Research

최원용 교수, 페놀수지 이용한 태양전지 관련 기술 개발 (2012.10.12)

영국왕립화학회 케미스트리 월드 통해 소개 태양전지에서 태양에너지를 전환하는 물질로 값싼 페놀수지를 이용할 수 있는 가시광촉매기술이 국내 연구진에 의해 개발돼 학계의 주목을 모으고 있다. 영국왕립화학회가 발간하는 국제적인 학술소식지 ‘케미스트리월드(Chemistry World)’는 최근, POSTECH 환경공학부/화학공학과 최원용 교수가 발표한 ‘가시광용 광촉매로 사용가능한 페놀수지로 만든 저렴한 감응제(sensitizer)’ 기술을 소개했다. 이 기술은 염료감응형 태양전지 등에 흔히 사용되는 값비싼 금속유기화합물을 저렴한 페놀수지로 대체하는 것으로, 상용화에 성공할 경우 광촉매 및 태양전지의 생산단가를 크게 낮출 것으로 기대된다. 태양광에너지를 경제적으로 이용하기 위해서는 태양광의 절반 정도를 차지하는 가시광을 효율적으로 흡수하는 물질이 필요하며, 상용화 단계에 들어서려면 이 물질의 생산단가를 낮춰야 한다. 최 교수팀은 가시광선을 최대한 사용하기 위해 티타늄산화물 나노입자에 페놀수지를 가시광 감응제로 코팅해 광촉매나 태양전지의 기본 소재로 사용가능하다는 사실을 입증했다. 페놀수지는 지금까지 가시광 흡수물질로 개발된 유기금속화합물이나 유기염료에 비해 생산단가를 크게 낮출 수 있을 뿐 아니라, 대량생산도 가능하다. 또, 소재 자체의 저렴한 가격 뿐만 아니라 제조방법 역시 아세톤 용액에 페놀수지와 티타늄산화물 분말을 상온에서 분산시키는 아주 간단한 공정인 것도 큰 장점으로 꼽혔다. 광촉매 분야의 석학으로 알려진 어윈 레이즈너(Erwin Reisner) 영국 케임브리지대 교수는 이 저널과의 인터뷰를 통해 “실생활에 응용이 가능한 아주 간단한 기술이며 생산단가 역시 크게 낮출 수 있을 것으로 보인다”고 평가했다. 연구를 주도한 최원용 교수는 “이 기술이 단가를 크게 낮출 수는 있겠지만 상용화를 위해서는 기존의 감응제에 비해 낮은 가시광선 흡수 효율과 내구성은 개선이 필요하다”며 “이번 연구결과를 바탕으로 페놀 수지의 구조를 변화시켜 흡수 효율과 내구성을 향상시키는데 주력할 계획”이라고 밝혔다.

원병묵․제정호 교수팀, 커피 얼룩 원인 규명 (2013.01.14)

