 해부세포생물학교실 권일민 교수(공동 교신저자)와 미국 University of Texas Southwestern Medical Center의 Steven L. McKnight 교수(공동 교신저자) 공동연구팀이 근위축성 측색 경화증(ALS)를 유발하는 C9orf72 유전자 변이의 산물인 독성 폴리-다이펩타이드의 세포내 표적을 발굴하여 ALS 발병 기전에 대한 심도 깊은 이해가 가능하게 되었다. 이는 향후 C9orf72 ALS의 치료법 개발을 위한 연구로 이어질 수 있는 중요한 의미를 갖고 있다. 국내에는 루게릭병으로 잘 알려진 근위축성 측색 경화증(ALS; amyotrophic lateral sclerosis)은 중추신경계의 운동신경세포(motor neuron) 사멸에 의해 사지 근육의 경직 및 위축이 일어나며 호흡근육의 마비로 인해 발병 후 약 3-4년 안에 사망에 이르게 되는 현재까지는 치료 방법이 존재하지 않는 퇴행성 신경질환이다. 미국 ALS 협회에 의하면 전 세계적으로 ALS 환자는 약 35만 명 이상이며 매년 10만여 명의 환자가 사망한다고 한다. 국내에도 약 2500명 이상의 ALS 환자가 있으며 매년 수백 명의 새로운 환자가 발생하는 것으로 알려져 있으나 파킨슨병이나 알츠하이머병과 같은 여타 퇴행성 신경질환에 비해 적은 환자수와 이에 따른 관심 부족으로 비교적 많은 연구가 이루어지지 않았을 뿐 아니라 정확한 발병기전에 대한 이해도 부족한 상황이다. 전체 ALS의 약 90%는 원인을 알 수 없는 산발성 ALS이며 나머지 10%의 경우는 가족력에 의한 유전성 ALS로 분류되며, ALS의 발병 기전을 밝히기 위한 다각적인 연구가 국내외 여러 연구진들에 의해 활발하게 진행되고 있다. 그러던 중 지난 2011년을 기점으로 보고된 일련의 연구들을 통해 C9orf72로 명명된 유전자 상에 발생하는 변이가 ALS의 원인 중 하나라는 것이 새롭게 알려지게 되었다. 최근 연구 결과들에 따르면 전체 유전성 ALS의 약 절반이 이러한 C9orf72 유전자 변이에 의해 발생하며 산발성 ALS의 경우에도 약 4-21%의 환자가 동일한 유전자 변이를 갖고 있는 것으로 확인되어 현재 C9orf72 유전자의 변이는 전체 ALS 발병의 가장 일반적인 원인 중 하나로 인식되고 있다. 지난 2014년 본 연구자가 참여하여 Science지에 게재한 연구논문을 통해C9orf72 유전자의 변이로부터 만들어지는 두 종류의 독성 폴리-다이펩타이드(poly-dipeptide)에 의한 RNA 생합성 저해와 핵인의 기능 저하에 따른 세포 사멸이 C9orf72 ALS의 원인 중 하나라는 것이 처음으로 밝혀지게 되었다. 이러한 연구의 연장선상에서 본 연구진은 미국 University of Texas Southwestern Medical Center의 Steven L. McKnight 교수 연구진과의 공동 연구를 통해 C9orf72 유전자 변이의 산물인 독성 폴리-다이펩타이드의 세포내 표적을 발굴하였다. 이 연구를 통해 C9orf72 ALS의 원인인 유전자 변이에 의해 만들어지는 독성 단백질의 표적을 확인함으로써 C9orf72 ALS의 발병 기전에 대한 심도 깊은 이해가 가능하게 되었다. 이는 향후 C9orf72 ALS의 치료법 개발을 위한 연구로도 이어질 수 있는 중요한 의미를 갖고 있다. 독성 폴리-다이펩타이드의 표적 단백질들의 구조적인 특성이 갖는 기초과학적인 측면에서의 의미 또한 본 연구의 중요성 중 하나이다. 이번 연구에서 독성 폴리-다이펩타이드의 표적으로 규명된 단백질들은 단순하고 반복적인 아미노산 조성으로 이루어진 일명 ‘단순 아미노산 서열(Low complexity sequence)’ 도메인을 가지고 있는데 단순 아미노산 서열 도메인의 역동적이고 가역적인 3차 구조 형성이 단백질의 기능에 있어 중요하다는 것이 최근 연구를 통해 알려지게 되었다. 단순 아미노산 서열 도메인의 기능적 중요성에 대한 연구결과는 최근 많은 관심을 받고 있는 새로운 연구 분야이다. 따라서 이번 Cell지에 게재된 연구를 통해 단순 아미노산 서열 도메인에 의해 만들어지는 3차 구조의 기능이 독성 단백질 등에 의해 저해될 경우 정상적인 단백질의 기능을 억제하고, 이는 질병으로 이어질 수 있다는 것을 확인한 것은 본 연구진의 중점 연구 분야인 단순 아미노산 서열 도메인을 갖는 단백질에 대한 연구 뿐 아니라 다른 종류의 퇴행성 신경질환 연구에도 중요한 기반이 될 것으로 기대된다. 본 연구는 한국연구재단(기초연구실지원사업, 신진연구자지원사업) 및 삼성서울병원 미래의학연구원의 지원으로 이루어졌으며, 자연과학분야 최고 권위지중의 하나인 'Cell' 에 10월 21일자로 게재되었다.

