Research

유기트랜지스터의 구동안정성 증가로 유연전자소자 실용화 앞당겨

POSTECH 조길원 교수팀, 세계적 학술지 표지논문으로 발표 포스텍 화학공학과 조길원교수, 최현호박사, 숭실대 김도환 교수, 건국대 이위형 교수 공동연구팀은 차세대 디스플레이의 핵심기술인 유기트랜지스터의 특성에 지대한 영향을 미치는 전압안정성에 관한 연구결과를 정리하고 획기적인 개선 방향을 제시하여 유기트랜지스터의 실용화를 앞당기는데 기여하였다. 이 연구성과는 재료과학분야 세계적 학술지인 ‘어드밴스드 머터리얼스 (Advanced Materials)’ 최신호 (3월 19일자)의 표지논문으로 선정되어 학계의 주목을 끌고 있다. “미세구조 제어에 의한 유기트랜지스터 (Organic Transistors)의 전압안정성 확보” 라는 제목으로 소개된 이 논문은 유기트랜지스터의 전압안정성을 높이기 위하여 소자를 이루는 박막 및 계면 미세구조의 제어에 대해서 심도있게 분석하고 나아가 최적의 미세구조를 제안하였다. 특히, 트랜지스터 소자는 구동하는 동안 얼마만큼 초기 전기신호가 유지되는지가 중요하고 이는 실용화 여부를 가늠하는 핵심기술인데, 이 논문은 이러한 전압안정성을 유지할 수 있는 방안을 제시하였다. 조길원 교수는 “이번에 제안된 기술을 이용하면 유기기반 플렉시블 디스플레이의 실용화를 한층 앞당길 수 있을 것이다.”라고 말했다. 한편, 이 논문은 어드밴스드 머터리얼스지가 저널 발간 25주년을 기념하여 유기트랜지스터 연구분야를 선도하고 있는 조길원 교수팀에 ‘리뷰 논문 (Review Paper)’을 요청하여 이의 일환으로 발표한 것이다. 리뷰논문은 해당분야의 세계 최고 수준의 전문가가 그 동안의 연구성과 및 결과 등을 총망라하고 이를 바탕으로 그 분야의 연구 방향을 제시하는 논문이다. 이번 연구는 미래창조과학부 글로벌프론티어 사업인 ”나노기반 소프트 일렉트로닉스 연구단”의 지원으로 이루어졌다.

