Research

강관형 교수, 신개념 전기수력학적 펌프 개발 (2011.12.7)

정확성과 세밀함이 요구되는 미세수술로봇의 ‘마이크로 핑거(micro finger)’에 사용되는 전기수력학적 펌프의 크기는 대폭 줄이고 성능을 향상시킬 수 있는 기술이 국내 연구진을 통해 개발됐다. 기계공학과 강관형 교수․박사과정 김원경씨 팀은 간단한 전극 구성만으로 전류가 흐르지 않는 액체(무극성 액체)를 이송할 수 있는 전기수력학적 펌프를 개발, 응용 물리학 분야 권위지인 ‘어플라이드 피직스 레터스(Applied Physics Letters)’지를 통해 발표했다. 전기수력학적 펌프는 전기에너지를 유체의 운동에너지로 직접 변환시켜 움직이는 장치로, 아주 간단한 구성만으로도 유체를 움직일 수 있어 소형기계 장치나 마이크로 로봇 등에 사용된다. 하지만 지금까지의 전기수력학적 펌프에 사용되는 유체는 수용액 등으로 한정된다는 단점이 있었다. 물론 일본에서 일부 특정 무극성액체에 적용 가능한 마이크로 펌프를 개발하기는 했지만 그 종류가 제한적이었다. 강 교수팀은 무극성액체에 전기장과 전기전도도가 균일하지 않게 분포할 때 발생하는 유도전하와 유동을 이용, 새로운 개념의 펌프를 개발했으며 이 펌프는 전극의 부식이나 액체의 변성을 일으키지 않는 장점을 가지고 있다. 이 기술은 마이크로 채널에서의 무극성 액체 이송(移送) 뿐 아니라 소음과 진동이 적은 초소형 냉각기, 마이크로 로봇 부품, 소형 강제유압냉각식 변압기 냉각부품 등에 활용된다. 특히 미세한 부위에 활용되는 미세수술 로봇의 ‘손’ 부분에도 적용, 크기는 줄이고 내구성 등의 성능 향상에도 도움을 줄 수 있을 것으로 전망되고 있다. 연구를 주도한 강관형 교수는 “현재 마이크로 펌프는 전세계적으로 연구를 진행하고 있지만 그 가운데에서도 일본이 제품 개발에 주력하는 한편, 최근에는 시제품 출시를 준비 중인 것으로 알려져 있다”며 “이번에 개발된 마이크로 펌프는 일본과는 원리가 다르고 적용되는 무극성 액체의 종류도 많아 우리가 기술적, 경제적 우위를 점할 수 있을 것으로 본다”고 밝혔다. 한편, 이번 연구는 교육과학기술부와 한국연구재단이 추진하는 중견연구자지원사업의 지원을 받아 수행됐다.

곽소나 교수팀 제작 ‘한글봇’ 세계적 주목 끌어 (2011.12.8)

