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  • 효율적인 근육 재생을 위한 산소발생 바이오-잉크 개발 및 전기장 자극 세포-프린팅 기술 개발 바이오메카트로닉스학과
    김근형 교수 · 황보한준 · 이형진

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    효율적인 근육 재생을 위한 산소발생 바이오-잉크 개발 및 전기장 자극 세포-프린팅 기술 개발
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    동력학적으로 작동하는 면역기능 조절 약물 ▼개발로 항암면역치료제의 한계점 극복 성균나노과학기술원
    임용택 교수 · 진승모, 유연정 연구원

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  • 크리스탈 패싯에 숨겨진 비밀을 찾다 – 페로브스카이트 태양전지 수분 안전성 획기적 향상
    크리스탈 패싯에 숨겨진 비밀을 찾다 – 페로브스카이트 태양전지 수분 안전성 획기적 향상

    크리스탈 패싯에 숨겨진 비밀을 찾다 – 페로브스카이트 태양전지 수분 안전성 획기적 향상 - 수분에 가장 안정한 (111) 패싯 발견, 美 주간 과학전문 저널 사이언스지 단독 게재 - 박남규 교수팀, 수분에 안정한 페로브스카이트 크리스탈 패싯(결정 노출면) 최초 발견 - 2,000시간의 수분 노출 실험에서 초기효율의 95% 이상 유지 ▲ (왼쪽부터) 박남규 교수, 권석준 교수, 마이클 그랏첼 교수, 마춘칭 박사 화학공학과 박남규 석좌교수(성균에너지과학기술원장, 교신저자)와 마춘칭 박사(제1저자)는 화학공학과 권석준 교수(공동 교신저자), 스위스 로잔연방공대 그랏첼 교수(공동 교신저자)와 함께 페로브스카이트* 크리스탈 패싯**에 따른 수분 안정성의 차이점을 발견하고, 수분에 가장 안정적인 (111) 패싯을 위주로하는 필름 제작에 성공, 2,000시간의 수분 노출 실험에서 95% 이상 초기효율이 유지되는 안정한 페로브스카이트 태양전지를 개발하여 사이언스지(Science)에 1월 13일(현지 시각) 연구결과를 발표하였다. * 페로브스카이트: ABX3라는 화학식을 갖는 결정. 페로브스카이트 결정에서 A와 X는 12배위를 하고 B는 X와 6배위를 한다. ** 크리스탈 패싯: 원자의 배열이 공간적으로 반복된 패턴을 가지는 결정에서 기하학적 모양의 평평한 면. 페로브스카이트 태양전지는 유무기 하이브리드 페로브스카이트 광흡수 소재를 포함하는 태양전지 기술이다. 2012년 박남규 교수팀은 9.7% 효율의 고체 페로브스카이트 태양전지를 최초로 개발, ‘페로브스카이트 포토볼타익스’라는 새로운 학문분야를 개척하였다. 