  • 2차원 나노반도체 기반의 고성능 광검출기 개발

    전자전기공학부 박진홍 교수 ·조서현 연구원 외 4명

    2차원 나노반도체 기반의 고성능 광검출기 개발

    1. 이종접합 기반 고성능 2차원 광검출기 개발 - 조서현, 강동호(1저자) / 박진홍 교수(교신저자) 정보통신대학 전자전기공학부 박진홍 교수(교신저자) 연구팀이 차세대 반도체 소재로 관심을 모으고 있는 2차원 나노반도체의 도핑기술과 이종 물질 간 적층기술을 활용하여 세계 최고 수준의 광응답성(1.27×106 A/W)을 갖는 고성능 광검출기를 구현하는 데 성공했다. 2차원 나노반도체는 물질의 종류에 따라서 일반적으로 한 가지의 동작특성(n-형 또는 p-형)만을 갖기 때문에 도핑을 통해 반도체의 동작특성을 다양하게 조절하여 광검출기 및 트랜지스터와 같은 응용소자의 성능을 향상시키는 것이 연구과제였다. 또한 기존 2차원 나노반도체와 일반적인 반도체 공정에서 사용되는 절연물질과의 계면 저품질 문제로 본래의 광검출기 및 트랜지스터 소자 성능을 제대로 발휘하기 어렵다는 한계점도 있었다. 연구팀은 p-형 동작특성을 갖는 2차원 나노반도체 물질인 이셀레늄화텅스텐(WSe2) 표면에 트리페닐포스핀(PPh3)을 얇게 코팅하는 방식으로 전자를 공급하는 n-형 도핑기술을 적용하여 반전된 n-형 광검출기를 구현하는데 성공했다. 동작특성이 반전된 광검출기의 광응답성 분석은 이번이 처음으로, 기존 p-형 이셀레늄화텅스텐(WSe2) 광검출기보다 한 단계 높은 광응답성을 확인하였다. 또한 2차원 절연물질인 육방정 질화붕소(h-BN)에 2차원 나노반도체를 쌓은 수직 적층 구조를 활용하여 이종 물질 사이에서 굉장히 낮은 결함밀도를 갖는 고품질 계면을 만듦으로서 광응답성을 획기적으로 향상시켰다. 결과적으로, 1.27×106 A/W의 높은 광응답성을 갖는 고성능 광검출기를 구현하여 매우 약한 세기의 빛도 검출할 수 있게 되었다. 이는 일반적으로 널리 사용되는 반도체 물질인 실리콘(Si) 및 갈륨비소(GaAs) 기반의 광검출기보다는 백만(106)배 이상 높은 수치이다. 이 연구는 2차원 나노반도체의 뛰어난 광응답 특성을 한 단계 향상시킴으로써, 차세대 광전소자 개발 및 광계측/센서 산업 발전에 크게 기여할 것으로 기대된다. 이번 연구결과는 나노소자/재료공학 분야 국제 학술지 ‘Advanced Materials’ 6월 22일자에 게재되었다. 논문 제목: A High-Performance WSe2/h-BN Photodetector using a Triphenylphosphine (PPh3)-Based n-Doping Technique 2. 높은 광흡수율을 갖는 ReS2 2차원 물질 기반 초고성능 광검출기 개발 - 심재우, 오애리(1저자) / 박진홍 교수(교신저자) 차세대 반도체 소재로 관심을 모으고 있는 2차원 나노반도체 ReS2의 두께를 세밀하게 조절하여 세계 최고 수준의 광응답성(2.5×107 A/W)과 빠른 광응답속도(670ms)를 갖는 고성능 광검출기를 구현하는 데 성공했다. 2차원 나노반도체는 일반적으로 그 두께를 단층으로 제어하였을 때 직접천이형 밴드갭 특성을 보인다. 특히 단층 2차원 나노반도체는 간접천이형 밴드갭 특성을 갖는 다층 상태의 2차원 나노반도체에 비해 높은 양자효율을 보이지만, 얇은 두께(약 0.7 nm)로 인해 광흡수율이 낮아서 높은 광응답성을 얻는데 한계가 있다. 따라서 높은 광응답성을 갖는 2차원 나노반도체 기반의 고성능 광검출기를 구현하기 위해서는 적절한 두께의 2차원 나노반도체를 사용해야 하는데, 지금까지 보고된 2차원 광검출기 관련 연구들은 대부분 테이프를 이용한 기계적 박리 방법을 하여 2차원 나노반도체의 두께를 세밀하게 조절하는데 한계가 있으며, 실용화 가능성도 매우 낮다. 연구팀은 2차원 나노반도체의 두께를 세밀하게 조절하기 위해 산소플라즈마 처리를 이용한 쉽고 효율적인 공정 프로세스를 개발하였다. 