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박수형 교수, 간암 복합면역치료 적용 가능성 확인
〈 박 수 형 교수 〉
우리 대학 의과학대학원 박수형 교수와 서울아산병원 황신, 송기원 교수 공동연구팀이 간암 환자의 탈진(exhausted)된 종양 침투 면역세포 구성의 차이에 따른 간암 환자군을 구분하는 데 성공했다.
이번 연구를 통해 간암 환자의 새로운 면역치료법 적용 가능성을 확인함으로써 향후 맞춤 의학의 근거를 제시할 수 있는 기반이 될 것으로 기대된다.
특히 이번 연구는 서울아산병원 임상 연구팀과 KAIST 의과학대학원이 동물 모델이 아닌 임상을 통해 새 면역 항암 치료법을 위한 협업을 진행한 것으로 중개 연구(translational research)의 우수 모델로 평가받는다.
김형돈 박사과정이 1저자로 참여한 이번 연구는 국제 학술지 ‘소화기학(Gastroenterology)’ 12월 4일 자에 게재됐다.
암이 발생하면 인체는 암세포를 제거하기 위해 면역세포인 ‘T세포’를 활성화하는데, 종양은 T세포의 기능을 억제하기 위한 환경을 구성한다. 이때 침투한 T세포들은 ‘피디-1(PD-1)’ 단백질과 같은 면역 관문 수용체를 세포 표면에 발현하면서 활성이 저하되고 탈진된 상태가 된다.
‘PD-1 억제제’로 대표되는 면역 관문 억제제는 PD-1 신호에 의해 저하된 T세포의 활성을 회복시키는 역할을 한다. 암세포는 생존을 위해 면역세포로부터 몸을 숨기는데, 면역 관문 억제제는 암세포가 숨는 데 도움을 주는 PD-1, PD-L1의 작용을 차단함으로써 면역세포가 정상적으로 암세포를 공격할 수 있게 되는 것이다.
그러나 면역 관문 억제제는 약 2~30%의 환자에게만 효능이 있고 70% 이상의 환자에게는 효과가 없어 면역항암제의 치료 효능을 높이기 위한 연구가 계속되고 있다.
연구팀은 간암 환자의 탈진한 T세포 중에서 PD-1 단백질을 많이 발현하는 T세포가 그렇지 않은 T세포에 비해 면역세포의 기능이 더 많이 저하돼 있고, PD-1 이외의 다양한 면역 관문 수용체를 동시에 발현하는 것을 발견했다.
특히 간암 환자 중에서 약 절반 정도의 환자만이 PD-1을 많이 발현하는 탈진 T세포를 갖고 있으며, 이러한 환자들이 복합 면역 관문 억제제에 의해 T세포의 기능이 효과적으로 회복됨을 확인했다.
이번 결과를 통해 복합 면역 관문 억제제의 대상이 되는 환자군을 제시함으로써 효과적인 면역 치료를 효율적으로 적용하는 데 기여할 것으로 예상된다.
박 교수는 “이번에 새롭게 제시된 환자군은 현재 적용 중인 면역 관문 억제제 치료의 반응을 예측할 수 있는 바이오 마커로서 유용하게 활용될 수 있다”라며 “복합 면역 관문 억제제가 특정 환자에게만 효능이 있음을 제시해 맞춤 의학의 근거가 될 수 있다는 임상적 의의를 갖는다”라고 말했다.
이번 연구는 보건복지부 첨단의료기술개발 사업의 지원을 받아 수행됐다.
□ 그림 설명
그림1. PD-1 발현에 따른 각 세포군의 특징적인 유전자 발현 양상
그림2. PD-1을 과발현하는 세포군의 존재 유무에 따른 특징적인 두가지 환자군
2018.12.12
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KAIST의 성공적인 교육·연구프로그램, 아프리카 케냐에 수출
KAIST의 교육·연구 혁신모델이 통째로 케냐에 수출된다. 그간 중동이나 중국에 KAIST의 교육·연구관련 프로그램이 일부 수출된 적은 있지만 케냐와 같이 통째로 수출되는 건 이번이 처음이다.
KAIST(총장 신성철)는 케냐 교육과학기술부에서 발주하고 콘자 기술혁신도시(Konza Technopolis) 개발청이 시행하는 ‘케냐 과학기술원 건립 컨설팅 사업’의 우선협상대상자로 선정된 11월 초 이후 계속해 온 협상 끝에 케냐 정부와 지난 달 30일 최종 계약을 체결했다고 3일 밝혔다.
케냐 과학기술원 건립은 케냐 정부가 ‘아프리카 실리콘밸리’ 건설을 목표로 나이로비 인근에 조성 중인 콘자 기술혁신도시의 핵심 주력 사업이다. 이 사업은 우리나라 정부로부터 차관을 제공받아 총 사업비가 1,070억 원(약 9,500만 달러) 규모로 추진되는데 KAIST 컨소시엄이 계약 체결을 마친 교육·건축설계와 감리·연수분야에는 모두 106억 원(945만 달러)이 투입된다.
케냐 정부는 관련 사업의 추진과 사업자 선정을 위해 지난 6월부터 한국 내에서의 경쟁 입찰을 진행해 왔다. KAIST 관계자는 “입찰 의향서가 통과된 4개 대학이 각각의 컨소시엄을 구성해 사업제안서를 제출했으며 약 4개월에 걸친 평가 끝에 11월 초 주관기관인 KAIST가 교육을 맡고 국내기업들이 건축설계(삼우종합건축사사무소)와 감리(선진엔지니어링)를 맡는 KAIST 컨소시엄이 우선협상대상자로 선정됐다”고 밝혔다.
