교원정보

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

‘조직 재생 필러’로 빠른 로봇 재활 가능성 열었다

‘조직 재생 필러’로 빠른 로봇 재활 가능성 열었다 - IBS 뇌과학 이미징 연구단, 손상된 근육‧신경 재생 돕는 주사형 조직 보형물 개발 - 심각한 근육‧신경 손상으로 걷지 못하던 쥐, 3일 만에 보행 … Nature 誌 게재 ▲ 왼쪽부터 신미경 교수, 손동희 교수, 진수빈 연구원, 최희원 연구원 근육이나 신경 손상 초기에 빠른 재생을 돕는 새로운 조직 보형물 소재가 개발됐다. IBS 뇌과학이미징연구단의 신미경 교수(글로벌바이오메디컬공학과)와 손동희 교수(전자전기공학부) 연구팀은 손상된 조직의 기능을 대체하는 주사 주입형 바이오 신소재를 개발했다. 더 나아가 이 소재를 기반으로 근육과 신경이 심하게 손상되어 걷지 못하던 동물모델에 적용해 빠른 조직 재생 및 재활 효과를 확인했다. 심각한 근육 손상 초기에 적절한 치료를 받지 못하면 만성적으로 근육이 기능적으로 결손되고, 이로 인한 장애가 유발될 수 있다. 근력 감소로 인한 환자 삶의 질 저하를 막으려면 근육의 정상적 회복을 촉진하는 동시에 움직임의 즉각적 회복을 돕는 재활 치료가 필요하다. 손상된 신경‧근육 회복에 있어 보행 보조 로봇 등 웨어러블 장치와 체내 이식형 소자가 통합된 ‘폐회로 보행 재활 기술’이 각광 받는다. 하지만 체외 장치와 체내 조직을 연결하기 위한 소자들의 크기가 커서 복잡하고 작은 손상된 조직 영역에 이식하기 어려웠다. 또한, 딱딱한 소자가 부드러운 조직에 지속적인 마찰을 일으켜 염증이 유발된다는 것도 문제였다. 즉, 기존 기술로는 단시간에 환자의 보행 재활을 기대하기는 어려웠다. 이러한 한계를 극복하기 위해 연구진은 생체조직처럼 부드러우면서도 조직에 잘 접착되고, 전기 저항이 작아 근육과 신경의 전기 신호를 잘 전달할 수 있는 새로운 소재 개발에 착수했다. 우선 연구진은 피부 미용용 필러로 쓰이는 히알루로산 소재를 기반으로 조직처럼 부드러운 하이드로젤 소재를 만들었다. 여기에 금 나노입자를 투입해 전기 저항을 낮췄다. 또한, 기계적 안정성을 높이기 위해 분자들이 자유롭게 재배열하게 제조하여 필러처럼 주사로 국소적 손상 부위에 주입할 수 있도록 했다. ▲ [그림1] 뇌과학이미징연구단에서 제시한 주사 주입형 조직 보철용 전도성 하이드로젤 소재를 통한 보행 재활 훈련 연구진은 손상된 근육과 신경에 제작한 보형물을 주사로 주입했을 때, 좁고 거친 손상 조직 표면에 보형물이 밀착 접촉됨을 확인했다. 나아가 보형물은 조직 손상 부위를 채워 건강한 조직에서 발생하는 전기생리학적 신호를 성공적으로 전달했다. 보형물 자체를 전극으로 사용하여 조직에 전기 자극을 가하거나, 조직으로부터 발생하는 신호를 계측할 수 있음을 확인한 것이다. 이어 연구진은 동물실험을 통해 빠른 근육 재생 및 재활 효과도 확인했다. 경골전방근육이 심하게 손상된 설치류 모델의 조직 손상 부위에 제작한 보형물을 주사하고, 말초신경에 전기 자극을 가할 수 있도록 인터페이싱 소자를 이식했다. 우선, 전도성 하이드로젤을 조직 손상 부위에 채우는 것만으로도 조직 재생이 개선됐다. 신경 전기 자극을 주었을 때 발생하는 근전도 신호를 계측하여 보행 보조 로봇을 작동, 소동물의 보행을 성공적으로 보조할 수 있었다. 더 나아가, 신경 자극을 따로 주지 않아도 전도성 하이드로젤의 조직 간 신호 전달 효과를 이용하면 로봇 보조를 통한 소동물의 보행 재활 훈련이 가능하다는 점도 확인했다. 조직이 손상되어 잘 걷지 못하던 실험 쥐는 단 3일 만에 로봇 보조를 통한 정상적 보행이 가능하게 되었다. ▲ [그림 2] 하이드로젤 조직 보철물 설계 및 작동원리 신미경 교수는 “신경근 회복을 위해 재활 훈련이 요구되는 심각한 근육 손상에 손쉽게 적용할 수 있는 주사 가능한 전기 전도성 연조직 보형물을 구현했다”며 “근육과 말초신경 뿐만 아니라 뇌, 심장 등 다양한 장기에 적용할 수 있는 조직 재생용 신물질로 활용 가능할 것”이라고 말했다. 손동희 교수는 “우리 연구진이 제시한 새로운 바이오 전자소자 플랫폼은 재활 치료가 어려운 신경근계 환자들의 재활 여건을 크게 개선할 수 있을 것”이라며 “전기생리학적 신호 계측 및 자극 성능을 활용하면 향후 인체 내 다양한 장기의 정밀 진단 및 치료까지 확대될 수 있다”고 말했다. ▲ [그림 3] 주사 가능한 조직 보철물 기반 보행 보조 실험 연구진은 다양한 손상 조직에 전도성 하이드로젤을 주사하여 회복 가능성을 확인하는 한편, 임상 수준에서 최소침습적인 재활 시술로 이어지기 위한 후속 연구를 진행 중이다. 연구 결과는 11월 2일 세계 최고 권위의 국제학술지 네이처(Nature, IF 64.8)에 게재되었다. ○ 관련 언론보도 - 근육 조직 재생하는 필러 주사 나왔다 <조선비즈, 2023.11.02.> - '손상 근육·신경 재생 필러'로 빠른 재활 가능성 열었다 <연합뉴스, 2023.11.02.> - 조직 손상돼 못 걷던 쥐, 3일 만에 걸었다…국내 연구진, 재생 돕는 새 보형물 개발 <헤럴드경제, 2023.11.02.> - IBS, 근육·신경 재생 돕는 '조직 재생 필러' 개발 <전자신문, 2023.11.02.> - 미용 필러 소재로 근육·신경 손상 환자 재활 돕는다 <이데일리, 2023.11.02.> - 미용 필러 소재로 신경 손상환자 재활 돕는다 <한국경제, 2023.11.02.>