김범만 교수, 獨 로데슈바르즈와 고효율 전력증폭기 공동개발

포스텍(포항공과대학교)이 통신네트워크 계측기 분야 세계적 기업인 독일 로데슈바르(Rohde&Schwarz)사와 공동으로 이동통신 배터리 효율 향상 기술 개발에 나선다. 포스텍 마이크로파집적회로연구실은 로데슈바르즈사로부터 전력증폭기, 계측시스템 등 첨단 연구장비를 지원받고, 상호 교류와 기술협력을 통해 고효율 전력증폭기 기술 연구를 진행해 나가기로 했다. 이를 위해 기술연구 협약식을 11일 오후 1시30분 포스텍내 LG연구동에서 양 기관 관계자들이 참석한 가운데 체결한다. 이동통신 규격이 초고속 무선데이터통신인 LTE나 LTE-A로 전환하면서 배터리 소모 효율 향상을 위한 관련 연구 경쟁이 치열해지고 있는데, 특히 능동전압 제어를 통해 20~30% 이상 효율성을 높일 수 있는 포락선 추적 전력증폭기(Envelope Tracking Power Amplifier, ET-PA)와 도허티 전력증폭기(Doherty Power Amplifier) 기술 적용에 관심이 모아지고 있다. 포스텍 마이크로파집적회로연구실의 소장으로 있는 이 대학 전자전기공학과 김범만 교수는 이동통신용 전력증폭기 기술 분야 세계적 권위자로서, 무선계측기 분야에서 세계적 기술력을 확보하고 있는 로데슈바르즈와의 이번 협약 체결을 통해 핵심 기술개발을 가속화 할 수 있을 것으로 기대된다. 포스텍 김범만 교수는 “로데슈바르즈가 이번에 지원하는 연구장비는 전력증폭기 연구에 있어 최적화된 솔루션으로 기술 개발을 크게 촉진시킬 것이며, 산학협력을 더욱 활발히 추진하길 희망한다“고 말했다. 또, 로데슈바르즈 코리아 김용득 대표이사는 “이번 포스텍과의 협업은 솔루션 개발과 보급에 좋은 밑거름이 될 것으로 기대하며, 대한민국 통신시장 기술개발에 도움을 주도록 최선을 다할 것이다“고 밝혔다. ※ 포스텍 마이크로파집적회로 연구실 포스텍 전자전기공학과 김범만 교수가 소장으로 있으며, 전력 증폭기의 효율성을 높이기 위한 연구를 지속적으로 수행하고 있다. 김범만 교수는 해당 분야의 세계적인 권위자로 널리 알려져 있으며, 2007년 미국 전기전자공학회(IEEE) 최고 영예인 석학회원(Fellow)에 선임되었다. 지난 10년간 세계 여러 곳에서 100여회의 관련 기술 분야 연구의 초청강연을 수행하였고, 2013년 서울 COEX에서 개최된 국제 컨퍼런스인 “아시아-태평양 마이크로웨이브 컨퍼런스(Asian Pacific Microwave Conference)”에서는 “Past, Current, and Future Power Amplifier Technology” 라는 주제로 keynote Speech를 하였다. ※ 로데슈바르즈(Rohde & Schwarz) 독일 뮌헨에 본사를 둔 전기, 전자 및 무선 측정분야 전문 기업으로, 80년의 역사를 가지고 있다. 현재 전 세계 약 70개국 이상에 전문적인 공급망과 서비스 네트워크를 갖추고 있으며, 한국 지사인 로데슈바르즈 코리아는 2000년에 설립되었다., 특화된 기술력과 전문화된 지원으로 차세대 통신개발 장비와 방송 송신 장비, 연구, 개발, 생산 등 관련 산업분야에서 활발한 활동을 하고 있다.

조길원 교수, 유기 태양전지 박막 형성 원리 첫 규명

국내 연구진이 차세대 태양전지로 주목받고 있는 유기태양전지의 박막 형성 원리를 최초로 규명함으로써 태양전지의 효율을 향상시킬 수 있는 기술을 개발하였다. 이 기술은 기존의 복잡한 공정을 획기적으로 단순화했으며, 신문처럼 인쇄해 만들 수 있고 종이처럼 유연한 유기태양전지의 상용화를 앞당길 수 있을 것으로 기대된다. 이번 연구는 미래창조과학부가 추진하는 글로벌프론티어사업인 “나노기반소프트일렉트로닉스연구단”의 조길원 교수 (포스텍 화학공학과)와 박사과정 김민 연구원이 진행하였으며, 연구결과는 재료과학분야의 세계적 학술지인 Advanced Energy Materials 최신호 (1월 28일자) 표지논문 (Cover of the Issues)으로 게재되었다. http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.201470007/abstract(표지) http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.201300612/abstract (논문) 유기태양전지는 작은 비용으로 대면적 제작이 가능하며 유연성이 좋아 실리콘이나 무기태양전지의 뒤를 이을 차세대 태양전지가 될 것으로 기대를 모았지만, 태양빛을 전기에너지로 변환시키는 광전효율이 낮아 상용화가 잘 이루어지지 않고 있는 실정이다. 유기태양전지는 100 나노미터(nm) 정도의 박막으로 되어 있으며, 전기 에너지를 효과적으로 생산하기 위해서는 박막의 내부 나노구조를 잘 제어해야 한다. 그러나 박막의 두께가 너무 얇고 박막 형성 과정이 복잡해 그 구조를 분석하고 제어하기 어려웠다. 연구팀은 3차원 투과전자현미경을 이용하여 유기태양전지 박막의 나노구조를 3차원으로 분석하고 박막 형성 원리를 최초로 밝혔으며, 이를 토대로 광전효율이 우수한 박막의 나노구조를 제시하였다. 또한 이를 이용하여 기존 태양전지에 비해 20% 이상 효율을 증가시킨 태양전지의 개발에도 성공했다. 박막을 형성할 때 사용하는 용매의 증발 거동에 따라 박막의 나노구조가 크게 달라진다는 사실을 확인한 연구팀은 끓는점이 다른 두 용매를 혼합해 증발속도를 조절하여 광전효율이 높은 광활성층 나노구조를 만들어냈다. 이 기술을 이용하면 기존의 복잡한 박막 형성 공정을 한 번의 용액 코팅으로 단순화 할 수 있다. 또한, 대면적 유기태양전지 제조에 사용되는 시간과 비용을 획기적으로 줄일 수 있어 고효율의 유연하고 가벼운 차세대 태양전지의 상용화에 기여할 것으로 기대된다. 연구팀은 “이 연구는 광활성층 형성 원리를 규명하고 우수한 광전효율을 얻기 위한 박막의 나노구조를 제시한 것으로, 이를 바탕으로 대면적화에 용이한 인쇄 공정 기술 개발이 가능하여 향후 인쇄용 고효율 유기태양전지 뿐만 아니라 유기 반도체 기반의 인쇄용 유연 전자소자 상용화에 기여할 것”이라고 연구의의를 밝혔다.

