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새 인공 형광 단백질 나노 조립체 개발
정 용 원 교수
우리 대학 화학과 정용원 교수 연구팀이 새로운 모양과 다양한 크기의 인공적 형광 단백질 나노 조립체를 개발했다.
이 단백질 나노 조립체 연구로 단백질 기반 신약 및 백신 개발 등 새로운 나노구조체 분야에 활발한 적용이 가능할 것으로 기대된다.
이번 연구 결과는 국제 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)’ 14일자 온라인 판에 게재됐다.
우리 몸의 필수 구성요소인 단백질은 나노미터 크기의 특성과 더불어 무한한 기능과 구조를 갖고 있다는 점에서 새로운 물질 및 구조체 개발에 매우 적합한 것으로 알려져 있다.
특히 단백질 다수가 조립된 다중 조립체는 새로운 성질과 모양, 크기를 가지며 생체친화적인 나노 구조체이기 때문에 많은 관심을 받고 있다. 단백질 다중 조립체는 다수의 단백질이 동시에 작용하기 때문에 결합력을 극대화 해 신약, 백신 기능 향상 연구에 중요한 방법론을 제시할 것으로 기대되기 때문이다.
이 조립체의 상업적, 연구적 이용을 위해선 조립된 단백질의 수가 정확히 조절되고, 다양한 크기의 조립체를 제작할 수 있어야 한다. 하지만 현재의 기술로는 조립체의 크기에 따라 정밀히 분리하는 것이 쉽지 않다.
연구팀은 문제 해결을 위해 인공적 형광 단백질 조립체를 세포 내 합성을 통해 다양한 크기로 제작했다. 또한 조립체 표면 개량을 통해 거대 생체분자의 안정성을 향상시켰고, 다양한 크기의 조립체를 분리할 수 있는 방법을 최초로 개발했다.
이 방법을 이용해 다각형 및 선형 배열을 갖는 형광 단백질 조립체 또한 제작해 관찰했다. 이 과정에서 나노크기 공간에서의 결합 단백질의 개수를 증가시켰고, 기존 단일 단백질보다 비약적으로 향상된 결합력을 확인했다.
정 교수는 “이번 단백질 조립체 제작 기술은 다양한 모양과 크기, 기능성을 갖는 새 조립체 제작의 기반이 될 것이다”며 “비약적으로 향상된 기능을 가진 단백질 신약, 백신, 혹은 결합 리셉터 연구에 핵심적 역할을 할 것”이라 말했다.
정용원 교수 지도 아래 김영은 박사과정 학생이 1저자로 참여한 이번 연구는 우리 대학 김호민 교수 연구팀이 참여했으며, 한국연구재단이 추진하는 글로벌프론티어사업(바이오나노 헬스가드 연구단) 및 기초연구실지원사업의 지원을 받아 수행됐다.
□ 그림 설명
그림 1. 형광단백질 조립체 모식도 및 전자현미경 사진
2015.05.26
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KAIST-체코 철도연구원, 녹색교통 협력 MOU
우리 대학과 체코 철도연구원은 25일 오전(한국시간) 체코 철도연구원 회의실에서 조동호 조천식녹색교통대학원장, 안토닉 블라젝 체코 철도연구원장 등 양 기관 관계자 10여 명이 참석한 가운데‘녹색교통 분야 학술 및 연구 협력'에 관한 양해각서를 체결했다.
이번 협약을 계기로 두 기관은 녹색교통 분야에서 △ 공동연구 프로그램 개발 및 시행 △ 연구 결과물의 공동 출판 △ 교원, 학생, 연구원 교환 프로그램 운영 △ 과학기술 성과물, 주요 과학기술 행사의 정보교류 등에서 협력을 강화하기로 했다.
협약식 다음날에는 조동호 조천식녹색교통대학원장이 체코 철도연구원 소속 연구원들과 ‘미래 녹색교통에 대한 최근 연구개발 동향’을 주제로 세미나를 열고 ‘무선전력전송 기술을 적용한 초고속 열차 개발’을 주제로 발표도 진행했다.
1950년 설립된 체코 철도연구원(The Railway Research Institute, Czech Republic)은 철도시스템 및 철도 운송에 대한 평가, 시험, 컨설팅 등의 분야에 전문적인 서비스와 포괄적인 솔루션을 제공하는 철도 전문기관이다. 끝.
2015.05.25
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외국인학생회, 2015 KAIST 국제음식축제 개최
우리 대학 외국인학생회가 22일(금) 오후 4시 본교 창의학습관 앞 잔디밭에서 ‘2015 KAIST 국제음식축제’를 개최한다.