“커피 얼룩은 왜 동그란 띠 모양으로 남을까?“ POSTECH 원병묵․제정호 교수팀, 커피 얼룩 원인 규명 커피를 마시다 옷이나 책상에 흘리면, 동그란 띠 모양의 얼룩이 남는다. 일상에서 자주 볼 수 있는 이 현상은 전자소자나 생체소자를 만드는 최첨단 잉크젯 인쇄 공정에서도 흔히 일어난다. ‘커피 얼룩 효과’라고도 불리는 이 현상은 고품질 소자 제작에 큰 걸림돌이 되어 왔다. POSTECH 신소재공학과 원병묵 연구교수․제정호 교수팀이 이 ‘커피 얼룩 효과’의 원인이 ‘나노입자’가 액체 방울의 퍼짐을 억제하기 때문이라는 사실을 밝혀내 물리학 분야의 최고 권위지인 ‘피지컬 리뷰 레터스(Physical Review Letters)’ 최신호를 통해 그 연구결과를 발표했다. 이 연구팀은 1년간 이 학술지에만 3편의 논문을 게재, 학계에서도 주목을 끌고 있다. 연구팀은 액체 방울에 미량의 나노입자를 넣으면 유리표면 위에서 액체 방울이 퍼지는 정도가 변화한다는 것을 실시간 광학 영상을 통해 관찰했다. 그리고 그 원인을 밝히기 위해 실시간 공초점 현미경으로 각각의 나노입자를 추적하자, 나노입자가 액체 방울 가장자리에 임계 농도만큼 쌓일 때 액체의 퍼짐이 멈춘다는 것을 알아냈다. 그리고 액체의 퍼짐이 멈추면 액체 방울 가장자리에서 액체의 증발이 더욱 빠르게 일어나게 되며, 증발하면서 손실된 액체를 보충하기 위해 가장자리를 향해 액체가 흐른다. 이 때, 나노입자가 가장자리에 더 많이 쌓이면서 ‘동그란 띠’ 모양의 얼룩으로 남는 것이다. 연구팀은 “이 연구는 특히 유기소자, 태양전지나 생의학소자 제작에 활용되는 첨단 인쇄 기법에서 균일한 코팅을 얻도록 하는데 큰 도움을 줄 것으로 기대한다”고 밝혔다. 이번 연구는 교육과학기술부(장관 이주호)와 한국연구재단(이사장 이승종)이 추진하는 리더연구자지원사업(창의적 연구)의 지원을 받아 수행됐다.

POSTECH-KIST 공동연구팀, 의식-무의식간 ‘임계전이 현상’ 밝혀 (2012.12.18)

<인셉션>처럼 의식과 무의식이 공존할 수 있을까? POSTECH-KIST 공동연구팀, 의식-무의식간 ‘임계전이 현상’ 밝혀 크리스토퍼 놀란 감독의 대표작이자, 결론을 놓고 아직까지 의견이 분분한 영화 <인셉션(Inception)>은 의식과 무의식의 경계에 인간이 개입해 생각을 훔치고 현실을 바꾸는 설정으로 많은 화제를 모았다. 영화 속에서 무의식 영역인 ‘림보’에서 주인공은 기억에 의존해 새롭게 세계를 구축한다. 이처럼 의식과 무의식은 한꺼번에 공존할 수 있을까. POSTECH(포항공과대학교) 물리학과 김승환 교수팀․한국과학기술연구원(KIST) 신경과학센터 최지현 박사 공동연구팀은 살아있는 쥐를 이용, 생체의 뇌신호를 통해 의식의 상태를 정의하고 의식에서 무의식으로 전환될 때 일어나는 임계전이현상*1을 규명하는데 성공했다. 특히 이 연구는 의식을 잃은 것으로 보이는 뇌에서도 부분적으로 깨어 있는 뇌부위가, 의식이 있는 것으로 보이는 뇌에서도 부분적으로 활동이 정지된 뇌부위가 있을 수 있다는 사실을 대뇌피질시상회로 내에서 밝힌 최초의 연구로 평가받고 있다. ‘의식과 무의식의 경계’는 과학 뿐 아니라 철학, 의학은 물론 예술적 관점에서 많은 관심을 모으고 있는 문제지만, 아직까지 수수께끼가 많은 분야로 알려져 왔다. 연구팀은 걷고 있는 쥐에 마취제를 주사한 뒤 운동과 촉각인지에 관련된 신호를 대뇌피질과 시상회로에서 측정, 뉴런이 정보전달을 하지 못할 때 발생하는 특정한 뇌파를 추적했다. 이들은 통계물리학적 방법을 신경과학에 적용, 뉴런이 정보전달을 하지 못하는 상태를 변수로 만들어 의식과 무의식의 과정을 설명했다. 그 결과, 의식을 잃거나 찾을 때 뇌의 상태가 급작스럽게 변하는 것이 아니라 두 상태 사이에서 큰 요동을 보이며 바뀌는 임계전이현상을 보이는 것을 발견했다. 이와 함께 이러한 변화가 자성계(磁性界)에서 일어나는 것처럼 변화 과정에 따라 서로 다른 경로를 따르며, 이 과정에서 의식과 무의식 상태가 공존하는 현상이 일어난다는 것을 밝혀냈다. 물리학과 신경과학의 학제간 연구로 일궈낸 이 연구성과는 의료사고 방지 등을 위해 학계가 개발에 열을 올리고 있는, 의식과 무의식을 정확하게 판별할 수 있는 ‘대리표지자(surrogate biomarker)’개발에도 활용되는 것은 물론, 의식과 무의식 상태의 정보흐름 구조를 규명하는데 기여할 것으로 기대된다. 한편 이번 연구결과는 미국 공공과학도서관 온라인학술지 플로스원(Plos One)에 게재됐다.

