Research

그래핀을 대체할 차세대 2차원 반도체 나노재료 성장법 개발

대면적 및 원하는 기하학적 형태 제작…안게반테 케미 표지 장식 국제과학비즈니스벨트 핵심 기관인 기초과학연구원(원장 오세정·IBS) 「원자제어저차원전자계연구단」(단장 염한웅, POSTECH 물리학과 교수)의 최희철 부단장 겸 그룹리더 (POSTECH 화학과 교수) 연구진은 금 촉매를 이용하여 그래핀을 대체할 차세대 반도체 소재로 각광받고 있는 2차원 이황화몰리브덴(MoS2)을 처음으로 대면적 및 원하는 기하학적 형태로 제작이 가능한 반응법을 개발했다고 13일 밝혔다. 금 촉매를 이용하여 ‘2차원 이황화몰리브덴’을 선택적으로 균일하게 합성한 이번 연구는 세계 최초로 2차원 이황화몰리브덴을 원하는 크기와 기하학적 형태로 균일하게 합성하고 이를 반도체 소자로 제작할 수 있음을 규명했다. 이번 연구 결과를 통해, 2차원 이황화몰리브덴을 향후 굴절·투명 전자 소자와 같은 차세대 반도체 산업으로의 적용이 예상된다. 또 2차원 이황화몰리브덴은 반도체성 층상 재료(layered material)로서, 그래핀과 구조적으로 유사하나 전도체인 그래핀과는 달리 반도체성을 지녀 태양전지, 저전력 트랜지스터, 플렉시블 디스플레이, 투명 전자소자 등 그 응용처가 매우 넓을 것으로 기대된다. 연구진은 기존의 단순 증착과는 달리, 금과의 표면합금 형성이라는 새로운 방법을 개발했다. 즉, 금 표면 위에 몰리브덴이 포함된 화합물을 주입하면 몰리브덴 원자가 분리되어 금과 섞여 이른바 표면합금(surface alloy)이라 불리는 원자 수준으로 얇고 균일한 합금이 생기는데, 이에 황화수소를 차례로 주입하면 그 중 몰리브덴만 선택적으로 반응하여 원자 수준으로 얇은 2차원 이황화몰리브덴을 합성·분리해 냈다. 또 이는 금 위에서만 선택적으로 일어나는 반응이므로 금 박막을 원하는 기하학적 형태로 증착하면 그에 맞추어 이황화몰리브덴 또한 그 크기와 형태를 지니고서 성장함을 규명했다. <그림 1> 이번 연구성과는 14일 화학 분야의 권위 학술지인 「안게반테 케미(Angewande Chemie)」 온라인에 게재*됐으며 또한 그 우수성을 인정받아 1월호 표지 논문(Inside Back Cover)으로 게재될 예정이다. <그림 2> * 논문제목 : ‘금 촉매 기반 화학기상증착법으로 성장한, 패턴 가능한 대면적 이황화몰리브덴 2차원 원자층’(Patternable Large-Scale MoS2 Atomic 2D Layers Grown by Au-Assisted Chemical Vapor Deposition**), 제1저자 POSTECH 송인택, 교신저자 : IBS 원자제어저차원전자계 연구단 최희철 그룹리더. 최희철 부단장은 “이번 연구 결과로 표면합금이라는 새로운 방법을 통해 기존의 성장방법이 이루지 못 했던 패턴화 성장을 처음으로 이뤘으며, 이는 기존 실리콘 기반 반도체를 대체할 차세대 원천 소재의 합성방법을 개발하였다는 점에서 중요한 의미를 지닌다”고 말했다. 본 연구의 일부는 '미공군과학연구실과의 국가간 합의사업'과 제1저자인 송인택 군이 지원 받는'글로벌박사펠로우십 프로그램'의 지원을 받았다.

