교원정보

방석호 교수 공동연구팀, 지속적인 전기장 방출이 가능한 흉터 억제 패치 개발

방석호 교수 공동연구팀, 지속적인 전기장 방출이 가능한 흉터 억제 패치 개발 - 기존 드레싱에 접목하여 안정적인 전기장 인가와 효과적 흉터 억제 효과 확인 ▲ (왼쪽부터) 성균관대 방석호 교수(교신저자), 경희대 최동휘 교수(교신저자), 성균관대 김성원 박사(공동1저자), 경희대 조수민 박사과정생(공동1저자) 화학공학/고분자공학부 방석호 교수 연구팀이 경희대학교 기계공학과 최동휘 교수 연구팀과의 공동 연구를 통해 지속적인 직류 전기장 방출이 가능한 흉터 억제 패치를 개발하였다. 상처가 나면 우리 몸은 상처 회복 과정을 통해 새로운 피부로 대체한다. 이 회복 과정에서 흉터의 발생은 피부 상처 재생에 있어 필연적이다. 흉터 조직은 정상 피부 조직 대비 미관상으로 좋지 않을뿐더러 피부 탄력성이 떨어지고 각종 피부 소기관이 부재하여 기존 피부 역할을 완전하게 대체하는 데는 한계가 있다. 전통적인 상처 치료 방법은 드레싱 등의 제재를 이용하여 상처를 외부 감염원 등과 차단하는 등 상처의 보호를 주목적으로 한다. 이에 반해, 진보된 상처치료는 상처 보호와 더불어 치유 촉진 등에 목적을 가지고 있다. 기계적 자극(음압), 빛 등 외부 자극을 인가하는 진보된 상처치료 드레싱 중에서 상처치료에 대한 전기장 인가는 웨어러블 디바이스의 발달과 함께 스마트 헬스 케어의 방법으로 주목받고 있다. 전기장 인가는 상처 초기 회복단계에서 전기자극을 통해 각종 피부 세포들을 상처부위로 포집시킴으로써 피부의 재상피화를 촉진한다. 또한 재상피화 이후의 상처 리모델링 단계에서의 콜라겐의 비정상적 형성을 억제하는 것으로 알려져 흉터 치료에서도 효과적인 치료원으로 주목받고 있다. ▲ 직류 전기장 생성 필름을 이용한 흉터 억제 기전 이 때문에 신체에 부착해 안정적이고 지속적으로 전기장을 인가해 줄 수 있는 전기장 인가 웨어러블 디바이스 개발의 필요성이 제기되고 있다. 외부 에너지 공급형 디바이스부터 압전 전기장(piezoelectric) 발생형 등 다양한 디바이스 개발이 진행되고 있다. 하지만, 기존 외부 에너지 공급형 방식은 전기장치의 에너지 공급원이 필요하여 휴대에 어려움이 있으며, 지금의 압전/정전 방식의 전기장 인가는 복잡한 제조 공정 및 불규칙적 전기장 인가 등 환자의 접근성과 장치 신뢰성이 떨어지는 한계점을 가지고 있다. 특히 피부는 각종 체액 및 역동적인 환경(굴곡진 피부 등)을 가지고 있어 안정적인 전기장 인가를 더욱 어렵게 한다. 이에 공동연구팀은 주입된 이온화된 전하로부터 생성된 준영구적 전기장을 제공할 수 있는 다층 적층 전기집적(MS-electret) 패치를 개발하였다. 이는 특정 영역에 골고루 전하를 주입할 수 있는 바늘-그리드 전극이 장착된 코로나 충전 시스템을 사용하여 제작되었다. 이 패치는 필름 재질로 상처 크기에 맞게 재단할 수 있으며, 기존 드레싱에 접목할 수 있어 안정적인 전기장 인가를 가능하게 한다는 장점이 있다. ▲ 직류전기장 생성 필름 제작 방법 및 필름 수에 따른 전기장 분포 나아가 연구팀은 MS-electret 패치에서 발생하는 직류 전기장이 인간 피부 섬유아세포의 섬유화 활동을 제한하는 것을 확인하였으며, 패치에서 발생한 전기장이 섬유화 활동을 억제시킴으로써 흉터 크기를 감소시키는 것을 확인하였다. 방석호 교수는 “임상 적용이 가능하도록 후속 연구를 통해 실제 응용 가능성을 확인할 예정이다.”라고 설명했다. 연구팀의 이번 연구 결과는 에너지 분야 세계권위지인 인포맷 저널(InfoMat, IF: 22.7)에 게재되었다. ▲ 직류전기장 생성 필름의 마우스 흉터 개선 ○ 관련 언론보도 - 성균관대·경희대, 흉터 억제하고 크기 줄이는 패치 개발 <헤럴드경제, 2023.12.04.> - 성균관대 방석호 교수 공동연구팀 지속적 전기장 방출 가능한 흉터 억제 패치 개발 <베리타스알파, 2023.12.04.> - 성균관대 방석호 교수 연구팀, 흉터 억제 패치 개발 <대학저널, 2023.12.04.> - 성균관대-경희대 공동연구팀, 흉터 억제 패치 개발 <브릿지경제, 2023.12.04.>