POSTECH-차의과대 연구팀, 신개념 폴리스티렌 세포배양 기판의 대량성형 기술을 개발 (2012.11.08)

POSTECH-차의과대 연구팀, “요구르트 병 만드는 폴리스티렌이 줄기세포 분화 ‘마음대로’ 조절하는 기판으로?“ 줄기세포 분화 조절 가능한 기판 대량생산 ”길 열다” 우리 몸을 구성하는 210여개의 세포로 분화할 수 있는 능력을 가져, 손상 조직의 재생하는 등 다양한 연구가 진행되고 있는 줄기세포. 흔히 가전기기 케이스나 요구르트 병 등에 활용되는 폴리스티렌을 이용해, 이 줄기세포의 분화를 마음대로 조절할 수 있는 기판을 대량생산해 보다 효율적이고 빠른 줄기세포 연구를 할 수 있는 길이 열렸다. POSTECH(포항공과대학교) 기계공학과 김동성·조동우 교수·박사과정 차경제씨, 차의과대학교 이수홍 교수·박사과정 박광숙씨는 인간의 지방에서 유래한 줄기세포의 분화를 조절할 수 있는 새로운 개념의 폴리스티렌 세포배양 기판의 대량성형 기술을 개발하는데 성공했다. 9일 발간된 고분자 생명과학분야의 권위지인 ‘고분자 생명과학(Macromolecular Bioscience)’지 11월호 표지논문으로 게재된 이 연구성과는 성장인자나 호르몬을 이용하는 기존의 줄기세포 증식·분화 연구 분야에 경제성 및 효율성을 가져다줄 새로운 개념의 연구로 각광을 받고 있다. 최근 줄기세포 연구 중에서도 특히 인간 지방유래 줄기세포를 특정세포로 분화할 수 있도록 조절하는 연구에 대한 관심이 높아지고 있지만, 줄기세포의 증식과 분화에 활용되는 화학적 방법은 효율성에 한계가 있을 뿐 아니라연구에 들어가는 비용이 높아 큰 단점으로 지적되어 왔다. 연구팀은 세포외기질*1의 구조적 특징을 이용하면 줄기세포의 분화를 조절할 수 있다는 연구결과를 바탕으로 나노 금형기술과 고분자미세성형기술을 이용, 기존의 평평한 기판과는 달리 200nm 지름의 나노 기둥과 나노구멍 구조물들을 폴리스티렌 기판에 대량으로 성형, 복제했다. 그 후 인간 지방유래 줄기세포의 거동을 파악하는 한편, 분화 효율을 향상시키는 연구를 진행해 특정세포로의 분화를 측정한 결과 나노 기둥은 골세포로의 분화 효율을, 나노 구멍은 지방세포로의 분화효율을 기존의 기판에 비해 향상시키는 결과를 얻었다고 연구팀은 전했다. 연구를 주도한 김동성 교수는 “이번 연구결과를 토대로 보다 효율적인 줄기세포 연구와 조직공학 연구가 가능할 것으로 기대한다”며 “이 기술을 발전시켜 줄기세포의 증식과 분화 효율을 향상시킬 수 있는 새로운 개념의 세포배양용기를 개발하는 한편, 상용화를 진행할 계획”이라고 밝혔다. 한편, 이번 연구는 교육과학기술부(장관 이주호)와 한국연구재단(이사장 이승종)이 추진하는 중견연구자지원사업(핵심연구)과 리더연구자지원사업(창의연구)의 지원으로 수행되었다. 1. 세포외기질(extracelluar matrix) : 조직 내 또는 세포 외의 공간을 채우고 있는 생체고분자의 복잡한 집합체