세계가 주목하는 페로브스카이트 태양전지 개발 공로로 2017년 클래리베이트는 박남규 교수를 노벨상 수상 후보 연구자로 선정하였다. 태양전지용 페로브스카이트 광흡수층은 간단한 용액공정을 이용하여 150도씨 이하의 비교적 낮은 온도에서 제작할 수 있다. 일반적으로 알려진 용액공정을 이용하면 형성된 필름에서 페로브스카이트 결정은 다결정 특성을 갖고 결정 패싯도 잘 발달하여 있지 않다. 박남규 교수팀은 첨가제 공법을 이용하여 (100)과 (111) 결정 패싯이 잘 발달된 페로브스카이트 필름을 제작하는 데 성공하여, 패싯에 따른 광전류 의존성을 밝힌 바 있다(2022년 11월 16일 Joule(IF: 46.048)에 발표). 이번 연구에서는 패싯이 잘 발달된 페로브스카이트 필름이 수분에 노출될 경우 수분 안정성이 패싯에 따라 달라진다는 것을 처음으로 발견하였다. 특히 (100) 패싯은 수분에 매우 취약하지만 (111) 패싯은 수분에 안정적이라는 점을 발견해내었다. (111) 패싯이 (100) 패싯 보다 수분 안정성이 우수한 이유는 물의 젖음에너지가 (111) 패싯에서 상대적으로 낮기 때문이라는 사실을 이론계산을 통해 밝혔다. 또한 수분에 취약한 (100) 패싯에서는 물과 강한 결합이 생겨 알파에서 델타 상으로 페로브스카이트 상전이가 일어나 광흡수 특성을 잃게 된다는 사실을 분광분석과 엑스선 회절을 이용하여 알아내었다. 패싯에 따른 수분안정성의 차이점에 대한 원인 규명을 기반으로, 페로브스카이트 태양전지의 수분 안정성을 향상하기 위해서는 (111) 패싯으로 구성된 필름 제작 기술이 필수적인데, 박남규 교수팀은 사이클로헥실아민 이라는 첨가제를 이용하여 (111) 패싯이 98% 차지하는 페로브스카이트 필름 제작에 성공하였다. 30-40% 상대습도 환경에서 약 2,000시간(1,938시간) 수분 안정성을 테스트한 결과, (111) 패싯 위주의 페로브스카이트 필름으로 만든 태양전지는 초기효율의 95% 이상을 유지하였다. 이번 연구 결과는 교육과학기술부와 한국연구재단의 리더과제(NRF-2021R1A3B1076723) 지원으로 수행되었으며, 페로브스카이트 태양전지의 수명을 획기적으로 개선하여 상용화에 이바지할 것으로 예상한다. ※ 논문명 : Unveiling facet-dependent degradation and facet engineering for stable perovskite solar cells ※ 저널: Science ○ 관련 언론보도: 조선비즈, 성대 박남규 교수 연구팀, 수분 안정성 획기적으로 높인 태양전지 개발(2023. 1. 13.)