“한글의 원리를 3분 만에 배웠습니다. 한글은 정말 과학적이군요.” 최근 인기를 끌었던 드라마의 이야기가 아니다. 최근 네덜란드에서 개최된 국제 소셜 로봇 컨퍼런스(International Conference on Social Robotics 2011)에서 발표된 한 로봇과 그 구동을 살펴본 외국인 학자의 평가다. 이 날 발표된 로봇은 학술대회 참가자 35%의 지지를 얻어 최고 인기상인 현장투표상(Delegate's Choice)을 수상했다. 인문사회학부 곽소나 교수·컴퓨터공학과 학부과정 손영빈·기계공학과 학부과정 박준신 군, KAIST 김은호씨, 미래물산 김지명씨 팀은 한글을 모티브로 블록형 한글교육을 위한 로봇, ‘한글봇(HangulBot)’을 제작, 발표했다. 이 로봇은 전 세계에서도 15작품만 초청 전시된 국제 소셜로봇 컨퍼런스에서는 심사위원상 3위와 현장투표상을 수상, 2관왕에 올랐다. 연구팀은 표음문자로서 한글이 가지는 특성과 모듈화된 조형성을 기초로, 자음 블록과 모음 블록으로 구성된 로봇을 개발했다. 이 로봇은 자음 블록과 모음 블록의 다양한 회전과 배열에 따라 블록들의 상호 조합 형태가 나타내는 글자의 발음이 그대로 출력된다. 즉, 이 로봇의 ‘ㄱ’과 ‘ㅣ’, ‘ㆍ’ 블록을 ‘고’자의 모양으로 조립, 배열 하면 로봇이 블록 형태를 인식해 자동으로 ‘고’라는 소리가 나오게 되는 것이다. 또, ‘ㅗ’로 조립된 블록을 180도로 회전시키면 ‘구’라는 소리가 나온다. 이 로봇에는 적외선 LED, 포토 트랜지스터가 사용되었으며, 이들 기기는 서로의 신호를 주고받으며 블록 조합을 파악, 소리가 나도록 설계되어 있다. 초보적인 한글 교육뿐만 아니라 오감을 통한 체험학습과 공간지각력, 창의력 향상을 위한 교육로봇을 목표로 설계된 한글봇은 언어학습을 담당하는 좌뇌와 공간지각력을 담당하는 우뇌를 균형있게 발달시킬 수 있을 것으로 연구팀은 내다봤다. 곽소나 교수는 “한글을 모티브로 한 한글교육로봇이 외국인들에게 큰 호평을 받았을 뿐 아니라, 한글을 잘 모르는 외국인이 3분만에 한글의 원리를 깨달았다는 점에서 한글의 우수성을 다시 한번 실감할 수 있었다”며 “이 로봇이 실제로 좌뇌와 우뇌를 균형있게 발달시킬 수 있는지 여부를 확인하는 후속 연구를 진행할 예정”이라고 밝혔다. 또, 이번 연구성과는 곽 교수 뿐만 아니라 학부과정생들이 참여해 젊은 연구팀의 성과로도 또 한 번 주목을 끌었다. 한편, 국제 소셜로봇 컨퍼런스는 학술대회의 일환으로 로봇 디자인 대회(Robot Design Competition)를 개최하고 있으며, 이번 대회의 주제는 ‘살아있다!(Alive!)’로 인간과 상호작용을 하는 지능형 소셜 로봇 디자인이었다. 이번 대회에서는 54편 이상의 작품이 접수되어 곽 교수팀의 한글봇을 포함한 15개 작품만이 최종적으로 심사대상에 올랐다.

김윤호 교수팀, 양자컴퓨터 구현 위한 필수방법 발견 (2011.12.26)

