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- 화학공학/고분자공학부 방석호 교수, 세포 내 항산화 효소 조절로 허혈성 질환 치료 향상
- 화학공학/고분자공학부 방석호 교수, 세포 내 항산화 효소 조절로 허혈성 질환 치료 향상 - 세포 내 항산화 효소 조절이 가능한 나노입자 개발 - 나노입자의 허혈성 질환에 대한 치료 능력 검증 화학공학/고분자공학부 방석호 교수 연구팀(제1저자 임광범 박사, 현 하버드의대 소속)이 서울대학교 현택환 교수 연구팀(제1저자 유태용 박사, 김영건 박사)과 공동 연구를 통해 항산화 나노입자 적용의 새로운 방향을 제시하였다. 금속 산화물 나노소재는 산화 스트레스와 관련된 염증성 질환에 대해 효과적인 치료제로 등장하고 있다. 금속들의 다양한 산화 상태는 산화환원 반응 특성을 부여하며, 유해한 양의 반응성 산소 종들(ROS)을 억제한다. 그러나 나노소재 표면에 작은 분자와 단백질들이 동적으로 흡착되면 의도된 생화학 반응을 위한 활성 부위가 막히거나 변형될 수 있다. 산화환원 활성 분자인 글루타치온(GSH)과 같은 물질들은 나노소재를 더 생체적합한 상태로 변환시킬 수 있지만, 이러한 변환은 처음에 의도한 치료 효과보다 감소시킬 수 있다. 그래서 항산화 나노소재를 설계하는 것이 합리적이고, 이러한 나노소재는 생체 변형 과정을 우회하거나 활용하는 방식으로 설계된다. 또한 필수 미량 금속으로 구성된 나노소재는 흡수되고 생체적으로 이용 가능한 보조 효소로 변형될 수 있는 증거가 점점 더 많이 나오고 있다. 공동 연구팀은 항산화 금속 산화물 나노소재의 생체 변형을 이용하여 생체적으로 이용 가능한 보조 효소를 방출하여 대사성 염증의 전반적인 항산화 효과를 향상시켰다. 구리 이온은 생체 내 미량으로 존재하는 필수 원소로서, 항산화 효소인 슈퍼옥사이드 디스뮤테이스 1 (SOD1)의 보조 효소이며, 이 효소는 초산화아니온을 과산화수소와 산소로 이산화시키는 작용을 한다. 구리는 또한 혈관신생을 촉진하고 혈류 감소 예방에 필요한 인자인 혈관내피세포성장인자 (VEGF)의 발현을 촉진한다. 그러나 구리는 물질의 양이 엄격히 조절되지 않으면 펜턴 유사 반응을 통해 하이드록실 라디칼 (Hydroxyl Radical)을 생성하여 산화 스트레스를 유발할 수 있는 잠재적 위험성을 가지고 있다. 이에 따라 방석호 교수 및 현택환 교수 연구팀은 항산화 금속 산화물 나노소재와 함께 전달될 때 구리가 유발할 수 있는 하이드록실 라디칼의 잠재적 위험을 최소화할 수 있을 것이라고 판단했다. 공동 연구팀은 세리아 나노입자가 항산화 전달 역할을 하여 구리 이온을 세포로 운반하고 제공하는 구리-세리아 나노입자(CuCe NPs)를 제작했다(그림1). 이 구리 이온들은 생체 변형을 통해 방출되어 항산화 효소인 SOD1의 상향 조절에 기여하였다. 세리아 나노입자는 이전부터 널리 알려진 ROS 제거 물질로서, 구리 활성화된 SOD1과의 시너지 효과를 통해 항산화 활동이 향상되고, 신호 전달자 및 활성화자인 STAT1 및 STAT6을 변조함으로써 대식세포에서 M2 극성과 항염증 반응을 유도하였다. 이번 연구에서 무기 코팩터를 항산화 나노소재를 통해 전달하는 것은 허혈성 질환(하지허혈 및 심근 경색 모델)에서 회복 결과가 개선됨에 따라 효과적인 치료 방법으로 입증되었다. 방 교수는 “이번 연구를 바탕으로, 후속 연구를 통해 다양한 질환 치료를 향상시키는 나노바이오 시스템을 구축하고, 이후 실제 응용 가능성을 확인할 예정이다”라고 설명했다. 연구팀의 연구결과는 재료 및 물질 분야 세계권위지인 어드밴스드 머티리얼스(Advanced Materials)에 4월 표지(frontspiece) 논문으로 선정되었다. ※ 논문제목: Ceria Nanoparticles as Copper Chaperones that Activate SOD1 for Synergistic Antioxidant Therapy to Treat Ischemic Vascular Diseases ※ 저널: Advanced Materials ※ 논문링크: https://doi.org/10.1002/adma.202370114