이 관계자는 또 “우선협상대상자로 선정된 이후 KAIST 교수들로 구성된 실무진이 협상을 진행해왔으며 지난 달 30일 최종 계약체결을 끝냈다”면서 “내년 1월 중에 케냐 현지에서 공식적으로 사업 착수(Kick-Off) 행사를 가질 예정”이라고 덧붙였다.
계약체결이 완료됨에 따라 KAIST는 내년부터 36개월간 ▲기계공학·전기 및 전자공학·ICT 공학·화학공학·토목공학·농업생명공학 등 6개 핵심학과와 공통 기초과학 프로그램의 설계 ▲교육·실험 및 일반 기자재 공급계획 ▲산·학 협력을 포함한 대학 경영계획 등의 분야에서 컨설팅을 수행하게 된다.
케냐정부는 그동안 2030년까지 중진국 도약을 목표로 하는 중장기 국가발전계획인 ‘케냐 비전 2030’을 수립하고 이공계 핵심인력 양성을 통해 이를 달성하고자 2021년 개교를 목표로 케냐 과학기술원(Kenya KAIST, Kenya Advanced Institute of Science and Technology) 건립을 추진해왔다.
1971년 개교이후 산업화 시대 우리나라 경제의 초고속 성장에 중요한 역할을 해 온 KAIST의 과학기술 교육은 오래 전부터 세계 각국에서 벤치마킹 모델로 부각돼 왔다. 또 최근 들어서는 사우디아라비아 등 중동 및 아프리카·중남미 각국으로부터 잇단 ‘러브콜’을 받는 등 새로운 고등교육서비스 수출모델이 될 조짐을 진즉부터 보여 왔다.
이 뿐만이 아니다. KAIST는 일본과학기술원(1990년 개교)과 홍콩과기대 및 싱가포르 난양공대(이상 1991년 개교)를 설립하는 롤 모델이 되기도 했다. KAIST는 이밖에 지난 2010년 아랍에미리트(UAE) 칼리파대학(KU, Khalifa University of Science and Technology)에 원자력공학과 교육프로그램을 최초로 수출했다. 이어 2015년에는 중국 중경이공대에 전기및전자공학부와 전산학부의 교육시스템과 커리큘럼을 수출해 작년부터 연간 10억 원 규모의 운영비 수입을 올리고 있다.
특히 지난 10월에는 사우디아라비아의 모하메드 빈 살만 왕세자가 미래의 공학 인재양성을 위해 2020년 6월 개교를 목표로 야심차게 설립을 추진 중인 MBSCSAI(Prince Mohammad Bin Salman College of Cyber Security, AI, and Advanced Technologies)와는 로봇공학 학사과정 설치를 지원하는 내용의 양해각서(MOU)를 체결했다.
MBSCSAI는 세계 최고 수준의 교육과정을 만들기 위해 해외 유수대학의 공학커리큘럼을 분석한 결과, 미국 스탠퍼드大와 카네기멜론大에 각각 전체적인 운영시스템과 사이버보안 교육과정의 설계를 의뢰했고 KAIST에는 로봇공학 교육과정의 설계를 의뢰한 것으로 알려졌다.
그러나 이번처럼 KAIST의 교육·연구프로그램과 건축설계 및 감리·건설회사(건설회사 선정은 컨설팅 기간 중 별도의 입찰로 진행 예정)를 패키지로 묶어 수출하는 사례는‘케냐 과학기술원 건립 프로젝트’가 처음이기에 그 의미와 더불어 상징성은 매우 크다.
우선 우리나라의 의료·과학기술을 중심으로 하는 고등교육 서비스업과 건설업을 패키지로 엮은 새로운 ‘신성장 동력’ 창출을 통해 이를 중동과 아프리카·중남미·중앙아시아 등에 수출을 할 수 있는 가능성을 열었기 때문이다.
중동 각 국가는 과거 우리나라 건설 회사들이 현지에서 성실함과 믿음을 준 덕분에 깊은 신뢰감을 보이고 있다. 게다가 많은 개도국들이 KAIST 설립을 통해 과학기술을 집중적으로 가르쳐 초고속성장을 이룬 한국을 앞 다퉈 벤치마킹 모델로 삼고 있기 때문에 고등교육 서비스와 건설업을 엮은 패키지 수출이 ‘수출 新한류’로 자리를 잡을 가능성은 매우 크다.
이밖에 케냐 과학기술원 건립사업은 과기정통부가 추진 중인 ‘과학기술 ODA 10대 선도 프로젝트’의 본격적인 출발을 알리는 신호탄이자 고경력 은퇴자나 경험이 필요한 젊은 과학자 등 국내의 우수한 과학기술 인력의 글로벌 활용은 물론 유휴 연구 장비의 활용을 높일 수 있다는 점에서도 많은 주목을 받을 것으로 예상된다.
KAIST의 국제적 위상 또한 크게 오를 것으로 전망된다. KAIST는 1971년 미국 국제개발처(USAID)로부터 6백만 달러의 차관을 지원받아 설립된 지 47년 만에 ‘원조를 받아 설립된 대학에서 이제 원조를 하는 대학’으로 입지를 다질 정도로 고속성장을 거듭하고 있다.
