교원정보

신소재공학부 김한기 교수, 차세대 2차원 MoS2 반도체 대면적 성장기술 세계최초 개발

신소재공학부 김한기 교수 연구팀, 차세대 2차원 MoS2 반도체 대면적 성장기술 세계최초 개발 - 6인치 Si 기판에서 균일한 MoS2 반도체 성막 성공... 차세대 전자소자 개발 새 지평 열어 ▲ 신소재공학부 김한기 교수(왼쪽, 교신저자)와 윤혜영 연구원(오른쪽, 제1저자) 신소재공학부 김한기 교수 연구팀이 차세대 반도체로 주목받는 2차원 MoS2 반도체를 대면적으로 구현할 수 있는 새로운 기술을 세계 최초로 개발했다. 연구팀은 Isolated Plasma Soft Deposition(IPSD) 기술을 활용해 물리기상증착법(PVD)으로 6인치 Si 기판에 균일한 2차원 MoS2 성막을 구현하는 데 성공했다. 이번 연구는 차세대 반도체 기술 발전에 중요한 진전을 이룬 사례로 평가된다. ▲ 2차원 반도체 성장을 위한 IPSD 시스템과 이를 이용해 성장한 6인치 2D MoS2 반도체 2차원 MoS2는 기존 규소(Si), 저마늄(Ge), 갈륨비소(GaAs) 기반 반도체와는 다른 특성을 가지고 있다. 이들 기존 반도체는 전자소자와 광소자의 핵심 소재로 사용되어 왔으나, 2차원 MoS2는 원자층 몇 개만으로도 반도체 특성을 나타내며, 표면에 dangling bond가 없어 고성능 전자소자 구현이 가능하다. 이처럼 독특한 특성 덕분에 MoS2는 트랜지스터, 센서, 광센서 등 다양한 응용 분야에서 핵심 소재로 주목받고 있다. 특히, 연구팀은 이러한 MoS2 소재의 잠재력을 대면적 성막 기술을 통해 극대화했다. ▲ IPSD를 이용해 성장한 2차원 MoS2 반도체 TEM 이미지. 1층부터 4층까지 원자 단위의 제어가 IPSD로 가능함을 나타냄 기존의 성막 기술은 대면적화와 공정 효율성에서 한계를 보였지만 IPSD 기술은 이러한 문제를 혁신적으로 해결했다. 성균관대 연구팀이 개발한 IPSD 기술은 고밀도 플라즈마를 활용해 반도체의 열화를 최소화하면서도 균일한 성막을 가능케 한다. 기존 기술로는 어려웠던 6인치 Si 기판에서의 MoS2 성막 구현이 이 기술로 가능해졌다. ▲ IPSD를 이용해 성장한 2차원 MoS2 반도체의 호흡 센서 응용 이번 연구 성과는 단순한 기술 개발을 넘어 실질적인 응용 가능성도 입증했다. 연구팀은 조선대 권민기 교수팀과 협력해 IPSD 기술을 활용해 개발한 MoS2 반도체를 기반으로 고성능 습도센서를 제작했다. 이 센서는 사람의 호흡을 감지할 수 있을 정도로 뛰어난 반응성을 보였으며, 기존 상용 센서보다 우수한 성능을 입증했다. 이는 차세대 센서 기술의 발전 가능성을 보여주는 중요한 성과로 평가받고 있다. 김한기 교수는 “이번 연구를 통해 2차원 반도체의 대면적화를 위한 핵심 기술을 확보함으로써 차세대 반도체 기술 상용화의 중요한 발판을 마련했다”며 “특히, IPSD 기술은 향후 12인치 이상의 대형 기판에서도 활용 가능할 것으로 기대된다”고 말했다. 이번 연구는 한국연구재단 중견연구사업과 경기도 지역협력연구센터(GRRC) 사업의 지원을 받아 진행됐으며, 연구 결과는 재료 분야 국제 저명 학술지 어드밴스드 머티리얼즈(Advanced Materials, IF: 27.3) 12월호 온라인에 게재됐다. ※ 저널: Advanced Materials(IF: 27.3) ※ 논문제목: Soft Sputtering of Large-Area 2D MoS2 Layers Using Isolated Plasma Soft Deposition for Humidity Sensors ※ 저자명: 김한기(교신저자), 윤혜영(제1저자), 최태양, 심준오, 박세영, 권민기, 김선국(공동저자) ※ 논문링크: https://doi.org/10.1002/adma.202414800