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- 작성일 2023-10-24
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- 기계공학부-성균나노과학기술원 김장아 박사, 임페리얼 칼리지 런던 조교수 임용
- 기계공학부-성균나노과학기술원 김장아 박사, 임페리얼 칼리지 런던 조교수 임용 ▲ 연례 지역 공공과학 및 예술 축제인 Great Exhibition Road Festival 2023에 참여 중인 김장아 박사 우리 대학 기계공학부, 성균나노과학기술원(SAINT) 졸업생 김장아 박사가 2023년 9월(예정) 영국 런던 소재 임페리얼 칼리지 런던(Imperial College London, 2024년 QS 세계대학순위 6위) 공과대학 기계공학과(햄린로봇수술센터 The Hamlyn Centre 겸임)에 조교수로 임용되었다. 김장아 박사는 우리 대학 기계공학부(학사)를 2011년에 졸업하고, 성균나노과학기술원에 석박사통합과정(Ijima 장학생)으로 입학하여 2017년 박사학위(지도교수 김태성 교수)를 받은 후 임페리얼 칼리지 런던의 햄린로봇수술센터(전산학과)와 스티븐스그룹(재료과)에서 박사후연구원으로 재직하며 생체내·외 질병 진단용 광학센서와 박테리아로봇 제어용 광섬유 기반 의료기기 개발연구를 수행했다. 김장아 박사는 임페리얼 칼리지 런던 기계공학과와 의과대학내 외과학 및 종양학과(Department of Surgery and Cancer)에서 공동으로 운영하는 햄린로봇수술센터에 소속되어 최소침습수술용 나노-마이크로스케일 센싱과 로보틱스 연구를 이끌어갈 예정이다.
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- 작성일 2023-10-24
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- 강주훈 교수 공동연구팀, 대면적 고성능 이차원 반도체 전자소자 개발
- 강주훈 교수 공동연구팀, 대면적 고성능 이차원 반도체 전자소자 개발 - 생산성·성능 향상, 제품화 가능성 확인…실리콘 반도체 대안 기대 ▲ (왼쪽부터) 성균관대 신소재공학부 강주훈 교수, 연세대 조정호 교수, 성균관대 김지현 연구원, 연세대 권용현 연구원 대면적으로 제작 가능한 고성능 이차원 반도체 전자소자가 개발되어 고집적 한계에 직면한 실리콘 반도체 소자의 대안으로 주목받았다. 조정호 연세대학교 교수와 강주훈 성균관대학교 교수 공동연구팀(제1저자: 연세대 권용현 박사과정, 성균관대 김지현 박사과정)이 이온이 주입된 형태의 절연층을 활용한 고성능 대면적 이차원 반도체 전자소자 개발에 성공했다. 두께가 원자 단위인 이차원 반도체 소재*는 고집적도의 칩 생산이 가능하지만 이론 대비 성능이 낮고 대면적 제작이 쉽지 않아 제품화에 어려움이 있었다. * 이차원 반도체 소재: 이차원 소재는 두께가 원자 단위로 매우 얇은 소재로 물질의 구조가 두 가지 주요 차원으로만 제한되는 소재이다. 이러한 소재는 평면적인 특성을 가지며, 표면적이 매우 크고 이로 인해 독특한 물리적 및 전기적 특성을 갖게 된다. 연구팀은 전기적 특성이 우수하고 대면적 생산이 가능한 이차원 반도체 소재인 이황화몰리브덴(MoS2)에 이온이 주입된 절연층(sodium- embedded alumina, SEA)을 도입한 고성능 MoS2/SEA 반도체 전자소자를 개발하여 문제해결의 실마리를 찾았다. 또한, 고성능 MoS2를 용액공정으로 대량 합성하고 잉크형태로 제작 후, 반도체 산업에서 활용하는 슬롯 다이 코팅 기법*으로 절연층과 반도체층 모두 5인치 대면적 웨이퍼에 균일하게 코팅하는 공정도 개발하였다. * 슬롯 다이 코팅: 슬롯 다이 코팅은 반도체 웨이퍼 표면에 정확한 두께의 코팅을 형성하는 기술이다. 