원병묵·제정호 교수팀, 물방울이 공기방울 형성하는 원리 밝혀내 (2012.11.19)

POSTECH, “물방울은 왜 떨어지면서 공기방울을 만들까?” 원병묵·제정호 교수팀, 물방울이 공기방울 형성하는 원리 밝혀내 하늘에서 내리는 빗방울, 수도꼭지에서 떨어지는 물방울 등 우리가 흔히 접하는 물방울은 표면으로 떨어지는 아주 짧은 찰나에 물방울 속에 아주 작은 공기방울을 만든다. 물방울은 왜 이런 공기방울을 만드는 것일까? 나노크기처럼 눈에는 거의 보이지 않는 작은 불순물이나 공기방울에도 크게 영향 받는 첨단 반도체 분야의 오랜 수수께끼가 POSTECH(포항공과대학교) 연구팀을 통해 풀렸다. POSTECH 신소재공학과 박사과정 이지산·원병묵 연구교수·제정호 교수팀은 물방울이 표면에 떨어지는 순간을 초고속 X-선 현미경으로 관찰, 물방울 속에 작은 공기방울이 형성되는 원리를 규명한 결과를 물리학 저명 학술지인 ‘피지컬 리뷰 레터스(Physical Review Letters)’ 최신호를 통해 발표했다. 연구팀은 물방울이 표면에 떨어지는 순간 공기가 물방울에 갇혀 공기막이 형성되고, 이 공기막이 풍선이 부풀어 오르는 것처럼 매우 작은 공기방울로 변해가는 순간적인 과정을 관찰했다. 그 결과 △공기막의 순간적인 관성수축 △표면탄성파의 전달에 의한 중심부 붕괴 △동그란 모양의 공기방울 형성 등 3단계 과정에 거쳐 물방울 속에 작은 공기방울이 형성된다는 것을 밝혀낸 연구팀은 “표면에너지의 탄성파에너지로의 변환과 중심부 이동 원리로 설명할 수 있다”고 덧붙였다. POSTECH 제정호 교수는 “어디서나 쉽게 볼 수 있는 자연현상의 규명이지만, 이 원리는 공기의 아주 적은 유입도 큰 영향을 미칠 수 있는 전자 인쇄, 첨단 반도체나 제트분사 공정 등의 공정 효율을 높이는데 큰 도움이 될 것”이라고 연구의의를 밝혔다. 국내 연구진이 단독으로 이루어낸 이번 성과는 연성물질에 관한 연구가 세계적인 수준에 도달한 것으로 평가받고 있으며, 제1저자인 이지산씨는 이 연구성과를 한국물리학회 추계학술대회에 발표, 우수발표상을 수상하기도 했다. 한편, 이번 연구는 교육과학기술부(장관 이주호)와 한국연구재단(이사장 이승종)이 추진하는 리더연구자지원사업(창의적 연구)의 지원을 받아 수행됐다. 사진 : 1. 왼쪽부터 시계방향으로 이지산, 제정호 교수, 원병묵 연구교수 2. 물방울이 떨어질 때 공기막이 공기방울로 변화하는 과정의 x-선 촬영 (a, b) 및 영상 (c). (단위: 1/1,000,000초)

POSTECH 연구팀, 정상적 신경신호 전달 가능 메커니즘 풀어 (2012.12.26)