김영우(컴공) 군, 촬영된 위치로 동영상 검색기술 개발

새로운 동영상검색기술 개발, SCI급 권위지에 게재 스마트폰이나 블랙박스로 촬영한 동영상은 GPS를 연결하기만 하면 동영상 뿐만 아니라 언제 어디에서 촬영되었는지가 함께 기록된다. 이렇게 촬영된 동영상은 정보 수집은 물론 치안 등의 목적에도 널리 활용될 수 있다. 문제는 인터넷 상에 넘쳐나는 자료들 가운데 필요한 영상을 어떻게 찾을 수 있느냐는 점이다. 다양한 검색 방법이 개발되는 가운데, 스마트폰 동영상처럼 시간과 장소 등이 한꺼번에 저장된 영상을 촬영위치로 효과적으로 검색할 수 있는 기술이 POSTECH 학부생을 통해 개발됐다. POSTECH 컴퓨터공학과 학사과정 김영우씨(22)・유환조 교수팀은 공간에 대한 정보를 효과적으로 찾을 수 있는 인덱스 구조 GeoTree를 개발, 데이터 마이닝분야 권위지인 ‘널리지베이스드시스템(Knowledge-Based System)’지를 통해 발표했다. 아직 어린 학부생의 연구과제로서도 흔치않은 성과지만, 현재 위치기반 동영상 검색에 관한 기술은 거의 없는 상태에서 나온 결과라 학계의 관심도 높다. 흔히 동영상 검색은 비디오의 제목이나 설명 처럼 문자형태의 정보를 이용하는데 그치고 있지만, 최근 디지털 카메라나 스마트폰 등에 GPS 센서가 장착되어 있어, 시간이나 장소 등 시공간적 정보가 그대로 동영상 파일 안에 저장되고 있다. 만약 이러한 정보를 이용해 검색할 수 있게 된다면 위치를 검색하는 것만으로도 필요한 정보를 손쉽게 찾을 수 있게 된다. 현재까지 공간 데이터를 구분하는 기술, 즉 공간 데이터 인덱싱에는 R-Tree라고 하는 기술이 활용되어 왔지만, 연구팀은 MBTR이라는 이름의 새로운 데이터 구조를 제안해 카메라의 시야영역에 대한 정보를 효율적으로 제공하는 한편, 이를 검색이 가능하도록 하는 알고리즘을 개발하는데 성공했다. 이 기술은 여러 분야의 데이터에 활용되는 R-Tree와는 달리 동영상을 위해 만들어진 기술로서, R-Tree에 비해 1.5배 정도 검색속도가 빨라지며 정보를 저장하는데 필요한 메모리도 기존 기술의 10%에 불과하다. 김영우씨를 지도한 POSTECH 유환조 교수는 “학부생으로서 낼 수 있는 참신한 아이디어를 바탕으로 동영상 검색 분야에서 새로운 장을 여는 기술이 나왔다”며 “이 기술을 응용하면 정보수집이나 데이터 마이닝, 치안 등을 목적으로 한 동영상 검색기술로 활용이 가능할 것”이라고 밝혔다.