2023-12-04

약학과 권용석 교수 공동 연구팀, 친화성 지향 위치 특이적 원형 단백질 표지 기술 개발

약학과 권용석 교수 공동 연구팀, 친화성 지향 위치 특이적 원형 단백질 표지 기술 개발 - 원형 단백질의 위치 특이적 표지를 통한 신약 개발 활용 기대 ▲ 약학과 권용석 교수(왼쪽, 교신저자)와 김상지 박사과정생(오른쪽, 공동저자) 약학과 권용석 교수 연구팀은 서강대학교 이현수 교수, 연세대학교 심태보 교수와 공동 연구를 통해 표적 단백질에 친화성을 가지는 작은 결합 단백질을 활용한 친화성 지향 위치 특이적 원형 단백질 표지 기술을 개발했다. 단백질의 위치 특이적 표지는 차세대 신약인 항체-약물 접합체의 개발에 있어 항체에 도입된 약물의 위치 및 개수, 균일성을 조절할 수 있는 중요한 역할을 하기에 위치 특이적 표지를 하기 위한 다양한 시도가 진행되고 있다. 최근 관련된 연구로 유전코드 확장 기술을 통한 단백질의 특정 위치에 작용기를 도입하는 방법이 활발히 진행되고 있다. 하지만 이러한 방법은 낮은 수율 및 효율성, 유전적 수정에 관련된 복잡성 등의 여러 문제점이 존재한다. 이에 연구팀은 기존에 보고된 단백질의 화학적, 유전적 수정을 통한 위치 특이적 표지 기술보다 더 높은 효율성으로 단백질의 인공적인 수정 없이 친화성 기반 원형 단백질의 효율적인 위치 특이적 표지 기술을 개발하였다. ▲ 친화성-지향 위치 특이적 항체 표지 기술을 통한 항체-약물 접합체 개발 본 연구에서 개발한 표지 기술을 바탕으로 항체-약물 접합체를 합성하여 유방암 세포주에 높은 항암 활성을 가지는 것을 확인하였다. 이 결과를 바탕으로 개발한 위치 특이적 단백질 표지 방법이 추후 항체-약물 접합체 신약 개발에 활용될 가능성을 시사한다. 권용석 교수는 “이번 연구결과는 기존에 보고된 위치 특이적 단백질 표지의 한계였던 낮은 효율성을 벗어나 높은 수율과 위치 특이성을 가지는 원형 단백질 표지 기술을 개발한 것에 의의가 있다”며 “항체-약물 접합체 중 유방암 치료제인 kadcyla와 같은 약물이 이미 FDA의 승인을 받아 시판중인 만큼, 항체-약물 접합-체를 개발하는데 있어 보다 높은 균일성을 가지는 항체-약물 접합체를 도입하는 측면에서 본 연구의 응용이 기대된다”고 밝혔다. 연구팀의 이번 연구결과는 한국연구재단의 바이오의료기술개발사업(2022M3E5F2017857)의 지원으로 수행되었으며 세계적 권위의 종합 과학 분야 국제학술지 Advanced Science(IF 15.1)에 지난 11월 30일(목) 게재되었다. ※ 논문명: Affinity-Directed Site-Specific Protein Labeling and Its Application to Antibody-Drug Conjugates ※ 저자명: 김수인(제1저자), 김상길(공동저자), 김상지(공동저자), 김남경(공동저자), 이상원(공동저자), 이한빈(공동저자), 이승은(공동저자) 심태보(교신저자, 권용석(교신저자), 이현수(교신저자) ※ 논문 링크: https://doi.org/10.1002/advs.202306401

2023-12-04

융합생명공학과 박우람 교수 공동연구팀, 3D프린팅 활용한 암 표적 총알 개발

- 암 조직 타깃 항암약물 방출해 치료하는 암 표적 총알 개발 <연합뉴스, 2023.11.30.> - 암 공격하는 항암제 총알 나왔다… 열 가하면 약물 방출 <조선비즈, 2023.11.30.> - 가톨릭대·성균관대, '암 표적 치료약물 전달' 총알 개발 <뉴스1, 2023.11.30.> - 암 조직 타깃 항암약물 방출해 치료하는 암 표적 총알 개발 - 사람 살리고 암세포만 겨냥…'항암 총알' 3D 프린터로 만든다 <머니투데이, 2023.11.30.> - 3D프린팅 활용한 암 표적 '총알' 개발 <헤럴드경제, 2023.11.30.>