“지난 크리스마스의 추억”, ‘뉴로리긴’과 ‘글루탐산’이 좌우한다 POSTECH 연구팀, 정상적 신경신호 전달 가능 메커니즘 풀어 우리 뇌는 과연 어떤 작용을 통해 ‘즐거운 혹은 괴로운 추억’을 기억하는 것일까? 지금까지 베일에 싸여 있던 이 질문에 POSTECH-스위스 바젤대학 공동연구팀은 ‘뉴로리긴’과 ‘NMDA타입 글루탐산 수용체’*1가 바로 그 해답을 가지고 있다는 연구결과를 내놨다. POSTECH 생명과학과 김정훈 교수․권오빈 박사, 스위스 바젤대학 공동연구팀은 신경 세포간의 연결부위 형성에 중요한 역할을 담당하며 자폐증 등 신경질환의 발병 원인으로도 알려져 있는 뉴로리긴(Neuroligin-1) 단백질이 정상적인 기억 현상을 가능하게 하는 메커니즘을 밝혀내 세계적 과학 저널인 미국국립과학원회보(PNAS) 온라인 속보 최신자를 통해 발표했다. 김정훈 교수팀은 지난 2008년과 2010년, 뉴로리긴의 생성을 억제했을 경우 시냅스*2의 가소성(可塑性)과 동물의 기억력을 저하시킨다는 결과를 발표한 바 있지만, 뉴로리긴 단백질이 어떤 방법으로 이런 작용을 하는지에 대해서는 거의 알려지지 않았다. 연구팀은 뉴로리긴이 없는 쥐의 해마*3 신경세포에 뉴로리긴 발현을 유도하는 바이러스를 주입하면 NMAD타입 글루탐산 수용체가 활성화되는 것을 확인했다. 또한 시냅스에서 뉴로리긴과 글루탐산 수용체가 직접 결합하여 시냅스의 정상적인 신경신호 전달을 유지하도록 해 기억현상을 가능하도록 하게 한다는 사실을 최초로 밝혀냈다. 연구를 주도한 김정훈 교수는 “이 연구 결과는 뇌 신호 전달에 이상이 생겨 일어나는 자폐증, 정신분열증, 치매 등 질환 발병에 긴밀한 연관성을 가진 것으로 알려진 NMAD 수용체의 생체 조절 기능을 최초로 규명한 연구”라며 “신경정신과 관련 질환의 원인 뿐만 아니라 완화 등 치료에도 기여할 것으로 기대한다”고 밝혔다. 한편, 이 연구는 교육과학기술부와 한국연구재단이 지원하는 ‘뇌기능프런티어’ ‘선도연구센터지원’ 사업 등의 지원을 받아 수행되었다. _______________________________________________________________________________________________________________ 1. NMDA 타입 글루탐산 수용체(N-methyl-Daspartate receptor) : 신경세포의 신경수용체로 중추신경계 신경 세포 사이의 신호 전달을 유도하고, 또한 과도하게 활성화하면 세포 사멸을 초래한다. 따라서 정상적인 기억 활동을 가능하게 하며, 또한 뇌졸중, 정신분열증, 자폐증, 치매 등에 깊은 관련이 있는 것으로 알려져 있다. 2. 시냅스(synapse) : 뉴런과 뉴런 사이를 연결하는 연결 부위. 이를 통해 신경 신호가 전달되며, 신경작용에 의해 연결강도가 역동적으로 조절된다. 3. 해마(hippocampus) : 뇌의 변연계에서 장기 기억과 공간 기억 행동을 조절한다.

POSTECH-가톨릭대 의생명공학연구원,세계최초 성체줄기세포만 이용한 전이암 완치법 개발 (2012.12.04)