특수 장비를 사용하여 반도체 웨이퍼를 안정적으로 고정한 후 이동시키며, 동시에 코팅 재료를 슬롯(구멍)을 통해 웨이퍼 표면에 코팅하는 방식을 말한다. 연구팀이 이온이 주입된 절연층을 활용해 고성능 MoS2 트랜지스터 전자소자의 구동을 확인한 결과 최고 전하이동도*가 100 cm2 V-1 s-1 이상이었다. 이는 기존 용액공정 기반 MoS2 트랜지스터들의 전하이동도가 산화실리콘 기판에서 약 1~5 cm2 V-1 s-1임과 비교해 최고 100배 이상 향상된 결과이다. 또한, 높은 전하이동도의 원인을 밝히기 위해 전하수송 현상과 절연 소재의 일함수**를 분석한 결과, MoS2/SEA 반도체 전자소자에서 전하의 이상적인 이동을 관찰하였다. * 전하이동도 : 전자와 정동이 움직이는 빠르기를 의미한다. 전하이동도가 낮으면 전기적 신호 전달도 늦어진다. ** 일함수(work function): 재료 표면에서 전자가 이탈하기 위해 필요한 최소 에너지를 의미한다. 더불어, 연구팀은 MoS2/SEA 반도체 전자소자를 활용해 다양한 로직 회로를 구현하여 실제 전자 제품에 응용 가능성을 입증했다. ▲ 슬롯 다이 코팅 기법을 활용해 MoS2/SEA 트랜지스터를 대면적 웨이퍼에 제작하고 로직회로에 응용 조정호 교수는 “이번에 개발한 전자소자는 대면적에 코팅한 MoS2 트랜지스터 중 최고 성능을 달성하여 이차원 반도체 소재의 고성능 소자화 및 대면적화를 동시에 만족하는 방법을 제시하고, 이차원 반도체 소자의 실용화 가능성을 높였다”라고 연구의 의의를 밝혔다. 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 중견연구자지원사업, 우수신진후속지원사업, 미래소재디스커버리사업, 우수연구자교류지원사업 등의 지원으로 수행된 이번 연구성과는 국제학술지 네이처 일렉트로닉스(Nature Electronics)에 6월 9일 게재되었다. ○ 관련 언론보도 - 대면적 제작 가능한 고성능 이차원 반도체 전자소자 개발 <조선비즈, 2023.07.24.> - 연세대-성균관대, 대면적 고성능 이차원 반도체 전자소자 개발 <뉴스1, 2023.07.24.> - “전기신호 전달 성능 100배↑” 대면적 ‘이차원 반도체’ 전자소자 개발 <헤럴드경제, 2023.07.24.> - 대면적 고성능 2차원 반도체 전자소자 개발…고집적 한계 실리콘 반도체 대안 <전자신문, 2023.07.24.> - 성균관대·연세대, 대면적 이차원 반도체 소재 개발 <신소재경제신문, 2023.07.24.> - 대면적 고성능 이차원 반도체 전자소자 개발 <이웃집과학자, 2023.07.24.> - 한국연구재단, 대면적 고성능 이차원 반도체 전자소자 소개 <충청뉴스, 2023.07.24.>
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- 작성일 2023-10-11
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- 기계공학부 이민기 박사(지도교수 이진기), 조선대학교 조교수 임용
- 기계공학부 이민기 박사(지도교수 이진기), 조선대학교 조교수 임용 기계공학부 이민기 박사가 조선대학교 기계공학과 조교수로 2023년 9월부로 임용되었다. 이민기 박사는 성균관대학교 기계공학부에서 2021년 2월, Development of capillarity driven liquid manipulation systems through understanding the physics in nature를 주제로 박사학위를 받았다. 그후 성균관대학교 박사후 연구원으로 8개월동안 roll-to-roll gravure 인쇄결과에 잉크의 점성특성이 미치는 영향에 대한 연구를 진행하였으며 한국과학기술연구원(KIST)에서 박사후 연구원으로 10개월동안 나노 채널에서의 DNA거동 및 모세관력을 이용한 membrane filtration에 대한 연구를 진행하였다. 그리고 현재 University of Pennsylvania에서 박사후 연구원으로 Liquid crystal을 이용한 기능성 섬유제작 및 인공지능/머신러닝을 활용한 실험자동화 기법에 대한 연구를 수행하고 있다. 