올해로 11회째를 맞는 ‘국제음식축제’는 KAIST에 재학 중인 외국인 학생들이 각국의 음식을 소개하면서 한국인 학생과의 교류를 강화하기 위해 시작됐다.
이번 행사는 특히 KAIST를 비롯해 충남대학교와 과학기술연합대학원대학교 등 3개 대학에 재학 중인 외국인 학생 ․ 교직원과 일반시민 등 500여 명이 참석할 예정이어서 대전지역 최대 규모의 외국인 축제가 될 것으로 예상된다.
행사는 강성모 KAIST 총장의 환영사에 이어 정상철 충남대 총장과 이은우 과학기술연합대학원대학교 총장의 축사로 시작된다.
1부 순서로 열리는 음식축제에는 케냐 등 아프리카 연합, 카자흐스탄, 인도, 터키 등 10개국 40여 종류의 음식이 선보인다. 각국의 학생들이 판매부스에서 음식 만드는 법을 직접 보여주고 현장 방문객을 대상으로 판매도 한다.
지난 2월 KAIST 바이오 및 뇌공학과 석과과정을 졸업한 케냐 출신 셔릴 완데리(Cheryl Wanderi)씨는 "한국인 뿐 만 아니라 다른 외국인 학생들에게도 생소한‘만다지(케냐 도넛빵)’를 소개할 수 있어서 기쁘다"며 행사에 참여한 소감을 전했다.
2부에서는 각 나라의 문화를 소개하는 공연이 펼쳐진다. △ 인도네시아 전통 춤‘사만 댄스’공연팀 △ 카자흐스탄 전통악기 연주팀 △ 아제르바이잔 K-POP 댄스 공연팀 등 총 8개 팀이 참여한다.
맹성현 KAIST 국제협력처장은 “3개 대학에 재학 중인 외국인 학생들이 바쁜 가운데도 서로를 알아가기 위해 이번 축제를 준비했다”며 “외국인 학생들과 한국인 학생들이 하나 되어 즐기는 축제가 되기를 바란다”라고 말했다.
이번 행사를 주관하는 에드릭 곽 KAIST 외국인학생회장은 “이번 음식축제는 KAIST의 문화다양성을 가장 화려하고 다채롭게 보여주는 행사”라며 "음식을 통해 학생들의 문화교류가 더욱 증진되길 바란다.”라고 말했다.
한편, 2015년 4월 현재 KAIST에는 학사과정 239명, 석․박사 과정 428명 등 총 667의 정규과정의 외국인 학생이 재학 중인데, 이는 전체 재학생의 6.2%다. 끝.
2015.05.22
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최고경영자 과정 수료생 ‘퍼스트 펭귄’ 출간
퍼스트 펭귄 표지
우리 대학 컨버전스 최고경영자 과정(KCAMP, 김영환 책임교수) 수료생들이 자신들의 사업 성공 이야기를 담은 책 ‘퍼스트 펭귄’을 출간했다.
‘퍼스트 펭귄’은 바닷가에 모인 펭귄 무리가 바다에 쉽게 뛰어들지 못하고 머뭇거릴 때, 가장 먼저 뛰어들어 다른 펭귄들을 주도하는 것을 말한다. 이는 책의 저자들이 비전이 불투명한 분야에서 확신을 갖고 정면 돌파해 성공할 수 있었음을 뜻한다.
책의 저자인 7명의 사업가들(김성진 ㈜아이카이스트 대표, 김형진 ㈜세종텔레컴 대표, 서범구 이엠생명과학연구원장, 석미성 ㈜후쿠 대표, 이장원 ㈜블루버드소프트 대표, 이충희 에트로 사장, 장미옥 ㈜아이탑에셋 대표)은 각자 위치에서 다양한 방법으로 CEO를 비롯한 예비 창업자들에게 동기를 부여한다.
이들이 독자들에게 들려주는 공통적인 메시지는 ‘확신을 가져라. 포기하지 마라. 그러면 해낼 수 있다’이다. 불확실성의 시대에 살고 있는 사람들에게 힘과 용기를, 도전을 꿈꾸는 이들에게 확신을 줄 것으로 기대된다.
컨버전스 최고경영자과정은 지속적으로 수료생들의 경험담을 에세이 형식으로 출판할 예정이다. 각자 위치에서 최고의 성과를 이룬 이들의 이야기를 지속적으로 접할 수 있을 것으로 기대된다.