박성해 박사, 스펀지 구조체로 '염료감응형 채양전지' 성능 향상 기술 개발

화공 박태호 교수팀, 염료감응형 태양전지 성능 향상 기술 개발 식물이 광합성을 하듯, 특수한 염료를 통해 태양광을 전기로 전환시키는 염료감응형 태양전지. 이 태양전지를 이용하면 차량이나 가정의 유리창에도 간단하게 설치해 전기를 만들어낼 수 있어 친환경 에너지 분야에서도 관심이 많은 분야 중 하나다. 하지만, 다른 태양전지와는 달리, 염료를 사용하기 때문에 태양광이 전기로 바뀌는 과정에서 염료를 안정화하는 핵심 액상물질이 공기 중으로 날아가 버려 상용화가 가능한 최소효율(7%)에도 미치지 못하는 문제점을 가지고 있었다. POSTECH(포항공과대학교) 화학공학과 박성해 박사(38)․박사과정 임종철(31)씨 팀(지도교수 박태호)은 자기조립 물질로 스펀지 구조체를 만들어 태양전지 속 염료가 분리되거나 새어나가는 일이 없도록 하는 기술을 개발했다. 에너지분야 권위지인 ‘어드밴스드에너지머터리얼(Advanced Energy Materials)’지를 통해 발표된 이 기술은 염료감응형 태양전지의 성능을 향상시킬 뿐 아니라 사용 수명도 연장시킬 수 있을 것으로 기대된다. 연구팀은 기존의 방법들을 검토하면서 염료감응형 태양전지에 빈발하게 일어나는 누수나 휘발현상을 막기 어렵다는 사실을 규명하고, 일정 조건 아래 스스로 스펀지 구조체를 만드는 자기조립형 물질을 넣어 태양전지 내부의 염료 주변에서 스펀지 구조체를 만들었다. 이 구조체는 염료가 분리되지 않도록 고정시킬 뿐 아니라, 액상 물질을 스펀지가 물을 빨아들이듯 머금고 있어 고질적인 누수와 휘발 문제를 상당부분 개선시킬 수 있었다. 그 결과 광전변환 효율을 상용화가 가능한 수준인 9%까지 향상시켰으며, 특히 65℃의 고온에서 장시간 사용이 가능하다는 사실도 추가로 밝혔다. 연구를 주도한 박태호 교수는 “무엇보다 염료감응형 태양전지의 장기적인 안정성을 확보할 수 있어 상용화를 크게 앞당길 수 있을 것으로 기대할 수 있다”고 밝혔다.

POSTECH, “태양전지 효율, 스펀지가 향상시킨다?”

화공 박태호 교수팀, 염료감응형 태양전지 성능 향상 기술 개발 식물이 광합성을 하듯, 특수한 염료를 통해 태양광을 전기로 전환시키는 염료감응형 태양전지. 이 태양전지를 이용하면 차량이나 가정의 유리창에도 간단하게 설치해 전기를 만들어낼 수 있어 친환경 에너지 분야에서도 관심이 많은 분야 중 하나다. 하지만, 다른 태양전지와는 달리, 염료를 사용하기 때문에 태양광이 전기로 바뀌는 과정에서 염료를 안정화하는 핵심 액상물질이 공기 중으로 날아가 버려 상용화가 가능한 최소효율(7%)에도 미치지 못하는 문제점을 가지고 있었다. POSTECH(포항공과대학교) 화학공학과 박성해 박사(38)․박사과정 임종철(31)씨 팀(지도교수 박태호)은 자기조립 물질로 스펀지 구조체를 만들어 태양전지 속 염료가 분리되거나 새어나가는 일이 없도록 하는 기술을 개발했다. 에너지분야 권위지인 ‘어드밴스드에너지머터리얼(Advanced Energy Materials)’지를 통해 발표된 이 기술은 염료감응형 태양전지의 성능을 향상시킬 뿐 아니라 사용 수명도 연장시킬 수 있을 것으로 기대된다. 연구팀은 기존의 방법들을 검토하면서 염료감응형 태양전지에 빈발하게 일어나는 누수나 휘발현상을 막기 어렵다는 사실을 규명하고, 일정 조건 아래 스스로 스펀지 구조체를 만드는 자기조립형 물질을 넣어 태양전지 내부의 염료 주변에서 스펀지 구조체를 만들었다. 이 구조체는 염료가 분리되지 않도록 고정시킬 뿐 아니라, 액상 물질을 스펀지가 물을 빨아들이듯 머금고 있어 고질적인 누수와 휘발 문제를 상당부분 개선시킬 수 있었다. 그 결과 광전변환 효율을 상용화가 가능한 수준인 9%까지 향상시켰으며, 특히 65℃의 고온에서 장시간 사용이 가능하다는 사실도 추가로 밝혔다. 연구를 주도한 박태호 교수는 “무엇보다 염료감응형 태양전지의 장기적인 안정성을 확보할 수 있어 상용화를 크게 앞당길 수 있을 것으로 기대할 수 있다”고 밝혔다.