    2023-01-13

  • SAINT 임용택 교수 연구팀, 동력학적으로 작동하는 면역 기능 조절 약물(K-nanoadjuvant) 세계 최초 개발
    SAINT 임용택 교수 연구팀, 동력학적으로 작동하는 면역 기능 조절 약물 세계 최초 개발

    SAINT 임용택 교수 연구팀, 동력학적으로 작동하는 면역 기능 조절 약물 세계 최초 개발 성균나노과학기술원(SAINT) 임용택 교수 연구팀(제1저자 진승모, 유연정 박사과정생)이 치료용 면역 세포들이 탈진(exhaustion)을 최소화하면서, 효과적인 항종양 면역을 생성할 수 있게 하도록, 동력학적으로 활성화 기능이 조율된 나노 아주번트(kinetically activating nanoadjuvant; K-nanoadjuvant)를 세계 최초로 개발하였다. 해당 연구 결과는 다학문적 과학 분야 국제 학술지인 네이처 나노테크놀로지(Nature Nanotechnology, IF: 39.213)에 게재되었다. 암 면역 요법을 강화하려면 다양한 면역억제 인자들로 이루어진 암 환경에서 면역세포가 탈진 없이 암세포의 특이적인 정보를 갖고 최적으로 활성화 되어 있어야 한다. 이를 위하여 톨-유사 수용체 작용제(toll-like receptor agonist; TLR agonist)와 같은 선천적 면역을 효과적으로 유도할 수 있는 다양한 약물들이 개발되어 왔지만, 이러한 약물들은 면역 독성 및 면역 세포들의 탈진을 유도하여, 효과적이지 못한 암 면역 요법을 초래하였다. 이는 면역 관문 억제제(immune checkpoint inhibitor)와 같은 최신 항암면역치료제의 효율이 5-30%에 머무는 이유이기도 하다. 임용택 교수 연구팀은 이러한 한계점을 극복하기 위하여 역세포의 엔도/리소좀(endo/lysosome)에 존재하는 특이 감마-인터페론-유도성 리소좀 티올 환원 효소(gamma-interferon-inducible lysosomal thiol reductase; GILT)에 선택적으로 반응하는 링커(linker)를 이용하여 신개념 아주번트소재를 개발하였다. 이를 인체 내 안정성이 증명된 나노 리포솜에 적용하여 특정 장소와 시간에서 작동하는 TLR7/8 agonist(timely-activating TLR7/8a, t-TLR7/8a)를 신규 합성하고, 다양한 톨-유사 수용체 아고니스트들과의 조합을 통해 동력학적으로 면역 활성화 기능이 조율된 나노 아주번트인 K-nanoadjuvant를 개발하였다. K-nanoadjuvant는 서로 다른 신호전달 루트를 통해, 면역세포를 활성화하는 두 가지의 면역 활성화 약물의 작용 기전을 시간(time), 순서(order), 및 조합 코드(combinatorial code)의 최적화를 통해 동력학적으로 조율함으로써, 비특이적 독성문제를 최소화하면서도 면역세포의 활성화를 극대화할 수 있을 뿐 아니라, 과도한 면역반응에 의해 유도되는 면역세포의 탈진 현상을 극복할 수 있는 나노 리포솜 기반의 신규 면역기능 조절 물질이다. K-nanoadjuvant는 지속적으로 인터루킨 12(interleukin 12, IL-12)의 분비를 유발하는 비탈진 수지상 세포(non-exhausted dendritic cell)를 효과적으로 유도할 뿐만 아니라, 비탈진 세포독성 T 세포(cytotoxic CD8+ T cell)와 자연 살상 세포(natural killer cell)의 생성을 유도하였다. K-nanoadjuvant는 3가지 종양 모델(피부암, 폐암, 유방암)에서 단독 요법으로 사용하거나, 면역 관문 억제제인 항 PD-L1 또는 항암제(독소루비신, doxorubicin)와의 병용 요법을 통해, 면역독성 없이 강력한 항종양 면역 효과를 보여주었다. 이 기술은 국내 벤처기업 프로지니어㈜에 기술 이전되어 현재 항암면역 치료제 및 감염성 질환 백신으로 신약 개발 중이다. 임용택 교수는 “K-nanoadjuvant는 면역 독성 문제를 해결하면서 효능을 극대화할 수 있는 플랫폼 기술이며, 인체 내 안전성이 증명된 나노 리포솜 기반의 약물로, 임상 적용 가능성이 매우 높다”며 “종양의 재발/전이를 방지할 수 있는 차세대 항암 면역 치료제로 활용될 가능성이 있다.”고 말했다. ※ 논문명: A nanoadjuvant that dynamically coordinates innate immune stimuli activation enhances cancer immunotherapy and reduces immune cell exhaustion ※ 저널: Nature Nanotechnology

    2023-01-13

  • 성균나노과학기술원 전일 교수 연구팀, 빠른 속도로 빛을 검출하는 비납계 페로브스카이트 포토디텍터 개발
    성균나노과학기술원 전일 교수 연구팀, 빠른 속도로 빛을 검출하는 비납계 페로브스카이트 포토디텍터 개발