두께에 관계없이 직접천이형 밴드갭 특성을 유지하는 이황화레늄(ReS2)에 개발된 산소플라즈마 처리공정을 적용하여 고성능 광검출기를 구현하였다. 특히 산소플라즈마 처리를 통해 (1) 이황화레늄의 두께를 세밀하게 조절하여 인가된 게이트 전압에 의한 이황화레늄 소자의 누설전류를 효과적으로 제어하였으며, (2) 이황화레늄의 표면에 많은 결함을 형성하여 광전하의 재결합 비율을 증가시켜서 광응답속도를 향상시켰다. 결과적으로, 2.5×107 A/W의 높은 광응답성과 빠른 광응답속도(670 ms)를 갖는 고성능 광검출기를 구현하여 매우 약한 세기의 빛도 검출할 수 있게 되었다. 이는 일반적으로 널리 사용되는 반도체 물질인 실리콘(Si) 및 갈륨비소(GaAs) 기반의 광검출기보다는 백만(106)배 이상 높은 수치이며, 지금까지 발표된 2차원 나노반도체 기반 광검출기 중 가장 높은 수치이다. 이 연구는 2차원 나노반도체의 뛰어난 광응답 특성을 한 단계 향상시킴으로써, 차세대 광전소자 개발 및 광계측/센서 산업 발전에 크게 기여할 것으로 기대된다. 논문 제목: High-Performance 2D Rhenium Disulfide (ReS2) Transistors and Photodetectors by Oxygen Plasma Treatment 3. 넓은 광검출 대역을 갖는 고성능 광검출기 개발 - 조서현(1저자) / 박진홍 교수(교신저자) 차세대 반도체 소재로 관심을 모으고 있는 2차원 나노반도체인 이셀레늄화레늄(ReSe2)을 활용하여 넓은 광검출 대역(1064 nm 이상 가능)을 검지할 수 있는 고성능 광검출기를 구현하는 데 성공했다. 2차원 나노반도체는 물질의 종류에 따라서 (1) 다양한 금속-반도체 접합(옴 또는 쇼트키 접합)을 형성할 수 있고, (2) 또한 서로 다른 에너지 밴드 갭을 갖기 때문에 트랜지스터 및 광검출기와 같은 응용소자에서 다양한 전기적/광학적 특성을 구현할 수 있다는 장점이 있다. 하지만, 그래핀(graphene), 이황화몰리브덴(MoS2), 이셀레늄화텅스텐(WSe2)과 같이 상대적으로 활발한 연구가 이루어졌던 기존 2차원 물질들과 비교해 그 외의 2차원 물질들은 아직까지 연구가 부족한 실정이다. 특히 이러한 새로운 2차원 반도체 물질에 도핑기술을 적용하여 응용소자를 최적화시키는 연구는 아직까지 보고된 바 없었다. 연구팀은 기존의 이황화몰리브덴(MoS2) 소자와 같이 n-형 동작특성을 갖는 이셀레늄화레늄(ReSe2)을 이용하여 트랜지스터 및 광검출기 소자를 구현한 후, 전자 및 광전 소자의 성능관점에서 측정 및 분석을 진행하였다. 특히, (1) triphenylphosphine (PPh3) 기반의 n-형 도핑기술을 이용하여 금속-반도체 접촉저항을 개선하고 (2) 절연층 상부의 (3-aminopropyl)triethoxysilane (APTES) 처리를 통하여 채널/절연층 간 계면의 전하산란효과를 억제하여 구현된 광검출기의 성능을 획기적으로 향상시켰다. 결과적으로, 연구팀은 가시광선 영역부터 근적외선 영역까지 넓은 광검출 대역(1064 nm 이상, 980 nm 이상의 대역에서 우수한 광검출 특성을 처음으로 확인)을 검지할 수 있는 고성능 광검출기를 구현하였다. 구현된 소자는 다른 2차원 광검출기와 비교하여 상대적으로 높은 광응답성(1.18×106 A/W)과 빠른 광응답속도(58 ms) 특성을 보였다. 이번 연구결과는 나노소자/재료공학 분야 국제 학술지 ‘Advanced Materials’ 8월 17일자에 표지논문으로 게재되었다. 논문 제목: Broad Detection Range Rhenium Diselenide Photodetector Enhanced by (3-Aminopropyl)Triethoxysilane and Triphenylphosphine Treatment