컨버전스 최고경영자과정은 경영과 인문학 뿐 아니라 과학기술, 정보통신의 융합으로 시대가 원하는 융합형 최고경영자를 양성한다. 서울에 위치한 도곡캠퍼스 강의와 본교 연수를 통해 학교와 기업이 공동으로 참여하고, 선후배 통합강좌 운용으로 지속적 수강과 교류가 가능하다.
2015.05.21
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한국 핀테크 산업의 과제를 주제로 컨퍼런스 개최
‘핀테크’ 열풍으로 국내․외 금융산업이 격변하고 있는 가운데 국내 핀테크 산업의 해외 진출 가능성을 살펴보는 자리가 마련된다.
우리 대학은 오는 21일(목) 오후 1시 서울 명동 은행회관 2층 컨퍼런스홀에서 권오규 前 경제부총리, 정지원 금융위원회 상임위원, 강성모 총장 등 관계자 200여명이 참석한 가운데‘세계 금융시장을 향한 한국 핀테크의 도전과 과제’를 주제로 핀테크 컨퍼런스를 개최한다.
‘핀테크(FinTech)’는 금융(Finance)과 기술(Technology)의 합성어로 정보기술을 바탕으로 한 새로운 형태의 금융기술을 말한다. 아직까지 핀테크의 실질적 정의가 모호하고 산업간 경계가 명확하지 않지만, 첨단 IT기술을 보유한 우리나라가 세계 금융산업의 선도자로 나설 수 있는 기회라는 평가다.
컨퍼런스는 국내 핀테크 기업이 세계 금융시장에서 어떻게 경쟁력을 갖출 것인가에 초점이 맞춰져 진행된다.
먼저 기조강연자로 나선 김동석 KAIST 경영대학장은‘한국 핀테크의 도전과 과제’란 주제발표에서, 핀테크 산업이 지급결제 또는 인터넷 전문은행이라는 고정관념에서 벗어나 산업간 경계를 허무는 창조적 파괴 산업이 될 것임을 강조 할 예정이다.
이어 금융계에서는 김종현 우리금융경영연구소 선임연구위원이‘국내 핀테크 생태계 구축을 위한 필요조건’을 주제로 발표한다.
우리 대학에서는 ▲권영선 기술경영학과 교수가‘한국경제와 핀테크의 역할’▲이윤준 전산학부 교수가‘ICT 분야에서 본 한국 핀테크’▲이병태 경영공학부 교수가‘한국에서 핀테크 현황과 가능성’▲김병천 경영공학부 교수가‘핀테크 산업 육성을 위한 도전과 과제’를 주제로 각각 발표한다.
이밖에 윤창현(前 금융연구원장) 서울시립대 경영학부 교수가‘국내 금융산업의 위기와 핀테크의 역할’을 주제로 발표한다.
이와 함께‘한국 핀테크 산업 육성 방안’을 주제로 열리는 토론회에는 미래창조과학부 송재성 인터넷 제도혁신과장, 금융위원회 김동환 전자금융과장, 삼성경제연구소 전진 박사, 8Persent 이효진 대표, 보험연구원 황인창 박사, 코스콤 이재규 미래사업단장이 토론자로 참여한다.
이번 행사를 주관한 김병천 KAIST 금융공학연구센터장은 “앞으로 핀테크 산업은 고객이 찾아오도록 하는 방식에서 고객의 생활패턴을 파악해 적재적소에 필요한 상품과 정보를 제공하는 방식으로 발전 할 것”이라고 말했다.
컨퍼런스 상세 정보는 홈페이지(http://business.kaist.ac.kr)에서 확인할 수 있다.
2015.05.14
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제 11회 KAIST 조정훈 학술상에 GE 김규태 박사
제 11회 KAIST 조정훈 학술상 수상자
‘제11회 KAIST 조정훈 학술상’수상자에 미국 제너럴 일렉트릭(GE)사의 김규태 박사가 선정됐다.
우리 대학은 김규태 박사와 함께 KAIST 항공우주공학과 대학원생 강신재씨, 고려대 기계공학과 대학원생 배용균씨, 공주사대부고 김지원 학생 등을 장학생으로 선발하고 13일 본관 제1회의실에서 시상식을 열었다.
김규태 박사는 가스터빈 엔진 난류연소 불안정성 분야의 세계적 학자로 가스터빈 엔진에서 발생하는 열 음향 불안정성의 발달과 난류 화염의 복소응답의 연관성을 세계최초로 규명했다.
또한 난류 부분 예혼합 화염전달 함수가 2-입력 1-출력 모델에 지배받음을 최초로 발견하는 등 항공기 엔진 개발에 기여한 공로를 인정받았다.