2024-12-06

전자전기공학부 채종서 교수 연구팀, 실시간 방사선 분출 영상화 기술 개발

스마트폰으로 방사선 발생여부 한눈에…피폭 사전예방기술 개발 <연합뉴스, 2024.11.13.>

2024-11-15

기계공학부 정형모 교수 연구팀, 고성능 리튬 금속 기반 차세대 전지용 소재 기술 개발

기계공학부 정형모 교수 연구팀, 고성능 리튬 금속 기반 차세대 전지용 소재 기술 개발 나노기술 및 에너지 소재 분야 국제학술지 Advanced Energy Materials 및 ACS Nano 게재 ▲ (왼쪽부터) 기계공학부 정형모 교수, 강신준 석박통합과정생, 김동형 박사과정생 기계공학부 정형모 교수 연구팀이 연세대 한병찬 교수, 한국과학기술원 강정구 교수 연구팀과 공동연구를 통해 리튬-공기 전지의 충·방전 과정에서 낮은 과전압을 유도할 수 있는 공기극 촉매를 개발했다. 또한 단국대 박희정, 원종호 교수 연구팀과 함께 리튬 메탈 음극의 성능을 획기적으로 개선할 수 있는 2차원 티타늄 옥사이드 나노시트(2DTiOx) 기반 양이온 유동 조절 기술을 통해 차세대 전지용 소재의 원천 기술을 확보했다. 리튬-산소 전지는 높은 에너지 밀도로 차세대 에너지 저장 장치로 주목받고 있으나 공기극의 불안정성 문제로 상용화가 어려운 상황이다. 이를 해결하기 위해 리튬 산화물(Li2O2)의 균일한 생성과 분해를 촉진하는 새로운 공기극 구조가 필수적이며, 리튬 금속 음극에서 발생하는 덴드라이트 형성 문제 또한 극복해야 한다. 정형모 교수 연구팀은 리튬친화성 3D 나노 케이지 구조를 가진 MOF(금속-유기 골격체) 기반 공기극을 개발하여 공기극 내에서 Li2O2 생성물이 균일하게 성장하고 분해되도록 함으로써 리튬-산소 전지의 안정성과 성능을 크게 향상시켰다. 또한 2DTiOx 소재를 활용해 무음극 리튬 금속 배터리를 제작, 상용 수준의 조건에서도 100회 이상의 안정적인 충·방전 사이클을 구현해 기존 리튬 금속 전극 대비 수명과 에너지 밀도를 크게 개선했다. ▲ 리튬친화성 리간드를 가지는 리튬-산소 전지용 MOF 공기극 촉매의 균일 Li2O2 형성 및 전기화학적 리튬 산소 전지 평가 연구팀은 실험과 3D TEM 단층 촬영 및 밀도범함수 이론(DFT) 계산을 통해 MOF 기반 3D 구조가 충·방전 시 높은 용량을 유지하며 전지의 반응성을 안정화시킨다는 사실을 입증했다. 이뿐만 아니라 2DTiOx 나노시트 기반의 음극 소재 적용 시 해당 소재의 기저면이 리튬 이온 유동을 원자 단위에서 효과적으로 제어하여 리튬 수지상 성장을 억제하고 충·방전 효율을 극대화할 수 있음을 확인했다. 정형모 교수는 “2DTiOx 기반의 음극과 MOF 나노 케이지 기반 공기극 촉매 기술을 통해 전기차 등 고에너지 수요가 높은 분야에서 배터리의 효율성과 안정성을 크게 향상시킬 수 있을 것”이라고 말했다. 이번 연구는 한국연구재단의 개인기초연구 및 나노소재기술개발 과제의 지원을 받았으며, 관련 논문은 국제학술지 ACS Nano(8월 14일)와 Advanced Energy Materials(10월 11일)에 각각 게재됐다.