이민기 박사는 총 12편의 SCI논문을 발표하였으며 대한기계학회 바이오공학부문 우수학위논문상, 한국유체공학회 우수논문상, 대한기계학회 바이오공학부문 우수논문상 그리고 한국가시화정보학회 우수논문상 등을 수상하였다. 최근에는 Enhanced Liquid Transport on a Highly Scalable, Cost‐Effective, and Flexible 3D Topological Liquid Capillary Diode를 주제로 Advanced Functional Materials(IF:19.924)에 제1저자로 논문을 게재했다. 이 박사는 "유체역학 기반의 외부에너지를 사용하지 않는 지속 가능한 무동력 장치의 핵심 요소 개발 및 인공지능/머신러닝을 이용한 자동화 실험 시스템을 구축하여 기능성 물질 최적화에 대한 연구를 심도 있게 할 수 있도록 노력하겠다"라고 포부를 밝혔다. ▶연구실 취업현황 Ali Turab Jafry 교수: Ghulam Ishaq Khan Institute Muhammad Salman Abbasi 교수: University of Engineering and Technology, Lahore 임호섭 박사: 한국기계연구원 이천지, 김도형 박사: LG화학
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- 작성일 2023-10-11
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- 화학공학/고분자공학부 방석호 교수 연구팀, 반려동물 근감소증 치료제 개발사업 참여
- 화학공학/고분자공학부 방석호 교수 연구팀, 반려동물 근감소증 치료제 개발사업 참여 ▲ 대웅펫이 반려동물 근감소증 치료제 개발사업에 참여한다. 문재봉 대웅펫 대표(왼쪽에서 둘째)가 라트바이오·KIST·성균관대 관계자들과 함께 신약개발 협약식을 맺은 뒤 기념사진을 찍고 있다. <대웅펫> 대웅제약그룹 계열사 대웅펫이 반려동물을 위한 신약개발 프로젝트에 참여한다. 대웅펫은 16일 라트바이오, 한국과학기술연구원(KIST), 성균관대학교와 ‘반려동물 근감소증 치료를 위한 세포추출(유전자) 유래물질 서방형 복합제제 개발’ 협약식을 진행했다고 밝혔다. 협약식에는 문재봉 대웅펫 대표, 장구 라트바이오 대표, 정윤기 KIST 생체재료연구센터 책임연구원, 방석호 성균관대 화학공학·고분자공학부 교수 등 주요 관계자들이 참석했다. 반려동물 근감소증 치료제 개발사업은 산업통상자원부 국가정책과제로 선정된 사업으로 연구개발이 25억 원이 지원된다. 근감소증은 근육 양과 근육 기능이 감소하는 증상이다. 일상생활의 불편함과 만성질환의 원인이 되지만 아직 마땅한 치료제가 없다. 대웅펫, 라트바이오, KIST, 성균관대는 이번 협약을 통해 2025년까지 반려동물 근감소증 치료제 후보물질을 개발하고 2026년부터 2029년까지 신약개발을 완료해 생산, 판매 등 사업화에 들어간다는 목표를 세웠다. 라트바이오는 주관연구개발기관으로서 유전자가위 기술을 활용해 근감소증에 효과를 보이는 신규 재조합 단백질을 개발하고 최종 후보 물질을 선별한다. 대웅펫, KIST, 성균관대학교는 공동연구개발기관으로 협업한다. 대웅펫은 비임상 독성 시험 자문을 지원하며 후보물질의 비임상 유효성 시험을 수행한다. KIST와 성균관대는 각각 반려동물 근감소증 치료용 약물 전달체 개발과 약물 전달체 성능 검증을 위한 비임상 연구실험을 진행한다. 2026년부터 2029년까지는 대웅펫이 반려동물 근감소증 신약개발과 사업화를 주도한다. 이를 위해 리트바이오와 기술이전 계약을 맺고 신약개발을 위한 임상을 추진한다. 이후 신약 품목허가뿐 아니라 생산, 판매까지 모든 과정을 총괄하기로 했다. 문재봉 대표는 “반려동물 근감소증 치료제는 반려동물의 삶의 질 향상에 반드시 필요하다”며 “개발 과정에서 획득한 안전성과 유효성 시험 결과물은 추후 사람용 근감소증 치료제 개발을 위한 중개연구 자료로 활용 가능한 만큼 중요성이 높은 사업이다”고 말했다.