당류의 선택적 인지 및 안정화를 이루는 수용체 규명

당류의 선택적 인지 및 안정화를 이루는 수용체 규명 - 당류의 감지 및 운반, 구조 변화 등 의약분야 응용가능 - 국제과학비즈니스벨트 핵심 기관인 기초과학연구원(원장 오세정·IBS) 「복잡계자기조립연구단」(단장 김기문, POSTECH 교수)은 당류의 선택적이고 안정화된 담지를 가능하게 하는 합성수용체의 메커니즘을 규명했다고 12일 밝혔다. ‘쿠커비투[7]릴(CB[7])’의 강력한 주인-손님 상호작용을 이용하여 수용액상에서 당류의 선택적 담지 및 안정화를 보고한 이번연구는 생체 내 존재하는 당류의 담지와 이를 활용한 아미노당 항생물질의 운송·감지에 대한 응용가능성을 제시했다.또 선택적인 약물담지 및 전달을 통해 의약분야에 활용할 수 있을 것으로 기대된다. CB[7]은 쿠커비투[n]릴(CB[n])의 한 종류로, 단단하고 분자 안의 빈 공간을 지니는 호박모양의 거대(초미세 분자보다 큰) 고리 분자이다. CB[7]의 빈 공간 및 CB[7]의 입구에 존재하는 카르보닐기(carbonyl)는 강한 이온-쌍극자 상호작용을 기반으로 하여 유기 암모늄 이온과 안정적이고 강력하게 주인-손님 복합체의 형성을 가능케할 것으로 연구진은 예상했다. 연구진은 호박모양의 고리 분자인 쿠커비투[7]릴이 수용액인 물에서 당을 선택적이고 강하게 결합함을 확인했으며 아미노 당류의 알파 아노머에 대한 초분자 안정화를 구현했다.또 당류는 물 속에서 수화작용으로 인해 알파와 베타 두 가지 아노머 상태로 함께 존재하는데 이번 연구로 당류가 CB[7]를 통해 알파 아노머 상태로만 존재함을 밝혀냈으며 이는 지금까지 보고된 바 없어 학문적으로도 가치가 있다.이번 연구성과는 지난 6일 세계적 학술지인 「안게반테 케미(Angewande Chemie)」 온라인에 게재*됐다. IBS 김 단장은 “이번 연구 결과로 기존의 인공 수용체가 보여주기 어려웠던 당류의 인지 및 구조의 안정화를 보임으로써, 생체내의 일련의 과정의 탐지 혹은 약물전달시스템에 새로운 가능성을 제시한다는 점에서 의미있다”고 말했다. 한편 아미노 당류는 많은 생물학적 과정과 질병의 생체지표 역할을 하는 아미노당항생물질의 중요 요소로 인공수용체를 이용한 아미노 당류의 인지에 관한 중요성이 대두되고 있다.수용액상에서 작용하는 인공 당류 수용체는 감지 및 약물전달 등과 같은 분야로의 응용이 가능하다. 당류의 구조변화(아노머릭 효과·anomeric effect)의 연구에도 탁월한 역할을 한다. * 논문제목 : ‘쿠커비투[7]릴: 아미노 당류와 강력한 상호작용을 보이는 주인분자를 이용한 수용액상에서의 알파 아노머 초분자 안정화’(Cucurbit[7]uril: A High Affinity Host for Encapsulation of Amino Saccharides and Supramolecular Stabilization of Their a-Anomers in Water), 제1저자 POSTECH 장윤정 박사과정생․포스텍 고영호 박사, 교신저자 : IBS 복잡계자기조립연구단 김기문 단장․인도화학생물학연구소 라말링감 나타라잔(Ramalingam Natarajan) 펠로우 1. 연구배경 ●아미노당류는많은생물학적과정과질병의생체지표의역할을한다. 또한이들은아미노당항생물질(aminoglycoside)의중요요소이기도하다. ●비공유결합을기반으로수용액상에서작용하는인공당류수용체(artificial saccharide receptor)는생화학또는초분자화학분야에서매우흥미로운주제이다. 인공당류수용체는감지및약물전달등과같은분야로의응용이가능하다. ●당류수용체는아노머릭효과(anomeric effect)의연구에탁월한역할을한다. 입체전자효과(stereoelectronic effect)는알파아노머(α-anomer)의안정화를유도하며, 수화작용(hydration)은베타아노머(β-anomer)로의변광회전현상(mutarotation)을유도한다. ●하지만기존의당류수용체의경우우선당류와물분자의분리와그에따른선택적인당류와의결합에있어어려움존재했다. 2. 연구내용 ●본연구진은쿠커비트[7]릴(CB[7])이수용액상에서강력하고선택적으로아미노당류를인지함을발견하였다. 또한 CB[7]은아미노당류의변광회전현상을막아이전에보고된적없는알파아노머의안정화를보임을규명하였다. ● CB[7]은쿠커비투[n]릴(CB[n])의한종류이며, 단단하고내부에소수성공동을지니는호박모양의거대고리분자이다. CB[7]의공동과입구에존재하는카르보닐기(carbonyl)는소수성상호작용과강한이온-쌍극자상호작용을기반으로하여유기암모늄이온과안정한주인-손님복합체의형성을가능하게한다. 이에 CB[7]이아미노당류를소수성공동에강력하게담지가능하리라예상하였다. 이에 NMR과 MALDI-TOF, ITC 분석을통하여이러한현상을확인하였다. ● ITC 분석으로 CB[7]이물에서아미노당류에대해강력한결합(갈락토사민, Ka = 1.6 x 104 M-1)을보임을알수있었다. 또한 NMR 분석을통해복합체는물에녹아있지만, CB[7]의소수성공동이당류를담지하여알파아노머의변광회전현상을막아아미노당류가공동안에서알파아노모로존재함을알수있었다. ●이러한결과를기반으로 CB[7]이아미노당항생물질인네오마이신(neomycin)과패로모마이신(paramomycin)에강하게결합하는것을확인하였다. 3. 기대효과 ●본연구에서는초분자를이용하여기존의인공수용체가보이지못했던수용액상에서아미노당류에대한강한결합을보였으며, 물속에서당류의알파아노머의안정이라는새로운현상을구현하였다. ●아미노당류에대한 CB[7]의결합력과 CB[7]의기능화를융합한다면생체내에존재하는글라이칸(glycan)분석을위한인공렉틴혹은세포와세포의상호작용을탐지할지질(lipid)-CB[7] 접합체와같은응용을기대할수있다. 더불어, CB[7]은아미노당항생물질등의약물의운송과감지에도유용할것이다. 용어설명 1. 아미노당류 ○ 당류의한종류로수산기가아미노기로치환된당이다. 자연계에널리존재하는것은글루코사민과갈락토사민이며, 주로다당류의성분으로서발견된다. 2. 아미노당항생물질 ○ 아미노당류를기반으로하는항생물질로, 세균의단백합성을억제함으로써향균작용을나타낸다. 3. 아노머릭효과(anomeric effect) ○ 사이클로헥세인고리의이종원자(heteroatom)에이웃해있는치환기가축방향(axial orientation)으로위치하려는현상 4. 아노머(anomer) ○ 당류가분자내에고리모양을형성했을때생길수있는환상입체이성질체 5. 변형회전현상(mutarotation) ○ 호변이성질체, 아노머등이존재하는광학활성체를용해시켰을때시간의경과와함께그들의비광선도가변하는현상. 당류의경우수용액상태에서알파형, 베타형을오가며그구조가바뀌는현상을일컽음 6. 카르보닐기(carbonyl) ○ 산소원자와이중결합으로결합된탄소원자가있는기능기(C=O) 7. 이온-쌍극자상호작용 ○ 전하를띈이온과극성을띈분자사이에작용하는인력