2024-11-12

2차원 고압 나노 반응기를 활용한 고체화학 반응의 새로운 길

2차원 고압 나노 반응기를 활용한 고체화학 반응의 새로운 길 - 2차원 소재 두 층 사이의 높은 반데르발스 압력 이용, 새로운 고체화학 반응 최초 발견 에너지학과 신현석 교수(IBS 이차원양자헤테로구조체연구단장) 연구팀이 2차원 소재 사이에 형성된 고압을 이용해 새로운 고체화학 반응을 발견했다. 이 연구는 복잡한 고압 장치 없이도 2차원 적층 구조만으로 고압 화학 반응을 유도할 수 있음을 보여준다. 연구팀은 그래핀이나 육방정계질화붕소(h-BN) 같은 2차원 소재의 두 층 사이에 형성된 반데르발스 힘이 최대 7GPa에 달하는 높은 압력을 만들어낸다는 사실을 밝혀냈다. 이 압력을 이용해 촉매 없이도 유기 화합물의 탈수소 고리화 반응(cyclodehydrogenation reaction)을 성공적으로 유도했다. 일반적으로 이 반응은 용액 상태에서 촉매와 산화제가 필요하지만, 이번 연구에서는 고체 상태에서도 반응이 가능함을 처음으로 증명한 것이다. 실험에서는 헥사페닐벤젠(HPB)을 그래핀 또는 h-BN 적층 구조 사이에 넣어, 탈수소 고리화 반응을 유도했다. 그 결과, HPB가 헥사벤조코로넨(HBC)으로 변환되는 것을 확인했으며, 이는 고체 상태에서의 유기 화학 반응의 새로운 가능성을 제시한 사례다. 또한, 도파민 분자를 반응물로 사용해 실험한 결과, 도파민 분자가 그래핀 사이에서 압력에 의해 평평해지면서 결정성 올리고머 중합체가 형성되는 새로운 반응을 확인했다. 일반적으로 용액에서 도파민을 중합할 경우 비정질 고분자가 형성되지만, 이번 연구에서는 층상 구조의 고분자가 만들어졌다. ▲ [연구그림] 2차원 고압 나노 반응기의 반응 모식도. 그래핀/반응물/그래핀, h-BN/반응물/h-BN 적층 구조 사이에 삽입된 HPB 분자의 고압 반응을 통한 HBC 분자로의 합성 및 구조 결과 (점선 라인 위) 및 삽입된 도파민 분자의 다 결정성 올리고도파민 분자로의 정렬 구조 결과 (점선 라인 아래). 신현석 교수는 “2차원 소재의 적층 구조가 고압 나노 반응기 역할을 함으로써, 새로운 고체화학 반응 경로를 열 수 있다”며, “특히 기존 고압 화학 반응에서 복잡한 장치 없이도 간단한 방법으로 고압을 구현할 수 있는 가능성을 제시했다”고 설명했다. 하지만 그는 “아직 대량 생산에 적용하기에는 한계가 있어 추가 연구가 필요하다”고 덧붙였다. 이번 연구는 울산과학기술원(UNIST) 이종훈(IBS 다차원탄소재료연구단 그룹리더), 민승규, 박영석 교수 연구팀 및 영국 캠브리지 대학교 매니쉬 초왈라 교수와 공동으로 진행되었으며, 세계적 학술지 사이언스 어드밴시스(Science Advances)에 게재되었다. ※ 논문명: Pressure enabled organic reactions via confinement between layers of 2D materials ※ 저널: Science Advances(IF: 11.7) ※ 논문링크: https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adp9804