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- 작성일 2023-10-11
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- 그린수소로 향하는 첫걸음...신소재공학부 황동목 교수 연구팀, ‘고내구성 수소촉매’ 개발
- 그린수소로 향하는 첫걸음... 신소재공학부 황동목 교수 연구팀, ‘고내구성 수소촉매’ 개발 - 자기조립된 루테늄 기반 고성능 고내구성 신개념 수소촉매 개발 ▲ (윗줄 왼쪽부터) 성균관대 신소재공학부 황동목 교수, KIST 수소연료전지연구센터 유성종 박사, 충남대 정남기 교수 (아랫줄 왼쪽부터) 노스웨스턴대학교 Joseph T. Hupp 교수, 노스웨스턴대학교 김만수 박사후연구원, 성균관대 신소재공학부 박종환 박사과정생 신소재공학부 황동목 교수(교신저자) 연구팀은 한국과학기술연구원(KIST) 수소연료전지연구센터 유성종 박사(공동 교신저자), 충남대학교 에너지과학기술대학원 정남기 교수(공동 교신저자) 그리고 미국 노스웨스턴대학교 화학과 Joseph T. Hupp 교수(공동 교신저자)와의 국제 공동연구를 통해 극한의 조건에서도 매우 안정적으로 작동하는 저비용 물질 기반의 수소생산 촉매를 개발했다고 23일 밝혔다. 연료전지 구동에 필요한 핵심 연료인 수소를 생산하는데 귀금속 촉매인 백금이 주로 사용되고 있으나 값비싼 비용 때문에 이를 대체하거나 사용량을 줄이기 위한 연구가 주목받고 있다. 가장 현실적인 대안으로 루테늄 촉매가 자주 거론되고 있으며, 이의 사용량을 낮추기 위해 입자의 크기를 원자 규모로 줄이기 위한 시도가 이어지고 있으나 극도로 작은 크기의 원자들이 화학적으로 매우 불안정하여 실질적인 수소 촉매 활용에 큰 한계로 지적되어왔다. 이번 연구에서는 매우 규칙적인 3차원 구조를 이루는 금속유기구조체(metal-organic framework, MOF)를 전구체로 활용하여 특정한 고온 열처리 조건에서 원자 상호 간 강한 결합력으로 재조립된 단일원자 형태의 루테늄 기반 고내구성 수소생산 촉매가 새롭게 제안되었다. 제시된 단일원자 형태의 루테늄 촉매는 화학적 강한 내성을 갖는 지르코늄 산화물 지지체 위에 원리적으로 ‘강한 상호작용’으로 결합되어, 전례 없는 3만 회의 사이클 전위 안정성 테스트에서 초기 성능대비 아주 작은 성능 감소만 나타났다. 또한, 이번 연구결과에서 처음으로 제시된 고전위 유도 산화법에서도 안정적으로 루테늄 단일원자들이 존재하는 것을 확인하였다. 황동목 교수는 “이번에 제시된 신개념 수소생산 촉매는 높은 안정성뿐만 아니라 촉매 활성도 매우 우수하며, 이는 기존 백금 대비 5배 이상의 성능으로 실질적인 수소생산을 위한 큰 전환점이 될 것”이라며 “원자규모의 재조립되는 새로운 촉매제작 방식은 연료전지 및 암모니아 응용 연구 등으로 확장될 수 있을 것”이라고 설명했다. 한편, 해당 연구는 노스웨스턴대학교 김만수 박사(제1저자, 성균관대 박사졸업)와 성균관대학교 박종환 학생(제3저자, 박사과정)이 참여했으며, 재료 분야 국제학술지 Advanced Functional Materials(IF: 19.9, 재료 분야 상위 5%)에 표지논문으로 선정되었다. ※ 논문명: Reconstructing Oxygen-Deficient Zirconia with Ruthenium Catalyst on Atomic-Scale Interfaces toward Hydrogen Production
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- 작성일 2023-10-11
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- 박재형 교수, 2023년 과기정통부 기초연구사업 '리더연구' 신규과제 선정
- 박재형 교수, 2023년 과기정통부 기초연구사업 '리더연구' 신규과제 선정 세계 최고 수준의 기초연구 역량을 확보하기 위한 대표 기초연구사업인 리더연구와 선도연구센터 신규과제 선정 결과가 발표됐다. 과학기술정보통신부는 15일 정부세종청사에서 브리핑을 열고 2023년도 리더연구 7개 과제와 선도연구센터 25개 과제를 신규로 선정했다고 밝혔다. 기초연구는 장기간에 걸쳐 다양한 분야에 응용할 수 있는 과학적 기초를 제공하기 위한 연구를 의미한다. 올해 기초연구사업에는 총 5183개 과제가 들어왔고, 다양한 평가를 거쳐 총 1120개를 신규 과제로 선정했다. 올해에만 연구비로 1221억원이 지원되는 대규모 연구 지원 사업이다. 