POSTECH, 식물 기관 형성 조절 리모컨 단백질 첫 규명

식물 속 ‘성장 리모컨’ 누르면 환경변화에도 생장 ‘문제 없어’ 뿌리는 식물이 자라고 생존하는데 필수적인 기관으로, 식물이 광합성을 하기 위해 필요한 물과 무기염류를 제공한다. 또, 이 뿌리는 토양에 따라 식물체를 지지하는 정도와, 외부 환경 변화를 인식해 생장을 조절하는 감각기관이기도 하다. 이 뿌리 속에 있는 성장 리모컨을 조절하면 척박한 환경에서도 잘 자랄 수 있는 식물을 개발할 수 있다는 사실을 POSTECH(포항공과대학교) 연구팀이 밝혀냈다. POSTECH 황일두 교수(46), 조현우(29)․류호진(36) 박사팀은 펩타이드*1 신호에 의해 활성화되는 BIN2 단백질이 옥신이라는 호르몬 신호의 강도를 조절해 식물의 새로운 기관 형성을 컨트롤한다는 사실을 규명, 네이처지의 자매지인 네이처셀바이올로지(Nature Cell Biology) 온라인판을 통해 발표했다. 이 저널이 대표논문(full article)으로 외부 연구자의 설명과 함께 집중적으로 소개하며 학계의 관심을 반증한 이 연구는 식물체에 존재하는 작은 펩타이드가 체관을 통해 이동하는 것 외에도 주변의 세포에 새로운 기관을 형성하도록 조절하는 리모컨으로 기능한다는 사실과 그 메커니즘을 밝힌 첫 연구다. 지금까지 펩타이드는 줄기세포를 유지하는데 관여한다는 사실 외에는 거의 알려지지 않았다. 또, 식물이 형성되는 과정에서 어떻게 줄기나 뿌리 같은 다양한 기관들이 옥신이라는 하나의 호르몬에 의해 각자 다르게 형성되는지에 대한 물음은 식물발생학의 가장 큰 숙제이기도 했다. 황 교수팀은 펩타이드가 옥신을 조절하는 리모컨과 같은 기능을 하고, BIN2라는 효소를 통해 기관 형성을 조절한다는 사실을 알아냈다. 이와 함께 연구팀은 이 리모컨을 이용해 뿌리의 2차 생장기관이자 물과 무기양분의 흡수를 주로 담당하는 곁뿌리의 발달을 획기적으로 촉진시킬 수 있다는 결과를 추가로 얻었다. 이를 인삼이나 고구마와 같은 뿌리작물에 응용할 경우 환경 변화에 대응해 생산량을 증가시킬 수도 있으며, 이 리모컨의 사용법에 대한 연구가 열매나 잎, 꽃, 줄기 등으로 진척될 경우 일부 기관을 발달시키는 맞춤형 고부가가치 작물 개발도 가능할 것으로 기대된다. 1. 펩타이드 2개 이상의 아미노산 사이의 물이 떨어져 나가고 차례로 연결되어 사슬모양으로 결합된 화합물의 총칭.

POSTECH 생명과학과 황철상 교수팀, Cell지 통해 새로운 단백질 분해신호 밝혀내

“세포내 단백질은 태어남과 동시에 운명이 결정된다” POSTECH 생명과학과 황철상 교수팀, Cell지 통해 새로운 단백질 분해신호 밝혀내 사람의 삶은 태어날 때 운명으로 정해진 것일까?, 아니면 살아가면서 일정한 인과관계의 법칙에 따라 결정되는 것일까? 철학적으로는 끊임없이 논쟁이 이루어지는 주제지만, 우리 몸에 존재하는 세포 속 단백질은 태어나자마자 ‘운명’이 결정될 수 있다는 연구성과가 발표되어 학계의 눈길을 모으고 있다. POSTECH 생명과학과 황철상 교수팀은 단백질 합성 개시 신호로 알려진 N-말단 메티오닌이 단백질의 분해 신호로도 작용한다는 사실을 최초로 발견, 그 분해 경로를 규명해 세계적인 생명과학 분야 저널 셀(Cell)지를 통해 발표했다. 20일(한국시간) 온라인을 통해 발표된 이 성과는 황 교수가 지난 2010년 사이언스(Science)지를 통해 발표한 아세틸화*1/N-말단 규칙*2(Ac/N-end rule)의 연구의 후속연구로서, N-말단 메티오닌이 단백질 합성과 동시에 단백질 분해를 결정하는 이른바 ‘세포내 단백질 운명’을 쥐고 있는 신호라는 사실을 밝혀낸 첫 연구다. 이 N-말단 메티오닌 단백질 분해 신호는 우리 세포 속 약 75,000 종류(~15%)의 단백질 분해에 관여할 것으로 예상된다. 황 교수팀은 N-말단 메티오닌의 다음 위치에 류신, 이소류신, 페닐알라닌과 같은 소수성 아미노산 잔기(Met-Φ)*3을 가진 단백질들은 아르기닐화/N-말단 규칙 (Arg/N-end rule)이라는 유비퀴틴-프로테아좀 시스템 (ubiquitin-proteasome system)*4 단백질 분해 경로에 의해서 바로 분해되거나, N-말단 메티오닌이 아세틸화되더라도, 또 다른 아세틸화/N-말단 규칙에 의해 상보적(相補的)으로 분해된다는 사실을 밝혀냈다. 이 연구는 세포 내 단백질 분해 이상으로 발생하는 각종 암, 감염 및 면역질환, 퇴행성 신경질환, 노화 등을 이해하거나 극복할 수 있는 치료제나 치료방법을 제시할 수 있을 것으로 기대된다. 1. 아세틸화 (acetylation) 단백질의 아미노 그룹 (NH2-)을 아세틸기(CH3CO)로 치환하는 화학 반응이다. 2. N-말단 규칙 (N-end rule) N-말단 아미노산의 종류에 따라 단백질의 수명이 결정된다는 법칙으로 유비퀴틴-프로테아좀 시스템에 의한 단백질 분해 경로의 일종이다. 3. 소수성 아미노산 잔기 물과는 섞이지 않는 성질 (소수성) 곁가지 (side chain)를 지닌 아미노기(NH2-)와 카르복시기(-COOH)로 구성된 유기물이다. 4. 유비퀴틴-프로테아좀 시스템 (ubiquitin-proteaosome system) 세포 내 단백질 분해를 주로 담당하며, 유비퀴틴이라는 작은 단백질이 변형되거나 수명이 다한 단백질들에 부착하게 되면, 프로테아좀이라는 거대 복합체가 이를 인지해서 분해한다.