미래형 최첨단 컴퓨터인 양자컴퓨터*와 양자통신** 등과 같은 양자정보기술 구현에 가장 큰 걸림돌이 국내 연구진에 의해 해결되었다. *) 양자컴퓨터 : 기존의 컴퓨터와 달리 한 개의 처리장치로부터 수많은 계산을 동시에 처리할 수 있어 정보처리량과 속도가 종전의 컴퓨터에 비해 월등히 앞선 미래형 최첨단 컴퓨터 **) 양자통신 : 정보를 빛의 기본입자인 광자의 양자 상태에 실어 전달하는 새로운 방식의 통신. 양자역학적 특성으로 빠른 속도, 정확한 정보전달 등 기존의 통신에 비해 많은 장점이 있음 물리학과 김윤호 교수가 주도하고 김용수, 이종찬(공동1저자), 권오성(제3저자) 박사과정생이 참여한 이번 연구는 교육과학기술부와 한국연구재단이 추진하는 일반연구자지원사업(기본연구와 모험연구)의 지원을 받아 수행되었고, 연구결과는 물리학 분야의 최고 권위의 학술지인 ‘Nature Physics (IF=18.423)’지에 온라인 속보(2011/12/18)로 게재되었다. (논문명 : Protecting entanglement from decoherence using weak measurement and quantum measurement reversal) 김윤호 교수 연구팀은 양자역학의 핵심원리인 일반화된 양자 측정의 개념들을 이용해 양자정보기술 구현에 꼭 필요한 양자 얽힘*을 결어긋남 현상**으로부터 보호하는 새로운 방법을 밝혀냈다. *) 양자 얽힘(Quantum entanglement) : 여러 양자계 사이에 존재하는 특별한 상관관계를 의미하며, 양자통신, 양자컴퓨터 등을 구현하는데 꼭 필요함 **) 결어긋남 현상(Decoherence) : 양자계가 결맞음을 잃어버리는 현상을 의미하며, 결맞음이 완전히 없어진 양자계는 양자정보처리에 사용할 수 없음 양자통신, 양자컴퓨터 등의 양자정보기술을 구현하기 위해서는 양자계의 결맞음 특성이 보호되어야 하지만, 실제 상황에서는 양자계와 주변 환경과의 필연적인 상호작용에 의해 결어긋남 현상이 발생하여 결맞음 특성이 손상된다. 특히 결어긋남 현상은 양자정보기술 구현에 핵심요소인 양자 얽힘까지 잃게 만들어 양자정보기술 구현에 가장 큰 걸림돌이었다. 김 교수팀은 약한 양자측정과 양자측정의 되돌림을 이용해 양자 얽힘이 줄어드는 직접적인 원인인 결어긋남 현상 자체를 억제하는데 성공하였다. 특히 이번 연구결과는 결어긋남 현상이 아주 강해 양자 얽힘이 완전히 없어지게 만드는 환경에서도 적용할 수 있어 기존의 양자 얽힘 보호방법의 한계를 뛰어넘은 기술로 평가된다. 김윤호 교수는 “양자통신 및 양자컴퓨터와 같은 양자정보기술은 아직 초기단계이지만, 현대 정보사회의 패러다임을 바꿀 수 있는 가능성이 큰 신기술이다. 이번 연구를 통해 양자정보기술 개발의 걸림돌로 알려진 결어긋남 현상으로부터 양자 얽힘을 보호하는 새로운 방법을 발견하여, 양자정보기술 발전에 새로운 기반을 마련하였다”고 연구의의를 밝혔다.

김동성 교수팀, 세포배양 기판의 대량성형 기반기술 확보 성공 (2011.10.10)

Macromolecular Bioscience지 표지논문 게재, "줄기세포 연구를 위한 원천 기반기술 확보” 미래 생명공학의 핵심으로 각광 받고 있는 줄기세포의 거동 연구를 위한 다양한 마이크로/나노 구조를 포함하는 폴리스티렌 세포배양 기판의 대량성형 기반기술이 국내 연구진에 의해 확보되었다. 기계공학과 김동성 교수, 차경제 박사과정학생과 차의과학대학교 이수홍 교수, 박광숙 박사과정학생이 주도한 이번 연구는 교육과학기술부와 한국연구재단이 추진하는 중견연구자지원사업(핵심연구)의 지원으로 수행되었고, 연구결과는 고분자 생명과학분야의 권위 있는 학술지인 ‘Macromolecular Bioscience'지에 표지논문(10월10일)으로 게재되었다. (논문명 : Effect of Replicated Polymeric Substrate with Lotus Surface Structure on Adipose-Derived Stem Cell Behaviors) 김동성 교수 연구팀은 본 연구논문에서 자연계에 존재하는 마이크로/나노 복합구조물로 잘 알려진 연잎 표면 형상을 정밀 금형기술과 고분자 미세성형공정기술을 통해 폴리스티렌 재질의 기판에 성공적으로 복제하였고, 이를 지방유래 줄기세포의 거동 연구에 이용하였다. 그 결과, 줄기세포의 부착형상, 국소부착(focal adhesion)의 생성 및 분화 효율 등이 기존의 평평한 세포배양 기판과는 다른 거동을 보였으며, 특히 연잎 표면 형상에 의해 지방세포로의 분화 효율이 향상되는 것을 확인하였다. 이러한 연구는 세포배양 기판 표면의 마이크로/나노 구조물에 의한 줄기세포의 거동 변화를 관찰하고, 이를 응용하여 줄기세포의 증식 및 분화 효율을 향상시킬 수 있는 세포배양 기판의 구조를 도출하고자 하는 목적을 가지고 있다. 이를 위해, 마이크로/나노 금형기술과 고분자 미세성형기술을 바탕으로 하는 고분자 세포배양 기판의 대량성형 기반기술 확보는 효율적이고 체계적인 줄기세포 연구 및 관련 연구의 상용화를 위해 필수적이다. 김동성 교수는 “이번 연구를 시작으로 한, 다양한 마이크로/나노 구조를 갖는 고분자 세포배양 기판의 대량성형 기반기술 확보를 통해, 앞으로 보다 효율적/체계적인 줄기세포 연구 및 조직공학 연구가 가능할 것으로 기대하며, 나아가 새로운 개념의 세포배양용기를 제안하고 이와 관련된 연구 결과의 상용화를 기대한다”고 연구의의를 밝혔다.