기초연구사업 가운데 가장 관심을 모으는 건 리더연구다. 리더연구는 국내 최고 수준의 기초연구자를 지원하기 위한 사업으로 과제당 72억원 내외의 연구비가 지원된다. 매년 8억원씩 9년 동안 지원이 되는 사업으로 1997년 사업이 시작된 이래 259명에게 1조2000억원이 지원됐다. 리더연구 사업은 원천기술 확보, 기술 창업 등 다양한 성과를 내고 있다. 김덕수 한양대 교수는 분자 구조 분석 및 인공지능 기반 분자 설계 연구를 수행하던 중에 이를 응용하는 기술을 찾아 미 공군으로부터 33만달러에 달하는 추가 연구비를 수주하기도 했다. 지금은 위성의 충돌위험을 예측하는 스타트업 ‘스페이스 맵’을 설립했다. 서울대 권성훈 교수는 질병 발병 전 대응으로 건강관리의 패러다임을 바꾸는 차세대 건강관리 체계 구축 연구를 하고 있고, 인간의 세포분화와 발생과정 규명(KAIST 주영석 교수), 뇌에서 기억이 저장되는 장소 발견(서울대 강봉균 교수), 노벨상 수상자가 예측한 액체금속의 전자 구조 발견(고려대 김근수 교수) 등 다양한 연구가 리더연구를 통해 진행됐다. 올해는 7명이 리더연구에 새로 선정됐다. 이광열 고려대 교수는 다성분 나노입장 구조론 연구로 리더연구에 선정됐고, 서성배 한국과학기술원(KAIST) 교수는 내부 나트륨 센싱 기작과 장 마이크로바이옴과의 연관성 이해라는 주제를 제시해 선정됐다. 조은경 충남대 교수는 자가포식-면역대사 연결고리 해석을 통한 감염 제어 연구, 한창수 고려대 교수는 체성감각 및 인지 시스템의 분자레벨 공학적 모사, 전석우 고려대 교수는 그래핀 양자점 초분자 구조 기반 초형광 광전자 소재 및 소자 연구단으로 선정됐다. 정보통신기술(ICT) 융합 분야에서도 2개의 과제가 선정됐다. 황성주 KAIST 교수는 일반화 가능한 스스로 진화하는 생성모델 기반 자동화 인공지능 프레임워크를, 박재형 성균관대 교수는 초음파역동 암 면역치료를 위한 면역원성 세포사멸 유도 나노감각제 개발을 연구 과제로 제안해 선정됐다. 선도연구센터는 25개 과제가 새로 선정됐다. 선도연구센터에 지원된 예산은 1990년부터 지금까지 2조9148억원에 이른다. 선도연구센터 지원을 통해 배출된 석·박사 인력이 4만2000여명에 달한다. 과기정통부는 리더연구와 선도연구센터 외에도 국가전략기술 분야 우수한 박사후연구자의 국외연수를 지원하는 세종과학펠로우십 국외연수트랙의 50개 과제를 새로 선정했다. 과기정통부 관계자는 “기초연구는 새로운 지식 창출과 창의적 인력 양성을 통해 국가 경쟁력의 원천인 과학적 기초를 제공하고, 장기간에 걸쳐 다양한 분야에 응용되며 신산업 창출 및 국민 삶의 질 향상에 기여하고 있다”며 “장기적 관점에서 정부가 기초연구에 꾸준히 투자하고 세계 최고 수준의 기초연구 강국이 될 수 있도록 지원해 나갈 계획”이라고 말했다.
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- 작성일 2023-10-11
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- 기계공학부 백승현 교수 연구팀, 재사용 가능한 상변화물질 기반 고성능 열계면소재 개발
- 기계공학부 백승현 교수 연구팀, 재사용 가능한 상변화물질 기반 고성능 열계면소재 개발 - 전자장비, 전자소자, 기계장비 등의 냉각 및 방열에 활용 기대 기계공학부 백승현 교수 연구팀이 재사용 가능한 상변화물질 기반 고성능 열계면소재를 개발했다고 밝혔다. 연구팀은 고분자 기지와 상변화물질의 화학적 기능화를 통해 기존 상변화물질의 한계로 지적되어 왔던 새는(leaking) 문제를 해결함과 동시에 손상 후 치유가 가능한 고열전도도 저열저항 열계면소재를 개발하는 데 성공하였다. 이번 연구에는 샤바스 아함메드(박사과정)과 김태훈 박사가 공동1저자로 참여하였다. 열계면소재는 열을 발생시키는 소자와 열을 외부로 방출하는 히트싱크 사이의 틈을 메움으로써 발열소자를 효과적으로 냉각시키는 역할을 한다. 상변화물질 기반 열계면소재는 비교적 낮은 온도에서 고체에서 액체로 상태가 변화하기 때문에, 효율적으로 틈을 메울 수 있게 된다. 하지만 상변화로 인한 새는 문제(leaking)와 비교적 낮은 열전도도가 한계로 지적되어 왔다. 연구팀은 상변화물질과 고분자의 기능화를 통해서 새는 문제를 해결하고, 수소 결합을 통해 손상 후 치유하여, 재사용 가능한 열계면소재를 개발하였다. 또한, 은입자와 기능화된 탄소나노튜브를 이용하여 높은 열전도도와 낮은 열저항을 달성하였다. 