‘KAIST 조정훈 학술상’은 2003년 5월 13일 KAIST 로켓실험실에서 연구를 수행하던 중 사고로 숨진 故 조정훈 명예박사를 기념하기 위해 제정됐다. 2005년부터 해마다 항공우주공학분야에서 뛰어난 연구업적을 수행한 젊은 과학자를 발굴해 시상하고 있다.
이와 함께 조 박사가 재학했던 KAIST, 고려대, 공주사대부고에서 각각 1명씩을 장학생으로 선발해 장학금을 전달한다.
학술상금 및 장학금은 故 조 박사의 부친인 조동길 공주대 국어교육학과 교수가 유족보상금과 사재를 합친 4억 7800만원을 KAIST 학술기금으로 기부한 재원으로 만들어졌다.
2015.05.13
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IT와 패션을 결합한 ‘입는 컴퓨터’ 경진대회 개최
KAIST가 삼성전자의 후원을 받아 오는 11월 ‘2015 웨어러블 컴퓨터 경진대회(Wearable Computer Contest 2015)'를 개최한다.
‘웨어러블 컴퓨터'는 사용자가 이동 환경 중에도 자유롭게 사용할 수 있도록 신체 또는 의복에 착용할 수 있게 제작된 컴퓨터다.
최근 사물인터넷(Internet of Things, IoT) 시대를 맞아 웨어러블 컴퓨터가 창조경제 실현을 위한 미래 신성장 동력으로 떠오르고 있으며 KAIST가 개발한 케이 글래스 2(K-Glass 2)도 업계의 큰 관심을 받은 바 있다.
‘사물 인터넷을 위한 웨어러블 컴퓨터’를 주제로 열리는 이번 대회는 ‘지정 공모’와‘아이디어 공모’방식으로 나눠 진행된다.
‘지정 공모’는 IT와 패션을 결합해 입는 컴퓨터에 대한 아이디어를 시제품으로 제작하는 대회로 5월 30일까지 참가신청을 받는다. 서류 심사를 거쳐 본선에 진출한 10개 팀에게는 웨어러블 컴퓨터 플랫폼 및 HCI(Human-Computer Interaction) 교육과 100만원 상당의 시제품 제작비가 지원된다. 대상 수상자에게는 5백만 원의 상금과 미래창조과학부 장관상이 수여된다.
‘아이디어 공모’는 웨어러블 디바이스에 대한 아이디어를 포스터 형식으로 제출하는 대회로 8월 15일까지 참가신청을 받는다. 본선 진출팀에게는 실물 크기의 모형을 제작해 본선대회에 전시할 기회가 주어지며, 대상 수상자에게는 1백만 원의 상금과 미래창조과학부 장관상이 수여된다.
지정 공모에는 전국 대학(원)생이면 누구나 참가가 가능하고, 아이디어 공모에는 자격에 제한 없이 참가 할 수 있다.
대회 위원장인 유회준 전기 및 전자공학부 교수는“웨어러블 컴퓨터에 대한 산업계 관심이 갈수록 커지고 있다”며 “머지않아 웨어러블 컴퓨터가 헬스케어, 스마트홈 및 사물인터넷 등과 융합해 자연스럽게 사용되는 IT 세상이 열릴 것”이라고 말했다.
대회 상세정보는 홈페이지( http://www.ufcom.org )를 통해 확인이 가능하다.
한편, 지난해에는 전국의 대학에서 112개 팀(지정공모 64팀, 아이디어 공모 48팀)이 본 대회에 참여했다. 대구경북연합 자비스(JARVIS)팀이 제작한‘스마트 헬멧’이 대상을 차지해 미래창조과학부 장관상을 수상한 바 있다.끝.
2015.05.07
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빅데이터를 통해 고전음악 창작의 원리 밝혀
박 주 용 교수
우리 대학 문화기술대학원(CT) 박주용 교수 연구팀이 빅데이터를 이용해 서양 고전음악의 창작, 협력, 확산의 원리를 밝히는 데 성공했다.
문화기술대학원 박도흠 학생(박사과정)이 1 저자로 참여하고 미국 텍사스대 연구팀과 공동으로 진행한 이번 연구는 해외 저널인 EPJ 데이터 사이언스 4월 29일자 하이라이트 논문에 선정됐다.
연구팀은 ArkivMusic과 올 뮤직 가이드(All Music Guide)라는 세계 최대 음반 정보 사이트를 첨단 데이터와 모델링 방법을 사용해 분석했다.