‘논개’ 줄기세포가 폐 전이암 완치 “길 연다” POSTECH-가톨릭대 의생명공학연구원, 세계최초로 성체줄기세포만을 이용한 전이암 완치법 개발 임진왜란 당시 왜장을 끌어안고 투신한 ‘논개’. 이처럼 암세포와 함께 자살, 암세포를 없애는 성체줄기세포로 폐에 전이된 암세포를 완전하게 제거하는 치료법이 세계 최초로 개발돼 학계의 비상한 관심을 모으고 있다. 우리나라 최초의 대학간 공동연구소인 POSTECH(포항공과대학교)-가톨릭대 의생명공학연구원의 성영철 POSTECH 교수․전신수 가톨릭의대 교수 공동연구팀은 간엽줄기세포(mesenchymal stem cells)*1를 이용, 쥐의 폐에 생성된 전이암을 완전하게 제거하는데 성공했다. 폐는 암세포의 전이가 가장 빈번하게 일어나는 장기로, 유방암․피부암․대장암 등 다양한 암의 원격 전이가 폐에서 발생하곤 한다. 암이 폐로 전이되면 환자가 사망에 이를 수 있으며, 절제수술이나 항암제․방사선 치료 등 기존의 치료법은 생존기간만 연장할 뿐 완치 유도의 가능성은 극히 낮다고 알려져 있다. POSTECH-가톨릭의대 공동연구팀은 간엽줄기세포를 암세포만 골라 죽일 수 있는 유도물질로 효과가 증진된 12량체 트레일(TRAIL) 유전자와 세포의 자살을 유도하는 HSV-TK 유전자를 동시에 분비하도록 조작한 뒤, 신장 암세포가 폐로 전이된 쥐에 이 줄기세포를 주입했다. 이는 항암유전자와 자살유전자를 한꺼번에 분비하는 줄기세포가 스스로 암세포를 골라 이동, 암세포와 함께 자살하도록 하는 방법이다. 주입 결과, 줄기세포는 폐, 특히 암 부위로 이동했으며 소량의 줄기세포를 반복적으로 주입, 항암효과를 증가시킬 수 있는 것을 확인했을 뿐 아니라, 주입 3번 만에 모든 쥐에서 폐로 전이된 암세포가 완전하게 제거된 것을 확인할 수 있었다고 연구팀은 밝혔다. 가톨릭의대 전신수 교수는 “이번 연구는 동물 실험에서 성체줄기세포만을 이용해 전이된 종양을 완치시킬 수 있음을 보여준 매우 놀라운 발견”이라면서도 “아직 동물실험만을 거쳤지만, 곧 임상실험에 착수해 치료제 개발을 진행해 나갈 계획”이라고 설명했다. 성영철-전신수 교수팀은 POSTECH의 기초과학 원천기술과 가톨릭의대의 임상 노하우를 접목, 혁신적인 신약을 개발하기 위해 2005년 세워진 POSTECH-가톨릭대 의생명 공학연구원의 대표적인 공동연구팀으로 그간 난치성 질환인 암 치료를 위해 성체줄기세포를 이용한 연구를 진행해왔다. 지금까지 세포사멸 유도 유전자인 트레일이 이입된 간엽줄기세포의 뇌종양 치료 입증 성과와 방사능치료․화학요법을 병용할 경우 치료효과를 극대화시킬 수 있다는 연구성과를 발표해온 연구팀은 이번 성과로 전이암 완치 가능성을 연 것으로 주목을 받게 됐다. 한편, 이번 연구성과는 미국암학회가 발행하는 임상 암 분야 최고 학술지 ‘임상 암 연구(Clinical Cancer Research)’지 온라인판 30일자에 게재됐다. 1. 간엽줄기세포

김상욱 교수팀, 공존질환과 합병증 예측 가능 기술 발표 (2012.10.30)

