성균관대학교

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  • 주가 상승을 노린 CEO들의 언론 플레이

    SKK GSB 얀보왕 교수

    주가 상승을 노린 CEO들의 언론 플레이

    분기별 회계 보고, 합병 계획, 행사 등 기업에 관한 기사는 기업에 큰 영향을 끼치곤 한다. 기업의 CEO들은 이러한 내용이 주가에 영향을 준다는 사실을 잘 알고 있다. Alex Edmans, Luis Goncalves-Pinto, Yanbo Wang, Moqi Xu가 발표한 “Strategic News Releases in Equity Vesting Months” (NBER Working Paper No. 20476) 논문에 따르면 CEO들은 그들에게 이미 지급된 주식의 행사권이 발생하는 시기에 즈음하여 긍정적인 기사를 의도적으로 배포한다. 이러한 전략으로 보유 주식을 처음으로 매각할 수 있는 시점에 맞춰 지분의 가치를 높이곤 한다. 통상적으로 모든 투자자들에게 공정한 기회를 제공하기 위한 목적으로, 모든 상장 기업들은 규제 기관에 의해 기업의 재무/회계 관련 정보나 연례적인 주주총회 관련 사항들은 주기적으로 공개하도록 요구 받고 있다. 기존 연구에 의하면 이러한 기업의 비선택적(비자발적) 정보 뿐만 아니라 선택적(자발적) 정보 제공은 그 기업의 기업가치, 유동성 그리고 주가를 높인다는 것이 증명되었고 이러한 정보 제공 과정에서 CEO들의 역할도 일부 규명되었다. 본 연구에서는 CEO의 선택적 정보 공개가 그들이 보유하고 있는 주식의 행사권이 처음으로 발생되는 시점과 관련이 있는지 확인하고자 했다. 주식 행사권 시점은 일반적으로 이미 수 해 전에 주식 소유권이 주어졌을 때 당사자들에 의해 정해진 사항으로 이러한 시점을 파악하기 위해 2006년부터 2011년간 Equilar의 데이터와 1994년부터 2005년까지 기록된 위임장과 SEC 파일을 토대로 CEO들의 지분 지급월을 예측하였다. 그 결과, 지분을 매각하지 않는 CEO도 있지만 다수의 CEO들이 주식 행사권이 파생하는 월에 실질적으로 보유 지분을 매각한다는 것을 확인하였다. 그런 다음 선택적/비선택적 정보 공개를 구별할 수 있는 데이터베이스를 이용하여 160,000개의 기업 정보 공개 표본을 추출하고 Thomson Reuters의 News Analytics를 사용하여 공개된 정보 내용이 해당 기업에 호의적인 내용이었는지 비호의적인지 살펴보았다. 그 결과 일반적으로 선택적으로 공개된 정보는 호의적인 내용을 담고 있다는 것을 밝혀내었다. 더 나아가 주식 행사권이 발생한 월에 주어진 선택적 정보 공개 이후 평균적으로 16일 동안의 주식 수익률은 28 BPS 이상의 비정상적 수익률을 나타냈으며 이는 통계적으로 의미있는 수치라고 밝혔다. 그리고 향후 31일 동안의 수익률은 줄어들었는데 이는 선택적 정보 공개가 매우 일시적인 효과를 보인다는 사실을 방증하였다. 또한 이러한 선택적 정보 공개는 주식 행사권이 발생하는 월에 평소보다 5 퍼센트 증가한다는 것을 확인하였다. 본 연구에서 기업의 정보 공개 타이밍을 스톡옵션 행사 데이터에 적용한 결과, CEO들의 주식 행사권이 발생하는 월에 이뤄진 주식 매각은 평균적으로 선택적 정보 공개 시점에서 5일 이내에 이루어졌으며, 행사권 발생으로 행사할 수 있는 지분을 모두 매각한 CEO들만 살펴 보면 매각은 정보 공개 이후 7일내에 이루어짐을 밝혀냈다. 이 논문은 "경영진들이 지분 매각 시 전략적으로 기업의 정보 공개를 활용하고 있다."고 결론지었다. 그러한 정보 공개는 호의적인 언론 기사로 이어지고 이는 곧 일시적인 주가 상승과 유동성을 높이는 결과를 초래하는데 CEO들은 이러한 일시적인 현상을 추종했다고 볼 수 있는 것이다.