2023-11-02

의학과 임세진 교수, GvHD를 유지시키는 신규TCF1 발현 CD8 T세포 발견

의학과 임세진 교수, GvHD를 유지시키는 신규TCF1 발현 CD8 T세포 발견 - 급성 GvHD 치료에 새로운 가능성 제시 의학과 임세진 교수 연구팀은 이종 조혈모세포 이식을 통한 급성 GvHD 유도 모델에서 T세포 반응을 유지하는데 핵심인 TCF1 발현 CD8 T세포군을 발표하였다. GvHD(Graft-versus-Host Disease, 이식편대 숙주질환)는 혈액줄기세포 이식 환자에게 발생하는 심각한 합병증 중 하나로, 공여자의 면역세포, 특히 T세포가 수여자의 조직을 외부 항원으로 인식하여 활성화되고 공격함으로써 발생한다. 이번 연구에서는 공여자의 면역세포 입장에서 수여자 항원의 계속적인 자극이 있다는 점에 착안하여, 만성 바이러스 감염, 종양 미세환경과 T세포 분화가 비슷할 것이라 가설을 세우고 비교 실험을 수행하였다. 동종(allogeneic) 이식을 통한 급성 GvHD 모델을 이용하여 연구한 결과, 공여자 유래 활성화된 T세포는 전사조절인자 TCF1을 발현하는 전구세포군과 Tim-3를 발현하는 효과세포군으로 구성되어 있음을 밝혔다. TCF1 발현 CD8 T세포는 세포융해능력은 없지만 항원 자극 후 독점적으로 증식할 수 있는 능력을 보유하고 있으며, 증식과 함께 세포융해능력을 가지고 있는 Tim-3 발현 효과 T세포로 분화함에 따라 GvHD 증상을 유지하는데 주요 역할을 함을 확인하였다. 또한 TCF1 발현 CD8 T세포군은 주로 비장에 존재하며 거주형 특성을 나타내었다. 더 나아가 이종(xenogeneic) 이식을 통한 급성 GvHD 모델을 이용하여 동일한 CD8 T세포 분화 이형성을 확인함으로써, 사람의 T세포도 동일한 방식으로 분화가 이루어짐을 증명하였다. 임세진 교수는 “이러한 동종 활성화 T세포의 이형성에 대한 발견은 급성 GvHD의 면역치료 전략 개발에 중요한 시사점을 제공할 수 있을 것으로 기대된다.”고 설명하였다. 이 연구결과는 한국연구재단 우수신진연구사업, 바이오의료기술개발사업 및 국립암센터 공익적암연구사업의 지원으로 수행되었으며 국제학술지 Nature Communications(IF: 17.694)에 지난 9월 22일에 게재되었다. ※ 논문명: Defining a TCF1-expressing progenitor allogeneic CD8+ T cell subset in acute graft-versus-host disease ※ 저널: Nature Communications(IF: 17.694) ※ 저자명: 임세진(교신저자), 이솔휘, 이건희(공동 제1저자)

2023-10-27