POSTECH 학부생, 촬영위치로 동영상 찾는 기술 개발

새로운 동영상검색기술 개발, SCI급 권위지에 게재 스마트폰이나 블랙박스로 촬영한 동영상은 GPS를 연결하기만 하면 동영상 뿐만 아니라 언제 어디에서 촬영되었는지가 함께 기록된다. 이렇게 촬영된 동영상은 정보 수집은 물론 치안 등의 목적에도 널리 활용될 수 있다. 문제는 인터넷 상에 넘쳐나는 자료들 가운데 필요한 영상을 어떻게 찾을 수 있느냐는 점이다. 다양한 검색 방법이 개발되는 가운데, 스마트폰 동영상처럼 시간과 장소 등이 한꺼번에 저장된 영상을 촬영위치로 효과적으로 검색할 수 있는 기술이 POSTECH 학부생을 통해 개발됐다. POSTECH 컴퓨터공학과 학사과정 김영우씨(22)・유환조 교수팀은 공간에 대한 정보를 효과적으로 찾을 수 있는 인덱스 구조 GeoTree를 개발, 데이터 마이닝분야 권위지인 ‘널리지베이스드시스템(Knowledge-Based System)’지를 통해 발표했다. 아직 어린 학부생의 연구과제로서도 흔치않은 성과지만, 현재 위치기반 동영상 검색에 관한 기술은 거의 없는 상태에서 나온 결과라 학계의 관심도 높다. 흔히 동영상 검색은 비디오의 제목이나 설명 처럼 문자형태의 정보를 이용하는데 그치고 있지만, 최근 디지털 카메라나 스마트폰 등에 GPS 센서가 장착되어 있어, 시간이나 장소 등 시공간적 정보가 그대로 동영상 파일 안에 저장되고 있다. 만약 이러한 정보를 이용해 검색할 수 있게 된다면 위치를 검색하는 것만으로도 필요한 정보를 손쉽게 찾을 수 있게 된다. 현재까지 공간 데이터를 구분하는 기술, 즉 공간 데이터 인덱싱에는 R-Tree라고 하는 기술이 활용되어 왔지만, 연구팀은 MBTR이라는 이름의 새로운 데이터 구조를 제안해 카메라의 시야영역에 대한 정보를 효율적으로 제공하는 한편, 이를 검색이 가능하도록 하는 알고리즘을 개발하는데 성공했다. 이 기술은 여러 분야의 데이터에 활용되는 R-Tree와는 달리 동영상을 위해 만들어진 기술로서, R-Tree에 비해 1.5배 정도 검색속도가 빨라지며 정보를 저장하는데 필요한 메모리도 기존 기술의 10%에 불과하다. 김영우씨를 지도한 POSTECH 유환조 교수는 “학부생으로서 낼 수 있는 참신한 아이디어를 바탕으로 동영상 검색 분야에서 새로운 장을 여는 기술이 나왔다”며 “이 기술을 응용하면 정보수집이나 데이터 마이닝, 치안 등을 목적으로 한 동영상 검색기술로 활용이 가능할 것”이라고 밝혔다.