2024-11-11

글로벌바이오메디컬공학과 김형구 교수 공동연구팀, 인공지능으로 생명체의 본능적 행동 규명

글로벌바이오메디컬공학과 김형구 교수 공동연구팀, 인공지능으로 생명체의 본능적 행동 규명 - 인공지능 기반 모델로 시상하부 신경의 ‘배고픔’과 ‘식욕’ 원리 밝혀내 ▲ (왼쪽부터) 이영희 박사(서울대학교), 윤종원 석사과정(성균관대학교), 김형구 교수(성균관대학교), 최형진 교수(서울대학교), 김규식 박사과정(서울대학교), (가운데)김유빈 박사과정(서울대학교) 글로벌바이오메디컬공학과 김형구 교수 연구팀(공동 제1저자 윤종원 석사과정)과 서울대학교 최형진 교수 연구팀(공동 제1저자 김규식 박사과정, 이영희 박사, 김유빈 박사과정)은 공동연구를 통해 인공지능을 활용하여 인간의 본능적 심리 상태를 이해할 수 있는 새로운 방법을 제시했다. 신경과학이 발전함에 따라 동물의 다양한 행동을 관찰하는 기술이 진전되었으나 이러한 신경 신호가 어떻게 본능적 심리 상태를 형성하는지에 대한 이해는 여전히 미흡하다. 기존 연구는 시상하부의 특정 신경이 본능적 행동과 연관된다고 밝혔으나 구체적인 역할과 메커니즘은 명확히 규명하기 어려웠다. 이번 연구는 인공지능을 이용해 뇌 시상하부 신경의 기능을 정량적으로 분석함으로써 본능적 심리 상태와 행동의 관계를 명확히 규명한 첫 사례로 평가받고 있다. 연구팀은 새로운 항상성 이론과 인공지능 기반 신경 모델을 결합하여 시상하부의 Agouti-related peptide(AgRP) 신경이 ‘배고픔’을, 렙틴 수용체(LH LepR) 신경이 ‘식욕’을 표상함을 밝혔다. 특히, 시상하부 신경의 활동 패턴을 실험적으로 관찰하고 이를 정교하게 분석함으로써 배고픔과 식욕이 특정 신경 집단의 활동 패턴으로 나타나는 과정을 실험적으로 증명했다. 김형구 교수는 도파민의 역할을 구분하기 위해 개발한 컴퓨터 모델링을 사용해 신경 활성화를 구분하는 방법론을 개발했으며, 이를 바탕으로 서울대 최형진 교수 연구팀의 새로운 항상성 이론을 수식적으로 표현하는 데 성공했다. ▲ 정통적인 항상성 이론과 최신 뇌과학 발견들을 융합한 최신 이론 김형구 교수는 “이번 연구는 인공지능과 신경과학의 융합을 통해 복잡한 신경 회로의 활동을 정량적으로 분석한 첫 사례로, 생명체의 본능적 행동을 수치적으로 이해하는 데 중요한 전환점이 될 것”이라며 “특히 시상하부 신경의 활동이 어떻게 배고픔과 식욕 같은 본능적 욕구를 조절하는지를 구체적으로 밝힌 점에서 큰 의의가 있다”고 전했다. 서울대 최형진 교수는 “섭섭식 행동 연구 중 시상하부에서 관찰된 신경 반응은 기존 이론으로 설명하기 어려웠다. AgRP 신경은 활성화 시 섭식을 유도하지만, 음식 제공 시 오히려 활성이 감소했고, 반대로 LH LepR 신경은 활성화 시 섭식을 유도하면서도 음식 제공 시 활성이 증가했다”며 “이러한 역설적인 결과를 이해하기 위해 인공지능 모델을 도입했고, 이를 통해 새로운 항상성 이론을 수립할 수 있었다”고 밝혔다. ▲ 인공지능을 활용한 모델링 과정 이번 연구는 섭식 행동을 비롯한 생명체의 생존 필수 행동을 뇌가 어떻게 조절하는지를 이해하는 데 중요한 단서를 제공해 향후 섭식 장애, 비만, 식욕 조절 장애 치료에 새로운 전략을 제시할 수 있을 것으로 기대된다. 인공지능 기술을 신경과학에 접목함으로써 인간의 본능적 행동을 수치화하여 이해할 가능성을 열었으며, 이 접근법은 다른 본능적 행동 및 심리 상태를 규명하는 데에도 유용하게 활용될 전망이다. ▲ 대표 실험 결과. 컴퓨터 모델링을 통해 해당 신경 활성이 어느 심리 요소에 더 가까운지 보여준다. (회색 선: 신경 신호, 빨강 선: 최적의 배고픔 모델, 초록선: 최적의 식욕 모델, 파랑, 주황선: 최적의 대조군 모델) 성균관대 김형구 교수와 서울대 최형진 교수의 공동연구 결과는 사이언스 어드밴시스(Science Advances)에 11월 6일 게재됐다. ※ 논문명: A Normative Framework Dissociates Need and Motivation in Hypothalamic Neurons ※ 저널: Science Advances ※ 논문링크: https://doi.org/10.1126/sciadv.ado1820