임근배 교수팀, 이온농도분극현상 이용한 입자분리장치 개발

이온의 반발력으로 바닷물에서 리튬 캔다 휴대폰이나 노트북 배터리 등에 반드시 들어가는 금속, 리튬은 국내에서는 전혀 생산되지 않아 연간 1만2000여톤을 수입하고 있다. 우리나라처럼 리튬 매장량이 거의 없는 나라에서 활발하게 연구되는 것이 바로 2300억톤의 리튬이 녹아 있는 바다에서 리튬을 회수하는 기술이다. 보다 값싸고 간편하게 리튬을 분리할 수 있는 기술이 POSTECH(포항공과대학교) 연구팀에 의해 개발됐다. POSTECH 기계공학과 임근배 교수․전형국씨 연구팀(공동 교신저자 고 강관형 교수)은 나노 채널 주변에서 발생하는 이온 농도 분극현상(ion concetration polarization)*1을 이용한 입자분리장치를 개발, Nature의 자매지인 온라인 저널 사이언티픽리포트(Scientific Reports) 최신호를 통해 발표했다. 연구팀은 이온 농도 분극 현상에 의해 생기는 입자의 반발을 분석, 이 반발력을 이용해 마이크로에서 나노 크기에 이르는 입자들을 전기영동*2 이동도에 따라 분리했다. 이 방법은 전기영동력을 이용한 기존의 방법과 달리 외부의 전극을 이용하기 때문에, 기존의 방법의 가장 큰 문제로 지적되었던 기포문제를 해결하여 간단하고 값싼 장치의 제작이 가능하다. 뿐만 아니라 아주 작은 지역에 20 배 이상의 전기장을 집중시킬 수 있어, 높은 분리효율을 보여주는 것으로 확인됐다. 이번 연구는 특히 이온 농도 분극 현상에서 일어나는 입자들의 반발력을 실험적, 이론적, 수치해석적으로 분석해 그 원리를 밝혔다는 점에서 학술적인 의의를 높게 평가받고 있으며, 무엇보다 다양한 크기의 샘플들을 분리하는데 성공했다는 점에서 생화학 분석장치나 검출장치로 충분히 활용될 수 있다. 특히 랩온어칩에 응용, 세포, 단백질, DNA와 같은 다양한 종류의 분자들을 분리하는 것은 물론 바닷물에서 리튬과 같은 희토류 금속 이온들을 분리하는 등 자원 회수에서도 활용할 수 있다는 점에서 산업적 활용이 크게 기대를 모으고 있다.

당류의 선택적 인지 및 안정화를 이루는 수용체 규명

당류의 선택적 인지 및 안정화를 이루는 수용체 규명 - 당류의 감지 및 운반, 구조 변화 등 의약분야 응용가능 - 국제과학비즈니스벨트 핵심 기관인 기초과학연구원(원장 오세정·IBS) 「복잡계자기조립연구단」(단장 김기문, POSTECH 교수)은 당류의 선택적이고 안정화된 담지를 가능하게 하는 합성수용체의 메커니즘을 규명했다고 12일 밝혔다. ‘쿠커비투[7]릴(CB[7])’의 강력한 주인-손님 상호작용을 이용하여 수용액상에서 당류의 선택적 담지 및 안정화를 보고한 이번연구는 생체 내 존재하는 당류의 담지와 이를 활용한 아미노당 항생물질의 운송·감지에 대한 응용가능성을 제시했다.또 선택적인 약물담지 및 전달을 통해 의약분야에 활용할 수 있을 것으로 기대된다. CB[7]은 쿠커비투[n]릴(CB[n])의 한 종류로, 단단하고 분자 안의 빈 공간을 지니는 호박모양의 거대(초미세 분자보다 큰) 고리 분자이다. CB[7]의 빈 공간 및 CB[7]의 입구에 존재하는 카르보닐기(carbonyl)는 강한 이온-쌍극자 상호작용을 기반으로 하여 유기 암모늄 이온과 안정적이고 강력하게 주인-손님 복합체의 형성을 가능케할 것으로 연구진은 예상했다. 연구진은 호박모양의 고리 분자인 쿠커비투[7]릴이 수용액인 물에서 당을 선택적이고 강하게 결합함을 확인했으며 아미노 당류의 알파 아노머에 대한 초분자 안정화를 구현했다.또 당류는 물 속에서 수화작용으로 인해 알파와 베타 두 가지 아노머 상태로 함께 존재하는데 이번 연구로 당류가 CB[7]를 통해 알파 아노머 상태로만 존재함을 밝혀냈으며 이는 지금까지 보고된 바 없어 학문적으로도 가치가 있다.이번 연구성과는 지난 6일 세계적 학술지인 「안게반테 케미(Angewande Chemie)」 온라인에 게재*됐다. IBS 김 단장은 “이번 연구 결과로 기존의 인공 수용체가 보여주기 어려웠던 당류의 인지 및 구조의 안정화를 보임으로써, 생체내의 일련의 과정의 탐지 혹은 약물전달시스템에 새로운 가능성을 제시한다는 점에서 의미있다”고 말했다. 한편 아미노 당류는 많은 생물학적 과정과 질병의 생체지표 역할을 하는 아미노당항생물질의 중요 요소로 인공수용체를 이용한 아미노 당류의 인지에 관한 중요성이 대두되고 있다.수용액상에서 작용하는 인공 당류 수용체는 감지 및 약물전달 등과 같은 분야로의 응용이 가능하다. 당류의 구조변화(아노머릭 효과·anomeric effect)의 연구에도 탁월한 역할을 한다. * 논문제목 : ‘쿠커비투[7]릴: 아미노 당류와 강력한 상호작용을 보이는 주인분자를 이용한 수용액상에서의 알파 아노머 초분자 안정화’(Cucurbit[7]uril: A High Affinity Host for Encapsulation of Amino Saccharides and Supramolecular Stabilization of Their a-Anomers in Water), 제1저자 POSTECH 장윤정 박사과정생․포스텍 고영호 박사, 교신저자 : IBS 복잡계자기조립연구단 김기문 단장․인도화학생물학연구소 라말링감 나타라잔(Ramalingam Natarajan) 펠로우 1. 연구배경 ●아미노당류는많은생물학적과정과질병의생체지표의역할을한다. 또한이들은아미노당항생물질(aminoglycoside)의중요요소이기도하다. ●비공유결합을기반으로수용액상에서작용하는인공당류수용체(artificial saccharide receptor)는생화학또는초분자화학분야에서매우흥미로운주제이다. 인공당류수용체는감지및약물전달등과같은분야로의응용이가능하다. ●당류수용체는아노머릭효과(anomeric effect)의연구에탁월한역할을한다. 입체전자효과(stereoelectronic effect)는알파아노머(α-anomer)의안정화를유도하며, 수화작용(hydration)은베타아노머(β-anomer)로의변광회전현상(mutarotation)을유도한다. ●하지만기존의당류수용체의경우우선당류와물분자의분리와그에따른선택적인당류와의결합에있어어려움존재했다. 2. 연구내용 ●본연구진은쿠커비트[7]릴(CB[7])이수용액상에서강력하고선택적으로아미노당류를인지함을발견하였다. 또한 CB[7]은아미노당류의변광회전현상을막아이전에보고된적없는알파아노머의안정화를보임을규명하였다. ● CB[7]은쿠커비투[n]릴(CB[n])의한종류이며, 단단하고내부에소수성공동을지니는호박모양의거대고리분자이다. CB[7]의공동과입구에존재하는카르보닐기(carbonyl)는소수성상호작용과강한이온-쌍극자상호작용을기반으로하여유기암모늄이온과안정한주인-손님복합체의형성을가능하게한다. 이에 CB[7]이아미노당류를소수성공동에강력하게담지가능하리라예상하였다. 이에 NMR과 MALDI-TOF, ITC 분석을통하여이러한현상을확인하였다. ● ITC 분석으로 CB[7]이물에서아미노당류에대해강력한결합(갈락토사민, Ka = 1.6 x 104 M-1)을보임을알수있었다. 또한 NMR 분석을통해복합체는물에녹아있지만, CB[7]의소수성공동이당류를담지하여알파아노머의변광회전현상을막아아미노당류가공동안에서알파아노모로존재함을알수있었다. ●이러한결과를기반으로 CB[7]이아미노당항생물질인네오마이신(neomycin)과패로모마이신(paramomycin)에강하게결합하는것을확인하였다. 3. 기대효과 ●본연구에서는초분자를이용하여기존의인공수용체가보이지못했던수용액상에서아미노당류에대한강한결합을보였으며, 물속에서당류의알파아노머의안정이라는새로운현상을구현하였다. ●아미노당류에대한 CB[7]의결합력과 CB[7]의기능화를융합한다면생체내에존재하는글라이칸(glycan)분석을위한인공렉틴혹은세포와세포의상호작용을탐지할지질(lipid)-CB[7] 접합체와같은응용을기대할수있다. 더불어, CB[7]은아미노당항생물질등의약물의운송과감지에도유용할것이다. 용어설명 1. 아미노당류 ○ 당류의한종류로수산기가아미노기로치환된당이다. 자연계에널리존재하는것은글루코사민과갈락토사민이며, 주로다당류의성분으로서발견된다. 2. 아미노당항생물질 ○ 아미노당류를기반으로하는항생물질로, 세균의단백합성을억제함으로써향균작용을나타낸다. 3. 아노머릭효과(anomeric effect) ○ 사이클로헥세인고리의이종원자(heteroatom)에이웃해있는치환기가축방향(axial orientation)으로위치하려는현상 4. 아노머(anomer) ○ 당류가분자내에고리모양을형성했을때생길수있는환상입체이성질체 5. 변형회전현상(mutarotation) ○ 호변이성질체, 아노머등이존재하는광학활성체를용해시켰을때시간의경과와함께그들의비광선도가변하는현상. 당류의경우수용액상태에서알파형, 베타형을오가며그구조가바뀌는현상을일컽음 6. 카르보닐기(carbonyl) ○ 산소원자와이중결합으로결합된탄소원자가있는기능기(C=O) 7. 이온-쌍극자상호작용 ○ 전하를띈이온과극성을띈분자사이에작용하는인력