또한 컴퓨터에 실장 테스트를 진행하여, 기존 상변화물질 기반 열계면소재 대비 우수한 방열 성능과 재사용성을 확인하였다. 개발된 상변화물질 기반 열계면소재는 우수한 방열 성능과 재사용 가능한 특성을 나타내고 있어 △전자장비 △전자소자 △기계장비의 냉각 및 방열에 활용이 기대된다. 또한, 열계면소재 재사용은 전자부품 폐기물 감소에 긍정적인 효과가 있을 것으로 예상된다. 연구팀의 이번 연구는 과학기술정보통신부 한국연구재단 중견연구자지원사업, 나노및소재기술개발사업 미래기술연구실 및 교육부 대학중점연구소지원사업으로 수행되었다. 연구결과는 과학기술분야 세계적인 학술지인 어드밴스드 머티리얼즈(Advanced Materials)에 6월 10일(토) 온라인 게재됐다. ▲ 손상 후 치유 가능한 열계면소재 이미지 ※ 논문명: Covalently Functionalized Leakage-Free Healable Phase-Change Interface Materials with Extraordinary High-Thermal Conductivity and Low-Thermal Resistance, Shabas Ahammed Abdul Jaleel (공동1저자), 김태훈 (공동1저자), 백승현 (교신저자), Advanced Materials, 2300956. ※ DOI: https://doi.org/10.1002/adma.202300956 ○ 관련 언론보도 - 성대 백승현 교수 연구팀, 재사용 가능한 고성능 열계면소재 개발 <파이낸셜뉴스, 2023.06.16.> - 백승현 성균관대 교수, ‘재사용 가능’ 상변화물질 기반 고성능 열계면소재 개발 <메트로신문, 2023.06.16.> - 성균관대 기계공학부 백승현 교수 연구팀, 재사용 가능한 상변화물질 기반 고성능 열계면소재 개발 <교수신문, 2023.06.16.> - 성균관대 백승현 교수팀, 재사용 가능한 상변화물질 기반 고성능 열계면소재 개발 <에너지경제, 2023.06.16.>
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- 작성일 2023-10-11
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- 윤원섭 교수, 유필진 교수 공동연구팀, 수소 생산 효율 높인 음이온 교환막 촉매 개발
- 윤원섭 교수, 유필진 교수 공동연구팀, 수소 생산 효율 높인 음이온 교환막 촉매 개발 이산화탄소 배출이 없는 ‘그린 수소’를 효율적으로 빨리 생산할 수 있는 비백금계 음이온 교환막 촉매를 국내 연구진이 개발했다. 한국과학기술연구원(KIST)은 이성수 물질구조제어연구센터 선임연구원과 윤원섭 성균관대 에너지과학과 교수, 유필진 성균관대 화학공학·고분자공학부 교수 공동연구팀이 산소 발생 반응성능을 높인 촉매 계면 제어기술을 개발했다고 8일 밝혔다. 수소는 청정 에너지원으로 평가받지만, 현재는 화석연료를 사용해 생산하기 때문에 탄소가 배출된다. 탄소 배출이 없는 그린 수소를 생산법으로는 물을 전기로 분해해 수소와 산소를 생성하는 수전해 방식이 개발되고 있다. 하지만 물을 분해하는 촉매의 구조 제어기술 연구가 부족해 생산비와 효율이 떨어진다는 문제가 있다. 연구팀은 기상 반응을 제어해 고산화수 원자를 갖는 촉매 구조를 얻기 위해 기체 투과도가 낮은 흑연 탄소 껍질로 둘러싸인 금속 나노입자를 합성했다. 기상 반응은 기체 상태로 진행되는 화학 반응을 의미하는데, 입자 간 충돌 빈도와 에너지를 제어하기 어려워 반응 속도와 선택성을 조절하는 데 한계가 있었다. 연구팀이 개발한 촉매는 기체 투과도가 낮아 물질의 확산 속도가 경계면에서 다르게 나타나는 ‘커켄달 효과’가 제한적으로 발생했다. 산소 발생 성능이 좋은 철 원자는 기상 반응에서 반응성을 제어하기 어려웠는데, 새로 개발한 촉매 계면에서는 철 원자가 높은 산화수를 가지는 구조를 보였다. 새로 개발한 촉매는 최근 주목 받는 비백금계 음이온 교환막 수전해 장치에 적용됐다. 이 장치는 기존 음이온 교환막 수전해 기술에 적용되는 비백금계 촉매보다 고전류밀도 성능이 1.5배 높다는 게 연구팀의 설명이다. 이성수 선임연구원은 “그린 수소의 운전 비용과 에너지 효율을 획기적으로 개선해 향후 대형 수소 기반 발전소, 선박, 트럭 등 신규 수소산업을 형성할 것으로 기대된다”고 밝혔다. 이번 연구는 과학기술정보통신부의 미래소재디스커버리사업과 집단연구지원사업, 개인기초연구, 세종과학펠로우십, KIST 주요사업의 지원을 받았다. 연구 성과는 국제학술지 ‘어플라이드 카탈리시스 B: 엔바이론멘탈(Applied Catalysis B: Environmental)’에 게재됐다. Applied Catalysis B: Environmental, DOI: https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2023.122816