연구팀은 고전음악 작곡가들의 시대와 스타일이 어떤 패턴을 이루는지 탐구해, 수 백 년의 차이가 있는 음악가들 사이에서도 긴밀한 네트워크가 존재함을 발견했다. 특히 소비자들의 음악적 취향이 고전음악 성장에 어떤 영향을 끼쳤는지 규명했다.
연구진은 미래의 고전음악 시장은 유명 작곡가들에게 집중되는 동시에 끊임없이 유입되는 새로운 음악가들로 인해 다양성이 유지되는 양면성을 갖게 될 것이라고 예측했다. 또한 이런 방식의 연구가 음악 뿐 아니라 미술과 문학 연구까지 확장될 것으로 예상했다.
박 교수는 “새로운 방식으로 문화의 원리를 밝히는 최신 연구의 일환이다”며 “문화에 과학적 방법론을 입힌 융합연구능력의 좋은 예시가 될 것”이라고 말했다.
붙임 : 연구 개요, 그림 설명
□ 연구 개요
* 빅데이터 출처: 아카이브뮤직(ArkivMusic)과 올 뮤직 가이드(All Music Guide)라는 빅데이터 소스를 사용했다. 아카이브뮤직은 서양 클래식 음반(CD)에 관한 세계 최대 정보를 제공하고 올 뮤직 가이드는 음악가들의 인적 정보를 제공하는 사이트이다. 여기서 약 64,000장의 클래식 음반과 그 음반에 음악이 수록된 14,000명의 작곡가 데이터를 사용했고, 이는 현재 ‘문화’의 빅데이터 연구로서는 세계 최대급 규모이다.
* 연구방법론: 서양 클래식 음악과 같은 문화의 중요한 특징 중의 하나는 그 창작자(작곡가 등)가 개인으로 동떨어져 존재하는 것이 아니라 다른 창작자들과 영향을 주고받으며 새로운 스타일이 등장하고 발전 한다는 것이다. 그러므로 창작자들이 맺고 있는 소통 및 연관성의 관계를 이해하는 것은 문화 창조의 원리, 역사와 미래를 이해하는 데 있어 매우 중요하다고 할 수 있다. 이를 위해 “CD--작곡가들의 빅데이터”로부터 작곡자들이 이루고 네트워크를 연구하였다. (그림 1) 즉, CD에 함께 등재된 작곡가들이 연결돼있는 것이다. 그림 1은 이 네트워크의 핵심적인 일부를 표현한 것으로 하단의 요한 세바스찬 바흐는 모차르트와, 차이코프스키는 드뷔시와 함께 CD에 등장한 적이 있음을 알게 해준다. 이러한 네트워크로부터 유의미한 패턴을 찾아 네트워크의 발전 원리와 미래를 연구하는 것을 네트워크 과학이라고 하는데, 현재 SNS와 사회과학, 인터넷 등의 연구에 사용되고 있다. ‘복잡계 네트워크 과학’ 이라고도 한다.
* 연구결과:
이 네트워크는 중세/르네상스(1500년대 이전) 작곡자로부터 2000년대 현존하는 작곡자까지 500년이 넘는 서양 클래식 음악의 역사를 담고 있으면서도, 작곡자와 작곡자간의 평균 거리는 3.5명에 불과한 좁은 세상을 이루고 있다. 직접 연결되지 않는 작곡가들끼리도 평균적으로 3-4명만 건너뛰면 연결이 돼 서로 가깝게 연관되어 있다는 것을 알 수 있다.
이 네트워크 안에서 각 작곡가들이 차지하는 비중은 작곡가에 따라 매우 상이하다는 것도 중요한 특징이다. 예를 들어, 요한 세바스찬 바흐는 (J. S. Bach) 이 1,551명의 각기 다른 작곡가와 연결돼있고, 모차르트는 (W. A. Mozart) 1086명의 다른 작곡가와 연결돼있는데 이는 작곡가 전체 평균 숫자인 15명의 수십, 수 백 배에 달한다. 바흐와 베토벤 같은 유명 작곡가들이 전체 작곡가 네트워크에서 얼마나 큰 비중을 차지하는지 수치적으로 명확히 보여줌으로써 영향력을 구체적으로 이해할 수 있는 것이다. (그림 1에서 작곡자들의 크기로 표현)
이 네트워크에서 연결되어있다는 것은 음반 레이블에서 CD를 발매할 때 함께 묶어서 냈다는 뜻이므로 스타일, 주제, 기법 등에 기반한 음악적 유사성을 뜻하는 것으로 볼 수 있다. 컴퓨터 알고리즘을 이용해 순전히 네트워크 구조로부터 서로 긴밀하게 연결된 작곡가들의 집단을 유추한 뒤 기존 클래식 음악사 연구에서 사용되는 사조 구분과 교차 검증을 햇다. (그림 2). 여기에서는 CD 빅데이터에 기반한 네트워크가 서양 클래식 음악의 발전사를 잘 보여주고 있다는 것을 알 수 있는데, 낭만파(1800년대)와 현대파(1900년대)를 잇는 프랑스의 작곡가 드뷔시(Debussy)의 중간적인 위치, 현대파의 유럽 및 남미파(드뷔시, 라벨, 피아졸라)-미국파(레너드 번스틴, 애론 코플랜드) 분리 등을 관찰할 수가 있다.