POSTECH 전상민 교수팀, 식중독균 검출 위한 자기영동 크로마토그래피 개발

“자석으로 식중독균 바로 검출한다?!” POSTECH 전상민 교수팀, 식중독균 검출 위한 자기영동 크로마토그래피 개발 식중독은 흔히 여름에 발생하기 쉬운 질병으로 알고 있지만, 오히려 음식 위생에 신경을 덜 쓰게 되는 겨울에도 발생하기 쉽다. 식중독을 예방하기 위해서는 물이나 식품에 있는 식중독균을 검출하는 기술이 필요한데, 30분 만에 식중독균의 유무 여부를 눈으로 바로 확인할 수 있는 기술이 세계 최초로 개발됐다. POSTECH 화학공학과 전상민 교수, 박사과정 권동훈 씨, 주진명 박사 팀은 시중에서 흔히 구할 수 있는 피펫*1과 고분자용액, 그리고 산화철로 만들어진 나노입자만으로 식중독균의 유무 여부를 30분 이내에 눈으로 확인할 수 있는 자기영동 크로마토그래피*2 기술을 개발하는데 성공했다. 지금까지 개발된 식중독균의 검출기술은 수일간 식중독균을 배양하지 않으면 검출 할 수 없어, 사고가 발생한 뒤 원인 파악에는 적용이 가능했지만 예방할 수는 없었다. 이 때문에 다양한 검사 기술들이 연구되고 있지만, 시간이나 비용 측면에서 현장에서 즉각 적용하기에는 어려운 수준에 그쳤다. 연구팀은 식중독균에만 반응하는 항체를 자성나노입자에 붙여 이 입자를 식중독균 용액에 집어넣었다. 그리고 이 용액을 피펫으로 먼저 빨아들이고, 식중독균과 섞이지 않는 고분자용액(폴리에틸렌글리콜)을 빨아들여, ‘물과 기름’ 같은 이중 용액층을 만들었다. 그 후 영구자석 위에 이 피펫을 세우면 식중독균과 결합된 자성나노입자만이 두 용액의 계면을 통과해 피펫 끝 부분에 모이게 된다. 연구팀은 식중독을 유발시키는 것으로 잘 알려진 비브리오, 살모넬라균으로 잇달아 실험했으며 낮은 농도(100 cfu/mL*3의 식중독균도 신속하게 검출할 수 있다는 결과를 얻었다. 물론 이외의 균 역시 항체만 있다면 얼마든지 검출이 가능하다.) 또, 이 기술은 연고 등에 사용되며 시중에서도 쉽게 구할 수 있는 폴리에틸렌 글리콜(Polyethylene glycol) 용액, 그리고 자성을 가진 산화철(Fe3O4)을 사용해 비용도 크게 낮췄으며, 역시 간단하게 사용할 수 있는 피펫을 이용할 수 있어 일반인들도 사용할 수 있다는 장점을 가졌다. 그렇기 때문에 식중독 사고 예방이 무엇보다 중요한 학교 등의 급식소, 개인 식당에서의 활용 역시 기대된다. 특히 아무런 전기적 장치를 사용하지 않고 비용이 저렴하다는 점에서 식중독 사고가 빈번하게 일어날 뿐 아니라, 수질오염이 심각한 저개발국가에서도 활용할 수 있는 적정기술(appropriate technology)*4로도 평가할 수 있다. 연구를 주도한 전상민 교수는 “현재 식약처나 연구기관에서 수행하는 역학조사 등에서는 바로 적용할 수 있을 정도로 정확성이나 신속성에서 높은 평가를 얻은 연구로 저개발국의 식중독 예방 등에 활용할 수 있다는 것이 큰 장점”이라면서도 “중간 과정이 일반인들에게는 생소할 수 있어 이 과정을 좀 더 간단하게 하면 작은 개인 식당에서도 얼마든지 사용할 수 있을 것”이라고 밝혔다. 연구팀은 이 연구결과를 토대로 일반인들도 사용할 수 있는 방안을 마련하는 한편, 입자에 금속을 씌워 민감도를 더욱 향상시키는 후속연구를 수행할 예정이다. 한편, 이 연구성과는 애널리티컬케미스트리(Analytical Chemistry)지에 게재되었으며, 식품의약품안전처의 기후변화대응 식품안전관리 연구사업단의 지원으로 수행됐다. 1. 피펫 (pipette) 일정량의 액체를 취해 다른 곳으로 옮길 때 사용하는 가늘고 긴 실험기구로 스포이드가 가장 단순한 형태의 피펫이다. 용도에 따라 다양한 종류가 있다. 2. 크로마토그래피 각 시료별 이동속도 차이를 이용해 혼합물의 분리하는 방법으로 검정 수성 사인펜으로 글씨를 쓴 종이에 물이 묻어 사인펜이 번지면, 검은색이 번지는 것이 아니라 파란색이나 빨간색 등의 여러 색이 퍼져 있는데, 이는 색소별 이동속도가 다르기 때문이다. 이러한 방식을 이용해 다양한 물질을 분리해 낸다. 3. cfu/mL (Colony Forming Unit / milliliter) 세균의 농도 단위로 세균을 배양시켰을 때 생기는 콜로니의 개수를 바탕으로 세균의 개수를 추정한 단위를 말한다. 4. 적정기술 해당 기술이 사용되는 사회 공동체의 정치적, 문화적, 환경적 조건을 고려해 그 지역에서 지속적인 생산과 소비가 가능하도록 만들어진 것으로 삶의 질을 궁극적으로 향상시킬 수 있는 기술을 말한다. ※ 그림설명 식중독 균의 농도에 따라 검출되는 모습을 나타낸 그림. 식중독균을 넣은 우유를 넣고 자석으로 검출한 모습으로 피펫 하단부에 산화철이 모인 것으로 식중독 균을 검출되는 것을 확인할 수 있다. (왼쪽부터 농도가 진해짐)

