박별리 교수 연구팀, 광음향 영상 기반 하드웨어 보안 소자 기술 개발

박별리 교수 연구팀, 광음향 영상 기반 하드웨어 보안 소자 기술 개발 - 웨어러블 보안·차세대 인증 플랫폼 응용 기대 - 빛과 소리를 결합한 물리적 복제방지 기술로 AI 기반 공격도 방어 생명물리학과 박별리 교수 연구팀이 한양대학교 유호천 교수 연구팀과 공동으로 광음향(Photoacoustic) 영상 기술을 기반으로 한 새로운 보안 소자 ‘광음향 기반 물리적 복제방지장치(Photoacoustic Physically Unclonable Function, PA-PUF)’를 개발했다고 밝혔다. PUF(Physically Unclonable Function)는 재료 및 제조 공정에서 발생하는 무작위적 불균일성을 활용해 복제가 불가능한 고유 암호 키를 생성하는 기술로, 차세대 하드웨어 보안의 핵심 요소다. 그러나 기존 전자식 PUF는 복잡한 전극 기반 구조와 대면적 적용의 한계, 인공지능 기반 공격에 취약한 문제가 있었다. 박 교수 연구팀은 이러한 한계를 극복하기 위해 CuO와 SnO₂ 나노입자를 혼합한 나노복합체에 펄스 레이저를 조사하여 생성되는 광음향 신호를 고유 암호 키로 변환하는 방식을 제안했다. 광음향 영상은 짧은 빛 펄스가 물질에 흡수되며 발생하는 초음파 신호를 영상화한 기술로, 높은 해상도와 빠른 속도로 물질의 광학 특성을 정밀하게 분석할 수 있다. ▲ (a) 광음향 효과를 이용한 PUF 소자. (b) 나노입자 복합체의 주사전자 현미경 이미지 및 성분 분포. (c) 나노복합체 표면에서의 무작위 광음향 신호 패턴 형성 및 측정 과정 모식도. (d) 광음향 신호로부터 구성된 보안 패턴. (e) 유연 PA-PUF 라벨 및 다양한 표면에서의 부착 활용 예시 연구팀은 해당 기술을 통해 초당 약 10⁴ pixels의 속도로 3×3㎟ 대면적에서 고해상도 광음향 영상을 획득하고, 이를 기반으로 250×250 크기의 고밀도 암호 키를 생성하였다. 특히, 전극이나 회로 없이도 곡면, 유연 기판, 심지어 피부 위에서도 안정적으로 동작하는 보안 소자를 구현함으로써 웨어러블 보안 기술의 새로운 가능성을 제시했다. 성능 측면에서도 10개의 소자에서 이상적인 비트 균일도, 기기간 해밍거리, 엔트로피 등 보안 지표를 모두 충족했으며, 로지스틱 회귀, SVM, CNN 등 AI 기반 머신러닝 공격에 대해서도 높은 저항성을 확인했다. 손등에 소자를 부착한 상태에서도 체온 변화, 움직임, 환경 소음 등 다양한 조건에서도 95% 이상의 일치도를 유지하며 작동하는 것을 실험적으로 입증하였다. 박별리 교수는 “이번 연구는 광음향 영상기술을 PUF에 처음 도입한 사례로, 보안 기술의 새로운 패러다임을 연다는 점에서 의미가 크다”고 밝혔다. 공동연구자인 유호천 교수는 “빛을 소리로 바꾸는 물리적 경로를 기반으로 유연하고 착용 가능한 차세대 보안 플랫폼을 구현한 최초의 성과”라며, “향후 웨어러블 인증, IoT 보안 등 다양한 분야로의 확장이 기대된다”고 말했다. 이 연구는 과학기술정보통신부, 한국연구재단, BK21 FOUR 사업의 지원을 받아 수행되었으며, 국제 학술지 Nature Communications에 2025년 8월 8일자로 게재되었다.