POSTECH 김상욱 교수팀 "진화속도가 같은 질병은 합병증으로 나타나" 진화속도 빠르면 호흡기·면역, 느리면 근육·골격 이상 질병 하나의 질병에 걸리면 한 가지 질환 뿐 아니라 여러 질환을 동시에 앓게 되는 경우가 많다. 대표적인 예가 비만과 당뇨로, 이렇게 한 질병에 따라 발생하는 또 다른 질환, ‘합병증’을, 질병을 유발하는 돌연변이 유전자의 진화속도에 따라 예측할 수 있다는 연구성과가 나왔다. POSTECH(포항공과대학교) 정보전자융합공학부․생명과학과 김상욱 교수팀은 세계적인 과학저널 네이처가 발행하는 ‘사이언티픽 리포트(Scientific Reports)’를 통해 질병 유전자들의 진화 속도를 분석, 공존질환과 합병증을 예측할 수 있는 기술을 22일 발표했다. 연구팀은 또, 이 논문에서 진화속도가 빠른 유전자는 주로 호흡기와 면역질환과, 진화속도가 느린 유전자는 근육이나 골격의 이상을 일으키는 질병과 관련이 높다는 것도 밝혀냈다. 질병은 사람이 가진 유전자의 변이에 의해 일어나며, 변이로 인해 사람에게 질병을 일으킨 유전자를 ‘질병 원인 유전자’라고 부른다. 하지만 기존의 게놈 유전자 분석(GWAS)은 한 번에 이 같은 질병 원인 유전자들을 밝혀내는 데는 유용하게 사용되어 왔지만 각 유전자의 이상이 어떤 질병과 관련되어 있는지는 효율적으로 밝혀내기 어려웠다. 연구팀은 질병 원인 유전자들의 진화속도가 저마다 다르다는 점에 착안해 진화속도를 측정하는 한편 미국질병본부에서 4년간 수집한 수천만명의 환자들의 병원기록을 이용해 질병들 간의 공존질환 네트워크를 구축했다. 각 질환에 따라 분류된 이 네트워크를 바탕으로, 연구팀은 돌연변이의 진화속도가 같은 질환의 경우 합병증으로 일어날 가능성이 높다는 사실을 발견, 자주 발생하는 공존질환과 합병증을 예측하는데 성공했다. 연구를 주도한 김상욱 교수는 “질병 예측 등 생명과학 분야에서도 현재 대용량 데이터 분석 기술(Big Data Analysis) 개발의 중요성이 높아지고 있다”며 “이번 연구 성과는 복잡한 인간질병과 유전자 진화와의 관계를 이해하는 한편, 효율적으로 합병증을 예측할 수 있는 기술의 바탕이 될 것”이라고 밝혔다. 한편, 이 연구는 교육과학기술부와 한국연구재단이 지원하는 세계수준 연구중심대학(WCU)사업과 중견연구자 지원사업의 지원을 받아 이루어졌다.

장윤석 교수팀, 사염화다이옥신 완전분해기술 개발 (2012.9.5)

나노-바이오 하이브리드 기술, 가장 독한 다이옥신 “독하게 잡는다” 청산가리보다 1만 배나 강한 독성을 가져 인간이 만든 물질 중 가장 위험하다고 알려진 독극물, ‘다이옥신’ 중에서도 가장 유독한 것으로 알려져 있는 ‘사염화다이옥신’을 완전하게 분해할 수 있는 ‘하이브리드’ 기술이 국내 기술진을 통해 최초로 개발됐다. 최근 부평주한미군기지 주변에서 다이옥신이 검출되는 등 다이옥신 분해 기술이 시급한 가운데 토양·지하수 복원기술 개발에도 활력을 줄 것으로 기대된다. 환경공학부 장윤석 교수팀은 나노크기의 철-파라듐 촉매와 토양에서 추출한 다이옥신 분해균을 이용, 최초로 다이옥신 중 가장 유독한 다이옥신인 ‘사염화 다이옥신(2,3,7,8-TCDD)’을 완전 분해할 수 있는 나노-바이오 융합기술을 개발하는데 성공했다. 환경과학 관련 권위지인 ‘종합환경과학지(Science of the Total Environment)’ 온라인 속보를 통해 발표된 이 기술은 지금까지 나노기술이나 바이오기술만으로는 불가능했던 다이옥신의 완전 분해를 융합이란 방식으로 해결, 학계와 관련업계의 관심을 모으고 있다. 연구팀은 철-파라듐 촉매를 이용해 다이옥신 속 염소를 미리 제거하고, 분해미생물을 넣어 다이옥신을 분해하는, 나노기술과 바이오기술을 융합하는 새로운 개념의 기술을 개발했다. 기존의 미생물 처리법은 4.5ng/ml의 사염화 다이옥신을 20시간 만에 80% 정도 분해할 수밖에 없지만, 이 기술로 사염화 다이옥신을 분해할 경우 농도가 2배 이상인 9.3ng/ml의 사염화 다이옥신을 15시간 만에 완전 분해할 수 있다. 연구를 주도한 장윤석 교수는 “다이옥신은 미생물분해나 나노촉매 분해 등 한 가지의 기술만으로는 완전하게 분해하기 어려운 독성물질”이라며 “이같은 나노-바이오 융합처리기술은 효율성 뿐만 아니라 안전성 측면에서도 미래 환경기술의 중요한 패러다임으로 대두되고 있으며 이 기술을 응용하면 그간 처리가 어려웠던 독성물질들을 효과적으로 처리하는 기술로 이용할 수 있을 것”이라고 밝혔다. 한편, 이 연구는 교육과학기술부․한국연구재단 중견연구자지원사업과 환경부 토양·지하수오염방지기술개발사업(GAIA Project)의 지원을 받아 수행되었다.