    성균나노과학기술원 전일 교수 연구팀, 빠른 속도로 빛을 검출하는 비납계 페로브스카이트 포토디텍터 개발 - 주석 기반 페로브스카이트 개발로 노이즈 억제 원리 규명 - Advanced Functional Materials 표지 논문 선정 ▲ 성균나노과학기술원 전일 교수(왼쪽, 교신저자)와 김규선 연구원(오른쪽, 제1저자) 기존 연구대비 빠른 속도로 빛을 검출해낼 수 있는 비납계 페로브스카이트* 소재 기반 포토디텍터*가 국내 연구진에 의해 개발됐다. * 페로브스카이트(perovskite): 1839년 러시아 우랄산맥에서 발견된 광물의 결정구조. 페로브스카이트 구조는 높은 전하 이동과 빛 흡수성으로 차세대 태양전지의 선두주자로 주목받고 있음 * 포토디텍터(photodetector): 이미지 센서, 광센서 등에서 빛을 감지하는 소자 부분 성균관대학교 전일 교수, 김규선 박사는 중앙대학교 왕동환 교수, 장웅식 박사 공동연구팀과 함께 납을 사용하지 않은 페로브스카이트 소재 박막의 안정성 향상을 위해 패시베이션* 공정을 도입하여 노이즈*가 효과적으로 억제된 포토디텍터를 구현하는 데 성공했다고 밝혔다. * 패시베이션(passivation): 표면의 반응을 막기 위해 용매 등의 처리를 통해 피막을 형성하여 부동태화하는 공정 * 노이즈: 다른 신호의 간섭을 비롯한 의도하지 않은 입력 신호의 왜곡으로, 감지를 방해하는 전기신호 최근 무기 감광 소재를 대체할 수 있는 차세대 감광 소재로 조성에 따라 흡광도 조절이 가능한 페로브스카이트 소재가 각광받고 있지만, 납으로 인한 유해성으로 상용화에 어려움이 있었다. 또한, 기존의 납계 페로브스카이트는 납 이온과 할로겐 이온 사이의 결합력이 상대적으로 낮아 이온들이 구조 내에서 쉽게 이동이 가능한데, 이러한 특성은 외부 전하의 주입을 쉽게 해 포토디텍터 성능 저하의 가장 큰 원인인 노이즈 발생을 야기해 왔다. 이에 공동연구팀은 납을 대체할 수 있는 성분인 주석 소재를 활용, 안정적으로 박막을 형성할 수 있는 패시베이션 기술을 적용해 양질의 비납계 페로브스카이트 소재를 개발하는 데 성공했다. 기존의 납계 소재와 달리 주석을 기반한 페로브스카이트 소재는 주석과 할로겐 이온의 강한 결합 에너지를 통해 내부 이온의 이동을 제한함으로써 포토디텍터 내에서의 노이즈 발생을 억제하는 데 탁월함을 보였다. ▲ 주석 기반 비납계 페로브스카이트 포토디렉터 구조 및 주석 성분에 의한 노이즈 억제 효과 이를 통해 성능을 악화시키는 주입 전류가 차단됨으로써 우수한 감광 능력과 빠른 속도를 갖춘 비납계 페로브스카이트 포토디텍터 구현이 가능함을 검증할 수 있었다. 이번 연구로 주석 기반 페로브스카이트 소재가 적용된 차세대 포토디텍터가 구현됨으로써, 친환경 기술과 성능 향상 기술의 동시 구현이 가능할 것으로 예상하고 있다. 특히, 다양한 페로브스카이트 소재 기반 차세대 광전변환소자 및 디스플레이 분야에서의 적용이 가능할 것으로 보여 관련 기술 발전에 이바지할 수 있을 것으로 기대되고 있다. 전일 교수 연구팀의 이번 연구의 성과는 재료 분야 국제학술지 어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈(Advanced Functional Materials)에 12월 16일 게재되었고, 연구 우수성을 인정받아 표지 논문으로 선정되었다.

    2023-01-11

  • 성균관대 조새벽 교수 공동 연구팀, 인쇄 가능한 초고속 3진법 반도체 소자 기술개발
    조새벽 교수 공동 연구팀, 인쇄 가능한 초고속 3진법 반도체 소자 기술개발