  • 리튬이온전지용 新 나노전극 소재 개발

    화학과 김지만 교수

    리튬이온전지용 新 나노전극 소재 개발

    - 3차원 다공성 구조를 갖는 주석•코발트 합금 음극소재 합성 기술 개발 - 기존의 흑연 소재 대비 2배 이상의 리튬 저장 용량 및 구조적 유연성 확보 - 고용량 고출력 리튬이온전지용 전극 소재를 개발하는데 활용될 수 있을것으로 기대 자연과학대학 화학과 김지만 교수 연구팀은 충방전과정 중 발생하는 전극 소재의 부피변화를 제어할 수 있는 주석계 합금 나노 소재 기술을 개발하였다. 리튬이온전지는 지난 20년 동안 괄목할 만한 성능 향상을 보여왔으며, 현재까지 휴대전자기기의 개발 및 보급에 결정적인 기여를 하였다. 하지만 리튬이온전지의 고에너지밀도화를 가능하게 하기 위해서는 상용화된 흑연 음극 소재의 이론적 용량 한계(372 mAh/g)를 극복하고 고용량 및 고안정성을 구현할 수 있는 음극소재를 개발하는 것이 필수적이다. 기존 음극소재인 흑연 전극을 대체할 고용량 소재의 후보로서 금속계 소재(실리콘, 게르마늄, 주석 등)에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 하지만 충•방전시 수반되는 전극 소재의 큰 수축과 팽창(~300%)이 전극의 분말화(pulverization) 및 균열(cracking)을 초래하여 전지의 성능이 저하되고, 수명이 짧아지는 원인이 되고있다. 연구진은 주석(Sn)과 코발트(Co)를 이용하여, 두께가 5 nm(머리카락의 만분의 1)에 불과한 규칙적인 벌집 형태의 합금을 성공적으로 합성하였고, 리튬이온전지용 음극 소재로 적용하여 성능을 크게 향상시켰다. 합성된 주석•코발트 합금 음극소재는 흑연 소재 대비 2배 이상의 리튬 저장 용량을 발현할 뿐만 아니라, 리튬과 반응성이 없는 코발트가 주석 입자 주위에 분포되어 있고 동시에 3차원 다공성 구조로 되어있어 반복적으로 충•방전을 할 때 체적변화를 완화하는 역할을 하게 된다. 또한 방사광가속기(Synchrotron Radiation)을 이용한 실시간 X-선 소각산란분석 (In Operando Small Angle X-ray Scattering Analysis)를 통하여 전극 소재 내부의 체적변화를 관측한 결과, 충전시 41%에 불과한 부피 팽창율을 보일 뿐만 아니라 수 사이클 하에도 구조적 유연성을 유지하는 것을 확인할 수 있었다. 이번 연구 결과는 정교한 전극 소재 설계를 통해 전지의 수명 저하 문제를 해결할 수 있는 가능성을 보여주며, 고용량 고출력 리튬이온전지용 전극 소재를 개발하는데 활용될 수 있을것으로 기대된다. 본 연구에는 성균관대 에너지과학과 윤원섭 교수 및 한양대 에너지공학과 김한수 교수 연구팀이 공동으로 참여하였으며, 연구 결과는 소재 과학분야 세계적 권위의 학술지 'Advanced Functional Materials'에 5월 3일자 표지논문으로 게재됐다. 논문 제목 : Discovering Dual-Buffer Effect on Lithium Storage: Durable Nanostructure of Ordered Mesoporous Co-Sn Intermetallic Electrode