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- 작성일 2023-07-10
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- 기계공학부 최덕현 교수 국제 공동연구팀, 마찰전기 분야 10년간의 논문 집대성한 메가 리뷰 논문 게재
- 기계공학부 최덕현 교수 국제 공동연구팀, 마찰전기 분야 10년간의 논문 집대성한 메가 리뷰 논문 게재 - 국제학술지 ACS Nano 보조 표지논문으로 선정 - 관련 분야 전 세계 석학들과 공동연구 ▲ (왼쪽부터) 기계공학부 최덕현 교수, 신소재공학부 백정민 교수, 조지아공과대 신소재공학부 Zhong Lin Wang 교수 기계공학부 최덕현 교수 연구팀은 마찰전기(Triboelectric nanogenerators) 분야에서 지난 10년간의 연구성과를 분석하여 마찰전기의 잠재력을 조명하고 상용화를 앞당기기 위한 향후 10년의 연구 방향을 제시한 메가 리뷰 논문을 세계적인 저명 학술지 ACS Nano(IF: 18.027 JCI 상위 3.74%)에 게재했다고 7일 밝혔다. '마찰전기'는 미래 기후 변화와 에너지 관련 환경 문제를 대비하기 위해 ‘정전기’를 이용하여 에너지를 수집하는 기술이다. 마찰전기는 2012년 처음 보고된 이래 지난 10년간 버려지는 기계적인 에너지를 전기적인 에너지로 변환하기 위한 매개로써 이와 관련된 활발한 연구가 진행되고 있다. 연구팀은 지난 10년간 보고된 800편 이상의 기존 연구를 분석해 마찰전기 분야의 역사와 이론부터 응용 사례 및 연구 방향 등을 제시하며 해당 분야 연구를 한 편의 논문에 집대성하였다. 특히 이론, 소재, 디바이스, 시스템, 회로, 응용 등을 세분화하여 분석하고 연구 방향을 담은 로드맵을 제시하였다. 또한 기존 연구에서의 이슈들을 정의하고 상용화를 앞당기기 위한 특화 기술에 대해 논의하여 최적의 응용방안을 소개하는 등 연구 동향과 전망을 제시하였다. 마찰전기 분야를 개척한 Zhong Lin Wang 교수는 "마찰 전기 분야는 다양한 기술과 산업에 전 세계적으로 영향을 끼치고 있으며 현재 12,000명 이상의 과학자들이 83개국에 분산되어 연구가 진행되고 있다"고 말하며 "이번 메가 리뷰는 △웨어러블 전자 장치 △인간-기계 인터페이스 △사물 인터넷 △로봇 공학 △의학 △환경 보호 및 보안 분야에서 광범위하게 응용될 마찰전기 분야에 대한 가장 완전한 최신 리뷰를 제공한다"라고 밝혔다. 성균관대 최덕현 교수는 "이번 연구를 통해 전 세계 석학들과 마찰전기의 상용화를 위해 논의하는 과정에서 한국이 그 중심에 있다는 것을 확인할 수 있었다"며 "앞으로도 해당 분야의 석학들과 힘을 합쳐 마찰전기가 인류의 발전에 기여할 수 있도록 노력하겠다"고 밝혔다. 이번 논문은 과학기술정보통신부와 한국연구재단, 산업통상자원부, 대만 국가과학기술위원회의 지원으로 수행되었으며 국제학술지 ACS Nano에 지난 5월 23일(화)에 온라인 게재되어 보조 표지 논문 및 주목해야할 논문으로 선정되었다. 이번 연구는 기계공학부 최덕현 교수 연구팀에서 이끌었으며 신소재공학부 백정민 교수와 노벨물리학상 후보로 거론되는 조지아공과대 Zhong Lin Wang 교수가 공동교신저자로, 경희대학교 기계공학과 최동휘 교수, 가천대학교 기계공학과 이영훈 교수 및 국립대만대학교 Zong-Hong Lin 교수가 공동제1저자로 이름을 올렸다. 아울러 마찰전기 분야를 선도하는 전 세계 80여 명의 석학들과 공동으로 수행되었다. ※ 논문명: Recent Advances in Triboelectric Nanogenerators: From Technological Progress to Commercial Applications ※ DOI: https://doi.org/10.1021/acsnano.2c12458 ※ 저자명: 최덕현, 백정민, 종린 왕(교신저자), 최동휘, 이영훈, 종홍 린(제1저자), 69명의 공동저자
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- 작성일 2023-07-10
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