2023-12-01

식품생명공학과 우한민 교수, ‘RNA 유전자 가위’로 미생물 세포공장 개발 가속화

식품생명공학과 우한민 교수, ‘RNA 유전자 가위’로 미생물 세포공장 개발 가속화 - 박테리아 크리스퍼 RNA 간섭기술 개발로 합성생물학 원천기술 개발 확보 - 의료, 식품, 고부가 소재 생산 분야에 적용할 수 있는 세포공장 ▲ 식품생명공학과 우한민 교수(왼쪽, 교신저자)와 고숭천 박사(오른쪽, 제1저자) 식품생명공학과 우한민 교수 연구팀은 dead Cas13a RNA 유전자 가위로 박테리아에서 존재하지 않는 RNA 간섭시스템*을 개발했고, 자동화 바이오파운드리기술**을 적용하여 효율적인 세포공장을 개발했다고 29일 밝혔다. * RNA 간섭시스템(RNA interference): small RNA 및 messenger RNA등 RNA의 원래 기능을 제한할 수 있는 시스템으로, 다양한 유전자의 조절에 관여 ** 바이오파운드리: 주문자 반도체 생산시스템과 유사하게, 생물시스템을 디자인하고 자동화 장비를 활용하여 고속으로 합성생물학 부품 및 세포공장을 개발할 수 있는 바이오제조 핵심 자동화 시설(예: 성균관대 바이오파운드리). 세포공장은 지속가능한 바이오 연료, 의·약학 및 식품 소재, 화학 소재를 생산할 수 있는 산업용 박테리아로, 다양한 합성생물학 도구를 활용하여 유전자 발현을 조절하고, 대사흐름을 제어하여 세포공장의 소재 생산성을 극대화할 수 있다. ▲ RNA 유전자 가위를 이용한 박테리아 RNA 개발과 세포공장 개발 가속화 이번 연구는 RNA를 자르는 효소적 기능만 상실된 dead Cas13a(dCas13a) RNA 유전자 가위를 이용하여, 박테리아 세포 내 존재하는 다양한 small RNA*의 발현을 억제하는 기술을 개발하였다. 이를 통해 기존의 기술로 제어할 수 없었던 박테리아 내 ‘트랜스-스몰 RNA’와 ‘시스-스몰 RNA’를 제어할 수 있는 원천기술을 획득하였다. 이 기술은 고등 생물에 존재하는 RNA 간섭기술과 유사한 기술로 박테리아에서도 고도의 유전자 발현을 제어할 수 있음을 의미한다. * small RNA: non-coding RNA로 세포 내 다양한 환경에서 특정 유전자의 발현을 조절하는 핵심적 기능을 갖고 있는 200bp 이하의 짧은 RNA이다. 또한, 모듈러 루프 가이드 RNA를 추가로 개발하여, 타겟 RNA 발현을 66%에서 92%까지 다양하게 억제할 수 있는 기술을 확보하였으며, 이 응용 기술을 활용하여 박테리아에 많이 존재하는 폴리시스트로닉 유전자의 발현에 적용하였다. 그 결과, 기존 CRISPRi 유전자 저해 기술로 가능할 수 없었던 폴리시스트로닉 개별 유전자의 억제도 가능하게 되어, 세포공장을 효과적으로 개발할 수 있는 원천기술을 제공하게 되었다. 더 나아가 이번 RNA 유전자 가위의 박테리아 RNA 간섭기술을 활용하여, 항산화제로 사용될 수 있는 라이코펜 생산 세포공장 개발에 적용하였으며, 바이오파운드리기술을 활용하여 알려진 93개의 대장균의 sRNA를 로봇으로 제작하고, 그 라이브러리 중 라이코펜의 생산성을 향상할 수 있는 신규 타겟 sRNA를 스크리닝할 수 있게 되었다. 따라서 대사반응에 직접 관여하는 효소 유전자의 발현 조절만 개발하던 기존 대사공학 접근법을 넘어서, 타겟 sRNA를 통한 하위 유전자의 발현을 조절하는 새로운 대사공학 접근법을 제시할 수 있었다. 이번 연구를 통하여 박테리아 RNA 간섭 기술과 함께 바이오제조의 핵심 기술인 바이오파운드리기술로 대규모 가이드 RNA를 제작하고, 세포공장용 박테리아를 형질 전환하고, 타겟 물질을 스크리닝 하여 일련의 DBTL* 과정을 자동화하여 세포공장 개발의 가속화 할 것으로 기대된다. * DBTL: 합성생물학의 연구 철학인 Design-Build-Test-Learn Cycle을 의미한다. 우한민 교수(바이오파운드리연구센터장)는 “이번 박테리아 RNA 간섭 원천기술과 바이오파운드리기술을 확보한 만큼 첨단 합성생물학기술을 통한 다양한 난제를 해결하고 새로운 의료 및 식품 분야, 고부가 소재 생산 분야에 적용할 수 있는 세포공장 개발에 앞서겠다.”고 설명했다. 한편 이 연구결과는 11월 28일(화) 세계적 학술지인 ‘Nucleic Acids Research’를 통해 온라인판으로 공개됐다. 이번 연구성과는 한국연구재단이 지원하는 중견연구자지원, 기초연구실지원사업, 미생물 제어 및 응용 원천기술개발사업 및 과기정통부가 지원하는 석유대체 친환경 화학기술개발사업의 바이오화학산업 선도를 위한 차세대 바이오리파이너리 원천기술 개발 과제의 지원을 받아 수행되었다. 해당 원천기술은 국내 특허 등록이 2022년 완료되었다(특허등록번호 10-2422842). ※ 저널: Nucleic Acids Research (2023), Impact factor 14.9 (2022년 기준), JCR 생화학 및 분자생물학 분야 상위 3.3% 저널 ※ 논문제목: CRISPR-dCas13a system for programmable small RNAs and polycistronic mRNA repression in bacteria ※ DOI: 10.1093/nar/gkad1130