2024-11-11

바이오메카트로닉스학과 박진성 교수 연구팀, 세계 최초 진동 시스템 기반 휴대용 중금속 검출 센서 개발

바이오메카트로닉스학과 박진성 교수 연구팀, 세계 최초 진동 시스템 기반 휴대용 중금속 검출 센서 개발 - 현장 환경에서 신속하고 민감하게 독성 중금속 검출 가능성 열어 ▲ (왼쪽부터) 미국 테라사키 연구소 김민우 박사(제1저자), 성균관대 바이오메카트로닉스학과 김치현 학생(제1저자), 박주형 박사(교신저자), 박진성 교수(교신저자), 메타바이오헬스학과 조원준 학생(공동저자) 바이오메카트로닉스학과 박진성 교수 연구팀이 세계 최초로 진동 장치를 탑재한 휴대용 전기화학 중금속 검출 시스템을 개발해 극소량의 납(Pb2+)과 카드뮴(Cd2+)을 높은 민감도로 검출하는 데 성공했다. 이번 연구는 환경 독성 물질을 신속하게 현장에서 검출할 수 있는 시스템을 제시한 것으로 논문은 센서 분야 최우수 저널 중 하나인 Sensors and Actuators B-Chemical에 지난 10월 24일 게재되었다. 박진성 교수 연구팀은 차별화된 기술로 기존 탄소 전극 위에 그라파이트-비스무스 나노 판을 배치하고 양성자 전도체 나피온(Nafion) 막을 코팅한 후 진동 장치를 추가해 중금속 이온의 검출 신호를 크게 향상시켰다. 진동을 통해 중금속 이온의 확산이 촉진되어 더욱 많은 이온이 전극 표면에 붙게 되며 그 결과 납 이온은 최대 540%, 카드뮴 이온은 511% 검출 효율이 향상하였다. ▲ [연구그림1] 수계 내 납과 카드뮴 검출을 위해 제작된 진동 장치 장착 휴대용 전기화학 시스템의 개략도 이번 연구에서 사용된 차등펄스 양극벗김전압법(DP-ASV)은 중금속이 붙고 떨어지는 과정에서 발생하는 전류와 전위 곡선을 분석하여 금속 종류와 농도를 구별한다. 이를 통해 실험실 환경에서는 납 이온 0.98nM, 카드뮴 이온 1.65nM, 식수에서는 납 4.49nM 및 카드뮴 14.89nM, 토양에서는 각각 0.94nM 및 7.10nM 농도까지 중금속 이온을 동시 검출하는 데 성공했다. 연구팀은 현장 테스트를 위해 금속 제련소를 기점으로 낙동강 상류와 하류에서 물을 채취하여 센서를 이용한 검출 실험을 진행했다. 실험 결과 카드뮴 이온은 검출되지 않았으며, 납 이온은 상류에서 1.66nM, 하류에서는 18.88nM가 검출되었다. 이는 현장에서 사용되는 중금속 분석 장비 ICP-MS가 보여주는 것과 유사한 결과로 본 시스템이 현장 감지 센서로 활용될 수 있는 가능성을 보여준다. ▲ [연구그림2] 낙동강 상류와 하류에서 물을 채취하여 측정한 결과 및 ICP-MS 데이터와의 비교 그래프 박진성 교수는 “기존 연구에서 개발한 센서는 실제 현장에서 여러 이물질로 인해 정확한 측정이 어려웠지만, 이번에 개발한 센서는 실제 환경에서도 중금속을 신속하고 민감하게 검출할 수 있어 새로운 시스템의 기초 기술이 될 가능성이 크다”며 “향후 환경 모니터링과 공공 보건 분야에 적용되기를 기대한다”고 밝혔다. 이번 연구는 한국연구재단 중견연구자지원사업, 바이오의료기술개발사업, 창의·도전연구기반지원사업, Post-Doc. 성장형 공동연구사업과 SMC-SKKU 미래융합연구사업의 지원을 받아 수행되었다.

