화학공학/고분자공학부 조수연 교수의 CHO Lab은 첨단 생명 화학 분석 시스템을 연구, 개발하고 있다. 연구팀에서 개발한 센서 시스템은 환자 진단 및 치료 성능 예측, 생명·화학 제품의 생산 공정 진단 등 많은 곳에서 활용된다. 첨단 생명 화학 분석 시스템의 개발을 통해 우리 사회가 더욱 안전한 치료, 진단, 생산 기술을 영위할 수 있도록 연구에 힘쓰고 있는 CHO Lab에 대해 알아보자.

Q. CHO Lab 소개 부탁드립니다.

우리 연구팀은 센서 소재, 폼팩터 및 신호 처리 소프트웨어 디자인을 기반으로 첨단 생명 및 화학 분석 시스템 개발을 연구합니다. 이를 위해 센서 소재의 광전기적 특성, 소자 제작, 시스템 인터페이스의 결합을 연구하여 첨단 나노 기술과 인공지능이 결합된 고속도/고성능/다변량 생명 화학 모니터링 시스템을 제작하고 있습니다. 저희 팀의 궁극적인 목표는 개발한 센서를 이용하여 현 인류의 가장 중요한 이슈인 진단, 치료, 공정분석 분야의 데이터를 추출하고 그것을 기반으로 모델을 세워 현장의 문제를 선제적으로 해결하고 인류에게 새로운 과학적 가치를 전달하는 것입니다.

Q. 연구실의 대표적인 연구 활동을 소개해 주세요.

(1) 차세대 진단을 위한 센서 시스템 개발

미지의 생명 및 화학 시료의 구성 성분과 바이오마커를 신속하게 분석하기 위한 차세대 센서 시스템을 개발하고 있습니다. 이를 위해 초정밀 나노센서의 분자 인식 메커니즘 디자인을 기반으로 센서 라이브러리 제작 및 고속도 스크리닝 시스템을 개발합니다.

(2) 첨단 치료 공정을 위한 센서 시스템 개발

세포 치료제 및 바이오제약 제품들을 다변량 모니터링 하기 위한 워크플로우 센서 시스템을 개발하고 있습니다. 이를 위해, 원격 센싱이 가능한 나노트랜스듀서와 마이크로칩 제작 연구를 진행하고 있습니다.

(3) 정밀 분석화학을 위한 센서 시스템 개발

생명 및 화학 제품 생산 공정 라인의 중요품질특성(CQA)을 분석하기 위한 스마트 모니터링 플랫폼을 개발합니다. 현장에서 바로 분석이 되는 온라인/앳라인 시스템을 개발하고 있으며, 하드웨어와 기계학습을 이용한 개개세포 분석, 다변량 데이터 통계 및 신호 노이즈 분석을 연구하고 있습니다.

Q. 하나의 연구는 어떤 과정과 방법을 통해 진행되나요?

연구는 데이터의 부재로 인해 문제가 발생한 현장의 기술을 정의하는 것에서 시작합니다. 기존의 분석·센서 기술들이 왜 한계가 있는지를 정의하고, 우리가 개발해야 하는 센서 시스템의 과학·공학적 요구사항을 실제 소재 실험부터 폼팩터 제작 및 데이터 분석을 위한 코딩을 통해 하나씩 실현해 나갑니다. 이런 연구 주제는 대게 PI가 직접 연구원들과 한 명 한 명 만나 디스커션을 통해 분배 합니다. 그리고 매주 그룹, 팀 미팅을 통해 다른 팀원들의 코멘트를 통해 발전시켜 나갑니다.

Q. 연구실에서 이루어진 연구들은 어떻게 활용되나요?

우리 팀에서 개발한 새로운 개념의 개개세포 분석 시스템은 정통적인 유세포분석법과 다르게 염색 없이 살아있는 세포 그 자체로 다량 세포의 개별 물리/화학 형질을 고속도로 분석할 수 있습니다. 이는 현재 삼성병원 혈액종양내과에서 혈액암 환자들의 세포를 분석해 치료 성과를 예측하는 데 사용되고 있습니다. 또한, 우리 팀이 개발한 형광 센서가 탑재된 모바일 분석 시스템은 군 현장에서 제독제를 생산하는 공정을 실시간으로 모니터링 하는데 사용할 수 있습니다.

이렇듯 우리 연구팀에서 연구하는 센서 시스템은 소비자가 현장에서 사용하기 쉬운 폼팩터 형태로 바로 적용될 수 있습니다. 그래서 첨단 과학임과 동시에 실제 산업 응용과 멀지 않은 연구들이라고 할 수 있습니다. 앞서 소개한 두 가지 사례 외에도 저희가 연구하는 센서 시스템은 많은 곳에서 활용되고 있습니다.

Q. CHO Lab에서 연구하는 분야의 앞으로의 비전이 궁금합니다. 혹은 본 연구실만의 목표가 있을까요?

첨단 화학 공학과 생명 공학은 데이터를 기반으로 한 최적 설계와 결정으로 이룰 수 있습니다. 그리고 그 데이터는 현장의 다양한 스케일의 생명 화학 현상과 제품 제작 단계에서의 다변량 정보를 민감하고 신속하게 전환할 수 있는 센서 기술만이 이룰 수 있습니다. 우리 팀이 만드는 첨단 생명 화학 분석 시스템이 실제 병원, 연구소, 생명화학 기업 등에서 환자 진단이나 치료 성능을 예측하는 데 사용되거나, 현장 공정 진단을 통해 최적 제품 설계를 할 때 유일무이하게 적용할 수 있을 것으로 기대합니다. 이를 통해 우리 사회가 더욱 안전하면서도 고성능의 치료, 진단, 생산 기술을 영위할 수 있도록 하는 것이 목표입니다.

Q. 연구실만의 자랑거리가 있다면 무엇인가요? 

항상 밖에 자랑하는 것이 우리 연구실의 연구원들이 정말 착하고 열정적이라는 점입니다. 작년에 오픈한 신생 연구실이기에 현시대에서 가장 첨단의 기술을 연구하고 있으며, 그만큼 미래를 선도하고자 하는 젊음과 열정이 넘치는 연구실입니다. 모두 너무나 든든하고 멋진 학생들이며, 제 생각에는 우리 학교에서 가장 분위기가 좋으면서 젊은 연구실일 것 같습니다. :)

Q. 연구원을 꿈꾸는 학생들에게 한마디 부탁드립니다.

과학자 혹은 연구자로서 거창한 동기부여나 원대한 꿈이 없어도 된다고 생각합니다. 자신의 능력을 의심하지 말고 지금까지 잘 살아온 길을 가끔 뿌듯하게 되돌아보며, 어떤 일이든 열정적인 마음으로 마주할 수 있는 자신감을 가지면 좋을 것 같습니다.

▶︎ 연구실 홈페이지: www.sycholab.com