POSTECH 전상민 교수팀, 식중독균 검출 위한 자기영동 크로마토그래피 개발

“자석으로 식중독균 바로 검출한다?!” POSTECH 전상민 교수팀, 식중독균 검출 위한 자기영동 크로마토그래피 개발 식중독은 흔히 여름에 발생하기 쉬운 질병으로 알고 있지만, 오히려 음식 위생에 신경을 덜 쓰게 되는 겨울에도 발생하기 쉽다. 식중독을 예방하기 위해서는 물이나 식품에 있는 식중독균을 검출하는 기술이 필요한데, 30분 만에 식중독균의 유무 여부를 눈으로 바로 확인할 수 있는 기술이 세계 최초로 개발됐다. POSTECH 화학공학과 전상민 교수, 박사과정 권동훈 씨, 주진명 박사 팀은 시중에서 흔히 구할 수 있는 피펫*1과 고분자용액, 그리고 산화철로 만들어진 나노입자만으로 식중독균의 유무 여부를 30분 이내에 눈으로 확인할 수 있는 자기영동 크로마토그래피*2 기술을 개발하는데 성공했다. 지금까지 개발된 식중독균의 검출기술은 수일간 식중독균을 배양하지 않으면 검출 할 수 없어, 사고가 발생한 뒤 원인 파악에는 적용이 가능했지만 예방할 수는 없었다. 이 때문에 다양한 검사 기술들이 연구되고 있지만, 시간이나 비용 측면에서 현장에서 즉각 적용하기에는 어려운 수준에 그쳤다. 연구팀은 식중독균에만 반응하는 항체를 자성나노입자에 붙여 이 입자를 식중독균 용액에 집어넣었다. 그리고 이 용액을 피펫으로 먼저 빨아들이고, 식중독균과 섞이지 않는 고분자용액(폴리에틸렌글리콜)을 빨아들여, ‘물과 기름’ 같은 이중 용액층을 만들었다. 그 후 영구자석 위에 이 피펫을 세우면 식중독균과 결합된 자성나노입자만이 두 용액의 계면을 통과해 피펫 끝 부분에 모이게 된다. 연구팀은 식중독을 유발시키는 것으로 잘 알려진 비브리오, 살모넬라균으로 잇달아 실험했으며 낮은 농도(100 cfu/mL*3의 식중독균도 신속하게 검출할 수 있다는 결과를 얻었다. 물론 이외의 균 역시 항체만 있다면 얼마든지 검출이 가능하다.) 또, 이 기술은 연고 등에 사용되며 시중에서도 쉽게 구할 수 있는 폴리에틸렌 글리콜(Polyethylene glycol) 용액, 그리고 자성을 가진 산화철(Fe3O4)을 사용해 비용도 크게 낮췄으며, 역시 간단하게 사용할 수 있는 피펫을 이용할 수 있어 일반인들도 사용할 수 있다는 장점을 가졌다. 그렇기 때문에 식중독 사고 예방이 무엇보다 중요한 학교 등의 급식소, 개인 식당에서의 활용 역시 기대된다. 특히 아무런 전기적 장치를 사용하지 않고 비용이 저렴하다는 점에서 식중독 사고가 빈번하게 일어날 뿐 아니라, 수질오염이 심각한 저개발국가에서도 활용할 수 있는 적정기술(appropriate technology)*4로도 평가할 수 있다. 연구를 주도한 전상민 교수는 “현재 식약처나 연구기관에서 수행하는 역학조사 등에서는 바로 적용할 수 있을 정도로 정확성이나 신속성에서 높은 평가를 얻은 연구로 저개발국의 식중독 예방 등에 활용할 수 있다는 것이 큰 장점”이라면서도 “중간 과정이 일반인들에게는 생소할 수 있어 이 과정을 좀 더 간단하게 하면 작은 개인 식당에서도 얼마든지 사용할 수 있을 것”이라고 밝혔다. 연구팀은 이 연구결과를 토대로 일반인들도 사용할 수 있는 방안을 마련하는 한편, 입자에 금속을 씌워 민감도를 더욱 향상시키는 후속연구를 수행할 예정이다. 한편, 이 연구성과는 애널리티컬케미스트리(Analytical Chemistry)지에 게재되었으며, 식품의약품안전처의 기후변화대응 식품안전관리 연구사업단의 지원으로 수행됐다. 1. 피펫 (pipette) 일정량의 액체를 취해 다른 곳으로 옮길 때 사용하는 가늘고 긴 실험기구로 스포이드가 가장 단순한 형태의 피펫이다. 용도에 따라 다양한 종류가 있다. 2. 크로마토그래피 각 시료별 이동속도 차이를 이용해 혼합물의 분리하는 방법으로 검정 수성 사인펜으로 글씨를 쓴 종이에 물이 묻어 사인펜이 번지면, 검은색이 번지는 것이 아니라 파란색이나 빨간색 등의 여러 색이 퍼져 있는데, 이는 색소별 이동속도가 다르기 때문이다. 이러한 방식을 이용해 다양한 물질을 분리해 낸다. 3. cfu/mL (Colony Forming Unit / milliliter) 세균의 농도 단위로 세균을 배양시켰을 때 생기는 콜로니의 개수를 바탕으로 세균의 개수를 추정한 단위를 말한다. 4. 적정기술 해당 기술이 사용되는 사회 공동체의 정치적, 문화적, 환경적 조건을 고려해 그 지역에서 지속적인 생산과 소비가 가능하도록 만들어진 것으로 삶의 질을 궁극적으로 향상시킬 수 있는 기술을 말한다. ※ 그림설명 식중독 균의 농도에 따라 검출되는 모습을 나타낸 그림. 식중독균을 넣은 우유를 넣고 자석으로 검출한 모습으로 피펫 하단부에 산화철이 모인 것으로 식중독 균을 검출되는 것을 확인할 수 있다. (왼쪽부터 농도가 진해짐)