  • 차세대 신소재 ‘황화몰리브덴’ 전기적 특성 풀었다

    물리학과 이영희 교수

    차세대 신소재 ‘황화몰리브덴’ 전기적 특성 풀었다

    이영희 기초과학연구원(IBS) 나노구조물리연구단장 팀은 차세대 신소재로 불리는 그래핀과 나란히 주목 받고 있는 이황화몰리브덴(MoS2)의 나노박막의 구조와 전기적 특성을 밝혀냈다. 차세대 반도체 개발에 큰 보탬이 될 기초연구 성과로 보인다. 이황화몰리브덴은 몰리브덴(Mo) 원자 1개에 황(S) 원자 2개가 결합한 물질로, 1나노미터(㎚·1㎚는 10억분의 1m) 미만 두께의 단일층 반도체를 만들 수 있어 극도로 얇은 차세대 반도체 회로 제작에 쓸 수 있다. 연구팀은 불활성 가스를 채운 상자 속에서 이황화몰디브덴 나노박막 소자를 제작했다. 이황화몰디브덴이 공기 중에 노출되면 산화반응으로 전기적 특성이 변질될 수 있기 때문이다. 이렇게 제작한 소자는 전기 저항이 최대 10배 이상 우수한 것으로 나타났다. 이황화몰리브덴과 그래핀은 나노박막 지름이 수 십 마이크로미터(㎛·1㎛는 100만분의 1m)에 불과한 미세한 입자들이 연결된 형태다. 각 원자의 결합구조 때문에 이웃한 두 결정입자의 각도가 서로 틀어지면서 특이한 경계면(결정립계면)이 생긴다. 결정립계면은 전기의 이동을 방해하기 때문에 반도체 회로 구성에 걸림돌이 돼 왔다. 그러나 이황화몰리브덴의 결정립계면의 형태에 따라 전기적 특성이 어떻게 변하는지 아직까지 알려진 것이 없었다. 연구팀은 고해상도투과전자현미경(HRTEM)을 활용해 각 결정립계면의 틀어진 각도와 원자결합구조 상태를 정밀하게 관측하고, 서로 다른 각도로 틀어진 여러 결정립계면의 전하 이동을 측정했다. 그 결과 이황화몰리브덴도 그래핀처럼 결정립계면에서 전기저항이 높아지고 이에 따라 전하이동도가 떨어지며, 틀어진 각도가 전하이동도에 영향을 준다는 사실이 처음으로 밝혀졌다. 계면의 각도가 8도 정도일 때 전하이동이 가장 낮았고, 8~20도 범위에서는 각도가 커질수록 전하이동도 증가했다. 최종적으로 약 20도 이상에서는 가장 높은 값을 유지했다. 이번 연구 결과에 쓰인 분석 방법은 층상구조를 띤 다른 반도체 물질에도 적용할 수 있을 것이고 이를 토대로 고성능 신소재 반도체를 구현하는 시기를 앞당길 수 있을 것으로 기대한다. 이 성과는 ‘네이처’ 자매지 ‘네이처 커뮤니케이션스’ 에 실렸다.