CD의 발매일자에 따른 네트워크의 과거 발전 모습을 분석함으로써 미래의 추세 또한 예측 가능하다. 미래의 네트워크는 유명 작곡가들에게 상대적으로 더욱 더 집중되는 모습을 가질 것으로 예상된다. 그러나 기술의 발전에 따른 CD 발매의 용이성에 힘입어 작곡가의 숫자 또한 꾸준히 늘어나는 것으로 관찰돼, 소수에 집중되는 측면과 다양성의 양면을 지닐 것으로 예상된다.
* 의의: 창작자가 서로 깊게 연관되어있는 문화의 발전 원리는 그 분야의 구성원 전체를 동시에 보는 것이 필요하므로, 이와 같은 빅데이터의 연구로 풀어내기에 매우 적합하다. 또한 다른 문화 분야 (회화, 문학 등) 로의 확장도 가능해 문화 분야 간 연관성 혹은 문화 전체의 발전의 원리를 연구할 수도 있을 것이다.
□ 그림 설명
그림 1. CD-작곡가들의 빅데이터
그림 2. 빅데이터와 사조구분 방법으로 교차 검증한 모식도
2015.05.06
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빛 이용 나선형 구조체 방향조절 기술 개발
김 상 율 교수
우리 대학 화학과 김상율 교수, 서명은 교수 연구팀이 빛의 파동을 이용해 특정한 방향으로 꼬인 나선형 나노 구조체를 형성하는 데 성공했다.
연구 결과는 국제 학술지 네이처 커뮤니케이션(Nature Communications) 23일자 온라인 판에 게재됐다.
키랄성이란 오른손과 왼손처럼 모양은 같지만 서로 거울에 비친 형태를 가지는 물질을 말한다. 키랄성 물질은 돌리고 방향을 바꾸어도 서로 겹칠 수 없는 구조적 특성을 갖는다. 자연에 존재하는 DNA나 단백질 등을 구성하는 분자들은 이 중 한쪽 형태로만 이루어져 있다.
다량의 특정 키랄성 물질이 자연계에 존재하는 이유는 명백히 밝혀지지 않았다. 한 가지 가설은 유기 물질이 처음 생성될 시점에 우주로부터 나선을 따라 진동하는 빛의 파동인 원편광이 쬐어져, 원편광의 나선 방향이 유기 물질에 전달되어 한쪽 키랄성을 갖는 분자가 보다 많이 만들어 지게 됐다는 것이다.
연구팀은 이 가설에 입각해 원편광의 키랄성이 비키랄성 분자에 전달 및 증폭이 가능한지 알아보기 위해 빛에 반응하는 비키랄성 분자를 이용했다.
그리고 비키랄성 분자에 오른원편광, 왼원편광을 따로 노출시켜 분자들이 원편광의 방향에 따라 다른 방향의 나선을 그리며 쌓이는 것을 확인했다. 기존의 방법으로 나선형 구조체를 만들 때 반드시 키랄성 분자가 필요했던 것을 뒤집는 결과가 나온 것이다.
이처럼 단순히 특정 방향의 원편광을 비추는 것만으로 원하는 방향의 나선형 구조체를 만들 수 있고, 다시 반대 방향의 원편광을 비추면 나선의 방향을 뒤집는 것 또한 가능하다는 것을 증명했다.
뿐만 아니라 광중합을 이용해 나선형 구조체를 굳히는 방법을 개발해 구조체의 제작부터 방향을 고정시키는 전 과정을 빛을 이용해 제어하는 데 성공했다.
김상율 교수는 “원평광의 방향에 따라 비키랄성 분자의 자기조립 경로가 좌우되고, 자기조립을 통해 키랄성이 증폭되므로 결국 원편광의 방향이 나선 방향을 결정할 수 있다는 것이다”며 “키랄성의 기원에 대해 흥미로운 가능성을 제시하고 있다”고 말했다.