임근배 교수 조성진씨 팀, 3배 이상 늘어나는 초소수성 방수투습막 세계 최초 개발

‘연잎’을 모방하니, 고어텍스 보다 똑똑한 방수투습섬유 “되네” POSTECH 임근배 교수 조성진씨 팀, 3배 이상 늘어나는 초소수성 방수투습막 세계 최초 개발 최근아웃도어의류열풍이불면서습기는내보내고물은침투하지못하게하는 ‘고어텍스(Gore-Tex)’로만든고가의의류들이큰인기를끌고있다. 고어텍스는미국고어사가개발한원단으로우리나라에서는 ‘등산복=고어텍스’로통할정도로많이활용되고있지만수입원단인까닭에지나치게비싼가격으로가격거품논란도일으키고있다. 또고어텍스원단특성상세탁이쉽지않아관리역시어려운점으로손꼽히고있다. 이런상황에서국내연구진이 ‘연잎효과’*1를응용해물방울만떨어뜨리면표면에붙은먼지까지닦아내는 ‘자가세정’ 기능을갖춘것은물론, 세탁까지자유자재로할수있는 ‘똑똑한’ 방수투습막을개발해눈길을모은다. POSTECH 기계공학과임근배교수․조성진씨연구팀은연잎효과를응용, 섬유구조물과나노구조체를이용해원래길이에서 3배이상늘려도그성질이그대로유지되는초소수성가스투과막을개발하는데성공했다. 올초삼성휴먼테크논문대상에서금상을수상했을뿐아니라세계적인저널인어드밴스드펑셔널머터리얼스(Advanced Functional Materials) 표지논문으로도선정되며그성과에대해서도학계의관심이높다. 연구팀은전기방사(electrospinning)*2라는간단한나노섬유제작방법을이용해폴리우레탄을만들고, 그표면에자기조립(self-assembly) 방식을이용해폴리아닐린(polyaniline) 나노구조물을균일하게형성시켰다. 이구조물에는미세하고균일한금(crack)이가도록했는데, 이금과나노구조덕분에고어텍스와는달리 3배이상늘려도, 또 1,000번이상의반복실험에서도그성질이유지된다는사실도연구팀은밝혀냈다. 이러한공정은다른섬유나방수투습막과는달리진공이나고온설정, 정밀기계장비가필요치않아훨씬경제적인공정기술을자랑한다. 이렇게만들어진섬유는최대인장율이 300%로, 최대인장율이 9%에불과한고어텍스보다잘늘어나고세탁도간편하다는장점을갖췄을뿐아니라, 연잎효과를응용한자가세정기능까지있어훨씬다양한활동성의류에적용할수있다. 만약이새로운막이방수투습원단시장의대부분을차지하고있는고어텍스를대체하게된다면아웃도어시장에큰변화를가져올것으로기대를모은다. 또, 기체는물론미세입자, 음파를선택적으로투과시킬수있어방수처리와신축성이반드시필요한입는컴퓨터는물론구부릴수있는플렉서블디스플레이, 가스분리막, 기능성마스크등다양한응용이가능해산업적으로파급효과도클것으로평가된다. 연구팀은이와함께이막위에물방울을떨어뜨렸을때물방울이깨지지않고물방울모양그대로남아있다는사실을유체학적으로분석, ‘파편화저감효과’도학계에새롭게보고하기도했다. 연구의제1저자인조성진씨는 “이번연구성과는다른연잎효과를응용한것과달리가스나습기를투과할수있는새로운개념의신축성표면으로신축성도크게증가됐을뿐아니라반복된실험에서도그성능을잃지않는데다공정도간단해향후상용화가능성이높은것으로평가되고있다”고설명했다. 한편, 이번성과는미래창조과학부와한국연구재단이추진하는중견연구자지원사업의지원으로수행되었다. 1. 연잎효과(lotus effect) 연잎표면에는눈에보이지않는마이크로(micro), 나노(nano) 스케일의미세한돌기가퍼져있어물이달라붙지않아연잎효과라불리는자가세정(self-cleaning)을갖고있다. 이러한연잎효과연구에있어가장어려운점은안정적이고튼튼한구조물을제작하는것으로알려져있다. 2. 전기방사 (electrospinning) 전기방사란용매에물질을녹인후고전압을인가하여손쉽고빠르게나노미터스케일의섬유를연속적으로제작하는방법이다. 기존의나노섬유제작방법에비해고가/대규모장비가필요하지않은혁신적제작방법으로필터, 생체재생용지지체, 센서등다양한분야에응용되고있다.