이시우 교수-이태우교수 공동연구팀, 그래핀양자점으로 OLED 개발

POSTECH, 그래핀 양자점으로 ‘조명’ 만든다 그래핀은 이제 우리에게 익숙한 ‘꿈의 소재’로, 흑연 등 탄소를 이용해 만들어 다른 양자점 소재에 비해 독성이 적을 뿐 아니라 간단한 공정으로 비용이 저렴하다는 장점을 가지고 있다. 하지만 원하는 크기로 균일하게 합성하는 과정이 까다롭고, 입자 사이의 뭉침 현상이 일어나 효율을 저하시켜 상용화에 어려움을 겪고 있다. POSTECH 화학공학과 이시우 교수팀은 그래핀 양자점을 균일하게 합성하는 새로운 방법을 개발하는 한편, 신소재공학과 이태우 교수팀과의 공동연구를 통해 백색광을 내는 유기발광소자를 만드는데 성공했다. 양자점(Quntum Dot)은 화학 공정을 통해 만드는 나노미터(nm) 크기의 반도체 결정체로, 주로 초미세 반도체, 질병진단 시약이나 디스플레이에 활용된다. 그러나 이 양자점은 카드뮴이나 납과 같은 독성이 있는 중금속으로 만들어질 뿐 아니라 제작공정이 까다로운 것으로 알려져 있었다. 그래핀과 같이 탄소를 이용하는 탄소양자점 역시 합성공정은 까다롭지만, 독성이 적고 비용이 저렴하다는 장점을 가지고 있다. 연구팀은 그래핀 양자점 활용에 가장 큰 걸림돌이 되고 있는 뭉침 현상을 효과적으로 방지할 수 있는 기능성 분자를 개발했다. 그래핀을 만들기 위해 흑연을 쪼갤 때 쓰는 작용기에 긴 다리(tail)가 달려 있어 흑연이 쪼개져 그래핀 양자점이 될 때 다리가 입자들 사이를 막아 뭉침현상을 방지하는 것이다. 연구팀은 이 분자를 이용해 아민화 절단법(amidative cutting method)이라는 새로운 방법으로 고안, 이 과정을 통해 만든 양자점 소재를 이용, 백색광을 내는 OLED(유기발광소자)를 만드는데 성공했다. 이렇게 개발된 OLED는 중금속을 이용하지 않아 환경 친화적이고, 무엇보다 공정이 단순하기 때문에 제작 단가를 크게 낮출 수 있어 여러 형태의 조명 기구로 활용할 수 있을 것으로 기대된다. 연구팀은 이렇게 개발된 유기발광소자의 효율과 밝기를 높이는 후속 연구를 진행할 예정이다. 한편, 이번 연구성과는 미국화학회가 발간하는 나노기술 전문 학술지, ‘나노레터스(Nano Letters)’를 온라인판 최신호를 통해 발표됐다.