  • 이산화티타늄 나노입자 산소결함 위치에 따른 광촉매 활성도 규명

    화학과 이진용 교수 ·남연식 연구원

    이산화티타늄 나노입자 산소결함 위치에 따른 광촉매 활성도 규명

    자연과학대학 화학과 이진용 교수 연구팀은 미국 University of Sothern California대학교 Prezhdo 교수 연구팀과 공동으로 이산화티타늄의 나노입자의 산소 결함 위치에 따른 전자-정공의 재결합 속도 변화를 양자계산을 통해 규명하여, 물리화학분야 저명한 국제학술지인 ‘Journal of Physical Chemistry Letters (IF=8.709, 물리, 원자, 분자 및 화학분야 JCR 상위 6.76 % 저널)’에 논문이 2019년 5월 10일 자에 온라인으로 게재되었다. 이산화티타늄은 광촉매 소재의 원료 물질로서 학계 및 산업계에서 가장 많이 활용되고 있고, 통상 광촉매의 흡광 효율을 높이기 위하여 산소결함을 생성하여 사용하고 있다. 그러나 산소결함이 오히려 광촉매 효율을 저하시키는 모순적인 실험결과들이 알려지고 있다. 현재까지 이를 규명하려는 시도가 이루어져 왔지만, 실험적으로 산소결함의 농도 및 위치를 완벽하게 제어하는 것이 어렵고, 실험조건으로 인해 발생하는 이산화티타늄 나노입자 샘플의 불균일성으로 인해 지금까지 산소 결함의 효과에 대한 이해가 부족했다. 이진용 교수 연구팀은 양자계산을 활용해 표면에 생성된 산소결함은 전자-정공 재결합 속도를 촉진시켜 촉매 활성도가 감소하는 반면에 나노입자 내부에 생성된 산소결함은 재결합 속도를 늦춰 광촉매 효율을 높일 수 있음을 최초로 규명하였다. 이는 산소 결함을 갖는 이산화티타늄 나노입자의 광촉매 실험 결과들을 통합적으로 이해하는데 기여하고 광촉매 효율 향상을 위한 새로운 가이드 라인을 제시한다는 점에서 연구의 가치가 있다. 이러한 연구는 양자점의 들뜬상태 동역학에 대한 이해가 필요한 QLED 소재 개발에도 중요한 부분이다. 이번 연구를 주도한 성균관대 이진용 교수는 “본 연구가 이론적 예측 결과이지만 실제 실험 연구에서 보고되는 모순되는 결과들에 대한 이론적인 설명을 제공하고 있으며 우리가 최초로 규명한 산소 결함의 위치에 따른 전자-정공 재결합 속도 변화는 실제 실험에서 산소결함을 가진 이산화티타늄 샘플에 따라 변하는 광촉매 효율의 차이를 이해하는데 매우 유용한 기초 정보가 될 수 있을 것“ 이라고 전했다. 또한 “순수 이론 연구만으로 우수한 저널에 논문을 발표하는 것이 갈수록 힘들지만, 실험이 불가능한 영역에서 지속적인 노력을 통해 실험이 도전할 수 있는 근거를 제공하는 역할을 해야만 한다”라고 강조한다. 이 연구는 논문의 제 1저자인 남연식 박사과정 학생은 2016년 GPF에 선정되었고, 2017년에는 포스코청암펠로우에 선정되었으며 2019년 2학기에 박사학위를 마치고 UC, Irvine에서 박사후연구원으로 펨토초-아토초에서 일어나는 빠른 분자동역학 현상에 대한 새로운 연구를 개척하여, 미래에 교수가 되어 연구를 지속하는 꿈을 갖고 있다. *논문명: Strong Influence of Oxygen Vacancy Location on Charge Carrier Losses in Reduced TiO2 Nanoparticles

  • 빛에 따라 특성을 조절하는 카멜레온 반도체 나노 소자 개발

    에너지과학과 정문석 교수 ·Ngoc Thanh Duong 연구원

    빛에 따라 특성을 조절하는 카멜레온 반도체 나노 소자 개발

    에너지과학과 정문석 교수와 Ngoc Thanh Duong 박사과정 연구원이 같은 학과 임성주 교수와의 공동 연구로 빛의 존재 유무에 따라 3진법과 2진법, 즉 최대 5진법의 출력이 구현 가능한 소자 기술을 개발하여 미국 화학회에서 발행하는 나노과학 분야 최고 권위 학술지 중 하나인 ACS Nano(IF=13.709)에 4월 23일 게재하였다 일반적인 집적회로는 1 또는 0, 2개의 출력을 하나의 비트에 저장하는 형태로 동작한다. 이는 일반 소자의 출력이 on과 off 상태인 2개의 출력으로 구분되기 때문이다. 만약 3진법 이상의 출력, 즉 0, 1, 2 이상의 출력이 가능한 소자가 구현 가능하다면 집적회로의 성능이 월등히 향상될 수 있다. 컴퓨터 정보처리의 최소 단위 1바이트(byte)는 8비트(bit)를 기본 단위로 한다. 1바이트를 기준으로 3진법을 통해 최대 구현 가능한 출력은 6561개로 256개의 출력을 갖는 2진법과 비교하였을 때, 약 25배 이상의 출력이 향상됨을 알 수 있다. 또한 연구팀에서 제시한 최대 5진법의 출력 인식이 가능할 경우, 그 성능은 하나의 바이트에서만 약 1000배 이상의 향상이 가능하다. 연구팀은 광 민감도가 우수한 2차원 물질인 이텔루륨화 몰리브덴(MoTe2)과 이황화 몰리브덴(MoS2) 화합물을 이용하여 반데르발즈 이종 접합 소자를 제작하였으며, 이 소자에서 발견된 부성미분전달컨덕턴스(negative differential transconductance) 현상을 이용하여 최대 5진법의 출력이 가능한 다진법 전자소자를 개발하였다. [그림] 레이저에 반응하여 3진법에서 2진법으로 특성이 바뀌는 inverter 소자 정문석 교수는 이번 연구를 통해 “2차원 물질의 유연하고 투명한 특성뿐만 아니라 전자 소자의 효율 측면에서도 그 성능을 크게 향상시킴으로써 4차 산업혁명의 핵심 주제인 빅데이터, 인공지능의 높은 전력소모와 정보처리 속도의 한계를 극복하고 새로운 패러다임을 제시할 수 있을 것으로 기대한다”고 밝혔다. 이 연구는 기초과학연구원과 한국 연구재단 중견연구과제 지원으로 수행되었다.