이영숙 교수팀, 칼슘 풍부한 특화작물 생산·재배 가능성 열어 (2011.11.23)

미국립과학원회보 발표, “갓의 칼슘 수송체 유전자 규명” 국내 연구진이 칼슘이 풍부한 특화된 작물을 생산·재배할 수 있는 길을 열었다. 이영숙 교수 △송원용 박사 △마티노이아 교수(스위스 취리히대, Martinoia)가 공동으로 주도한 이번 연구는 교육과학기술부와 한국연구재단이 추진하는 글로벌연구실(GRL)사업의 지원을 받아 수행되었고, 연구결과는 세계적으로 권위 있는 과학전문지인 ‘미국립과학원회보(PNAS)’에 온라인 속보로 게재되었다. (논문명 : Brassica juncea plant cadmium resistance 1 protein (BjPCR1) facilitates the radial transport of calcium in the root) 이영숙 교수 연구팀은 식물의 뿌리털에서 흡수한 칼슘을 잎과 줄기 등 지상부로 효율적으로 이동하는 칼슘 수송단백질(BjPCR1)을 갓에서 발견하였다. ※ 수송단백질(Transporter) : 생명체의 막에 존재하는 단백질로, 생명체의 대사활동에 필요한 물질을 적재적소에 수송하는 역할을 함 칼슘의 결핍은 동식물의 성장을 저해하고 질병을 유발하며, 작물의 생산량과 품질을 저해하는 것으로 잘 알려져 있다. 이번 연구에서 밝힌 칼슘 수송단백질(BjPCR1)을 이용하면 칼슘이 부족한 토양에서도 건강하게 자랄 수 있는 작물과 보통의 토양에서도 칼슘을 다량 축적한 작물을 생산․재배할 수 있을 것으로 기대된다. 또한 이 교수팀은 BjPCR1을 뿌리의 표피에 특이적으로 과발현시킨 형질전환 식물체를 개발하여, 이 식물이 칼슘을 줄기로 더 잘 이동시켜 야생종에 비해 훨씬 더 잘 자란다는 사실을 입증하였다. 이영숙 교수팀은 갓의 뿌리털에서 흡수한 칼슘을 잎과 줄기 등 지상으로 이동시키는 과정에서 BjPCR1이 칼슘 수송단백질의 역할을 한다는 사실을 밝혀냈다. 토양에 존재하는 칼슘 이온은 식물의 생장과 발달에 꼭 필요한 무기영양원이다. 식물은 칼슘을 흡수하는 부위와 사용하는 부위가 다르기 때문에 칼슘을 적재적소로 이동시켜주는 칼슘 수송단백질이 꼭 필요하다. ※ 무기영양원(mineral mutrition) : 토양에 있는 광물 영양원으로 생명체를 이루는 구성성분 이제까지 뿌리의 내피층이 잎과 줄기로 보내는 이온들의 선택적 투과를 결정한다고 알려져 왔다. 그러나 연구팀은 뿌리 표피층 안에 BjPCR1 유전자가 발현되는 양에 따라 지상의 칼슘 이온 농도도 달라진다는 사실을 통해, 뿌리의 표피층도 식물 내의 무기이온 이동의 조절에 중요한 역할을 한다는 새로운 이론을 정립하게 되었다. 이영숙 교수는 “이번 연구 성과는 우리나라 사람들이 김치 등으로 즐겨 먹는 ‘갓’을 연구개발해서 나온 성과로, 이 결과를 통해 칼슘 함량이 높은 특화된 작물의 생산과 재배까지도 기대할 수 있게 되었다”며 연구의의를 밝혔다.