  • 인간의 뇌 닮은 인공지능 기억저장소자 - 그래핀 등 2차원 나노물질로 터널링 메모리(TRAM) 개발

    전자전기공학부 유우종 교수

    인간의 뇌 닮은 인공지능 기억저장소자 - 그래핀 등 2차원 나노물질로 터널링 메모리(TRAM) 개발

    조선비즈 - http://biz.chosun.com/site/data/html_dir/2016/09/02/2016090201922.html?main_hot5 미래창조과학부 산하 기초과학연구원 나노구조물리연구단(단장 이영희, 성균관대 물리학과) 연구진과 성균관대학교 유우종 교수(전자전기공학부) 연구진은 공동연구를 통하여 인간의 뇌 속 시냅스를 모방한 기억저장소자인 터널링 메모리(TRAM, Tunneling Random Access Memory)를 개발했다. 이로써 차세대 연산장치 개발이 본격적인 궤도에 오를 전망이다. 인간의 뇌는 시냅스로 전기적 신호를 전달하고 신호의 잔상이 시냅스에 남는 방식으로 기억을 저장한다. 시냅스는 2개의 신호전달 돌기(소자의 전극)로 신호를 입력받고 전달하며, 동시에 저장한다. 이러한 시냅스의 기능을 구현하는 소자를 만들기 위해서는 시냅스와 같이 2개의 신호전달 전극을 갖는 기억저장소자(메모리)가 필요하다. 반면, 컴퓨터 기억저장소자인 플래시 메모리는 신호의 입력, 전달, 저장을 각각 담당하는 3개의 전극(Drain, Source, Gate)로 구성되어 시냅스로의 적용에 구조적 한계를 갖고 있었다. 연구진은 기존 3개의 전극을 갖는 플래쉬 메모리에서 저장 전극(Gate)을 없앴다. 그 대신 2개의 전극(Drain, Source)으로 신호 전달 및 저장을 동시에 수행하도록 하여 시냅스로 동작이 가능한 터널링-메모리(TRAM)를 구현하였다. 이번 개발된 터널링 메모리는 2차원 나노물질인 그래핀 그래핀 : 탄소원자들이 6각형 형태로 배열되어 2차원 평면구조를 갖는다. 전기 전도성과 열전도도가 매우 높고 빛 투과율, 물리화학적 안정성 그리고 값이 싼 장점 때문에 차세대 신소재로 주목받았다. 하지만 단위 체적 및 무게 당 성능치가 낮은 2차원 구조로 산업적 응용에 한계가 있다. , 육각형 질화붕소(h-BN) 육각형 질화붕소 : 붕소(B)와 질소(N)로 이루어진 육각형(Hexagonal) 벌집구조 모양의 2차원 물질로 부도체의 물성(절연)을 지닌다. 기판과 전자소재 및 소자간의 상호작용을 최소화해, 소재 및 소자의 성능을 온전히 유지 시킬 수 있는 신물질로 각광받고 있다. , 이황화몰리브덴(MoS2) 이황화몰리브덴 : 전이금속인 몰리브데늄(Mo) 원자에 주기율표상 산소와 같은 족에 속하는 황(S) 두 개가 결합하여 2차원 평면을 이루고 있는 2차원 물질이다. 단일층 MoS2는 반도체 특성을 보이며, 전자소자 및 광전자 소자에 응용 가능성이 매우 높은 신소재로 알려져 있다. 을 쌓아올려 만들었다. 이황화몰리브덴에 연결된 입력 전극(Drain)에 전압을 가하면 이황화몰리브덴을 통해 전자(신호)가 흐른다. 일부 전자는 수 나노미터 나노미터 : 10의 마이너스 9승 미터 의 두께의 얇은 육각형 질화붕소 절연층을 터널링 터널링 : 양자역학의 관점에서 에너지를 가지고 이동하는 물체(전자)가 자신의 에너지보다 높은 에너지 장벽을 뚫고 통과할 수 있는 확률적 현상을 의미한다. 고전 역학 관점에서는 에너지 장벽보다 적은 에너지를 가진 물체가 장벽을 뛰어넘을 수 없다고 판단되지만, 에너지 장벽의 두께가 아주 얇거나 이동하고 있는 물체의 에너지가 상당하다면 터널링에 의한 통과 현상이 일어날 수 있다 해 그래핀에 저장된다. 저장된 전자의 양에 따라 이황화몰리브덴의 저항이 변하며 전자의 흐름을 제어하는 방법으로 0 에서 1 사이의 아날로그 신호로 나뉘어 시냅스 기능을 수행하거나, ‘0’ 또는 ‘1’의 디지털 신호로 나뉘어 기존 디지털 기기의 메모리 기능을 수행한다. 메모리로 기능을 한다. 터널링 메모리 구조는 현재 상용화된 실리콘 메모리에도 곧바로 적용이 가능하다. 또한, 이번 성과는 모든 소자재료를 전기적, 기계적 특성이 우수한 2차원 나노물질을 사용해, 기존 메모리 소자(PRAM, RRAM) 대비 1000배 높은 신호 정밀도(on/off ratio 109)를 얻었다. 또한, 깨지기 쉬운 게이트 전극과 절연막을 제거하여 늘어남에 매우 적합한 구조(>19%)를 확보했다. 향후 입는 스마트폰, 휘어지는(플렉시블) 컴퓨터에 쉽게 적용돼 기술적 진보를 가져올 것으로 보인다. 본 연구 성과는 국제 학술지인 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)에 9월 2일 게재됐다.