특히 이번 케냐 과학기술원 건립을 위한 컨설팅 사업은 KAIST가 주관사업자 선정부터 최종계약까지 마무리하는데 성공함으로써 독자적인 교육· 연구혁신 모델을 수출하는 세계 선도대학으로서의 역량과 가능성을 대내·외적으로 인정받고 과시하는 계기를 마련한 것으로 평가된다.
KAIST 발전모델의 제3 세계 확산은 지난 3월 발표한 ‘KAIST 비전 2031’의 5대 혁신분야 중 하나인 ‘국제화 혁신’과도 맞닿아 있다. KAIST는 케냐 정부와의 이번 계약체결이 KAIST의 자체 교육과 연구프로그램을 전파하고 지원하는 선례(善例)이자, 국내 교육의 국제적 위상을 높이는 선례(先例)가 될 것으로 큰 의미를 부여하고 있다.
신성철 총장은 “대외 원조사업을 통해 설립된 지 반세기 만에 세계적 수준의 글로벌 선도대학으로 도약한 KAIST의 성공적인 발전모델을 개도국에 전수하게 됐다는 것만으로도 큰 의의가 있다”고 강조했다.
신 총장은 또 “케냐 과학기술원이 첨단 과학기술을 선도하는 대학으로 성장할 수 있도록 충실한 지원을 통해 과학기술 기반 ODA사업의 모범적인 성공 사례를 창출하고 케냐의 근대화에 KAIST가 기여함으로써 아프리카에서 대한민국 첨단 지식산업의 지경(地境)을 넓혀나갈 것”이라고 말했다.
2018.12.03
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엄상일·차미영·김호민 교수, 기초과학연구원(IBS) CI로 선정돼
〈기초과학연구원 CI로 선정된 엄상일·차미영·김호민 교수(왼쪽부터)〉
우리대학 엄상일(42세)·차미영(39세)·김호민(40세) 교수가 최근 기초과학연구원이 출범한 2개 연구단의 연구책임자격인 CI(Chief Investigator)에 선정됐다. 이들은 새로운 형태의 연구단인 'PRC'(Pioneer Research Center)에서 독립적인 연구 그룹을 구성한다.
PRC는 IBS 연구단의 한 종류로, 최대 다섯 명의 CI가 각 연구그룹을 이끌 수 있는데 그룹별로 5년간 10∼15억 원의 연구비가 지원된다. 엄상일·차미영 교수는 수리 및 계산과학 연구단 내의 이산수학 그룹과 데이터 사이언스 연구그룹을 각각 이끈다.
엄상일 교수는 한국인 전공자가 많지 않은 그래프 이론 분야에서 국제적 인지도를 쌓아왔다.
그래프 이론은 컴퓨터와 더불어 발전한 수학의 연구 분야다. 산업 현장에 필요한 효율적인 일정 짜기, 일상에서 흔히 사용되는 내비게이션 최단거리 알고리즘 등에 활용한다.
차미영 교수는 아시아 최초로 페이스북 데이터사이언스팀 초빙교수로 근무한 경력을 갖고 있다. 피인용 지수가 1만1천회(구글 집계 기준)를 넘어서는 등 인지도도 높다. 차 교수는 "빅데이터에 기반을 둔 가짜 뉴스 탐지를 비롯해 중요한 미래예측기술을 개발할 방침"이라고 말했다. 이밖에 김호민 교수는 바이오 분자 및 세포구조 연구단 안에서 연구를 진행한다. 구조 생물학 분야에서 혁신적 성과를 창출해온 김 교수는 단백질 구조와 작동원리를 밝혀 다양한 치료제 후보 물질을 개발하는 데 도전할 방침이다.
2개 연구단이 새롭게 출범함으로써 IBS 연구단은 모두 30개(본원 7개·캠퍼스 14개·외부 9개)로 늘어나게 됐다. 분야별로는 수학 2개, 물리 9개, 화학 6개, 생명과학 7개, 지구과학 1개, 융합 5개 등이다.
2018.12.03
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KAIST 신임감사에 김선화 순천향대 교수 선임
〈 김 선 화 신임감사 〉
우리 대학은 김선화(金璿和·62) 순천향대 교수를 상임감사로 선임했다고 30일 밝혔다. 김 신임감사는 공개모집 절차와 감사후보선임위원회의 심사 및 추천, 이사회의 최종 선임과정을 거쳐 과학기술정보통신부 장관의 승인을 받아 임명됐다.
임기는 2018년 12월 3일부터 2021년 12월 2일까지 3년간이다.
김 감사는 충남대학교 금속공학과를 졸업하고 서울대학교에서 금속학 박사학위를 받았다.
이후 포항제철기술연구소, 한국기계연구원, 美 조지아공대, KIST에서 연구원으로 재직했고, 국가과학기술자문회의 자문위원, 순천향대학교 공과대학장, 대통령비서실 정보과학기술보좌관 등을 역임하며 연구관리 및 연구소 경영 분야에서 경험과 전문성을 쌓았다.
민·관·학 경험을 기반으로 한 폭넓은 이해와 다양한 인적네트워크를 갖췄으며 KAIST의 교육 및 연구가 원활하게 진행될 수 있는 예방적 감사에 기여할 것으로 기대된다.
2018.12.03
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KAIST 인벤션 어워드 개최
우리 대학이 11월 22일 KI 빌딩 매트릭스 홀에서 ‘2018 KAIST 인벤션 어워드’를 개최했다.