  • 주요 의약품과 우리 몸 속 수용체가 작용해 신호전달에 관여하는 과정을 규명

    약학과 정가영 교수

    주요 의약품과 우리 몸 속 수용체가 작용해 신호전달에 관여하는 과정을 규명

    약학과의 정가영 교수 연구팀(누엔민둑 박사-공동제1저자)이 2012년 노벨화학상 수상자인 Brian Kobilka 교수 연구팀과의 공동 연구를 통해 주요 의약품과 우리 몸 속 수용체가 작용해 신호전달에 관여하는 과정을 규명했다. 이 연구 성과는 세계 최고 수준의 국제학술지 '셀(Cell)' 5월 9일에 게재되었다. ※ 논문명 : Assmbly of a GPCR-G Protein Complex ※ 주저자 : 정가영 교수(교신저자, 성균관대), 코빌카 교수(교신저자, 미국 스탠포드대), 로도스키 교수(교신저자, 미국 케이스 웨스턴 리저브대), 누엔민둑 박사 (제1저자, 성균관대), 양 박사(제1저자, 미국 스탠포드대), 라스무센 교수(제1저자, 덴마크 코펜하겐대) 2012년 노벨화학상을 받은 G단백질수용체(GPCR)*은 세포막의 문지기로서, 호르몬, 의약품 등을 세포 내로 전달해 적절한 반응을 유도하며 현재 사용 중인 의약품의 40%가 G단백질수용체를 통해 작용한다. * G단백질수용체(GPCR) : 외부 신호를 감지하면 세포 내부의 G단백질과 결합해, 세포의 신호전달계를 활성화시키는 역할을 한다. 시각, 후각, 심혈관, 뇌, 면역, 대사 기능 등 우리 몸의 다양한 기능을 조절한다. 연구팀은 G단백질수용체가 외부 신호와 결합해 세포 내 반응을 유도하기까지의 순차적인 구조 변화를 규명했으며, 나아가 약물 개발에 활용될 수 있는 G단백질수용체의 구조도 제시했다. 연구 결과, 노벨화학상을 받은 G단백질수용체의 구조는 G단백질과의 결합 후 형태로 효과적 신약개발을 위한 실제 세포 내 G단백질 결합과정을 규명하기에 적절한 모델이 아닐 수도 있으며, 이 연구에서 밝혀진 결합 초기 G단백질수용체 구조가 세포 내 반응을 유도하는 효과적인 신약개발 추진에 더 적합한 것으로 밝혀졌다. 이 연구 성과는 과학기술정보통신부‧한국연구재단 기초연구지원사업(개인연구‧집단연구)의 지원으로 수행되었다.

  • 나노광학 측정 통해 2차원 반도체의 결함신호 세계 최초 발견

    에너지과학과 정문석 교수 ·이찬우 연구원

    나노광학 측정 통해 2차원 반도체의 결함신호 세계 최초 발견

    에너지과학과 정문석 교수 연구팀은 탐침 증강 라만 분광법 (tip-enhanced Raman spectroscopy, TERS)을 이용하여 2차원 단일 층 반도체인 이황화텅스텐 (WS2)의 결함 관련 라만 산란 신호를 검출 해내였다. 대표적 2차원 반도체인 단일 층 전이금속 칼코겐화합물은 매우 얇고 직접 밴드갭을 가져, 초소형 광전 소자와 투명 유연소자 등 여러 반도체 소자 분야에서 많은 주목을 받고 있다. 특히 전이금속 칼코겐화합물 중에서 단일 층 이황화텅스텐은 높은 양자 효율을 가져 각광받고 있다. 고성능의 반도체 소자를 제작하기 위해선 결함이 없는 좋은 품질의 2차원 반도체가 필요하지만, 현재까지 이의 품질을 평가할 수 있는 기준이 모호한 실정이다. 따라서 같은 종류의 시료를 가지고 소자의 특성이 다르게 나오는 등 품질 평가 기준의 부재는 상용화에 매우 심각한 걸림돌이 되고 있다. 연구팀은 표면의 나노 구조 분석과 광학 실험이 동시에 가능한 탐침 증강 라만 분광법을 이용하여 결함이 다수 존재하는 영역에서 지금껏 관찰되지 않았던 새로운 신호를 검출하였다. 더불어 이 신호가 반도체의 결함 중 하나인 황(S) 원자의 공공(vacancy) 결함으로 나타난 신호임을 밀도범함수이론(density functional theory, DFT) 계산을 통해 확인하였다. 연구팀은 이를 결함에서 나오는 ‘D 모드’라 명명하고, 결함이 없는 영역에서 나타나는 신호의 세기와 비교하여 이황화텅스텐의 품질을 평가할 수 있는 기준을 제시했다고 보고하였다. 정문석 교수는 “이 연구는 2차원 반도체 물질의 결함에 관한 신호를 처음으로 검출해냈다는데 중요성이 있다”며 “앞으로 다양한 2차원 반도체 소재에 적용하여 품질평가 기준을 만들어 이를 통해 2차원 반도체의 상용화를 가속화시킬 수 있는 탁월한 연구결과”라고 의미를 설명했다. 본 연구 결과는 미국 화학회에서 발행하는 나노과학 분야의 국제 학술지중의 하나인 ‘ACS Nano (IF = 13.709)’에 2018년 10월 23일 게재되었다. 이 연구는 한국연구재단 중견연구자 사업 지원으로 수행되었으며 박사과정 이찬우 연구원 (에너지과학과)이 제 1저자로 참여하였고, 이승미 박사 (한국표준과학연구원)가 공동 교신저자로 참여하였다. (그림) 탐침 증강 라만 분광법을 이용하여 이황화텅스텐의 공공 결함을 측정하는 모습