  • 20.4% 고효율 페로브스카이트 태양전지 개발 - 단일조성으로 세계 최고효율 달성

    화학공학/고분자공학부 박남규 교수

    20.4% 고효율 페로브스카이트 태양전지 개발 - 단일조성으로 세계 최고효율 달성

    페로브스카이트 태양전지는 최근 높은 효율과 낮은 공정단가로 인하여 각광을 받는 새로운 차세대 태양전지 기술이다. 페로브스카이트 태양전지는 용액공정으로 손쉽게 제조가능하다. 하지만 용액공정으로 제조된 페로브스카이트 필름은 태양전지 특성을 저하시킬 수 있는 그레인바운더리가 동시에 형성된다. 박남규 교수 연구팀은 코팅용액의 전구체를 비화학양론으로 혼합하여 그레이바운더리를 스스로 치유할 수 있는 신기술을 개발 20.4% 고효율 개발에 성공하였다. 현재까지 세계최고 효율은 복합조성을 갖는 페로브스카이트를 이용한 것이나 단일조성으로는 박교수 결과가 최고효율이다. 특히 그레이바운더리 힐링 기술을 통해 700개 이상의 소자에서 평균효율 20% 이상의 결과를 도출해 상용화도 가능하리라 예상한다. 박남규 교수팀은 장기안정성이 있는 페로브스카이트 태양전지를 세계최초로 개발하여 지난 2012년 8월에 네이처 사이언티픽 리포트 (Nature Scientific Report)에 발표하였으며, 박교수의 2012년 발표논문은 2016년 6월 현재 1,260회 이상 인용되고 있으며, 페로브스카이트 태양전지 관련 Top 5 인용 논문에 포함되어 연구의 우수성을 세계적으로 인정받고 있다. *논문명 : Self-formed grain boundary healing layer for highly efficient CH3NH3PbI3 perovskite solar cells *연구팀 : 손대용, 이진욱 (공동 제1저자, 성균관대), 박남규 교수 (교신저자, 성균관대 화학공학/고분자공학부), 신현정 교수 (공동교신저자, 성균관대 에너지과학과), 김동호 교수 (공동교신저자, 연세대 화학과) 뉴스1 http://m.news1.kr/articles/?2698569 아시아투데이 http://www.asiatoday.co.kr/view.php?key=20160622010011338 전자신문 http://www.etnews.com/20160622000295 파이내셜뉴스 http://www.fnnews.com/news/201606221016083745 [ 연구 내용 요약 ] 최근 학계와 연구계로부터 초미의 관심이 되고 있는 페로브스카이트 태양전지는 페로브스카이트 물질의 높은 광흡수 특성과 우수한 전하전달 특성으로 인하여 고효율화가 가능하며, 2012년 박남규 교수 연구팀의 의해 9.7% 고효율의 페로브스카이트 태양전지가 최초 개발된 이후 전세계적으로 페로브스카이트 태양전지 개발에 전념한 결과, 불과 2-3년 사이 20% 이상 고효율이 가능하게 되었다. 페로브스카이트 태양전지로 가장 많이 사용되고 연구된 물질은 메틸암모늄 양이온과 2가의 납과 요오드로 구성되어 있다. 메틸암모늄 페로브스카이트 태양전지의 성능은 페로브스카이트 필름의 품질에 좌우된다. 핀홀 없이 매우 균질한 고품질의 페로브스카이트 필름제조가 가능하면 고효율이 가능할 수 있다. 하지만 고품질의 페로브스카이트 필름이라도 용액공정에서 발생하는 페로브스카이트 필름의 그레인바운더리 생성은 태양전지 특성을 저하시킨다. 따라서 그레인바운더리를 효과적으로 치유할 수 있는 기술이 필요하게 된다. 박교수팀은 그레인바운더리를 스스로 치유할 수 있는 기술을 개발하여 메틸암모늄계 페로브스카이트 태양전지의 효율을 20% 이상 향상시키는데 성공하였다.

  • 투명·유연전극용 은 나노와이어 합성 新기술 개발

    신소재공학부 임병권 교수 ·심한규, 복신규 연구원

    투명·유연전극용 은 나노와이어 합성 新기술 개발

    공과대학 신소재공학부 임병권 교수 (교신저자), 심환수, 복신규 박사과정생 (이상 공동 제 1 저자) 연구팀은 유기 안정화제의 사용을 필요로 하지 않는 새로운 은(Ag) 나노와이어의 합성 기술을 개발하였다. 은 나노와이어는 높은 전도도 및 용액 가공성과 나노와이어 필름의 우수한 투명성으로 인하여 터치패널, 유기발광다이오드, 태양전지의 투명 전극 소재로 주목을 받고 있다. 또한, 최근에는 유연, 신축 전극 소재로도 활발히 연구되고 있다. 그러나, 은 나노와이어 합성에 첨가되는 유기 (주로 고분자) 안정화제는 나노와이어의 표면에 잔류하여 나노와이어간의 접촉 저항을 크게 증가시켜 전극의 성능을 저하시키는 문제를 야기한다. 이러한 유기안정화제를 제거하기 위해서는 나노와이어 합성 후, 유기 안정화제에 친화적인 용매를 이용한 반복적인 세척 과정이 필요하고, 이러한 과정을 거치더라도 완전한 제거가 어렵다. 연구진은 유기 안정화제 대신 소량의 금속 염(metal salt)을 첨가하여 이 문제를 해결했다. 첨가된 염과 은 전구체(precursor)가 반응하여 생성되는 염화은(AgCl) 입자에서부터 은 나노와이어가 이종핵생성(heterogeneous nucleation) 및 일차원 성장 (one-dimensional growth)을 통하여 자라나는 것을 관찰하였으며, 이를 통하여 고수율의 나노와이어 합성 기술을 확보할 수 있었다. 합성한 은 나노와이어는 별도의 세척 과정없이 투명 및 유연전극 소재로 적용 가능하였다. 제작한 투명 전극은 95%의 광 투과도에서 40 ohm/sq의 면저항을 나타내었으며, 이는 대표적인 투명 전극 소재인 인듐 주석 산화물 (ITO) 기반의 투명 전극과 유사한 수준의 성능으로 깨지기 쉬운 ITO를 대체하여 유연한 투명 전극을 개발하는데 활용될 수 있을 것으로 기대된다. 또한, 은 나노와이어를 이용하여 제작한 신축전극은 30%까지 5000번을 반복해서 늘려도 전기적 특성이 유지되는 우수한 안정성을 나타내었다. 본 연구에는, 성균관대 화학공학과 조성민 교수, 김봉성, 김민하 연구원이 공동저자로 참여하였으며, 연구 결과는 화학분야 세계적 권위의 학술지 '안게반테 케미 (Angewandte Chemie)'에 8월 29일자로 게재됐다. 논문 제목(영문): Organic-Stabilizer-Free Polyol Synthesis of Silver Nanowires for Electrode Applications