2023-11-30

기계공학부 이원영 교수, 도시가스를 연료로 직접 활용하는 세계 최고 성능 세라믹 연료전지 개발

기계공학부 이원영 교수, 도시가스를 연료로 직접 활용하는 세계 최고 성능 세라믹 연료전지 개발 - 국제학술지 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)에 11월 18일 게재 기계공학부 이원영 교수는 연세대 홍종섭 교수, 서울과기대 최민기 교수와 공동으로 도시가스(메탄)를 별도의 개질기없이 직접 연료로 활용해서 세계 최고 수준의 성능과 내구성을 보이는 양성자 전도성 세라믹 연료전지를 개발한 연구결과를 세계적으로 권위 있는 학술지인 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communcations)에 게재했다. 도시가스의 주성분인 메탄을 포함한 다양한 탄화수소를 연료전지의 연료로 직접 활용하게 되면 별도의 개질기가 필요하지 않아 시스템 구성이 간단해지고 아직은 값비싼 그린수소를 사용할 필요도 없으며 기존의 도시가스 공급망을 그대로 활용할 수 있는 등 다양한 장점이 있어 활발한 연구가 진행되고 있다. 하지만, 고체산화물 연료전지의 연료로 메탄을 직접 주입하게 되면 메탄이 고온에서 분해되는 과정에서 연료극 촉매인 니켈의 표면에 탄소가 침착되는 현상이 발생하여 수소 생산성 감소와 함께 전력생산능력이 급격하게 저하되는 열화현상은 상용화의 가장 큰 문제점으로 제기되어 왔다. 이에 공동연구팀은 메탄을 연료로 직접 활용하는 세라믹 연료전지의 성능과 안정성을 향상시키기 위한 전략으로 탄소침착 저항성이 높은 촉매가 탑재된 양성자 전도성 세라믹 연료전지를 개발하였다. 양성자 전도성 세라믹 연료전지는 최근 활발하게 상용화가 진행되고 있는 고체산화물 연료전지의 한 종류로 산소이온이 아닌 수소이온(양성자)이 전하운반자로 활용되기 때문에 중저온에서도 고성능, 고효율 전력생산이 가능한 차세대 에너지 시스템으로 주목받고 있다. 또한, 연료전지 제작과정 중에 이종합금촉매를 자가조립할 수 있는 방법을 개발하여 메탄 분해반응성뿐만 아니라 자가탄소세정 특성을 통한 탄소침착 저항성을 크게 향상시켰다. 이렇게 제작된 연료전지는 기존에 보고된 성능을 크게 상회하는 세계 최고 성능을 확보하였으며, 특히 500시간동안의 장기운전에서도 기존의 연료전지에 비하여 20배 이상 향상된 안정성을 보였다. ▲ 자가조립 이종합금 촉매 기반 메탄 직접 주입형 양성자 전도성 세라믹 연료전지의 작동원리와 니켈-로듐 이종합금 촉매 이미지 이원영 교수는 “이중합금촉매 자가조립이라는 간단하면서도 확실한 방법을 효율적인 중저온 구동이 가능한 양성자 전도성 세라믹 연료전지에 효과적으로 적용하여, 메탄을 연료로 직접 활용할 수 있는 고체산화물 연료전지 개발에 가장 큰 난관이었던 낮은 반응성과 안정성 문제를 획기적으로 개선시킬 수 있었다”고 연구 의미를 설명했다. 또한, “메탄을 포함한 다양한 탄화수소를 고체산화물 연료전지의 연료로 직접 활용할 수 있는 가능성을 제시함으로써 탄소중립을 실현하는데 필수적인 구성요소인 연료전지의 상용화에 기여할 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다. 연구팀의 이번 연구성과는 산업통상자원부(P0021202), 한국연구재단(2023M3J1A1091543, 2022R1A2C3012372, 2022R1A4A1031182, 2021K1A3A1A20002574, 2021R1C1C2006657) 그리고 한국전력(R23XO03)의 지원을 받아 수행되었다.