  • 지난 50여년 간 해결하지 못했던 비대칭 반응 세계 최초 개발

    화학과 류도현 교수 ·심수용 연구원

    지난 50여년 간 해결하지 못했던 비대칭 반응 세계 최초 개발

    화학과 류도현 교수 연구팀은 이번 연구에서 루이스 산 촉매를 이용한 사각 탄소 고리 케톤 화합물의 비대칭 합성법 개발에 성공하였다. 카이랄 사각 탄소 고리 화합물은 생리활성을 가지는 다양한 천연물의 핵심구조로써 학계 및 산업계로부터 많은 주목을 받고있다. 삼각고리 화합물로부터 고리 확장 반응을 통해 사각 고리 케톤 화합물을 효율적으로 합성할 수 있지만, 삼각고리 알데히드의 재배열 반응을 통한 사각 탄소 고리 화합물의 비대칭 합성의 예는 보고되어 있지 않다. 류도현 교수 연구팀은 이번 연구에서 비금속 루이스 산 촉매를 이용하여 사각 탄소 고리 케톤 화합물을 삼각고리화/유사피나콜 재배열 (cyclopronation/semipinacol rearrangement) 연속반응을 통해 높은 수율과 입체선택성으로 합성할 수 있었다. 개발된 반응은 간단한 구조의 시작물질을 이용하고 질소 가스 부산물만 생성되기 때문에 원자경제성 (atom economy) 측면에서 매우 효율적이다. 이번 연구를 주도한 성균관대 류도현 교수는 "삼각고리 알데히드의 재배열 반응을 통한 카이랄 사각 탄소 고리 케톤 화합물의 합성은 지난 50여년 간 해결되지 못했던 과제"라며 "이번 연구의 의의는 이를 촉매를 이용하여 최초로 성공한 것이며 반응 메커니즘을 규명할 수 있는 실험결과를 제시했다는 점에서 연구 가치가 매우 크다"라고 밝혔다. 사각 탄소 고리 케톤 화합물은 내재된 고리 에너지 (ring strain)으로 인해 다양한 고리 확장 (ring expansion) 반응이나 고리 열림 (ring opening) 반응에 사용될 수 있는 유용한 화합물이기 때문에 본 합성법은 매우 유용한 합성도구가 될 수 있을 것으로 기대된다. 본 연구 결과는 화학분야 세계적 권위의 화학분야 학술지인 'Journal of the American Chemical Society (JACS; IF = 14.357)'에 2018년 8월 8일자에 게재되었고, 그 중요성을 인정받아 표지 논문 (cover paper)로 선정되었다. 이 연구는 미래창조과학부와 한국연구재단이 추진하는 중견연구자 지원사업 및 기초연구실지원사업의 지원으로 수행되었으며 심수용 박사 (성균관대 기초과학연구소)가 제1저자로 참여하였다. *논문제목 “Asymmetric Synthesis of Cyclobutanone via Lewis Acid Catalyzed Tandem Cyclopropanation/Semipinacol Rearrangement” (제1저자 심수용, 제2저자 최유나, 교신저자 류도현)

  • 이산화탄소를 석유화학 중간체로 전환 촉매 개발

    화학공학/고분자공학부 배종욱 교수 ·함형원 연구원

    이산화탄소를 석유화학 중간체로 전환 촉매 개발

    이산화탄소를 활용해 청정연료 및 석유화학 제품을 생산할 수 있는 기반이 마련되었다. 배종욱 교수 연구팀이 균일한 중형 기공의 촉매를 이용해 이산화탄소로부터 유용한 석유화학 중간체를 생산하는 화학공정 기반기술을 개발하였다. 석유자원의 고갈 및 지구온난화에 따라 이산화탄소의 효율적 제거 기술의 필요성도 증대되고 있다. 이산화탄소로부터 메탄올, 디메틸에테르 등의 중간체를 거쳐 다양한 석유화학 원료를 합성하는 촉매기술이 연구되어 왔지만, 아직까지 촉매가 비활성화 되면서 효율이 저하되는 문제가 남아있있다. 연구팀은 알루미나와 구리 나노구조가 합성된 촉매를 개발해 이산화탄소에서 디메틸에테르를 합성할 수 있도록 유도했다. 5~8 nm(나노미터)의 기공이 규칙적으로 세공된 알루미나가 구리의 열적 안정성을 향상시켜 고온‧고압의 반응조건에서도 촉매가 안정적‧효율적이었다. 특히 갈륨 혹은 아연 산화물을 촉매에 보조적으로 포함시킴으로서 이산화탄소 전환율이 30% 이상 증대되었다. 나아가 연구팀은 구조적으로 안정한 중형 세공*의 알루미나 및 제올라이트 촉매를 제조해 디메틸에테르로부터 석유화학 기초유분(올레핀, 벤젠, 톨루엔, 자일렌 등)을 합성하는 기술도 개발했다. * 중형세공 : 약 5~8 nm 크기의 기공이 규칙적으로 1차원으로 세공된 불균일 촉매 배종욱 교수는 “이 연구는 지구 온난화의 주범인 이산화탄소를 전환하는 새로운 안정화된 고효율 촉매기술이며, 향후 청정에너지 및 석유화학 중간체를 합성하는 기반 기술이 될 것”이라며 연구의 의미를 설명했다. 이 연구 성과는 과학기술정보통신부·한국연구재단 C1가스리파이너리사업의 지원으로 수행되었다. 화학분야 국제학술지 'ACS 카탈리시스(ACS Catalysis)' 12월 10일에 논문으로 게재되었다. (그림) 개발된 촉매를 이용해 이산화탄소로부터 석유화학 중간체를 합성‧활용하는 과정