2회째를 맞는 ‘KAIST 인벤션 어워드’는 KAIST 학생들의 발명 및 특허에 대한 관심을 높이고, 우수 발명에 대한 특허 출원 및 등록을 지원하기 위해 산학협력단의 기술사업화센터 주관하는 행사다.
올해 행사는 ‘자유발명 부문’과 ‘직무발명 부문’ 등 2개 분야로 나누어 진행했으며, 서류 및 발표 심사를 거쳐 부문별 최종 수상자 3팀을 선정했다.
‘자유발명부문’ 대상은 ‘휴대용 개인 전자기기의 카메라를 이용한 사용자 초점 일치형 증강현실 구현 장치’ 발명을 제안한 최종윤 학생(문화기술대학원, 석사과정)에게 돌아갔다.
<자유발명 부문 대상 문화기술대학원 석사과정 최종윤 학생>
금상은 ‘아이들의 식습관 개선을 위해 상호작용하는 사운드 스푼’ 아이디어를 제안한 윤소정 학생(산업디자인학과, 학사과정)과 ‘기타 학습을 위한 운지 증강 시스템’아이디어를 제안한 도승원 학생(문화기술대학원, 석사과정)이 공동 수상했다.
또한, ‘직무발명부문’에서는 ‘고정확도 Iot 나노섬유 가스센서’로 우수한 기술이전 성과를 거둔 신소재공학과 김일두 교수 연구실이 대상을 차지했다.
‘차세대 고속 인터페이스’와 관련해 우수한 기술 이전 실적을 낸 전기및전자공학부 배현민 교수 연구실이 금상을, ‘저가의 2차원 레이저 스캐너를 이용한 계층적 그래프 구조기반의 3차원 고정밀 맵 제작 방법’으로 기술이전 성과를 거둔 건설및환경공학과 명현 교수 연구실이 우수상을 수상했다.
수상자에게는 대상 150만 원, 금상 150만 원, 우수상 50만 원의 상금이 수여되며, 기술사업화 센터는 ‘자유발명 부문’ 수상자들에게 특허 출원을 지원할 예정이다.
박희경 연구부총장은 격려사를 통해 “이번 KAIST 인벤션 어워드가 학생들의 발명 의지를 일깨우고 특허의 중요성을 알릴 수 있는 좋은 기회가 되었을 것”이라며 “학생들의 좋은 아이디어가 사업화까지 연결될 수 있도록 학교도 적극적으로 지원할 것”이라고 말했다.
대회 심사위원장으로 참가한 전상용 교수(생명과학과)는 “전반적으로 매우 다양하고 참신한 아이디어들이 제안되었다”며 “향후 특허권 획득 및 사업화까지 이어졌으면 좋겠다”고 소감을 밝혔다.
기술사업화센터는 앞으로 매년 인벤션 어워드를 개최해 발명에 대한 학생들의 관심을 이끌어내고 우수 발명에 대한 사업화를 지원할 계획이다.
2018.12.03
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과기특성화대학 베트남 연합 동문회 하노이에서 열려
우리대학은 과학기술연합대학원대학교(UST), 광주과학술원(GIST), KIST(한국과학기술연구원와 함께 베트남 연합 동문회를 지난 24일 하노이에서 개최하였다. 이번 연합 동문회에는, 한국의 과기특성화대학과 연구기관에서 학위를 받았거나, 연구활동을 한 베트남 동문 100 여명이 참석하였다.
이번 동문회는 베트남 출신 동문들의 네트워크를 활성화하고, 모교 및 한국과 지속적인 교류를 통하여 한-베트남간의 과학기술 활성화에 크게 기여하고자 마련되었다. 우리대학 생명과학과 석박사 출신인 흐엉 민 으우엔 (베트남 바이오기술연구소 연구원)씨가 이번 연합동문회 행사에서 베트남 동문의 전체 대표로 선정되었다. 이날 행사에는 으우엔 박사를 비롯한 22명의 KAIST 석박사들이 참석했다.
김수현 대외 부총장은 환영사에서, “베트남은 아세안국가의 중심이자, 한국의 중요한 파트너이다. 또한, KAIST 외국인 전체 졸업생 약 1900 명중 베트남 동문은 260여명으로 전체 해외 동문을 제일 많이 배출한 국가이다. KAIST 졸업생들이 모국인 베트남에서 뿐 아니라, 싱가폴을 비롯한 다른 나라에서 맹활약하고 있는 모습을 확인하게 되어 매우 기쁘다.”고 말했다.
김 부총장은 이어 동문들에게, “무한한 성장잠재력을 가지고 있는 베트남 국가 발전에 초석이 될 수 있도록, 과학기술분야에서 매진하기를 당부한다.”고 말했다.
으우엔 박사 역시, "연합 동문회가 한국과의 체계적인 협력 채널이 될것"이라고 기대했다. 이번 동문 행사의 성공에 힘입어, 동문회 주최측은 “과기특성화대학 연합 동문회를 정례화하여, 해외 동문들과의 지속적인 교류와, 새로운 협력의 장을 마련할 수 있게 되기를 희망한다”고 말했다
2018.11.28
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전상용, 이대엽, 임성갑 교수, 암 줄기세포 제작 원천기술 개발
우리 대학 생명과학과 전상용, 이대엽 교수와 생명화학공학과 임성갑 교수 공동 연구팀이 특수 고분자박막을 이용해 3차원 암 줄기세포 스페로이드(spheroids)를 손쉽게 제작할 수 있는 세포배양 플랫폼을 개발했다.