    조새벽 교수 공동 연구팀, 인쇄 가능한 초고속 3진법 반도체 소자 기술개발 화학공학/고분자공학부 조새벽 교수는 연세대 화공생명공학과 조정호 교수와 공동으로 인쇄공정을 통해 대량생산이 가능한 고성능의 3진법 전기화학 반도체 소자 기술을 개발했다. 공동 연구팀은 이같은 내용을 재료기술 분야의 세계적 학술지 어드밴스드 머티리얼스(IF: 32.086)에 발표했다. 1965년 고든 무어가 ‘18-24개월마다 반도체 성능은 2배로 증가할 것이다’라는 무어의 법칙(Moore’s Law)를 제안한 이후로 지난 50여 년간 반도체 기술은 이에 맞추어 꾸준히 진보해 왔다. 그러나 반도체 공정의 선폭이 수 나노미터(10억분의 1m) 수준까지 내려오면서, 급격히 높아지는 공정단가와 단위소자 당 전력소모로 인해 기술의 발전 속도를 유지하는 데 많은 어려움이 있다. 이에 고집적화를 넘어 기존과 다른 방식으로 한계를 돌파하고자 하는 비욘드 무어(Beyond Moore) 반도체 기술이 주목받고 있다. 비욘드 무어 기술의 큰 갈래로서, 기존의 ‘0’과 ‘1’을 기반으로 하는 2진법 소자가 아닌 3진법 이상의 정보를 단일연산으로 처리할 수 있는 다진법 소자 기술이 활발하게 연구되고 있다. 이러한 기술은 선폭을 줄이지 않고도 정보의 집적도를 50% 이상 끌어올릴 수 있으며 높은 집적도를 구현하기 어려운 생체형 전자소자 및 유연 전자소자 기술의 고성능화에 특히 더 크게 기여할 수 있다. 따라서 이를 구현해내기 위한 새로운 반도체 소재 및 소자 구조의 개발에 많은 연구역량이 집중되고 있다. 연구팀은 유기물 기반의 반도체 소재를 사용하게 되면 이들의 화학구조에 따라 산화 전위를 제어할 수 있으며, 산화 환원 상태에 따라 전도성이 크게 변화하는 점에 착안하였다. 서로 다른 두 개의 반도체 소재에 순차적인 전기화학적 반응을 유도하는 방식을 통해 3개의 전기화학적 논리상태를 구현할 수 있었다. 또한 반도체 소재의 약간의 화학적 변형만으로도 전기적인 특성을 세밀하게 제어할 수 있어 최적의 논리상태의 안정적인 구동이 가능하였다. 또한 전자적인 구동방식에 비해 상대적으로 느린 전기화학적 반응의 한계를 극복하기 위해 각각의 반도체 소재를 나노미터 수준의 박막으로 수직으로 적층한 새로운 반도체 소자 구조를 제안하였으며, 이를 통해 10MHz 이상의 고속 삼진법 논리 연산을 구현하였다. 새롭게 개발된 반도체 소자는 대면적의 고집적화를 위한 공정 기술 개발에도 유리하다. 전극이 수평으로 배치된 기존의 반도체 소자에 비해, 모든 구성 요소를 수직으로 배치하면 단위면적당 반도체 소자의 개수를 큰 폭으로 증가시킬 수 있다. 뿐만 아니라 사용한 반도체 소재 및 절연체 소재가 모두 유기물이기 때문에 이들을 잉크형태로 제조할 수 있으며, 이를 통해 인쇄하듯 찍어내는 방식으로 대면적의 대량 생산하는 것이 가능하다. 이러한 방식으로 인쇄된 반도체 웨이퍼는 다양한 다진법 논리연산을 균일하게 구현할 수 있었다. 조새벽 교수는 “본 연구는 생체친화성과 유연성을 모두 가지는 고성능, 고집적도의 3진법 소자를 인쇄공정만으로 구현할 수 있는 가능성을 열었다”며“이 기술은 향후 4차 산업혁명 시대에 걸맞는 고기능성 인쇄전자 분야의 주요 원천기술이 될 것으로 기대된다.”고 밝혔다. ※ 논문명: Monolithic Tandem Vertical Electrochemical Transistors for Printed Multi-valued Logic ※ 저널: Advanced Materials ※ DOI: https://doi.org/10.1002/adma.202208757

    2023-01-09

  • 생명과학과 윤환수 교수 연구팀, 극한 환경에 적응하는 홍조류의 진화적 전략 규명해
    생명과학과 윤환수 교수 연구팀, 극한 환경에 적응하는 홍조류의 진화적 전략 규명해