면역세포의 공격을 막아주는 신개념‘이식세포 보호대’개발

면역세포의 공격을 막아주는 신개념‘이식세포 보호대’개발 면역세포의 공격을 막아주면서 이식세포의 기능은 살리는 신개념 ‘이식 세포 보호대’가 국내 연구팀에 의해 개발되었다. 포스텍 조동우 교수 연구팀과 서울대학교병원 신경외과 백선하 교수 연구팀은 세포기반 약물전달시스템(Cell-based drug delivery systems)인 하이브리드 지지대(hybrid scaffold)를 개발하고 국제저명학술지인 ‘Journal of Controlled Release’ 최근호에 게재하였다. 이식세포를 이식 대상 동물에 전달하는 제제로는 hydrogel이 있다. hydrogel은 수용성 젤로서 이식세포가 분비한 단백질이나 신경전달물질은 hydrogel의 안과 밖으로 투과할 수 있다. 도파민분비세포를 hydrogel에 넣고, 파킨슨병이 있는 동물에 이식하면, 이식세포는 hydrogel을 통해 도파민(신경전달물질)을 공급할 수 있다. hydrogel은 기계적인 강도가 매우 약하여 3차원적인 구조체를 안정적으로 유지하기 어렵다. hydrogel의 농도, 경화 조건 등을 조절하여 강도를 일부 개선할 수 있으나, 외부 충격을 견딜 수 있을 만큼 높은 강도를 얻기 어려울 뿐만 아니라, 수용성 물질의 투과능에도 영향을 준다. 오직 hydrogel 만을 이용하여 도파민분비세포를 이식하면 생체 내에서 오랜 기간 동안 그 형태를 유지하기 어렵다. 이를 보완하기 위해 개발된 것이 hybrid scaffold이다. hybrid scaffold는 3D 프린팅 기술로 제작된 가로, 세로, 높이 1500㎛ 의 정육각형 모양의 형틀(3D-Frame) 안에 hydrogel을 넣은 것이다. 3D-Frame 내부 뼈대가 기계적 강도를 향상시켜주고, 내부의 hydrogel은 동물의 면역세포의 공격을 막아줘, 이식세포가 동물 뇌 조직에 안정적으로 정착할 수 있는 환경을 제공한다. 연구팀은 도파민 분비 세포를 hydrogel과 hybrid scaffold에 각각 넣고, 생쥐에 투약한 후, 8주 동안 혈청 도파민 분비 농도를 측정했다. 그 결과, 1 주차 때 hybrid scaffold 사용 군은 250pg/mL, hydrogel 사용 군은 190pg/mL였으나, 7주차 때는 각각 420pg/mL, 290pg/mL로 나타나, hybrid scaffold 사용 군이 hydrogel 사용 군 보다 혈청 도파민 농도가 높게 관찰되었다. 도파민분비세포를 hybrid scaffold에 넣고, 쥐의 뇌 조직에 이식한 뒤 1주일 후, 뇌 조직을 꺼내어 면역 조직 화학 검사를 한 결과, 급성기 면역거부반응이 현저히 줄어든 것으로 관찰되었다. 조동우 교수는 “이번에 개발한 hydrogel/3D-frame을 이용하여 hybrid scaffold를 만들어, 동물 모델에 세포이식을 하게 되면 scaffold 안이나 밖으로의 세포의 이동은 매우 힘들고 hybrid scaffold 내부에 있는 세포에서 분비되는 성장인자와 같은 단백질이나 신경전달물질 등은 투과시킬 수 있게 되어 향후 세포 치료에 많은 도움이 될 것으로 기대된다”라고 하였다. 백선하 교수는 “이 약물전달 시스템을 이용하여 세포치료를 하면, 이식세포가 동물의 면역세포로 부터 공격을 피하여 오래도록 생존할 수 있어 파킨슨병을 포함한 여러 가지 질병에서 향후 세포 치료의 효용성을 향상 시켜줄 것으로 기대된다”고 하였다. 파킨슨병은 흑질이라는 특정 뇌부위에서 운동에 필요한 신경전달물질인 도파민을 분비하는 신경세포가 지속적으로 파괴되는 질환이다. 인구 1,000 명 당 1-2명 비율로 발병하는 것으로 알려져 있어, 8만~12만명의 환자가 국내에 있을 것으로 추정된다. 치료약으로 도파민제제 등 항파킨슨제제가 있다. 약 복용 후 약 10년 이상 지나면 약물복용만으로 정상적인 생활이 불가능하게 되어 뇌심부자극술 등의 수술을 받는다. 파킨슨병에 대한 약물치료나 뇌심부자극술과 같은 수술적 치료는 모두 파킨슨병의 증상을 완화시키는 치료요법이다. 파킨슨병 환자에서 좀 더 근본적인 치료법을 개발하기 위해서 도파민을 분비하는 세포를 이식하는 등 세포치료에 대한 연구는 활발히 진행 중에 있다. 그러나 파킨슨병 환자의 세포치료는 면역반응 등에 의하여 이식한 세포의 생착율이 떨어지는 등 넘어야 할 장벽이 높은 것이 사실이다. 이 같은 상황에서 hybrid scaffold와 같은 새로운 약물전달물질체계 개발은 파킨슨병 환자에게 큰 희망이 될 것으로 기대된다. - hybrid scaffold의 정육각형 모양의 형틀(가로, 세로, 높이 1.5mm)을 위에서 내려다 본 모습(a), 측면에서 본 모습(b), 입체적으로 본 모습(c) - hydrogel에 1 × 10,000개의 이식세포를 넣은 후, 이것을 hybrid scaffold 형틀에 넣은 후의 모습(d) - d를 바닥에서 0.75mm 높이(z=0.75mm)의 단면(e)을 대상으로, 산소 포화도를 분석한 모습(f). 붉은 색(세포들이 안정적으로 정착할 수 있게 산소 포화도가 높게 나타남) - 즉 hybrid scaffold는 외부 면역세포가 안으로 침투 못하게 막아주면서, 붉은색 영역에서 이식 세포가 안정적으로 생존할 수 있는 환경(산소)을 만들어 줌. - (f)의 y=0.75mm 부분(파란색 선)을 따라 산소 포화도를 나타낸 그래프(g).