연구팀은 ‘개시제를 이용한 화학 기상 증착법’을 이용한 고분자 박막을 형성해 암 줄기세포를 제작하는 데 성공했다. 이번 연구를 통해 암 줄기세포 기초 연구 및 약물 개발 플랫폼의 원천 기술을 제공할 수 있을 것으로 기대된다.
최민석, 최윤정 박사, 유승정 박사과정이 공동 1 저자로 참여한 이번 연구는 미국 암학회(AACR) 대표 국제학술지인‘암 연구(Cancer Research)’ 10월 24일자 온라인 판에 게재됐다.(논문명 : Polymer thin film-induced tumor spheroids acquire cancer stem cell-like properties)
암 줄기세포는 항암제에 대한 내재적 저항성을 가져 암의 전이와 재발에 깊이 관여하고 있다. 그러나 종양 안에 극히 일부 존재하기 때문에 지금까지는 다양한 암 줄기세포의 대량 확보가 어려워 암 연구 및 약물 개발에 제약이 있었다. 생체 내에서 암은 3차원 조직 덩어리 형태로 존재하므로 암 줄기세포를 스페로이드 형태로 배양하는 연구가 필요하다.
연구팀은 ‘개시제를 이용한 화학 기상 증착법(iCVD : initiated chemical vapor deposition)’을 이용해 세포배양 기판 위에 특정 고분자 (pV4D4)박막을 형성했다.
그 위에 다양한 암세포를 배양한 결과 암세포들이 고분자박막 표면으로부터 자극을 받아 서로 뭉치면서 3차원 스페로이드 형태를 만들었고, 이와 동시에 항암제에 대한 저항성을 가진 종양 암 줄기세포로 변화하는 것을 확인했다.
연구팀은 이러한 ‘표면자극 유도 암 줄기세포(Surface stimuli-induced cancer stem cell-like cell)’를 고효율로 손쉽게 대량 배양하는 데 성공했다.
연구팀은 이번 연구에서 특정 고분자 박막에서 배양된 표면 자극 유도 암 줄기세포 스페로이드가 약 24시간 안에 형성되며 분석결과 암 줄기세포 관련 유전자의 양이 배양시간에 따라 증가함을 발견했다.
연구팀이 개발한 플랫폼을 통해 형성된 암 줄기세포 스페로이드는 실제 항암제를 처리했을 때 뛰어난 약물저항성을 지니고 있음을 확인했다. 또한 종양 동물모델에서 비교그룹에서는 보이지 않았던 다른 장기로 암이 전이되는 것을 확인했다.
연구팀은 전체염기서열분석(Whole-genome sequencing)을 통해 표면 자극 유도 암 줄기세포와 실제 암 환자 암 줄기세포와의 유사성을 확인했다.
전상용 교수는 “이미 시판되고 있는 다양한 종류의 암 세포주들 뿐만 아니라 환자에서 유래한 생체 내 환경과 유사한 3차원 스페로이드 형태로 양질의 암 줄기세포를 고효율로 손쉽게 대량 배양할 수 있는 원천 기술을 개발했다”라며 “향후 암 줄기세포 기초 연구 및 약물 개발의 패러다임을 바꿀 수 있을 것으로 기대한다”라고 말했다.
또한 “나아가 암 줄기세포 제작용 플랫폼 소재에 대한 원천 기술 확보를 통해 거대한 암 관련 의료시장에서의 경제적인 부가가치 창출도 가능할 것으로 기대한다”라고 말했다.
이번 연구는 삼성전자 미래기술육성재단의 지원을 받아 수행됐다. 재단에서는 이 연구의 중요성을 높이 평가해 올해 9월부터 후속 과제 사업을 통해 3년 연장 지원을 결정했다.
□ 그림 설명
그림1. 3차원 암줄기세포 스페로이드 형성 모식도
그림2. 형성된 암줄기세포를 이용하여 약물 저항성 확인
2018.11.28
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윤동기 교수, 공기로 대면적의 모자이크만화경 패턴 구현
〈 윤동기 교수 〉
우리 대학 나노과학기술대학원/화학과 윤동기 교수 연구팀이 액정의 결함을 이용해 마이크론 크기의 공기 기둥을 만들고, 이를 이용해 모자이크 만화경(kaleidoscope) 패턴을 구현하는 데 성공했다.
이번 연구는 향후 자연계에서 존재하는 다양한 형태의 반복적 모자이크 구조의 형성에 대한 이해를 도울 수 있는 기초연구가 될 수 있을 것으로 기대된다. 이를 기반으로 액정기반의 나노 재료를 활용해 디스플레이, 광학 및 화학 센서 등의 응용기술에 다양하게 기여할 것으로 기대된다.
김대석 박사가 1저자로 참여하고 슬로베니아 루블라냐 대학(University of Ljubljana)의 우로스 트칼렉(Uros Tkalec) 교수와의 국제 공동 연구로 수행된 이번 연구는 국제 학술지 사이언스의 자매지 ‘사이언스 어드밴시스(Science Advances)’ 11월 23일 자 온라인판에 게재됐다. (논문명: (영문)Mosaics of topological defects in micropatterned liquid crystal textures, (국문)마이크로 패턴이 형성된 액정의 위상 결함 모자이크 패터닝)
액정 재료는 손쉬운 배향 제어, 빠른 반응 속도, 이방적(anisotropic)인 광학 특성으로 인해 액정표시장치(LCD), 광학 센서 등에 활용되는 대표적 유기 소재이다.