생명과학과 이상호 교수 연구팀, 식물 세포의 창고인 ‘액포’ 조절을 통한 지구온난화 대처 방안 제시

생명과학과 이상호 교수 연구팀, 식물 세포의 창고인 ‘액포’ 조절을 통한 지구온난화 대처 방안 제시 - 식물 액포 ALMT9 채널의 지질 결합 구조 및 활성화 과정 규명 - 기후 적응력과 과일 품질 향상 등 다양한 응용 연구에 활용 기대 ▲(왼쪽부터) 생명과학과 이상호 교수, 이영목 박사, 정서연 대학원생 식물 세포의 액포는 다양한 물질을 보관하고 분배하는 창고와 같은 역할을 하는 세포소기관이다. ALMT9 음이온 채널은 여러 음이온이 드나드는 출입문 역할을 하여 액포 내 음이온의 저장을 돕는 것으로 알려져 있다. 이러한 기능을 통해 ALMT9은 기공 조절*, 과일의 맛과 향 등 식물의 주요 생리적 현상 조절에 중요한 역할을 담당한다. 기공 조절은 식물의 가뭄 저항성을 증진시켜서 온난화에 대처할 수 있게 해 준다. * 기공 조절: 기공은 주로 식물의 잎 뒷면에 존재하는 작은 구멍으로, 광합성에 필요한 이산화탄소가 들어오고 광합성에 의해 만들어진 산소와 뿌리에서 올라온 물이 나가게 한다. 기공 조절을 통해 지구온난화에 대처할 수 있다. 생명과학과 이상호 교수 연구진(제1저자 이영목 박사, 공동저자 정서연 대학원생)은 식물 세포 속 작은 창고인 ‘액포’가 지질에 의해 어떻게 조절되는지 새로운 단서를 발견하였다. 연구진은 단백질의 구조를 볼 수 있는 초저온 전자현미경법(cryo-EM)을 통해 식물 액포에서 작용하는 ALMT9 음이온 채널의 구조와 작동 방식을 밝혔다. 해당 연구는 프랑스 몽펠리에대학교의 Alexis De Angeli 교수 연구진과 성균관대학교 물리학과 유제중 교수 연구진, 한국기초과학지원연구원의 황금숙 박사 연구진과의 공동 연구를 통해 이루어졌다. ▲ 다양한 지질이 결합된 형태로 규명된 ALMT9 음이온 채널 구조 연구진은 지질이 ALMT9 음이온 채널의 기능 조절에 중요하다는 사실을 발견하였다. 이번 연구로 지질과 액포 조절 사이의 새로운 연결고리가 밝혀졌으며, 이를 바탕으로 다양한 후속 연구로의 발전이 기대된다. 궁극적으로 지질의 역할에 대한 재해석을 통해서 기후온난화에 대응할 수 있는 새로운 전략을 발굴하고 과일 품질 향상 등의 산업적 응용을 위한 중요한 토대를 마련한 것으로 평가된다. 이상호 교수는 “이번 연구를 통해 미스터리였던 지질의 기능을 규명하게 되었다”며 “이를 토대로 지질의 역할에 대한 이해가 깊어지고 이를 토대로 지구온난화 대응 및 농업 생산성 증진에 기여할 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. 연구 성과는 중견연구지원사업 및 바이오·의료기술개발사업의 지원을 받아 도출되었으며 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications, IF: 14.7)’에 2월 20일 온라인 게재되었다. ※ 논문명: Structural basis for malate-driven, pore lipid-regulated activation of the Arabidopsis vacuolar anion channel ALMT9 ※ DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-025-56940-5 ※ 저자: 이영목 박사 (제1저자), 유재민, 정서연, 유제중 교수(성균관대 물리학과), 이상호 교수 (교신저자, 성균관대학교 생명과학과)