인쇄용 고효율 유기태양전지 기술 개발

유기태양전지 박막 형성 원리 규명해 효율 향상의 길 열어 국내 연구진이 차세대 태양전지로 주목받고 있는 유기태양전지의 박막 형성 원리를 최초로 규명함으로써 태양전지의 효율을 향상시킬 수 있는 기술을 개발하였다. 이 기술은 기존의 복잡한 공정을 획기적으로 단순화했으며, 신문처럼 인쇄해 만들 수 있고 종이처럼 유연한 유기태양전지의 상용화를 앞당길 수 있을 것으로 기대된다. 이번 연구는 미래창조과학부가 추진하는 글로벌프론티어사업인 “나노기반소프트일렉트로닉스연구단”의 조길원 교수 (포스텍 화학공학과)와 박사과정 김민 연구원이 진행하였으며, 연구결과는 재료과학분야의 세계적 학술지인 Advanced Energy Materials 최신호 (1월 28일자) 표지논문 (Cover of the Issues)으로 게재되었다. http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.201470007/abstract (표지)http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.201300612/abstract (논문) 유기태양전지는 작은 비용으로 대면적 제작이 가능하며 유연성이 좋아 실리콘이나 무기태양전지의 뒤를 이을 차세대 태양전지가 될 것으로 기대를 모았지만, 태양빛을 전기에너지로 변환시키는 광전효율이 낮아 상용화가 잘 이루어지지 않고 있는 실정이다. 유기태양전지는 100 나노미터(nm) 정도의 박막으로 되어 있으며, 전기 에너지를 효과적으로 생산하기 위해서는 박막의 내부 나노구조를 잘 제어해야 한다. 그러나 박막의 두께가 너무 얇고 박막 형성 과정이 복잡해 그 구조를 분석하고 제어하기 어려웠다. 연구팀은 3차원 투과전자현미경을 이용하여 유기태양전지 박막의 나노구조를 3차원으로 분석하고 박막 형성 원리를 최초로 밝혔으며, 이를 토대로 광전효율이 우수한 박막의 나노구조를 제시하였다. 또한 이를 이용하여 기존 태양전지에 비해 20% 이상 효율을 증가시킨 태양전지의 개발에도 성공했다. 박막을 형성할 때 사용하는 용매의 증발 거동에 따라 박막의 나노구조가 크게 달라진다는 사실을 확인한 연구팀은 끓는점이 다른 두 용매를 혼합해 증발속도를 조절하여 광전효율이 높은 광활성층 나노구조를 만들어냈다. 이 기술을 이용하면 기존의 복잡한 박막 형성 공정을 한 번의 용액 코팅으로 단순화 할 수 있다. 또한, 대면적 유기태양전지 제조에 사용되는 시간과 비용을 획기적으로 줄일 수 있어 고효율의 유연하고 가벼운 차세대 태양전지의 상용화에 기여할 것으로 기대된다. 연구팀은 “이 연구는 광활성층 형성 원리를 규명하고 우수한 광전효율을 얻기 위한 박막의 나노구조를 제시한 것으로, 이를 바탕으로 대면적화에 용이한 인쇄 공정 기술 개발이 가능하여 향후 인쇄용 고효율 유기태양전지 뿐만 아니라 유기 반도체 기반의 인쇄용 유연 전자소자 상용화에 기여할 것”이라고 연구의의를 밝혔다.