2023-11-27

철학과 박혜윤 겸임교수, 병원 공간의 근본적 존재 의미와 역할에 관한 철학적 성찰을 다룬 연구 발표

철학과 박혜윤 겸임교수, 병원 공간의 근본적 존재 의미와 역할에 관한 철학적 성찰을 다룬 연구 발표 오늘날 인간의 삶에서 병원이 차지하는 비중은 과학과 의학 기술이 발달할수록 점점 더 커지고 있으나, 병원 공간의 근본적 존재 의미와 역할에 관한 철학적 성찰은 거의 이루어지지 않고 있다. 병원이 인간 실존의 중심 무대로 자리를 잡고 있음에도 그저 질병을 효과적으로 치료하고 감염원을 차단하는, 단순한 기술 치료 공간으로만 바라보는 수준에 머물러 있는 것이 사실이다. 철학과 박혜윤 겸임교수는 이러한 점에 주목해 데카르트의 공간론 개념을 빌어 현대 병원이 안고 있는 질병의 공간화 문제를 비판하는 한편 하이데거의 기술 사유를 통해 병원의 본래 존재 방식이 ‘돌봄(Care)’에 있다는 점을 새롭게 일깨워주고 있다. 지금까지 ‘돌봄(Care)’은 의료나 간호 행위를 해명하는 방법적 차원의 개념으로 사용되었지만, 이 연구는 하이데거의 사유를 통해서 ‘돌봄(Care)’이야 말로 병원의 근원적 공간성이라는 점을 구체적으로 논증하였다. 나아가 하이데거의 거주(居住)의 사유와 병원의 공간성을 연결하여 지금까지의 병원 건축의 문제점을 고찰하고 새로운 대안을 제시하였다. 박혜윤 교수의 연구는 다양한 논의와 비판을 통해 현대 병원 공간에 관한 존재론적 성찰을 시도하였으며, 아울러 인간의 실존 측면에서 뚜렷한 한계를 지닌 병원 공간을 재구성하여야 한다는 학문적, 이론적 근거도 제시하였다. 또 추후 건축현상학적 측면에서 병원 공간에 관한 융합적 연구를 진행할 수 있는 발판을 제시하였으며, 동시에 의료진과 환자 모두를 고려한 새로운 병원 건축의 패러다임을 제시했다는 점에서 의의가 있다. 박혜윤 교수의 이번 연구 결과는 HUMANITIES, MULTIDISCIPLINARY 분야의 학술지인 Medical Humanities (IF 1.2, JCR 상위 1.8%)에 게재되었다. ※ 저널: Medical Humanities ※ 논문제목: Hospital space interpreted according to Heidegger's concepts of care and dwelling ※ DOI: 10.1136/medhum-2023-012696