2024-11-11

에너지과학과 명창우 교수 공동연구팀, 친환경 피셔-트롭쉬 전기화학촉매 개발

에너지과학과 명창우 교수 공동연구팀, 친환경 피셔-트롭쉬 전기화학촉매 개발 - 상온·상압에서 이산화탄소를 탄화수소로 전환하는 친환경 기술 제시 - 국제학술지 Advanced Energy Materials 표지 논문으로 선정 ▲ (왼쪽부터) 충남대 양주현 연구원, 성균관대 심기범 연구원, 충남대 박소정 연구원, 충남대 이충균 교수, 성균관대 명창우 교수, 충남대 손영구 교수 에너지과학과 명창우 교수 연구팀과 충남대 화학과 손영구 교수 연구팀은 이산화탄소를 탄화수소로 전환하는 전기화학촉매를 개발했다. 연구팀은 상온·상압 조건에서 온실가스 이산화탄소를 유용한 탄화수소*로 전환할 수 있음을 실험과 이론으로 증명했다. ※ 탄화수소: 탄소(C)와 수소(H)만으로 이루어진 유기화합물 이번 연구에서 개발된 촉매는 기존 고온·고압 열촉매와 달리 전기를 이용해 낮은 온도와 압력에서도 이산화탄소를 탄화수소로 전환할 수 있어 환경부담을 크게 줄일 수 있다. 촉매*는 금 나노입자와 페로브스카이트 구조를 갖는 스트론튬 타이타네이트(SrTiO3)을 기반으로 하며 연구팀은 금 나노입자와 페로브스카이트 간 상호작용이 촉매 활성을 유도했음을 밝혀냈다. ※ 촉매: 반응과정에서 소모되지 않으면서 반응속도를 변화시키는 물질 피셔-트롭쉬 반응은 전통적으로 고온·고압에서 합성가스를 탄화수소로 전환하는 복잡한 화학반응이다. 연구팀은 이번 연구가 전기화학적 방식으로 피셔-트롭쉬 반응을 구현해낼 수 있음을 보여준 사례라고 설명했다. 손영구 충남대 교수는 “이번 성과는 이산화탄소와/일산화탄소 환원 반응을 통한 액체연료제조에 있어 전기화학적 가능성을 제시한 중요한 발견”이라고 말했다. 명창우 성균관대 교수는 “이번 연구는 기계학습을 활용한 촉매 연구 가능성까지 보여주었으며 이는 향후 촉매 개발에 중요한 발판이 될 것”이라고 말했다. 이번 연구는 한국연구재단(NRF) 중견연구과제, 우수신진연구과제와 한국과학기술정보연구원(KISTI)의 지원으로 수행됐으며 연구결과는 지난 9월 26일 국제 학술지 어드밴스드 에너지 머티리얼즈(Advanced Energy Materials)에 표지논문으로 게재됐다. ▲ 이산화탄소의 전기화학적 피셔-트롭쉬 탄화수소 전환 가능성을 밝힌 손영구 교수와 명창우 교수 공동연구팀의 이번 성과가 Advanced Energy Materials 표지논문으로 선정되었다. ※ 논문명: Exploring Direct Electrochemical Fischer–Tropsch Chemistry of C1–C7 Hydrocarbons via Perimeter Engineering of Au–SrTiO3 Catalyst ※ 저널: Advanced Energy Materials(IF: 24.4) ※ 논문링크: https://doi.org/10.1002/aenm.202402062