차형준 교수팀, 생체물질 결합 가능한 ‘복합나노섬유’ 개발 (2011.11.4)

홍합접착단백질을 이용한 복합나노섬유 제조에 성공 값싸고 기능성 높은 의료용 소재 개발에 기여할 것으로 전망 접착 및 결합능력이 뛰어난 홍합유래 접착단백질을 이용하여 다양한 생체물질을 효과적으로 붙여낼 수 있는 ‘고강도 다기능성 복합나노섬유’가 국내 연구진에 의해서 개발되었다. 화학공학과 차형준 교수 연구팀이 주도한 이번 연구는 국토해양부가 추진하는 해양생명공학기술사업의 ‘해양바이오산업신소재기술개발’의 지원을 받아 수행되었고, 연구결과는 화학 분야의 권위 학술지인 ‘앙게반테 케미’ (Angewandte Chemie International Edition) 온라인 속보에 게재되었다. 또한 논문의 독창성 등을 인정받아 표지논문으로 발표될 예정이다. 이번 연구결과는 특허로도 출원되어 지식재산권이 확보되었다. 이번에 세계최초로 개발에 성공한 복합나노섬유를 이용하면, 단백질, 핵산, 당과 같은 의료산업에 유용하게 사용되는 여러 형태의 다양한 생체물질들을, 별도의 물리·화학적 처리과정 없이 복합나노섬유에 손쉽게 결합시킬 수 있다. 기존 나노섬유는 유용한 생체물질을 결합시키기 위해서 표면의 상태를 바꿔야 하는 복잡한 과정을 거쳐야 하며 생체물질의 결합도 효율적이지 않다는 단점을 가지고 있었다. 반면 이번에 개발된 홍합접착단백질을 이용한 복합나노섬유는, 기존의 문제점을 극복할 수 있는 차세대 나노섬유로 평가되며, 향후 조직공학 및 의료분야 소재에 다양하게 이용될 것으로 전망된다. 일반적으로 합성고분자를 이용한 나노섬유의 표면 상태를 바꾸는 과정은 플라즈마 처리와 같은 전처리 과정을 거친 후, 결합하고자 하는 생체물질에 따른 특이적인 화학적 결합 반응을 이용해야 하는 복잡한 단계를 필요로 한다. 더불어 연구팀은 홍합접착단백질에 생체기능을 가지는 펩타이드를 연결하여 다양한 기능의 접착소재로 개량할 수 있는 원천기술을 개발한 바가 있으며, 이를 기반으로 생체기능성 펩타이드가 표면에 잘 노출된 복합나노섬유를 제조하여, 세포와의 뛰어난 상호작용 효과(세포부착, 성장, 분화 등)가 있음을 확인하였다. 생체기능성 펩타이드는 2~20개 정도의 짧은 특정 아미노산 서열을 의미하는데, 인체의 조직을 구성하는 세포의 활성을 돕는 기능을 하는 것으로 알려져 있다. 차형준 교수팀은 이러한 펩타이드가 유전자 차원에서 연결된 새로운 기능의 홍합접착단백질을 대량생산하는 기술을 이미 보유하고 있다. 또한, 이번에 개발된 나노섬유는 기존의 합성고분자만 이용한 나노섬유에 비해 4배 정도의 높은 물리적 강도를 지니고 있으며, 홍합접착단백질은 다양한 고분자와 혼합이 쉽게 가능하기 때문에 향후 다양한 목적으로 활용 가능한 잠재력도 있음을 확인하였다. 차형준 교수는 “이번 연구는 홍합유래 접착단백질을 사용하여 다양한 종류의 유용한 생체물질을 복잡한 결합과정을 거치지 않고도 표면에 바로 효율적으로 붙일 수 있는 신개념의 코팅 플랫폼을 개발한 원천소재기반 연구로, 향후 값싸고 기능성 높은 조직공학용 재료 및 의료용 소재 개발에 적극 활용될 수 있을 것으로 기대한다”라고 연구의의를 밝혔다.