2023-11-24

에너지과학과 윤원섭 교수, 고온 환경에서 리튬 이온 배터리의 수명 저하 원인 규명

에너지과학과 윤원섭 교수, 고온 환경에서 리튬 이온 배터리의 수명 저하 원인 규명 - 리튬 이온 배터리의 용량 열화 현상에 대한 메커니즘 규명 - 안정적인 차세대 고용량 양극재 개발 방향성 제시 - 어드밴스드 에너지 머티리얼즈(Advanced Energy Materials) 표지 논문으로 선정 ▲ (왼쪽부터) 에너지과학과 윤원섭 교수, 김민지 박사과정생, 이원태 연구교수 에너지과학과 윤원섭 교수(성균에너지과학기술원 차세대배터리 연구소장) 연구팀이 고온 환경에서 리튬 이온 배터리 셀 구동 시 발생하는 용량 감소의 원인을 충/방전에 따라 양극소재 내에서 구분할 수 있음을 최초로 규명하였다. 전기차 시장 커져가는 가운데 고에너지 밀도의 고함량 니켈 층상구조 산화물 양극소재의 완전 셀(Full-cell)* 내 우수한 용량 유지 성능에 대한 필요성이 요구되고 있다. 특히, 고온 조건에서의 배터리 내 다양한 열화 현상들이 더욱 가속화 하면서 상온과 비교했을 때 고온에서는 더욱 급격한 용량 감소를 보인다. 따라서 외부 구동 온도에 따른 배터리 용량 저하 메커니즘에 대한 이해와 향후 고온 조건에서 안정적인 용량 발현을 위한 양극재 개발이 중요하게 대두되고 있다. * 완전 셀(Full-cell): 양극과 음극이 동시에 전기화학 반응에 참여하는 완전한 전지의 형태로서 실제 전지의 특성 규명에 유리함 이에 윤원섭 교수 연구팀은 고니켈 함량의 층상구조 양극소재와 흑연재를 활용한 완전 셀 시스템을 구성하고 고온 45℃에서 1,000 사이클의 장기 열화를 진행했다. 이후 재생(refresh) 과정에서 양극재의 용량과 구조가 일부 회복되는 현상을 관찰함으로써 완전 셀 내 전체 용량 감소에는 음극재에서 소모되는 리튬양에 따른 pesudo-deterioration(유사-열화)가 일부 혼합되어 있음을 확인하였다. * 재생: 열화로 인해 소모된 셀 내부 가용 리튬 소스를 리튬 메탈과 새로운 전해질로 재조립하여 회복시켜 주는 과정 ▲ 파우치 full-cell 내 양극소재의 재생 과정에 대한 모식도와 NCA 양극소재의 고온 1000사이클 열화 및 재생 후 충방전 상태의 격자구조 변화 정도 비교 방사광가속기 X-선 회절 분석을 중심으로 하여 재생 전후와 초기 방전 깊이별 양극재의 격자상수를 가용 리튬(Li)의 정도에 따라 비교한 결과, 방전 후에도 일부 남아있는 양극소재 내의 리튬(Li) 손실 정도를 방전 열화(Discharge fading)로 규명했다. 이러한 손실은 방전 끝단에서 일부 회복되었지만, 충전 끝단에서의 충전 열화(Charge fading)는 상대적으로 회복 정도가 낮다는 것을 발견했다. 특히, 이 연구에서는 외부 고온 환경에서의 장기 사이클 동안 두 가지 혼합 형태의 혼합 열화(Mixed fading)로 용량 감소가 심화하며 이는 복합적인 양극재 열화의 원인에 따른 것으로 밝혔다. ▲ 완전 셀(Full-cell) 시스템 내 NCA 양극 소재의 충전 및 방전 열화의 개요도 연구팀은 본 연구가 리튬이온배터리의 고온에서의 용량 열화 메커니즘의 이해에 대한 새로운 연구방향을 제시하고 있다고 언급했다. 더 나아가 그동안 명확히 규명되지 못한 배터리 열화 메커니즘에 대한 학술적 이해를 증진시킬 수 있을 것으로 기대하고 있다. 아울러 미래에 더 신뢰성 높은 에너지 저장장치를 개발하는 데 도움이 될 것으로 예상한다고 덧붙였다. 특히 소형 전지에서부터 전기 자동차와 같은 고에너지 저장장치까지 다양한 디바이스의 활용을 위해 고온에서의 배터리 성능 저하 메커니즘을 심층적으로 이해하는 데 도움이 될 것으로 강조했다. 윤 교수는 “양극재의 니켈 함량을 증진하는 흐름에서 각 양극 소재가 사용되는 디바이스들의 특성을 고려한 소재 개발의 전략적 방향성을 제시하였다”며 “학술적 관점뿐 아니라 산업적인 면에서도 중요한 역할을 할 것으로 예상된다”고 말했다. 덧붙여 “신뢰성 있는 배터리 기술 발전은 산업 분야 및 경제적 측면에서 큰 파급효과를 가져올 것”이라고 설명했다. 에너지과학과 윤원섭 교수와 김민지 연구원, 이원태 연구교수가 수행한 본 연구는 소재과학 분야 세계적인 학술지인 어드밴스드 에너지 머티리얼스(Advanced Energy Materials, IF: 27.8)에 지난 11월 5일 표지 논문(front cover)으로 선정되었다. ○ 관련 언론보도 - 성균관대 윤원섭 교수, 고온 환경에서 리튬 이온 배터리의 수명 저하 원인 규명 <팝콘뉴스, 2023.11.21.> - 성균관대 윤원섭 교수, 고온 환경에서 리튬 이온 배터리의 수명 저하 원인 규명 <핀포인트뉴스, 2023.11.21.> - 성균관대 윤원섭 교수 고온 환경에서 리튬 이온 배터리의 수명 저하 원인 규명 <베리타스알파, 2023.11.21.>