POSTECH 임근배 교수 조성진씨 팀, 3배 이상 늘어나는 초소수성 방수투습막 세계 최초 개발

‘연잎’을 모방하니, 고어텍스보다 똑똑한 방수투습섬유 “되네” POSTECH 임근배 교수 조성진씨 팀, 3배 이상 늘어나는 초소수성 방수투습막 세계 최초 개발 최근 아웃도어 의류 열풍이 불면서 습기는 내보내고 물은 침투하지 못하게 하는 ‘고어텍스(Gore-Tex)’로 만든 고가의 의류들이 큰 인기를 끌고 있다. 고어텍스는 미국 고어사가 개발한 원단으로 우리나라에서는 ‘등산복=고어텍스’로 통할정도로 많이 활용되고 있지만 수입원단인 까닭에 지나치게 비싼 가격으로 가격거품 논란도 일으키고 있다. 또 고어텍스원단 특성상 세탁이 쉽지않아 관리 역시 어려운점으로 손꼽히고 있다. 이런 상황에서 국내 연구진이 ‘연잎효과’¹*를 응용해 물방울만 떨어뜨리면 표면에 붙은 먼지까지 닦아내는 ‘자가세정’ 기능을 갖춘것은 물론, 세탁까지 자유자재로 할 수 있는 ‘똑똑한’ 방수투습막을 개발해 눈길을 모은다. POSTECH 기계공학과 임근배교수․조성진씨 연구팀은 연잎효과를 응용, 섬유구조물과 나노구조체를 이용해 원래 길이에서 3배이상 늘려도 그 성질이 그대로 유지되는 초소수성 가스투과막을 개발하는데 성공했다. 올 초 삼성휴먼테크논문대상에서 금상을 수상했을 뿐 아니라 세계적인 저널 인 어드밴스드 펑셔널 머터리얼스(Advanced Functional Materials) 표지논문으로도 선정되며 그 성과에 대해서도 학계의 관심이 높다. 연구팀은 전기방사(electrospinning)²*라는 간단한 나노섬유제작방법을 이용해 폴리우레탄을 만들고, 그 표면에 자기조립(self-assembly) 방식을 이용해 폴리아닐린(polyaniline) 나노구조물을 균일하게 형성시켰다. 이구조물에는 미세하고 균일한금(crack)이 가도록 했는데, 이금과 나노구조 덕분에 고어텍스와는 달리 3배이상 늘려도, 또 1,000번이상의 반복실험에서도 그 성질이 유지 된다는 사실도 연구팀은 밝혀냈다. 이러한 공정은 다른 섬유나 방수 투습막과는 달리 진공이나 고온설정, 정밀기계장비가 필요치 않아 훨씬 경제적인 공정기술을 자랑한다. 이렇게 만들어진 섬유는 최대 인장율이 300%로, 최대 인장율이 9%에 불과한 고어텍스보다 잘 늘어나고 세탁도 간편하다는 장점을 갖췄을 뿐 아니라, 연잎효과를 응용한자가세정기능까지 있어 훨씬 다양한 활동성 의류에 적용할 수 있다. 만약 이 새로운 막이 방수투습원단시장의 대부분을 차지하고 있는 고어텍스를 대체하게 된다면 아웃도어 시장에 큰 변화를 가져올 것으로 기대를 모은다. 또, 기체는 물론 미세입자, 음파를 선택적으로 투과 시킬 수 있어 방수처리와 신축성이 반드시 필요한 입는 컴퓨터는 물론 구부릴 수 있는 플렉서블 디스플레이, 가스 분리막, 기능성 마스크등 다양한 응용이 가능해 산업적으로 파급효과도 클 것으로 평가된다. 연구팀은 이와 함께 이 막위에 물방울을 떨어뜨렸을때 물방울이 깨지지 않고 물방울 모양 그대로 남아 있다는 사실을 유체학적으로 분석, ‘파편화 저감효과’도 학계에 새롭게 보고하기도 했다. 연구의 제 1 저자인 조성진씨는 “이번 연구성과는 다른 연잎효과를 응용한 것과 달리 가스나 습기를 투과할 수 있는 새로운 개념의 신축성 표면으로 신축성도 크게 증가됐을뿐 아니라 반복된 실험에서도 그 성능을 잃지 않는데다 공정도 간단해 향후 상용화 가능성이 높은 것으로 평가되고 있다”고 설명했다. 한편, 이번 성과는 미래창조과학부와 한국연구재단이 추진하는 중견 연구자 지원사업의 지원으로 수행되었다. 1. 연잎효과(lotus effect) 연잎표면에는 눈에 보이지 않는 마이크로(micro), 나노(nano) 스케일의 미세한 돌기가 퍼져있어 물이 달라 붙지 않아 연잎효과라 불리는 자가세정(self-cleaning)을 갖고 있다. 이러한 연잎효과 연구에 있어 가장 어려운 점은 안정적이고 튼튼한 구조물을 제작하는 것으로 알려져 있다. 2. 전기방사 (electrospinning) 전기 방사란 용매에 물질을 녹인 후 고전압을 인가하여 손쉽고 빠르게 나노미터 스케일의 섬유를 연속적으로 제작하는 방법이다. 기존의 나노 섬유 제작 방법에 비해 고가/대규모 장비가 필요하지 않은 혁신적 제작 방법으로 필터, 생체 재생용 지지체, 센서등 다양한 분야에 응용되고 있다.