차형준 교수팀, 말미잘서 고강도 실크섬유 제작 성공 (2011.11.8)

'말미잘'에서 '실크'가 나온다?! 화려한 촉수를 뽐내며 바다의 ‘아네모네’로 불리는 말미잘을 이용, 국내 연구팀이 누에나 거미에서만 추출되는 것으로 알려졌던 실크섬유를 제작하는데 세계최초로 성공했다. 화학공학과 차형준 교수·최유성 박사(현 충남대 화학공학과 조교수)·양윤정 연구원팀은 최근 말미잘 단백질의 유전자를 재설계해 새로운 실크단백질을 미생물을 통하여 만들어 내고, 이를 통해 실크섬유를 제작하는데 성공했다. 지금까지 누에는 물론 거미, 개미나 벌에서도 실크 단백질이 보고되기도 했지만, 해양생물을 통해 실제로 만들어진 실크섬유는 이 말미잘 유래 실크섬유가 처음이다. 연구팀은 유럽 및 미국연안에 서식하는 ‘스타렛 말미잘(Starlet Sea Anemone, Nematostella Vectensis)’이 가벼운 자극에도 팽창과 수축을 하며 이 때 길이가 최대 5~10배까지 차이나는 특성을 가지고 있다는 점에 착안, 실크와 유사한 성질의 단백질이 있을 것으로 보고 이 말미잘의 유전자 서열을 분석했다. 이 말미잘 단백질은 실제로 거미실크단백질의 한 종류와 유사한 것으로 나타나, 연구팀은 대장균을 통해 말미잘의 단백질을 재조합, 말미잘의 특성을 그대로 모방한 실크단백질을 만들어내고 이를 섬유형태로도 성공적으로 가공했다. 연구팀이 개발한 말미잘 유래 실크단백질은 단순히 해양생명체에서 처음으로 발견한 원천소재라는 점뿐만 아니라, 대량생산과 산업화를 시도할 수 있는 전기를 마련했다는 점에서 각광을 받을 것으로 기대된다. 실크단백질은 신축성이 뛰어나고 강도가 높아 단순히 섬유 뿐 아니라 분말이나 젤 등 다양한 형태로의 성형이 가능해 의공학은 물론 조직공학, 수술용 봉합사, 약물전달물질이나 화장품, 방탄소재 등 다양한 용도로 활용될 것으로 기대를 모으고 있다. 그러나 누에에서 나오는 실크는 그 강도가 약해 산업용도로의 사용에 제약이 따르고, 거미의 실크는 강도는 뛰어나지만 거미의 서로 잡아먹는 특성 때문에 양식이 불가능한데다 그 단점을 보완할 수 있는 재조합 단백질 역시 아직까지는 성공적으로 실용화에는 이르지 못한 상태다. 차형준 교수는 “실크단백질은 다양한 활용가능성 때문에 대량생산을 위해 많은 소재 관련 연구자들이 누에 외에 단백질을 추출할 수 있는 방법을 경쟁적으로 연구하고 있다”며 “다양한 생명체에서도 실크단백질이 나올 수 있을 것으로 보고되고는 있지만 큰 성공을 거두거나 유전자 재조합을 통해 산업화에 들어간 사례는 아직까지 없다”고 밝혔다. 그는 “이번 연구를 통해 그간 실크 단백질 산업화의 걸림돌이었던 생산량을 높이는데도 성공했기 때문에 이 단백질의 강도 등의 물성을 더욱 높이기 위한 연구를 진행할 것”이라며 “이 말미잘 외에도 국내 말미잘 종에서도 응용할 수 있을지에 대한 조사와 더불어 현재 다른 해양생명체들로부터 새로운 실크단백질 소재를 탐색하는 연구가 진행 중이다”라고 밝혔다. 국내특허로 이미 출원되었고 현재 PCT(특허협력조약) 국제출원이 준비 중인 이 연구는 그간 국내 여러 학회에서 소개되며 학계의 주목을 모았다가 최근특허청이 주최하고 한국여성발명협회가 주관한 제9회 여성발명경진대회 과학부문 최우수상(교육과학기술부 장관상)을 양윤정 연구원이 수상하면서 세상에 알려지게 됐다. 한편, 이 연구는 국토해양부 해양생명공학기술개발사업의 지원을 받아 수행되었다.