이때 액정의 결함을 최소화하는 것이 성능 유지를 위해 유리한 것으로 알려졌지만 물질의 특성상 액정의 결함은 불가피하게 발생한다.
그러나 최근 액정의 결함이 오히려 광학적, 구조적 및 탄성적 기능을 가진 것으로 주목받으면서 액정물질은 더 이상 LCD 광학 소재의 전유물이 아닌 전기광학 및 센서 분야를 포함한 다양한 분야에서 용용 가능성이 매우 큰 것으로 평가받고 있다.
하지만 액정물질은 물풀처럼 흐르는 특성과 마치 도미노처럼 한 부분의 영향으로 전 영역이 변하는 장범위 규칙(long range order)을 갖는 탄성 때문에 결함 구조를 대면적에 규칙적, 일관성 있게 패터닝 하는 것은 매우 어렵다.
연구팀은 문제 해결을 위해 대기 상태의 공기층이 액정물질을 만났을 때 수직 배향을 유도한다는 사실에 주목했다.
이를 효과적으로 이용하기 위해 마이크로 크기 패턴의 기판과 유리기판 사이에 액정을 주입해 공기주머니를 자발적으로 형성함으로써 수십 마이크론 내에서 액정분자들을 사방으로 잡아주는(anchoring) 시스템을 개발했다. 이를 통해 효과적으로 액정의 결함 구조를 대면적에서 제어해 모자이크 문양의 패터닝에 성공했다.
이번 연구의 핵심기술은 액정물질이 공기층 패턴 내에서 온도에 따라 변하는 상전이(phase transition) 속도에 있다. 상전이 속도가 빠르면 빠를수록 액정이 급속으로 성장하며 더욱 균일한 패턴을 형성한다. 반면 느린 상전이 속도에서는 액정물질의 탄성과 공기층의 고정 에너지(anchoring anergy)의 균형이 비대칭적으로 전개되며 불균일한 결함 구조를 만든다.
연구팀은 이런 상전이 속도에 따른 비대칭 및 비가역적 결함 구조 형성은 다양한 비 평형적 자연현상에서도 유사한 패턴으로 관찰된다는 점에 착안해 물리적 경제적으로 거의 불가능한 자연현상에 대한 실험 모델로 이번 연구를 접목할 수 있다고 밝혔다.
예를 들어 반도체 물질의 결정 성장에서 형성되는 결함 구조, 블랙홀을 포함한 특이점(singularity)을 형성하는 중력 점 간의 형성 원리, 응집물리(condensed matter)에서 원자들 간 상호작용 등 넓은 범위의 자연현상에 대해 유사성을 표현할 수 있는 실험적 모델을 정립할 수 있을 것으로 기대된다.
윤 교수 연구팀은 위상결함(topological defect)의 밀도 조절을 통해 복잡하고 다양한 2차원 모자이크 패턴을 형성하는 기술도 선보였다.
위상학적 결함 구조는 마치 전기의 음양 전하처럼 위상학적 전하(topological charge)를 갖는 음양 결함으로 정의할 수 있다. 이때 항상 음과 양이 짝을 이루어 위상학적 중립을 가지려는 규칙을 갖는다.
연구팀은 이러한 액정결함의 물리적 현상을 바탕으로 상기 공기층과 기판의 화학처리를 결합해 규칙적인 배열을 유지하는 동시에 위상결함의 밀도를 조절해 기술을 완성했다.
이러한 면적분할(tiling) 기반의 모자이크 패턴은 다양한 산업 및 실용 디자인에 적용할 수 있는 예술적 가치를 가지고 있을 뿐 아니라 세포막의 이중구조, 유기탄화시료 및 다양한 무기 결정구조면 등에 활용 가능할 것으로 보인다.
윤 교수는 “우리나라가 액정 디스플레이 산업의 강국이지만 액정 기초연구는 세계적 수준에 비해 높지 않다”라며 “이번 연구를 계기로 국내 관련 기초연구 관심도가 높아지는 계기가 되길 바란다”라고 말했다.
이번 연구는 미래창조과학부와 더불어 한국연구재단이 추진하는 미래유망융합기술파이오니어 사업과 전략연구과제의 일환으로 수행됐다.
□ 그림 설명
그림1. 공기 층의 사각 및 다이아몬드 패턴에서 형성 된 네마틱 액정의 편광현미경 사진
그림2. 액정패턴이 형성되는 편광현미경 이미지들
2018.11.26
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손훈 교수, 제14회 경암학술상 수상
〈 손훈 교수(왼쪽) 〉
우리 대학 건설및환경공학과 손훈 교수가 11월 2일 부산 서면 경암홀에서 열린 경암상 시상식에서 공학 부문 수상자로 선정됐다.
경암상은 태양그룹 송금조 회장이 내놓은 사재 1천억 원을 기반으로 세워진 경암교육문화재단에서 수여한다. 전공 분야에서 이룬 우수한 업적으로 사회의 공동선에 기여한 학자, 예술가들의 업적을 기리기 위해 주어진다.