화학과 이원화 교수 공동연구팀, 중증 ARDS 초기 대응 폐 표적 나노리포좀 개발

화학과 이원화 교수 공동연구팀, 중증 ARDS 초기 대응 폐 표적 나노리포좀 개발 - 호중구 세포외 덫(NETs) 억제 및 항염증 효과로 중증 진행 예방 가능 우리 대학 화학과 이원화 교수 연구팀은 융합생명공학과 박우람 교수 연구팀, 영남대학교 병원 홍경수 교수 연구팀과의 공동연구를 통해 급성 호흡곤란 증후군(ARDS)에 효과적인 새로운 폐 표적 나노리포좀 기반 치료법을 개발했다고 발표했다. 연구팀은 양이온성 지질(DDAB)을 이용한 폐 표적 나노리포좀 구조에 호중구 엘라스타제(NE) 억제제(sivelestat)와 호중구 세포외 덫 (NETs)을 분해하는 효소(DNase-1)을 도입하여 신규 폐 표적 나노리포좀을 개발했다. * ARDS: Acute respiratory distress syndrome, DDAB: Didodecyldimethylammonium bromide, NE: Neutrophil elastase, NET: Neutrophil extracellular trap 고위험 환자의 경우 코로나바이러스와 같은 중증 호흡기 질환에 감염되었을 때 ARDS로 진행될 가능성이 높으며, 이는 불량한 예후와 높은 사망률로 이어진다. 이원화 교수 연구팀은 중증 ARDS 초기 단계에서 발생하는 호중구의 과도한 면역 반응을 조절하기 위해, 호중구 세포외 덫 (NETs) 생성 및 분비된 NET과 그로 인한 염증 반응을 억제할 수 있는 나노리포좀을 개발했다. 연구팀은 급성 폐손상 동물 모델에서 나노리포좀이 폐 조직에 선택적으로 축적되며 투여 후 24시간까지 유지되는 것을 확인했다. 나노리포좀을 구성하는 약물의 단독 투여 대비 NETosis 지표 및 염증성 사이토카인 감소에 더욱 유의미한 효과를 보였으며, 전체적인 사망률을 감소시키는 결과를 확인했다. 또한 호흡기 기능 평가를 통해 나노리포좀 투여가 급성 폐손상에 의한 호흡 부전과 폐 섬유화의 진행을 완화시키는 효과를 확인했다. 아울러 연구팀은 나노리포좀이 중증 코로나19 환자의 혈액 검체에서 NETosis 지표 및 염증성 사이토카인을 감소시키는 효과를 확인하여, 이 치료법의 임상 적용 가능성을 입증했다, 이는 기존의 스테로이드 기반 항염증제 및 기관지 확장제 등의 대증 치료에 의존하던 ARDS 치료에 새로운 접근법으로 사용될 수 있을 것으로 기대된다. 이원화 교수는 “난치성 호흡기 질환은 현재 악화를 억제하는 약물만 FDA 승인 받았고, 원천적인 치료가 어려운 상황에 중증 환자의 경우 치료제가 없는 실정이기 때문에 새로운 치료제 개발이 시급하다. 이번 연구를 통해 효과적인 복합치료 효과를 검증했고, 향후 임상적 효과와 기전을 규명할 것이다”라고 설명했다.

권대혁 교수 공동연구팀, 지질나노입자 표적 전달 기술 개발

권대혁 교수 공동연구팀, 지질나노입자 표적 전달 기술 개발 - 빠르고 간편한 항체 부착 기술로 mRNA의 표적 전달 연구 돌파구 - 유전자 및 세포 치료제 연구 및 신약 개발 가능성 확대 ▲(왼쪽부터) 권대혁 교수, 박원범 박사, 한국과학기술연구원 양유수 박사, 최지웅 박사 융합생명공학과 권대혁 교수 연구팀이 한국과학기술연구원 양유수 박사, 바이오 기업 엠브릭스㈜와 공동으로 mRNA를 특정 세포에 효과적으로 전달할 수 있는 혁신적인 기술을 개발했다. 이번 연구는 차세대 유전자 치료와 항암 치료의 발전을 앞당길 핵심 기술로 주목받고 있다. mRNA를 세포에 전달하는 지질나노입자(LNP) 기술은 코로나19 백신으로 큰 성공을 거두었지만, 특정 세포에 정확히 전달하는 데 한계가 있었다. 이로 인해 활용 범위가 제한되며, 예상치 못한 부작용이 발생할 우려가 있었다. ▲[그림1] 지질나노입자에 빠르게 부착할 수 있는 그랩 항체 기술 이를 해결하기 위해 연구팀은 지질나노입자에 항체를 쉽고 빠르게 부착해 원하는 표적 세포로 정확히 전달할 수 있는 ‘그랩 항체 기술’을 개발했다.(그림 1) 이 기술을 활용하면 기존보다 암 표적률이 8배 이상 증가하고, p53 유전자 기반 항암 치료 효과도 크게 향상된다. 또한, mRNA를 보다 효율적으로 표적 세포에 전달할 수 있어 정밀 의약 개발에 새로운 가능성을 열었다. 권대혁 교수는 “전달할 mRNA와 항체만 결정하면 나머지 과정은 표준화된 절차를 따르면 되도록 설계했으며, 이를 통해 그랩 항체 기술이 신약 개발의 혁신을 앞당길 수 있을 것”이라고 밝혔다. 본 연구 결과는 세계적인 국제학술지인 ACS Nano에 2월 5일 게재되었다. 본 연구는 한국연구재단의 지원으로 수행되었다. ※ 논문명: Apolipoprotein Fusion Enables Spontaneous Functionalization of mRNA Lipid Nanoparticles with Antibody for Targeted Cancer Therapy ※ 학술지: ACS Nano (IF: 15.8, JCR: 6.0%) ※ 논문 링크: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.4c16562