한세광 교수팀, 간질환 맞춤형 스마트나노의약 개발 (2011.9.1)

나노의약용 생체재료 관련 국제적 학술지에 잇달아 게재 생체고분자 히알루론산의 간 조직 특이적 전달 특성을 이용한 간 질환 맞춤형 바이오의약품 전달시스템이 POSTECH 연구진에 의해 개발됐다. 이러한 히알루론산 약물전달시스템은 간 염, 간 경화, 간 암 등 간 질환 치료제의 효능을 획기적으로 향상시키는 것은 물론, 기존 간 질환 치료제의 비특이적 전달에 의한 심각한 부작용을 최소화하는데 효과적일 것으로 기대된다. 신소재공학과 한세광 교수와 박사과정 이민영 씨는 나노미터 크기의 금 나노입자와 히알루론산을 이용한 핵산의약품 전달시스템을 제조하는데 성공하였다. 이를 동물에 투여하였을 때, 히알루론산의 간 조직 특이적 전달 특성에 의해 간 질환을 유발하는 유전자 발현이 효과적으로 억제되는 것을 확인하였다. 또한, 가톨릭대 의대 윤승규 교수와의 공동연구로 C형 간염치료제 인터페론 알파를 히알루론산에 접합시켜 신개념 표적지향 C형 간염치료제를 개발했다. 동물실험 결과, 간 조직 선택적으로 특정 부위에 정확히 전달되어져 간에서 C형 간염 치료효능을 나타내는 단백질 발현을 약 일주일간 지속적으로 증가시키는 것으로 나타났다. 이 연구결과는 교육과학기술부가 주관하는 ‘신기술융합형 성장동력사업’의 지원으로 수행되었으며 나노 분야 세계적 권위지 ACS Nano와 생체재료 분야 세계적 권위지 Biomaterials 최신 온라인판에 잇달아 게재되었다. 한편, 한세광 교수 연구팀은 나노의약(nanomedicine)용 생체재료 개발과 관련하여 지난 1년여 동안 ACS Nano 3편, Advanced Materials 1편, Advanced Functional Materials 1편, Biomaterials 5편 등의 논문 등 다수의 논문을 SCI급 저널에 게재하며, 활발히 관련연구를 수행하고 있다. 한세광 교수는 “이번 연구에서 개발한 간 질환 맞춤형 스마트 나노의약은 간 염, 간 경화, 간 암 등, 간 질환 치료제의 효능 및 안전성을 획기적으로 향상시키는 의미 있는 연구성과”라며, “후속연구를 통해 기존 연구와는 차별화된 약물전달시스템 개발로 국내 바이오/제약산업 발전에 크게 기여하고자 한다.”라고 말했다.

장현명 교수팀, 상온에서도 다강체 특성 띠는 신물질 발견 (2011.9.8)