  • “생명의 비밀”에 대한 단서 물방울에서 찾다

    화학과 송충의 교수

    “생명의 비밀”에 대한 단서 물방울에서 찾다

    화학과 송충의 교수 연구팀은 최근 “Hydrophobic chirality amplification in confined water cages”란 제목의 논문을 세계적 권위의 과학전문지인 ‘Nature Communications’ 에 발표하였다. 이 논문에서 송교수 연구팀은 물이 카이랄성 증폭기(chirality amplifier)로 작용할 수 있음을 발견하여 지구 생명체의 “단일카이랄성 (homochirality)”의 형성과정에 대한 새로운 시나리오를 제시하였다. 거울상 이성질체란 오른손과 왼손처럼 모양은 같지만 서로 거울에 비친 형태를 가지는 분자로서 어떠한 경우에도 서로 겹칠 수 없는 분자를 말한다. 서로 겹칠 수 없는 이런 거울상의 관계를 “카이랄” (chiral)이라고 한다. 이러한 거울상 이성질체들은 동일 에너지를 가지고 있기 때문에 일반적인 화학반응조건 하에서는 두 개의 거울상 이성질체들은 반드시 같은 양의 짝으로 만들어진다. 하지만 놀랍게도 지구상의 모든 생명체는 두 개의 거울상 이성질체들의 짝으로 이루어진 것이 아니라 D-단당류, L-아미노산과 같이 단일 거울상 이성질체로만 이루어져 있으며, 이들 단일 거울상 이성질체 분자들이 생명의 기본 요소인 DNA, RNA, 단백질을 구성하고 있다. 즉, 모든 생명체는 “단일카이랄성”을 가지고 있으며, 따라서 단일카이랄성은 생명체 형성 및 생명현상유지에 필수요소이다. 하지만 들풀에서 인간에 이르기까지 지구상의 모든 생명체가 어떻게 동일한 단일카이랄성을 갖게 되었는지는 여전히 풀리지 않고 있는 과학계의 미스테리이다. 화학과 송충의 교수팀은 마이크로칩반응기 연속흐름장치 등을 사용하여 물을 비대칭 촉매반응의 반응매개로 사용할 때 소수성수화효과에 의해 반응의 광학선택성이 크게 증폭될 수 있음을 최초로 발견하였다. 이는 유기용매 내에서 반응을 진행시킬 때 보다 물을 반응매개로 사용할 때 특정 거울상 이성질체가 훨씬 많이 생성됨을 뜻한다. 송충의 교수는 “이 연구결과로 미루어 볼 때 생명체가 존재하기 이전, 원시 지구의 안개, 구름, 물보라와 같은 에어로졸 형태의 아주 작은 물방울들이 카이랄성 증폭과정에 관여하여 현재의 지구 생명체의 근원인 단일카이랄성에 이르렀을 가능성이 있다. 즉 물방울 내에서의 화학반응이 생명의 기원에 대한 어떠한 단서를 제공할 수 있을지도 모른다”고 말했다. “뿐만 아니라, 이런 광학선택성 증폭 시스템의 새로운 발견은 비대칭 촉매화학과 같은 관련 연구에 획기적인 패러다임을 제공할 것으로 기대된다” 라고 말했다. *논문제목: Hydrophobic chirality amplification in confined water cages” Nature Communications, 10, 851 (2019) (DOI: 10.1038/s41467-019-08792-z). 그림 1. “On-water” 조건하에서의 비대칭 촉매반응 사진. a. 반응 전; b. 반응 중; c. 반응 후 그림 2. 마이크로칩 반응기 연속흐름장치 그림 3. (a) 마이크로칩반응기 연속흐름장치 모식도 (b) 물과 유기 반응 혼합물의 유속의 변화에 따라 유기 플러그의 크기가 달라지는 모습 (c) 유기 플러그의 부피가 작아질수록 비대칭 유기촉매반응의 광학선택성이 증폭되는 결과