연구팀은 키랄성 센서를 만들거나 키랄성 분자를 분리하는 등의 응용 분야에 개발된 나선형 나노 구조체가 유용하게 사용될 것으로 전망했다.
한국연구재단 중견연구자 지원사업과 선도연구센터 육성사업의 지원을 받아 진행된 이번 연구는 김상율 교수와 서명은 교수가 교신 저자로, 김지성 학생이 제1저자로 참여했다.
□ 그림 설명
그림1. 빛에 의해 형성된 나노 구조체의 주사전자현미경 사진
그림2. 전체 실험과정 모식도
2015.04.30
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2015 QS 세계대학평가 학과별 순위…화학공학 17위, 재료과학 19위
우리 대학 생명화학공학과와 신소재공학과가 ‘QS 세계대학평가 학과별 순위’에서 20위 이내로 진입했다.
영국의 세계대학평가 기관인 QS가 29일 발표한 ‘2015 세계대학평가 학과별 순위’에 따르면 생명화학공학과와 신소재공학과가 각각 17위와 19위를 차지했다. 지난해에는 신소재공학과와 화학과가 각각 16위와 17위를 차지한 바 있다.
올해 학과별 순위에서 KAIST는 화학공학(17위), 신소재공학(19위), 건설및환경공학(22위), 전기및전자공학(22위), 기계•항공공학(26위), 전산학(39위) 등 6개 분야에서 국내 1위를 차지해 다시 한 번 국내 최고의 공과대학임을 입증했다.
QS는 올해 학문분야별 평가에서 36개 전공분야를 대상으로 순위를 매겼다. ① 학계 평가 ② 졸업생 평판도 ③ 교수당 논문 피 인용수, ④ H-인데스 등의 지표가 활용됐다. 끝.
2015.04.29
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고효율의 단일광자원 소자 핵심기술 개발
조 용 훈 교수
우리 대학 물리학과 조용훈 교수 연구팀이 양자정보기술에 기여할 수 있는 고효율의 단일광자원(양자광원) 의 방출 효율과 공정 수율을 높일 수 있는 기술을 개발했다.
이번 연구 결과는 자연과학분야 학술지인 미국국립과학원회보(PNAS: Proceedings of the National Academy of Sciences) 4월 13일자 온라인 판에 게재됐다.
빛은 보통 파동의 성질을 갖는 동시에 입자의 성질도 가지고 있는데, 이 입자를 광자라고 한다. 단일광자원 혹은 양자광원은 광자가 뭉쳐서 나오는 고전적인 광원과는 달리 한 번에 한 개의 광자만 방출하는 소자이다. 반도체 양자점을 이용한 단일광자 방출 소자는 안정성 및 전기구동 가능성이 높아 상용화에 적합한 소자로 각광받고 있다.
하지만 빛의 파장은 양자점보다 수십~수백 배 정도 크기 때문에 상호 작용하기 어려워서 단일광자의 방출 효율이 매우 작다는 한계점이 있다. 따라서 고효율 단일광자원를 만들기 위해서는 양자점과 빛을 집속시키는 구조(광공진기)를 공간적으로 정확히 결합시키는 것이 필수적이다.
하지만 양자점은 불규칙하게 분포되어 있고 위치를 정확히 확인할 수 없어 우연성에 의존한 결합을 기대할 수밖에 없었다. 따라서 긴 공정시간에도 불구하고 소수의 단일광자소자를 제작하는 수준에 머물러 있었다.
연구팀은 문제 해결을 위해 피라미드 모양의 나노 구조체를 활용했다. 반도체 나노피라미드 구조에서는 양자점이 피라미드의 꼭지점에 자발적으로 형성된다. 그리고 그 위에 금속 필름을 얇게 증착하면 빛 역시 뾰족한 금속 끝에 모이는 성질 때문에 양자점과 동일한 위치에 집속되는 것이다.
특히 금속에서는 빛이 본래 가진 파장보다 작게 뭉칠 수 있다. 즉, 빛이 가진 파장보다 더 소형화를 시킬 수 있기 때문에 양자점과의 크기 차이로 인한 문제를 극복할 수 있게 되는데, 이 방법으로 단일광자 방출 효율이 기존의 방식보다 20배 정도 증가되었다.