    생명과학과 윤환수 교수 연구팀, 극한 환경에 적응하는 홍조류의 진화적 전략 규명해 - 남색홍조류의 다양한 극한 환경 적응 경로 확인 생명과학과 윤환수 교수(교신저자)와 조충현 박사(제1저자)가 광합성 진핵생물*에서의 극한 환경 적응에서 일어나는 유전체** 진화 과정을 밝혔다고 전했다. * 진핵생물: 핵막으로 둘러싸인 핵을 가지며, 세포질 속에 여러 가지 세포 내 소기관을 지니고 있고, 유사 분열을 하는 세포로 이루어진 생물. 세균 및 바이러스를 제외한 모든 생물이 이에 속한다. ** 유전체: 한 생물의 생명현상에 필요한 모든 유전자 및 DNA를 포함한 총체적인 유전 정보 남색홍조류(Cyanidiophyceae)는 홍조류(red algae) 중 가장 먼저 분지한 분류군으로, 공동 조상에서 분기해 나타나 화산이나 온천과 같은 극한 환경에 독립적으로 적응하였다. 화산이나 온천은 고온(45-60도) 및 산성(pH 0-4) 환경에 중금속이 풍부해 일반적으로 생물이 살아가기 힘든 환경이다. 남색홍조류는 이러한 극한 환경에서 거의 유일하게 발견되는 진핵생물로, 극한 환경에서 생물이 어떻게 적응해왔는지 실마리를 제공할 수 있는 흥미로운 분류군이다. 극한 환경에서의 생물은 외부의 다양한 물리·화학적 스트레스에 지속적으로 노출되고 이는 생체 물질대사를 방해한다. 연구진은 이러한 환경에서 남색홍조류가 어떻게 적응하였는지를 알아보기 위해 남색홍조류 3종의 유전체를 염색체 수준으로 신규 해독하였다. 유전체 비교분석을 통하여 유전자의 진화와 중금속 환경에서의 적응력을 분석하였고, 흥미롭게도 남색홍조류의 유전체 내에는 다양한 기원의 박테리아와 고세균 유전자가 있음을 발견하였다. 남색홍조류는 박테리아로부터 비소나 수은과 같은 중금속을 해독하는 유전자를 수평적 유전자 전이(horizontal gene transfer)*를 통해 외부로부터 획득하였고, 이후 아종말체 유전자 중복(subtelomeric gene duplication)으로 내부적으로 유전자의 수를 늘려 극한 환경에 적응하였음을 규명하였다. * 수평적 유전자 전이: 생식에 의하지 않고 개체에서 개체로 유전형질이 이동되는 현상을 가리키는 유전학의 개념이다. 수평적 유전자 이동은 종간의 차이를 뛰어넘어 이동할 수 있다. 남색홍조류에서 진핵생물의 대표적인 유전자 발현 조절 기작 중 하나인 microRNA 관련 핵심 유전자가 모두 사라졌고, 그 외에도 해당 분류군에서는 극한 환경 생존에 불필요한 기작의 일부가 소실되었음을 밝혔다. 또한, 진화 과정을 통해 남색홍조류의 단백질은 고온 산성 환경에 적합하게 변형되어 적응하였음을 규명하였다. 극환 환경에 적응하기 위해 적용된 유전체 진화 전략은 모든 남색홍조류 종에서 이용되지만, 세부적인 유전자 및 유전체 구성은 남색홍조류 종 간에도 차이를 보였다. 본 연구를 통해 종분화 과정에서 발생한 유전자 및 유전체 차이가 현재 극한 환경 내에서의 각 종의 서식 환경 차이에 영향을 끼쳤음을 제시하였다. 윤환수 교수는 “남색홍조류는 극한 환경 적응하는 강한 생명력을 가지고 있어 생물을 이용한 중금속 오염 제거, 시스템/합성 생물학, 유전공학 등의 다양한 응용 분야 연구에 이용될 수 있다”고 말했다. 본 연구는 한국연구재단의 중견연구지원 및 식물생체리듬 선도연구센터 사업으로 수행되었다. 윤환수 교수의 연구결과는 국제학술지 Nature Communications(IF=17.694)에 1월 4일(수) 게재되었다. ▲ 남색홍조류가 생육하는 고온(45-60도), 강산성(pH1-4), 고중금속의 유황 온천수 ▲ 남색홍조류의 극한 환경 적응 시스템

    2023-01-09

  • 화학공학/고분자공학부 방석호 교수, 종양 제거 및 검출용 전도성 하이드로겔 개발
    화학공학/고분자공학부 방석호 교수, 종양 제거 및 검출용 전도성 하이드로겔 개발