  • 신경전달물질 GABA 조절 장내미생물의 발견 및 장내미생물과 우울증 발병의 연관성 증명 연구

    약학과 김기현 교수

    신경전달물질 GABA 조절 장내미생물의 발견 및 장내미생물과 우울증 발병의 연관성 증명 연구

    약학대학 김기현 교수 연구팀은 인간 장내미생물군으로부터 신경전달물질 GABA에 의존적으로 성장하는 특정 미생물을 확인함으로써 GABA를 생성하는 장내미생물이 인간 장내에 존재하는 것을 확인하고, 이들이 실제로 우울증 발병과 연관이 있음을 증명하는데 성공했다. 인간의 장내미생물군 (gut microbiota)는 면역반응과 신경계를 포함하는 다양한 기능에 영향을 주는 것으로 알려져 있지만, 23-65%의 장내미생물은 현재 배양이 안되고 있으며, 이는 장내미생물의 역할을 이해하는데 큰 장애물이 되고 있다. 배양의 어려움은 주변 박테리아로부터 제공되는 주요 성장 인자의 부재에 의한 것으로 파악되고 있다. 본 연구에서는 Bacteroides fragilis의 존재하에서만 성장하는 KLE1738로 명명한 장내미생물을 이용하는 co-culture 방법을 이용하고, Bioassay-driven purification 방법을 통하여 장내미생물 (KLE1738)의 주요 성장 인자가 γ-aminobutyric acid (GABA)라는 사실을 확인하였다. 대표적인 신경 전달 물질로 알려진 GABA가 장내미생물의 주요 성장 인자로 밝혀진 것은 놀라운 결과였고, GABA-dependent metabolism 기전 또한 유전체 분석에 의해 증명했다. 장내미생물 (KLE1738)을 이용하여 다양한 GABA-producing bacteria를 확인하였고, Bacteroides ssp.가 과량의 GABA를 생성하는 것을 알게 되었다. 그리고 Genome-based metabolic modeling 통하여 GABA를 생산하는 미생물과 소비하는 미생물을 예측 확인 하였고, 건강한 사람으로부터 기증 받은 대변 시료의 transcriptome 분석을 통하여 GABA 생성 경로가 Bacteroides, Parabacteroides, Escherichia species에 의한 것으로 증명되었다. 특히 GABA 관련 반응과 연관된 질환인 Major Depressive Disorder (MDD) 환자들의 functional magentic resonance imaging 분석을 통하여, GABA 생성과 관련된 Bacteroides 장내미생물의 상대적인 풍부함이 우울증과 관련된 뇌질환과 부정적으로 관련되어 있음을 증명하였다. 김기현 교수는 이번 연구결과에 대해 “장내미생물군의 상호작용이 특정 저분자 물질에 의해 이루어지며, 이를 이해하는데 미생물 배양 기술과 천연물 화학 분야가 융복합되어 응용된 첫 사례”로 강조하였고, “본 연구는 장내미생물의 상호작용을 이해함으로서, 특정 장내미생물이 실제로 우울증 발병에 영향을 준다는 점을 증명하였고, 이는 장내미생물을 이용하는 새로운 우울증 치료제 및 예방법의 개발 가능성을 제시할 수 있다”라고 설명하였다. 이 연구는 Northeastern University와 Harvard Medical School과의 공동 연구를 통하여 수행되었으며, 2019년 3월에 미생물 (Microbiology) 분야의 세계적인 학술지 Nature Microbiology (Impact Factor 14.174)에 발표되었다. Nature Microbiology, 4, 396–403 (2019). *논문명: GABA-modulating bacteria of the human gut microbiota *공동 제1저자: 김기현 그림 1. Co-culture assay 그림 2. GABA 조절 장내 미생물 확인 분석 그림 3. Bacteroides 장내미생물의 풍부함과 우울증 환자의 뇌구조 분석

  • 아르기닌 메틸화 단백질의 골격근 유지 제어 기전

    의학과 강종순 교수 ·정현주 박사

    아르기닌 메틸화 단백질의 골격근 유지 제어 기전

    골격근은 신체의 약 40%를 차지하는 에너지소모 기관임으로 골격근의 기능 저하 및 감소는 신체에너지대사에 심각한 문제를 야기한다. 노화, 만성질환, 신체활동력 저하에 의해 유발되는 골격근 소모증은 대사질환, 심혈관계질환, 암과 같은 이차성질환의 유병율 및 증세를 심화시키며, 이에 따른 사망률을 증가시킨다. 고령화로 인하여 골격근 소모증이 급격히 증가하고 있으나, 치료제의 부재로 인하여, 근육기능 및 근육양을 조절하는 분자적 기전연구, 치료제 발굴의 중요성이 크게 대두되고 있다. 근소모성 질환은 단백질의 합성 과 분해의 균형적인 조절의 붕괴로 인한 과도한 단백질의 분해와 밀접한 관련이 있으며, 특히 FOXO 전사 인자에 의해 유도되는 단백질 분해관련 유전자들인 MuRF1, Atrogin1의 발현이 비정상적으로 증가 및 활성이 기저기전으로 알려져 있다. 따라서 골격근 항상성에 기여하는 단백질합성과 분해조절기전에 대한 연구의 필요성이 대두되고 있다. 본 연구는 아르기닌 메틸화효소인 PRMT1이 PRMT6/FOXO3의 억제를 통하여 단백질분해를 제어함으로서 골격근의 항상성유지에 필수적이라는 것을 보고하였다. 본 연구에서는 골격근 특이적 PRMT1 결핍 생쥐를 이용하여 골격근에서 PRMT1의 역할을 분석하였으며, 근육 특이적 PRMT1 결핍 생쥐에서 근육기능 및 양의 감소가 유발되는 것을 알 수 있었다. 흥미롭게도, 골격근에서 PRMT1 발현이 절식 상태 (fasted state)에서 감소하는 반면 영양분이 재공급 (refed) 되는 상태에서는 증가하였다. 정상근육에서는 절식상태에서 PRMT1의 발현이 감소하는 반면, PRMT6가 증가하여 FOXO3의 아르기닌 188 및 249 자리를 메틸화하여 활성화시키는 것으로 사료되나, PRMT1이 결핍된 근육은 영양분의 상태와 상관없이 PRMT6의 과도한 증가로 인하여, 지속적인 FOXO3의 활성 및 단백질 분해가 일어나서 근소모증을 유발하는 것으로 사료된다. 노화근육에서 단백질분해가 과도하게 일어나는 것이 보고되어 있음으로 노화 또는 병태적 질환관련 근소모증 제어에 PRMT1이 중요한 표적이 될 것으로 기대된다. 본 연구는 성균관대학교 의과대학의 강종순 교수 연구팀, 정현주 박사와 고려대학교 생명과학부의 구승회 교수 연구팀, 최세리 박사과정 학생의 공동연구로 수행되었으며, 2019년 1월에 Autophagy journal의 online version으로 게재되었다. 대표도 1. 골격근 특이적 PRMT1 결손 생쥐의 앞정강근(TA), 긴발가락폄근 (EDL)에서 Myh type IIb (MYH4)를 발현하는 해당작용 근육의 단면적이 감소됨. 대표도 2. 골격근에서 PRMT1 발현 수준은 절식 상태 (fasted state)에서 감소하는 반면 영양분이 재공급 (refed) 되는 상태에서는 증가함. 대표도 3. 정상근육에서는 절식상태에서 PRMT1의 발현이 감소하면, PRMT6가 증가하여 FOXO3의 아르기닌 188 및 249 자리를 메틸화하여 활성화시키는 것으로 사료되나, PRMT1이 결핍된 근육은 영양분의 상태와 상관없이 PRMT6의 과도한 증가로 인하여, 지속적인 FOXO3의 활성 및 단백질 분해가 일어나서 근소모증을 유발하는 것으로 사료됨.