이진우 교수팀, 개미산 연료전지용 촉매 개발 (2012.8.1)

개미산으로 스마트폰 충전을?? 17세기 개미를 증류해 만들어져 처음으로 세상에 그 존재가 알려진 ‘개미산’은 개미 뿐 아니라 복숭아, 복분자 등의 과일에도 함유되어 있는 물질로 전기도금이나 약품 등에 활용되고 있다. 이러한 개미산을 이용해 저가의 연료전지 전극을 만들 수 있는 기술이 나왔다. 화학공학과 이진우 교수, 박사과정 심종민씨 연구팀은 블록공중합체의 자기조립 성질을 이용, ‘원-포트 합성법(one-pot))*1’으로 개미산 연료전지의 연료극으로 사용되는 새로운 촉매를 개발하는데 성공했다. 미국화학회가 발행하는 나노분야 세계적 권위지 ‘ACS Nano’지를 통해 발표된 이 연구성과는 연료전지의 가장 큰 장점인 효율과 안정성은 그대로 유지하면서 가격은 크게 낮출 수 있을 것으로 기대를 모으고 있다. 최근 스마트폰, 태블릿PC 등 휴대용 전자기기 사용이 급증할 뿐 아니라 고출력 휴대용 전원에 대한 수요가 높아지면서 기존 2차전지를 대체하기 위해 연료전지에 관한 연구가 진행되고 있다. 개미산은 산화반응속도가 빠르고 상온에서도 반응이 진행될 뿐 아니라 그 효율이 메탄올 연료전지에 비해 우수해 액체연료전지의 연료로서 많은 연구가 이루어지고 있지만 여기에 활용되는 촉매는 백금이나 팔라듐을 이용해 생산원가가 올라갈 뿐 아니라, 반응 중 일산화탄소가 생성되면서 피독*2에 의해 안정성이 떨어지는 문제점을 안고 있었다. 연구팀은 메조포러스 탄소/실리카 복합체 내에 PtPb 금속간 나노입자들(intermetallic PtPb nanoparticles)이 잘 분산되어 있는 촉매를 합성하는데 성공했다. 또, 연구팀은 ‘원-포트 합성법’은 여러번의 정제 과정이 없이 하나의 반응용기에 차례로 물질을 집어넣어 한 번에 합성하는 합성법을 이용, 합성단계와 시간을 획기적으로 단축시켰다. 이와 함께 30nm 이상의 나노기공 구조를 제어할 수 있는 기술도 같이 개발했다. 연구팀이 개발한 새로운 촉매는 기존의 백금사용량을 50%로 줄였지만 장기 안정성이 확보됐으며, 최대 단전지 출력밀도가 Pt의 무게당 480 mW로 기존의 Pt(백금) 촉매에 비해 300% 이상 성능이 향상됐다. 한편, 이번 연구는 교육과학기술부와 한국연구재단이 지원하는 ‘글로벌프론티어 사업’과 ‘중견연구자지원사업 (핵심연구)’의 지원으로 수행됐다. 1. 원포트 합성법 (One-pot) 2단계 이상의 반응을 통해 화합물을 합성할 때, 일반적으로는 각 단계별로 생성되는 물질을 정제하는 절차를 거친다. 하지만 이 합성법은 하나의 용기에 다음 단계의 물질을 넣어 반응시키는 단계를 여러차례 거쳐 화합물을 얻는 방법이다. 2. 피독 연료의 산화반응 과정에서 생성된 중간 생성물이 촉매의 활성을 방해하는 것을 의미한다.