올해로 14회째를 맞는 경암상은 인문사회, 자연과학, 생명과학, 공학 부문 등 4개 분야로 나눠져 있다. 이 중 손훈 교수는 공학 부문 수상자로 선정됐다.
손 교수는 교량, 빌딩 등 다양한 건축 구조물의 안전성 향상에 크게 기여하고 대형 구조물에서 발생하는 균열이나 손상을 초기부터 실시간, 자동으로 감지할 수 있는 최고 수준의 스마트 센서를 개발해 안전성 향상을 높인 공을 인정받았다.
손훈 교수는 “많이 부족한 자신을 믿고 항상 열심히 공부하고 연구하는 연구실 학생들에게 감사하다”라며 “경암상 수상자로서만 아니라 다른 상의 기부자 또는 시상자가 돼 다시 만날 수 있도록 계속 노력 정진하겠다”라고 말했다.
2018.11.22
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김일두 교수, 에이씨에스 나노(ACS Nano) 紙 부편집장 선임
〈 김일두 교수 〉
우리 대학 신소재공학과 김일두 교수가 나노과학분야 권위 학술지인 ‘에이씨에스 나노(ACS Nano)’ 지 부편집장으로 선임됐다.
김 교수는 부편집장 임무를 통해 투고 논문의 심사 여부를 판단하고 심사하기로 결정된 논문의 심사자(reviewer) 선정 및 게재 승인 여부를 결정하게 된다.
KI 첨단나노센서 연구센터장을 맡고 있는 김 교수는 2018년 43편 (평균 Impact Factor: 8.8)의 SCI 논문 발표를 포함해 지금까지 242편 이상의 논문을 전문 학술지에 발표했고, 200여 편에 달하는 특허 출원 등 탁월한 연구 성과를 낸 업적을 인정받았다.
김 교수는 2018년도 송곡과학기술상을 수상을 비롯해 2018 국가연구개발 우수성과 100선에서 ‘자기조립 유기체 복합촉매 커플링 기반 초고감도 가스센서 플랫폼소재 개발’로 과학기술정보통신부 최우수 과제로 선정된 바 있다. 김 교수는 현재 세라믹 분야의 학술지인 저널오브 일렉트로세라믹스(Journal of Electroceramics) 의 부편집장 (Deputy Editor)도 맡고 있다.
김 교수는 “2017년도 13.709의 피인용지수와 134,596회에 달하는 인용횟수를 갖는 세계적인 권위 학술지 ACS Nano의 부편집장으로 선임돼 영광이다”라며 “나노센서 및 에너지 분야에 투고된 논문들에 대한 에디터 활동을 통해 우리 대학의 위상을 높이고, 연구실에서 주력으로 연구하는 나노섬유 응용 기술의 다변화 및 실용화 기여를 통해 과학발전에 기여하겠다”라고 말했다.
2018.11.21
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정기훈 교수, 곤충 눈 구조 모방한 초박형 카메라 개발
〈 왼쪽부터 장경원 박사과정, 정기훈 교수, 황순홍 박사과정 〉
우리 대학 바이오및뇌공학과 정기훈 교수 연구팀이 독특한 눈 구조를 가진 곤충인 제노스 페키(Xenos peckii)를 모사한 초박형 디지털카메라를 개발했다.
제노스 페키를 모사해 개발한 초박형 디지털카메라는 기존 이미징 시스템보다 더 얇으면서 상대적으로 넓은 광시야각과 높은 분해능을 갖는다. 감시 및 정찰 장비, 의료용 영상기기, 모바일 등 다양한 소형 이미징 시스템에 적용 가능할 것으로 기대된다.
금동민, 장경원 박사과정이 주도한 이번 연구결과는 국제 학술지 ‘빛 : 과학과 응용(Light : Science & Applications)’ 10월 24일 자에 게재됐다. (논문명: 제노스 페키의 시각기관을 모사한 초박형 디지털카메라, Xenos peckii vision inspires an ultrathin digital camera)
정 교수 연구팀은 자연계에서 발견되는 광학 구조를 모방하는 연구를 꾸준히 진행해 왔다. 반딧불이의 배 마디 구조를 분석해 광효율을 높은 LED 렌즈를 개발한 바 있고, 생체모사를 통한 무반사 기판을 제작하는 등 해당 분야를 선도하고 있다.
최근 전자기기 및 광학기기의 소형화로 초박형 디지털카메라에 대한 수요가 증가하고 있다. 그러나 기존의 카메라 모듈은 광학적 수차를 줄이기 위해 광축을 따라 복수의 렌즈로 구성돼 있어 부피가 매우 크다는 단점이 있다. 이런 모듈을 단순히 크기만 줄여 소형기기에 적용하면 분해능과 감도가 떨어지게 된다.
연구팀은 문제 해결을 위해 곤충인 제노스 페키의 시각구조를 적용한 렌즈를 제작했고 이를 이미지 센서와 결합한 초박형 디지털카메라를 개발했다.
곤충의 겹눈구조는 수백, 수천 개의 오마티디아라 불리는 아주 작은 광학 구조로 이뤄져 있다. 일반적인 겹눈구조는 수백, 수천 개의 오마티디아에서 한 개의 영상을 얻지만, 제노스 페키는 다른 곤충과는 달리 각 오마티디아에서 개별의 영상을 획득할 수 있다. 또한 오마티디아 사이에 빛을 흡수할 수 있는 독특한 구조를 가져 각 영상 간 간섭을 막는다.