2023-11-21

생명과학과 이상호 교수 연구팀, 가뭄 대응 식물의 생존 비밀인 채널의 활성화 과정 규명

생명과학과 이상호 교수 연구팀, 가뭄 대응 식물의 생존 비밀인 채널의 활성화 과정 규명 - SLAC1 음이온 채널의 활성화 상태 구조 최초 규명 생명과학과 이상호 교수 연구팀(이영목 석박통합과정생)은 식물이 환경적 스트레스에 어떻게 반응하며 생존하는지에 대한 중요한 퍼즐 조각을 발견하였다. 이들은 초저온 전자현미경법(cryo-EM)을 통해 식물의 기공 조절에 있어 핵심적인 SLAC1 음이온 채널의 구조 기반 활성화 기전을 규명하였다. 해당 연구는 한국뇌연구원, 한국기초과학지원연구원 및 농촌진흥청 연구진과의 공동 연구를 통해 이루어졌다. 식물의 잎 표면에는 광합성을 위해 이산화탄소를 흡수하고 산소를 방출하는 기공이라는 미세한 구멍이 존재한다. 기공은 가뭄에서는 심각한 수분 유출을 초래하며, 병원균의 침입 통로로 활용되는 문제점을 지닌다. 식물은 이를 보완하기 위해 가뭄과 병원체, 이산화탄소, 오존 등 다양한 환경 요소에 반응하여 기공을 닫는 SLAC1 음이온 채널을 진화시켜 왔다. 그러나 기후 변화로 인한 온도와 이산화탄소의 급격한 증가로 식물의 정교한 기공 조절 과정이 교란되고 있다는 보고가 잇따르고 있다. 이러한 중요성에 힘입어 SLAC1이 어떻게 스트레스에 반응하여 활성화되는지 지난 십여 년 간 다양한 선행연구가 진행되었으나 채널 활성화에 대한 상반된 두 가설이 대립하고 있었다. 이에 연구진은 cryo-EM을 통해 SLAC1의 활성화 및 비활성화 상태의 분자 구조를 규명하고, 두 선행 가설을 모두 수용하는 새로운 활성화 기전을 제시하였다. 이번 연구로 인산화에 의한 SLAC1의 억제 이완-결합 활성화라는 두 단계로 이어지는 활성화 과정이 밝혀졌다. ▲ 초저온 전자현미경으로 규명된 SLAC1 음이온 채널의 분자 구조 이상호 교수는 “이번 연구를 통해 식물이 스트레스를 감지하여 기공을 조절하는 과정의 비밀이 마침내 밝혀졌다”며 “이를 토대로 기공 조절을 통한 식물의 기후 변화 적응, 스트레스 저항성 향상 등 다양한 응용 가능성이 열릴 것”이라고 밝혔다. 또한 “최근 교내에 도입된 최첨단 기기인 cryo-EM을 이용한 연구 사례를 보여주어 앞으로 해당 장비를 이용한 우수한 연구 성과 도출에 대한 기대감을 높여 주고 있다”고 밝혔다. ▲ 연구를 바탕으로 제시한 SLAC1 음이온 채널의 복합 활성화 기전 본 연구는 한국연구재단의 중견연구자지원, 바이오·의료기술개발, 선도연구센터사업과 농촌진흥청의 차세대바이오그린21사업의 지원을 받아 수행되었다. 연구팀의 이번 연구 결과는 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications, IF: 17.694)에 지난 11월 14일 게재되었다.

2023-11-21

바이오메카트로닉스학과 박진성 교수, SBS 스페셜 <빵 터지는 노벨상> 출연

- SBS스페셜 [빵 터지는 노벨상 EP.02] YouTube 클립 - 손장난 같은 풀실을 이용한 마이크로와이어 - 환원그래핀옥사이드를 섞은 풀실로 센서 제작!