2024-11-05

에너지과학과 임재훈 교수 연구팀, 초실감 디스플레이 구현 핵심 소재 개발

성균관대 연구팀, 초실감 디스플레이 구현 핵심 소재 개발 <뉴스1, 2024.10.31.>

2024-11-04

의학과 정밀의학교실 김근형 교수 연구팀, 회전근개 복합 조직 재생 모델 개발

의학과 정밀의학교실 김근형 교수 연구팀, 회전근개 복합 조직 재생 모델 개발 - 다양한 인체 복합 조직 재생을 위한 세포-구조체 바이오프린팅 플랫폼 기술 ▲ (왼쪽부터) 김근형 교수, 김원진 박사, 채수정 박사과정생, 황보한준 박사과정생, 조서율 박사과정생 의학과 김근형 교수 연구팀(정밀의학교실: 김원진, 채수정, 황보한준, 조서율)은 회전근개(rotator cuff) 복합 조직을 재생할 수 있는 새로운 바이오프린팅 기술을 개발하는 데 성공했다. 이번 연구는 힘줄, 골조직, 그리고 두 조직을 이어주는 섬유연골을 포함한 복합 조직의 미세환경을 모사하는 데 중점을 두었다. 회전근개의 힘줄-골 복합 조직은 힘줄에서 골조직으로 갈수록 기계적 특성과 무기질 함량이 점진적으로 변화하는 특성을 지닌다. 이로 인해 수술로 복합 조직을 재생하는 데 어려움이 있었으며 특히 섬유연골의 재생이 큰 과제로 남아 있었다. 회전근개를 제작하는 기존 기술들은 복합 조직의 미세환경을 재현하기 위해 다양한 소재와 세포를 적용했으나 완전한 복합 조직 재생에는 한계가 있었다. 이를 극복하기 위해 성균관대 김근형 교수 연구팀은 지방줄기세포 기반의 두 가지 바이오잉크를 활용하여 힘줄, 골조직, 섬유연골을 동시에 재생할 수 있는 혁신적인 in situ 3D 바이오프린팅 기술 플랫폼을 개발했다. 이 기술은 연세대 이상천 교수팀, 대구가톨릭대 권동락 교수팀, 고려대 이형진 교수팀과의 공동 연구를 통해 토끼 회전근개 파열 모델에서 효능을 입증하였으며, 재생된 조직은 기계적 특성 면에서 정상 회전근개와 유사한 결과를 보였다. 더불어 연구팀은 블레이드-바이오프린팅 플랫폼을 통해 최적 배열 구조의 근육 조직 재생 기술도 개발하여, 이 기술을 광주과학기술원 류동렬 교수팀과 동물 근육 손실 모델에 적용한 결과 근육 조직의 재생 효과가 획기적으로 향상되었다는 사실을 확인하였다. 또한, 기존 인공 피부 조직에서 재생이 어려웠던 피부 망상 융기(rete ridge) 구조를 갖춘 세포 포함 지지체도 개발하여, 한강성심병원 전욱 교수팀과의 협업을 통해 동물 모델에서 피부 재생 효과를 크게 높이는 데 성공했다. 김근형 교수는 “이번 연구는 인체 복합 조직을 모사하여 복합 세포 구조체를 제작할 수 있는 새로운 바이오프린팅 플랫폼을 개발한 것”이라며 “하나의 조직을 넘어 다양한 조직과 이들을 연결하는 접합부까지 재생하는 새로운 치료 전략을 제시할 수 있을 것”이라고 기대를 밝혔다. 이번 연구 결과는 과학기술정보통신부와 한국연구재단 그리고 질병관리청의 지원으로 수행되었으며, 생체재료 분야 국제학술지 Bioactive Materials(IF: 18, JCR 상위 0.9%)*, 제조공학 국제학술지 International Journal of Extreme Manufacturing(IF: 16, JCR 상위 0.7%)**, 그리고 재료 분야 국제학술지 Advanced Functional Materials(IF: 18, JCR 상위 4.1%)***에 각각 10월 11일, 15일, 18일 온라인으로 게재되었다. *논문명: 3D bioprinted multi-layered cell constructs with gradient core-shell interface for tendon-to-bone tissue regeneration, Bioactive Materials (DOI: 10.1016/j.bioactmat.2024.10.002). **논문명: Bioengineered skin-substitutes incorporating rete-ridges using a bioprinting process, International Journal of Extreme Manufacturing (DOI: 10.1088/2631-7990/ad8739). ***논문명: Enhanced Myogenic Differentiation of Human Adipose-Derived Stem Cells via Integration of 3D Bioprinting and In Situ Shear-Based Blade Coating, Advanced Functional Materials (DOI: 10.1002/adfm.202406591).