연구팀이 개발한 카메라는 2mm 이내의 매우 작은 크기로 제노스 페키의 겹눈구조를 모방해 수십 개의 마이크로프리즘 어레이와 마이크로렌즈 어레이로 구성된다. 마이크로프리즘과 마이크로렌즈가 한 쌍으로 채널을 이루고 있으며 각각의 채널 사이에는 빛을 흡수하는 중합체가 존재하며 각 채널 간 간섭을 막는다.
각각의 채널은 화면의 다른 부분들을 보고 있으며 각 채널에서 관측된 영상들은 영상처리를 통해 하나의 영상으로 복원돼 넓은 광시야각과 높은 분해능을 확보할 수 있다.
정기훈 교수는 “초박형 카메라를 제작하는 새로운 방법을 제시했다”며 “이 연구는 기존의 평면 CMOS 이미지 센서 어레이에 마이크로 카메라를 완전히 장착한 초박형 곤충 눈 카메라의 첫 번째 데모이며 다양한 광학 분야에 큰 영향을 미칠 것으로 확신한다.”라고 말했다.
□ 그림 설명
그림1. (좌) 제노스 페키의 SEM 영상. (우) 형광 염색된 제노스 페키의 시각구조
그림2. (좌) MEMS 공정을 통해 제작된 마이크로프리즘 어레이의 SEM 영상. (우) 완성된 초박형 디지털 카메라의 광학 영상
그림3. (좌) Xenos peckii의 시각기관을 통해 얻은 영상. (우) 초박형 디지털 카메라를 통해 얻은 영상
2018.11.20
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한순규 교수, 마약중독치료제 및 항암제 후보물질 합성 기술 개발
〈 왼쪽부터 임형근 연구원, 한순규 교수, 성시광 연구원 〉
우리 대학 화학과 한순규 교수 연구팀이 마약중독 치료제, 항암제 후보물질로 쓰일 수 있는 천연물을 인공적으로 합성하는 데 성공했다.
연구팀은 시중에서 구할 수 있는 카타란틴(catharanthine)을 원료로 해 산화와 재배열을 통해 7종의 이보가 및 포스트이보가 천연물을 합성해냈다. 이번 연구결과는 마약중독 치료제, 항암제 후보물질 생산의 원천기술이 될 것으로 기대된다.
성시광, 임형근 석박사통합과정이 공동 1 저자로 참여한 연구는 화학 분야 국제 학술지이자 셀(Cell) 자매지인 ‘켐(Chem)’ 11월 15일 자에 게재됐다. (논문명 : Biosynthetically Inspired Transformation of Iboga to Monomeric Post-Iboga Alkaloids, 생합성 가설에 기반한 이보가 알칼로이드의 단위체 포스트이보가 알칼로이드로의 변환)
이보가 알칼로이드가 학계의 관심을 끈 이유는 이들의 천연물군이 마약중독 치료제로써 가능성을 보였기 때문이다. 또한 이보가 알칼로이드가 생 합성적으로 변형된 천연물 중 빈블라스틴(vinblastine)은 현재 항암제로 쓰이고 있다. 최근에는 이보가 알칼로이드로부터 자연적으로 파생된 다양한 형태의 천연물군이 대거 발견되며 학계와 산업계의 관심도 커지고 있다.
천연물 전합성(全合成)은 간단한 시작물질로부터 다단계의 화학반응을 통해 원하는 천연물을 합성하는 학문 분야이다. 그러나 이 다단계 화학반응을 거치는 과정에서 합성효율이 낮아지는 한계가 있다.
한 교수 연구팀은 이보가 알칼로이드 천연물인 카타란틴이 미 식품의약국(FDA) 승인 항암제인 나벨빈(Navelbine®)의 공업원료로 쓰여 시중에서 쉽게 구할 수 있다는 점에 착안했다. 산화와 재배열을 통해 카타란틴의 구조를 변형시켜 고부가가치의 포스트이보가 천연물을 효율적으로 합성했다.
연구팀은 이번 연구에서 이보가 알칼로이드에서 자연적으로 파생되면서 분자적 재배열을 이룬 천연물군을 ‘포스트이보가’ 알칼로이드라고 이름 지었다. 그리고 다양한 효소의 작용을 통해 식물 내에서 이뤄지는 이보가 골격의 분자적 재배열을 화학적으로 구현하는 데 성공했다.
한 교수팀이 합성에 성공한 포스트이보가 알칼로이드는 타버틴진(tabertinggine), 보아틴진(voatinggine), 디피닌(dippinine) B로 이 중 보아틴진과 디피닌 B는 최초의 합성이다.
특히 디피닌 천연물군은 30년 이상 학계의 관심을 받아왔음에도 정복하지 못한 난공불락의 천연물로 여겨졌는데 한 교수 연구팀이 이번에 최초로 합성에 성공했다.
한 교수는 “이번 연구는 포스트이보가 알칼로이드 합성에 새로운 패러다임을 부여한 연구이다”며 “본 연구를 통해 다양한 항암제 및 마약중독 치료제 후보물질을 합성할 수 있는 원천기술을 확보했다는 데 의의가 있다”라고 말했다.
이번 연구는 한국연구재단의 이공분야 기초연구사업 중견연구자지원사업의 지원을 통해 수행됐다.
□ 그림 설명
그림1. 포스트이보가 알칼로이드의 합성전략 모식도
그림2. 디피닌 B의 합성 경로
2018.11.15
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