    화학공학/고분자공학부 방석호 교수, 종양 제거 및 검출용 전도성 하이드로겔 개발 - 활성산소 반응성 하이드로겔 기반 종양 제거 기술 - 전도성 기반 기계 및 전자제어를 통한 무선 모니터링 구현 ▲ 화학공학/고분자공학부 방석호 교수(왼쪽, 교신저자)와 임광범 박사(오른쪽, 제1저자) 화학공학/고분자공학부 방석호 교수 연구팀(제1저자 임광범 박사)이 한국교통대 박성영 교수 연구팀과 공동 연구를 통해 활성산소 반응성 기계 및 전자 제어가 가능한 전도성 하이드로겔 센서를 개발하였다. 암은 발병률과 치사율이 높기 때문에 인간의 건강에 심각한 위협이 된다. 조기 진단과 암 예방이 전 세계적으로 주요한 목표이며, 외과적 수술을 통해 모든 악성 조직을 감지하고 제거하기가 어려움이 존재한다. 면역 센서 및 면역 분석과 같은 종양 마커를 기반으로 하는 기존의 암 세포 검출 기술은 정교한 기술을 사용하는 임상 실험실에서 측정이 수행되기 때문에 임상 사용에 적합하지 않으며, 체액 수집과 결과 기록 사이에 적지 않은 시간이 소요된다. 따라서, 전문지식이나 특별한 지식 없이도 신속하고 구체적인 결과를 얻을 수 있는 새로운 방법에 대한 필요성이 대두되며, 현 연구에서는 휴대용 검사를 통해 암 환경을 선택적이고 정확하게 감지할 수 있는 휴대용 감지 방법에 대한 연구가 진행되었다. 하이드로겔은 대표적인 생체 적합성 소재로 유체 흡수를 위해 기공 크기를 조정할 수 있는 장점으로 바이오센싱에 이용되었다. 특히, 하이드로겔에 나노입자가 혼입된 전도성 하이드로겔은 온도, 산화환원, pH, 빛, 압력, 변형률 등 다양한 자극에 대한 전자신호를 감지할 수 있다. 그러나 세포외 pH 및 글루타티온(GSH)에 반응하는 하이드로겔에 기반한 의학적 진단 검사에 초점이 맞춰진 전례가 거의 없었으며, 압력-변형을 감지하는 하이드로겔을 기반으로 암 미세환경에 대한 연구가 진행된 전례가 없었다. 방석호 교수 연구팀은 ROS 반응성 디셀레나이드 탄소 도트 하이드로겔(dsCD-Hydrogel)을 기반으로 한 암 미세환경 선택적 전도성 하이드로겔 센서를 개발하였다. 이 센서는 높은 활성산소를 함유한 종양 미세 환경 속에서 디셀레나이드 결합을 파괴하여 암 선택성을 제공한다. 암세포의 존재는 정상 세포보다 더 큰 압력 및 변형 감지 반응을 모니터링하여 식별할 수 있다. 또한, dsCD-Hydrogel은 무선 감지 장치와 함께 사용되어 종양 보유 마우스에서 하이드로겔의 감지 기능을 모니터링할 수 있으며 스마트폰을 사용하여 현장 및 현장 외 감지 데이터를 수집할 수 있다.(그림1) ▲ 방석호 교수 스마트폰을 이용한 모니터링이 가능한 하이드로겔 기반 감지 시스템 연구팀이 개발한 하이드로겔은 dsCD의 활성산소 소거 및 광열 효과는 각각 혈관 내피 성장 인자(VEGF) 및 저산소증 유발 인자 1α(HIF-1α)를 하향 조절하고 종양 세포 제거를 유도하여 종양 크기를 감소시키는 것으로 확인됐다.(그림 2) ▲ 마우스 내 활성산소 소거 및 광열효과에 대한 자료 방석호 교수와 박성영 교수는 “후속 연구를 통해 암치료에 적합한 하이드로겔 센서 시스템을 구축하고, 이후 종양에 대한 신속 검출을 위한 실제 응용 가능성을 확인할 예정이다.”고 설명했다. 해당 연구 결과는 화학공학분야 세계권위지인 케미컬 엔지니어링 저널 (Chemical Engineering Journal, IF: 13.273)에 12월 5일 온라인 게재되었다. ※ 논문제목: ROS-responsive mechanically and electronically controllable conductive hydrogel sensor with NIR modulated photothermal therapy ※ 저널: Chemical Engineering Journal ※ 논문링크: https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.140729

    2023-01-03