2023-11-14

화학공학/고분자공학부 조새벽 교수 공동 연구팀, 초실감 디스플레이용 투명 반도체 결함제어 기술 개발

화학공학/고분자공학부 조새벽 교수 공동 연구팀, '초실감' 디스플레이용 투명 반도체 결함제어 기술 개발 국내 연구진이 대면적 대량생산이 가능한 고성능 투명 디스플레이용 반도체 잉크의 결함제어 기술을 개발했다. 우리 대학 화학공학/고분자공학부 조새벽 교수와 연세대학교 화공생명공학과 조정호 교수 공동 연구팀은 이같은 내용을 재료기술 분야의 세계적 학술지 어드밴스드 머티리얼즈(Advanced Materials)에 발표했다. 투명 디스플레이 기술은 확장현실(XR), 모빌리티용 디스플레이 등 현실과 전자정보의 오버레이(중첩)를 통한 초실감형 정보전달 기술의 핵심요소로서, 대한민국의 투명 마이크로 OLED 원천기술 선점과 더불어 차세대 국가 디스플레이 산업의 핵심으로 주목받고 있다. 이러한 투명 디스플레이 기술의 발전에 있어 주된 기술적 이슈는 색을 내는 발광소자 (OLED)와 이를 켜고 끄기 위한 전자회로의 투명성을 동시에 끌어올리는 데 있다. 일반적으로 투명성과 전기적 성능은 상충적인 관계이며, 따라서 전자회로의 구성요소인 트랜지스터의 성능과 투명성의 ‘두 마리 토끼’를 잡을 신소재의 개발에 연구가 집중되었다. 그러나 현재까지 상용가능한 수준의 투명 트랜지스터 기술은 인듐-갈륨-아연의 산화물(IGZO)로 구성된 N-형 반도체 소재에 국한되어 있으며, 이와 함께 회로를 구성하는데 필수적인 투명 P-형 반도체 소재는 매우 제한적이었다. 이에 연구팀은 모노아이오드화 구리(CuI)의 투명성과 높은 전기적 특성에 주목하였다. CuI는 이론적으로 기존의 상용 N-형 투명 반도체 소재보다 높은 성능을 가질 수 있는 P-형 반도체 소재로서 최초 개발되었으나, 화학적으로 불안정하여 쉽게 결함이 생긴다는 문제가 있었다. 이러한 결함은 이온성을 지녀 지나치게 높은 전도성을 유도하고, 전기적으로‘꺼지지 않는’ 반도체로 변질시켜 실용성에 있어 낮은 평가를 받아왔다. 연구팀은 이러한 CuI 소재의 결함생성이 나노미터 수준의 반도체 박막(Thin FIlm)을 형성하는 고온의 공정과정에서 수분에 영향을 받아 자발적으로 일어난다는 점을 밝혀내고, CuI 반도체 소재를 잉크 형태로 구성하여 저온에서 박막을 형성하는 과정을 도입하였다. ▲ CuI 트랜지스터 소자 구조 모식도 및 단일소자 성능 또한 이 과정에서 동역학적으로 나노구조 형성 및 수분의 흡착정도를 제어함으로써 결함형성을 원천적으로 차단하는 방법을 고안하였다. 이들을 투명한 고유전율(high-k) 투명 절연체 소재인 Sodium-Embeded Aluminia(SEA)와 결합함으로써이론적 성능 한계치에 근접한 수준의 매우 높은 반도체 성능을 구현하는데 성공하였다. ▲ IGZO, CuI 기반의 투명 반도체 회로 및 논리회로 성능 새롭게 개발된 투명 반도체 기술은 차세대 디스플레이 구현을 위한 대면적 대량생산에도 매우 적합하다. 별도의 첨가물 없이 단일한 반도체 잉크를 사용한 공정 과정만을 제어하기 때문에 대면적에서 균질한 고성능의 반도체층을 형성할 수 있으며, 열처리 등 후처리 과정이 없어 OLED, 전극배선 등 다른 투명 디스플레이 구성요소에 대한 영향 없이 기존 기술에 직접 적용이 가능하다. 또한 반도체 잉크를 기반으로 하기 때문에 인쇄하듯 찍어내는 방식으로 대량 생산이 가능하다. 조새벽 교수는 “본 연구를 통해 투명한 반도체 기술의 성능 한계를 돌파하고 대면적 대량생산을 구현할 수 있는 가능성을 열었다”며“이 기술은 향후 4차산업혁명 시대에 걸맞는 차세대 초실감형 투명 디스플레이 및 전자소자 분야의 주요 원천기술이 될 것으로 기대된다.”고 밝혔다. ※ 논문명: Approaching Theoretical Limits in the Performance of Printed p-type CuI Transistors via Room Temperature Vacancy Engineering ※ 저널: Advanced Materials, https://doi.org/10.1002/adma.202307206

2023-11-10