  • MR Imaging을 이용하여 뇌 허혈 부위의 진단을 위한 pH 민감성 고분자 마이셀의 개발

    화학공학/고분자공학부 이두성 교수

    MR Imaging을 이용하여 뇌 허혈 부위의 진단을 위한 pH 민감성 고분자 마이셀의 개발

    허혈성 뇌졸중은 통상 뇌 속으로 유입되는 혈액이 부족하거나 혈전이나 폐색 등으로 인해 일어나는 병이다. 허혈성 뇌졸중은, 노령 인구의 급격한 증가로 말미암아 노인성 질환으로 간주되어 있으며 이미 선진국에서는 막대한 의료비용의 지출과 삶의 질 저하를 초래하는 질환으로 여겨지고 있어, 이 질병의 조기 진단의 중요성이 화두로 떠오르고 있다. 그러나 허혈성 뇌졸중의 조기 진단을 위한 MRI probe 및 표적치료 연구는 초기 단계에 머물러 있다. 이를 치료하기 위한 여러 가지 원인의 분석과 새로운 약물의 개발도 진행되고 있지만 현재 치료제로 밝혀진 여러 단백질이나 약물, 진단을 위한 조영제등을 질환부위에 좀 더 효율적으로 전달하기 위한 방법에 대한 연구도 활발하게 진행되고 있다. 그 방법 중 하나가 고분자를 이용한 새로운 입자전달 시스템을 만드는 것이다. 본 연구진에서는 pH에 민감한 다양한 고분자를 합성하여 약물전달시스템에 이용하고 있는데, pH 민감성 고분자 나노입자를 이용한 약물전달 시스템의 개발은 별도의 항체나 리간드 없이 pH 민감성 마이셀의 낮은 pH에서의 디마이셀 전이특성을 이용하여 암 조직 또는 뇌 허혈부위의 산성 환경에서 약물이나 MRI probe를 표적지향적으로 방출시켜 질환의 진단 및 치료가 가능하도록 한다. 본 연구는 MRI를 이용하여 뇌 허혈부위를 진단하기 위해 고분자를 기반으로 하는 새로운 나노입자전달 시스템에 대한 것이다. 뇌 허혈부위의 표적지향성 나노입자전달시스템의 지지체로는 인체의 생리학적 조건인 온도 37°C 및 pH 7.4에서 고분자 나노입자(마이셀)을 형성하고 상대적으로 낮은 pH에서는 용해되어 봉입된 probe 및 약물이 방출될 수 있는 생분해성을 가지는 pH 민감성 고분자(mPEG-b-P(DPA-DE)LG)를 합성하여 이용하였다. 이 고분자는 개환중합을 통해 중합하였고 아미놀리시스 반응을 통하여 곁사슬을 추가하는 방식으로 합성되었다. 여기에 Fe3O4 나노입자와 높은 결합도를 가지며 자가 조립이 용이한 도파민 그룹을 추가하여 생리학적 pH에서 높은 안정도를 보이게 하였으며 또한 pH 민감성 그룹이 산성 환경에서의 Fe3O4 입자의 방출을 조절할 수 있도록 돕는다. 뇌 허혈 질병을 가진 쥐 동물 모델에 제조된 고분자 나노입자를 정맥주사를 이용해 주입한 뒤 24시간 후의 변화를 MRI 측정을 통해 관찰한 결과 pH 민감성 고분자 나노 입자의 경우 시간이 지남에 따라 뇌 허혈부위에 Fe3O4 입자가 모이는 것을 확인할 수 있었다. 이를 통해 제조된 고분자를 이용하여 만든 Fe3O4 입자를 봉입한 고분자 나노입자가 산성을 나타내는 조직의 MRI probe로 이용 가능함을 확인하였다. 이 결과는 단순히 제조된 고분자 입자를 이용하여 뇌졸중 부위만 진단하는 것이 아닌 암과 같이 뇌졸중과 비슷하게 질병부위가 산성 환경을 나타내는 질병 또한 진단이 가능하도록 발전할 수 있으며, 단순히 진단뿐만 아니라 치료가 가능한 치료약물을 같이 봉입하여 치료와 진단을 동시에 할 수 있는 스마트한 전달체로 발전할 수 있다. (본 연구의 결과는 영국의 Royal Society of Chemistry의 nanoscale 저널에 게재되었음)

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