  • 실외기와 프레온 가스 사용이 없는 차세대 냉방용 하이브리드 나노세공체 수분흡착제 개발

    화학과 장종산 교수

    실외기와 프레온 가스 사용이 없는 차세대 냉방용 하이브리드 나노세공체 수분흡착제 개발

    화학과 장종산 교수(화학과 학연교수, 한국화학연구원 연구위원)는 프랑스 CNRS 연구소와의 공동연구로 실외기와 프레온 가스 사용이 없고 전기를 거의 사용하지 않는 차세대 냉방용 하이브리드 나노세공체 수분흡착제를 개발하여 2018년도 11월호 네이처 에너지(Nature Energy)’지 논문(doi:10.1038/s41560-018-0261-6)으로 게재하였다. 최근의 기상이변과 지구온난화로 하절기 전기 에어컨 사용이 급격히 늘어나고 있다. 전세계적으로 약 16억대의 전기 에어컨이 가동 중인데 대도시의 경우 에어컨 실외기의 방열에 의한 온난화 및 도시 열섬화가 심각한 문제로 대두되고 있다. 전기식 냉방은 지구 온난화 문제 이외에도 피크전력 상승, 프레온 가스의 오존층 파괴 및 화석연료 고갈 등의 문제를 안고 있기 때문에 에너지절약형 차세대 냉방기술 개발은 중요한 연구주제이다. 수분 흡착식 냉방은 대표적인 친환경 냉방기술로서 실외기가 필요 없고 전기를 거의 쓰지 않으며 천연냉매인 물과 흡착제, 재생열원(지역난방열, 태양열 또는 산업용 폐열) 등으로만 구동할 수 있다. 물이 수증기로 증발할 때 주변의 열을 빼앗아 냉방이 되고, 반대로 증발된 수분이 응축될 때 열을 방출해 난방이 되는 원리다. 수분 흡착제는 흡착식 냉방기술의 핵심 소재로서 냉난방기 안에서 수분을 흡착하여 냉방을 촉진시키고 포화되면 외부의 열로 수분을 탈착하여 재생된다. 그동안 상업용 흡착제인 실리카겔과 제올라이트가 주로 사용되었지만 성능이 좋지 않아 흡착식 냉방기가 광범위하게 상용화되지 못했다. 장종산 교수와 프랑스 CNRS 연구팀은 상업용 수분흡착제에 비해 성능과 안정성이 크게 향상된 혁신적인 지르코늄계 MOF (Metal-Organic Framework) 다공성 흡착제를 개발했다. 연구팀은 프랑스 CNRS 연구팀과 함께 8개의 결합자리를 갖는 지르코늄 옥소클러스터 양이온과 방향족 카르복시산 음이온을 결합시켜 내부에 6.8 Å 크기의 3각형 나노기공과 약 13 Å 크기의 6각형 나노기공을 갖는 새로운 3차원 골격구조 화합물을 합성하였다. 이 물질은 물을 친수성과 소수성을 동시에 지니고 있어서, 냉방 운전조건에서 수분 흡착력은 증가하고 저온 재생능력이 크게 향상되었다. 새로운 흡착제는 기존 제올라이트 흡착제보다 냉방효율이 24% 이상 높고 흡착용량도 실리카겔 흡착제보다 2배 이상 크며, 70oC 이하의 저온에서도 손쉽게 수분이 탈착 재생될 수 있는 특징을 갖고 있다. 새로 개발된 소재를 태양열 또는 폐열 기반의 흡착식 냉방기에 적용하면 전기 에어컨 대비 5% 미만의 전기로 구동할 수 있어 과다한 전기 사용을 줄이고 피크 전력을 감소시킬 수 있다. 지르코늄계 MOF 물질은 수분에 안정하고 황산, 염산 등의 초강산에 노출되어도 구조 손상이 없으며, 기존 다공성 MOF 물질에 비해 고압에서도 기계적 강도가 매우 높다. 따라서 흡착식 냉방 외에 스마트 공조기, 제습 건조기 등의 다양한 흡착소재로도 활용될 수 있을 것으로 기대된다. *논문 제목: A robust large-pore zirconium carboxylate metal–organic framework for energy-efficient water-sorption-driven refrigeration, Nature Energy, 3, 985-993 (2018). (DOI:10.1038/s41560-018-0261-6)