2024-10-31

신소재공학부 이보람 교수 공동연구팀, 고온과 물에 안정한 코어쉘 구조 페로브스카이트 나노결정 개발

신소재공학부 이보람 교수 공동연구팀, 고온과 물에 안정한 코어쉘 구조 페로브스카이트 나노결정 개발 - 고온·수분에 강한 페로브스카이트 나노결정, 디스플레이 상용화 가능성 열려 ▲ (왼쪽부터) 성균관대 이보람 교수, 포항공대 노용영 교수, DGIST 최종민 교수, 성균관대 정우현 박사, 포항공대 이동현 신소재공학부 이보람 교수 연구팀은 포항공대 화학공학과 노용영 교수 연구팀, DGIST 에너지공학과 최종민 교수 연구팀과 함께 외부 환경에 강한 코어쉘 구조의 페로브스카이트 나노결정 기반 발광소자를 개발했다. 페로브스카이트 나노결정은 높은 광 발광 효율, 매우 낮은 발광 파장의 반치전폭에 따른 고색순도 등 우수한 광전자 특성을 지니고 있어 차세대 발광 다이오드, 태양전지, 광 검출기 등 다양한 광전자 소자 연구에서 주목받는 소재다. 그러나 기존 페로브스카이트 나노결정은 공기 중 수분과 산소에 노출되면 소재의 안정성이 저하되는 한계가 있었다. 이러한 불안정성은 페로브스카이트 나노결정을 광전자 소자로 상용화하는 데 큰 걸림돌이 되어왔다. ▲ 코어쉘 페로브스카이트 나노결정의 합성 모식도 및 어플리케이션 모식도 공동연구팀은 페로브스카이트 나노결정 표면의 결함을 효과적으로 제거하고 나노결정 표면을 황화아연(ZnS) 껍질로 보호하는 코어쉘 구조를 도입하는 합성 기술을 개발했다. 이를 통해 제작된 코어쉘 구조의 페로브스카이트 나노결정은 외부 수분과 고온에서도 발광 효율이 유지되는 안정성을 확보했다. 특히, 이러한 구조는 실제 발광소자에 적용 가능성을 열어 페로브스카이트 기반 소자의 상용화를 앞당길 수 있는 중요한 연구로 평가된다. 이번 연구는 한국연구재단 중견연구사업, 차세대지능형반도체기술 개발사업, 우수연구자교류지원사업, 디지스트 창의도전연구과제 지원을 받아 수행되었으며, 연구 결과는 국제 학술지 ACS Energy Letters에 10월 16일자 게재되었다. ※ 논문명: Surface Defect Recovery in Perovskite Nanocrystals with Excess Halide for Core–Shell Structure ※ 저널: ACS Energy Letters(IF: 19.3, JCR: 4.1%) ※ 저자: 노용영(공동 교신저자), 이보람(공동 교신저자), 최종민(공동 교신저자), 이동현(공동 제1저자), 정우현(공동 제1저자) ※ 논문링크: https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsenergylett.4c01870

2024-10-29