단일광자 방출소자는 양자광컴퓨터 및 양자암호기술 구현의 가장 기본적인 구성 요소이다. 이번 연구를 통해 기존의 까다로운 과정들 없이 단순한 방식으로 효율과 수율을 모두 높일 수 있으므로, 단일광자방출원 혹은 양자광원 관련 기술의 상용화 가능성이 높아질 것으로 기대된다.
조 교수는 “이 기술은 높은 공정 수율을 갖고 있기 때문에 상용 양자광원 소자 제작 한계를 해결하고, 양자정보통신 분야 구현에 중요 기술이 될 것”이라고 말했다.
조용훈 교수의 지도를 받아 공수현(1저자)·김제형(2저자) 박사가 수행한 이번 연구는 우리 대학 신종화·이용희 교수, 프랑스 CNRS의 레시당 박사, 미국 UC 버클리의 샹장 교수가 참여했으며, 한국연구재단의 중견연구자 지원사업과 KAIST 기후변화연구 허브사업의 지원을 받아 수행됐다.
그림 1. 단일 광자가 높은 효율로 방출되는 모습의 개념도
2015.04.23
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미세 입자의 3차원 영상 촬영기술 개발
우리 대학 물리학과 박용근 교수 연구팀은 CT촬영의 원리와 비슷한 광회절 단층촬영법을 이용해, 광학 집게로 포획한 입자의 3차원 위치를 고속으로 측정할 수 있는 기술을 개발했다.
이 기술로 광학 집게를 사용한 세포 단계의 수술 작업을 실시간 촬영할 수 있어 세포의 반응, 수술 예후 등을 모니터링 할 수 있게 됐으며, 기존에는 어려웠던 세포 내부 성분 및 총량에 대한 정확한 수치 측정이 가능해졌다.
연구 결과는 미국 광학회지 ‘옵티카(Optica)’ 4월 20일자 온라인 판 표지 논문으로 선정됐다.
광학 집게는 빛을 이용해 미세 입자를 포획해 힘을 가하거나 3차원 위치를 자유자재로 움직일 수 있는 기술이다.
렌즈를 이용해 레이저 빔을 머리카락의 수백분의 일 크기의 초점으로 모으면 자석에 철가루가 끌려오듯 주변의 미세입자들이 달라붙는다. 초점의 위치를 옮기거나 힘을 가해서 미세 입자의 3차원 위치를 조절하는 것이 광학 집게의 원리이다.
광학 집게로 움직인 미세 입자의 위치를 측정하기 위해서 광학 현미경을 이용하는데, 입자의 2차원 움직임은 미세 입자에 의해 산란된 빛의 정보를 측정함으로써 쉽게 알 수 있었다.
하지만 다른 물체가 시선 방향의 미세 입자를 가로막아 산란된 빛의 정보가 왜곡되거나, 생물 세포처럼 복잡한 형상인 경우에는 3차원 위치의 정확한 측정이 어려웠다.
연구팀은 병원의 CT촬영 원리와 비슷한 광회절 단층촬영법을 이용해 입자의 3차원 영상화에 성공했다. 다각도로 CT 영상을 찍어 환자 몸 내부를 들여다보듯이, 광학 집게로 포획한 미세 입자에 레이저 빔을 여러 각도로 입사해 촬영한 뒤 이를 분석하는 방식이다.
2 마이크로미터 크기의 유리구슬을 광학 집게로 집어 백혈구 세포 위에 얹은 뒤 백혈구의 반응을 1초당 60장의 속도로 영상화했다. 앞쪽에 위치한 백혈구가 구슬을 가려 기존의 기술로는 촬영이 어려웠지만, 연구팀의 광회절 단층촬영법으로 구슬의 3차원 위치 뿐 아니라 백혈구 내부의 물질 분포도 측정이 가능했다.
박 교수는 “포획한 입자의 3차원 위치와 내부 구조를 별도의 표지 없이 빠른 속도로 측정 가능한 기술이다” 며 “향후 물리학, 광학, 나노기술 및 의학 등의 다양한 분야에 응용될 것으로 기대한다”고 말했다.
김규현 학생(제1저자)은 "물리적, 화학적 자극에 따른 세포 반응을 단일 세포 단계에서 관찰하는 것이 중요하다"며, "이 방법을 이용해 부유 입자와 세포, 조직 등의 다양한 시스템에 광학 집게로 힘을 가하고 이를 3차원으로 실시간 영상화하는 실험을 수행할 예정이다"고 말했다.
□ 그림 설명
그림 1. 광집게로 집은 유리구슬을 백혈구 세포에 얹은 모습
그림2. 일반 현미경 관찰 영상과 광회절 단층촬영법 관찰 영상 비교
2015.04.21
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