  • ‘2차원 물질’ 이종합성의 난제 풀었다

    물리학과 이영희 교수

    ‘2차원 물질’ 이종합성의 난제 풀었다

    에너지과학과 이영희 교수는 공동연구를 통해 두 가지 원소(질소와 붕소)로 구성된 2차원 물질인 질화붕소*를 단결정으로 합성하는 기술을 개발했다. * 질화붕소(Hexagonal boron nitride; hBN) : 그래핀과 같은 육각형 원자구조로 탄소 대신 붕소와 질소로 일어진 판상 구조를 갖는 소재 이 연구 성과는 세계 최고 수준의 국제학술지 사이언스(Science) 11월 16일 자에 게재되었다. ※ 논문명 : Wafer-scale single-crystal hexagonal boron nitride film via self-collimated grain formation ※ 주저자 : 이주송 연구원(KIST, 제1저자), 김수민 박사(KIST, 교신저자), 이영희 단장(IBS 나노구조물리연구단, 교신저자), 김기강 교수(동국대, 교신저자) 2차원 물질들은 전기적인 특성, 유연성, 투명성이 우수해 차세대 전자 소자의 핵심 소재로 꼽힌다. 또한 기체를 투과시키지 않아, 소자의 보호 장벽으로 활용 가능성이 높다. 그 중 질화붕소는 2차원 물질 중에서 유일하게 절연 특성이 있어, 투명한 유연 전자소자의 절연층으로써 주목받고 있다. 그러나 질화붕소의 특성을 유지하기 위해 단결정* 형태로 합성해야 하는 난제가 남아있다. 기존 합성법으로 개발된 대면적 질화붕소는 다결정* 형태로 합성되어, 질소와 붕소의 원자결합이 불완전하고 절연 특성이 떨어지는 문제가 있다. * 단결정 : 결정 전체가 규칙적으로 일정한 결정축을 따라 모여 있는 상태 * 다결정 : 여러 결정이 불규칙적으로 모여있는 상태. 결정 간 결합이 불완전함. 연구팀은 액상 금 표면 위에서, 질화붕소의 결정립이 동일한 방향으로 형성되는 ‘자가 줄맞춤*’ 현상을 이용해 단결정 질화붕소 박막을 합성했다. 이 방법은 박막의 크기에 구애받지 않고 원하는 크기의 단결정 형태를 합성할 수 있다. * 자기 줄맞춤(self-collimation) : 액상의 금 표면에서 질화붕소 결정립이 형성되면 질소와 붕소원자들이 전기적인 상호 인력을 일으켜 서로 밀어내거나 당기면서 적정 거리를 유지하는 현상 또한 제작된 단결정 질화붕소 박막을 기판으로 활용해, 반금속성 소재인 그래핀, 반도체성 소재인 이황화몰리브덴(MoS2), 이황화텅스텐(WS2) 등 다른 2차원 소재들도 단결정으로 합성했다. 나아가 그래핀*과 질화붕소가 층을 이루는 이종 적층구조를 직접 합성하는 데 성공했다. * 그래핀(Graphene) : 탄소의 동소체 중 하나이며 탄소 원자들이 육각형 원자구조로 매우 얇으면서 물리적․화학적 안정성이 높음 이번 연구결과는 세계 최초로 이종 원소로 구성된 2차원 소재를 대면적 단결정으로 합성할 수 있는 원천기술 개발한 것일 뿐만 아니라, 다양한 2차원 소재의 이종 적층구조를 대면적 단결정으로 성장할 수 있는 새로운 연구 패러다임을 제시한 것으로 평가받고 있다. 이를 바탕으로, 차세대 투명 유연 전자 소자 및 가스 배리어, 센서, 필터 등의 개발에 큰 혁신을 줄 것으로 기대된다. 이 연구 성과는 과학기술정보통신부 기초연구지원사업(개인연구), 기초과학연구원, 한국과학기술연구원 기관고유사업의 지원으로 수행되었다. [그림1] 액상의 금 기판 위에 합성된 2차원 질화붕소(hBN) 결정립과 자기 줄맞춤(self-collimation) 현상에 의한 대면적 단결정 합성 모식도 및 실험 결과이다. [그림 2] 대면적 단결정 질화붕소(hBN)을 기판으로 활용하여 그래핀, WS2와 같은 기타 2차원 소재들의 에피택셜 합성 결과, 동일한 방향으로 정렬되어 합성되는 것이 관찰되었다. [그림 3] 대면적 단결정 hBN의 산화방지막, 수분투과방지막 응용 실험 결과, 약 0.3 nm 두께의 박막임에도 불구하고 금속의 산화, 공기 중 수분 투과를 개선하는데 매우 효과적이다.

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