세계적 물리학저널 ‘하이라이트’로 소개 사방정계(orthorhombic structure) 결정구조로 이루어져 있어 강유전 특성이 없는 것으로 알려진 반강자성 물질 SmFeO3(사마륨 페라이트)가 실제로 상온에서 강유전 분극을 가지는 다강체(多强體, multiferroics)라는 사실이 POSTECH 연구팀에 의해 새롭게 밝혀졌다. 특히 이번 연구결과는 실험을 통해 결과를 도출하고 이를 이론적으로 해석하는 종래의 연구들과는 달리, 이론적으로 물질의 성질을 먼저 예측하고 실험을 통해 그 결과를 증명해내는 방식으로 진행돼 학계의 이목을 끌고 있다. 첨단재료과학부․신소재공학과 장현명 교수․박사과정 이정훈씨 연구팀은 물리학 분야의 세계적 권위지인 피지컬 리뷰 레터스(Physical Review Letters․이하 PRL)지 9월 9일자를 통해 SmFeO3가 상온에서도 자기적 특성과 강유전 특성을 동시에 가지는 다강성 물질이라는 연구결과를 발표했다. 다강성 물질은 전기장과 자기장을 이용해 분극 현상을 자유자재로 조절할 수 있어 차세대 비휘발성 메모리나 센서에 활용될 것으로 기대를 모으고 있지만, BiFeO3(비스무스 페라이트)를 제외하고는 극저온에서만 구동이 가능해 상온에서도 다강체 특성을 띨 수 있는 물질 발견에 학계의 관심이 집중되어 왔다. 장 교수팀의 이번 연구성과는 대표적인 반강자성 물질인 SmFeO3가 기존에 알려졌던 것과는 달리 다강성 물질이라는 사실을 새롭게 제시했을 뿐 아니라, 상온에서도 그 구동이 가능하다는 점, 독창적인 방식으로 연구를 진행했다는 점에서 높은 평가를 받아 PRL지의 ‘하이라이트 아티클(Highlighted Articles)’로도 선정됐다. 장 교수팀은 엄밀한 양자역학적 계산을 통해 SmFeO3가 가진 독특한 스핀 기울임 구조 때문에 ‘자이아로신스키-모리야(Dzyaloshinskii-Moriya) 역상호작용’이 일어나 상온에서 강유전 분극을 유도할 수 있는 다강성 물질이 될 것으로 예측, 그 후 SmFeO3의 단결정을 이용한 실험을 통해 그 사실을 증명했다. 상온에서도 사용할 수 있는 다강성 물질 발견에 전세계적으로 경쟁적인 연구가 이루어지는 가운데 발표된 이번 연구결과는 전원이 꺼져도 데이터를 잃어버리지 않는 차세대 메모리 반도체 개발에도 새로운 가능성을 제시할 것으로 기대를 모으고 있다.

차형준 교수팀, ‘고기능성 항체 고정화용 링커(BC-MAP)’ 개발 (2011.9.15)

어드밴스드 펑셔널 머터리얼스 발표, “ 홍합접착단백질의 접착력과 항체결합단백질의 항체결합력 융합" 홍합접착단백질의 뛰어난 접착력과 항체결합단백질의 항체결합력을 융합하여 항체를 항원이 존재하는 다양한 표면에 딱 맞게 효율적으로 고정시킬 수 있는 ‘고기능성 항체 고정화용 링커(BC-MAP)’가 국내 연구진에 의해 개발되었다. * 항체결합단백질 : 항체의 변형 없이 항체의 Fc 부분(항체 Y의 끝 부분)과 높은 친화력으로 결합하는 특징이 있고, 프로틴 A, 프로틴 G, 프로틴 L 등 3가지가 밝혀져 있음. 포스텍 차형준 교수가 주도한 이번 연구는 교육과학기술부(장관 이주호)와 한국연구재단(이사장 오세정)이 추진하는 중견연구자지원사업(도약연구)의 지원을 받아 수행되었고, 연구 결과는 신소재 분야의 권위 있는 학술지인 ‘어드밴스드 펑셔널 머터리얼즈(Advanced Functional Materials)’ 온라인 속보(8월 31일)에 게재되었다. 또한 논문의 독창성 등을 인정받아 표지논문으로 발표될 예정이다. (논문명 : A mussel adhesive protein fused with the BC domain of protein A is a functional linker material that efficiently immobilizes antibodies onto diverse surfaces) 차형준 교수 연구팀은 홍합에서 분비되는 접착단백질이 다양한 표면에 손쉽게 부착될 수 있다는 점과 항체결합단백질이 항체의 Fc 부분과 잘 결합한다는 점에 착안하여, 항체를 전(前)처리 과정 없이 다양한 표면에 항원이 존재하는 표면에 딱 맞게 효율적으로 고정시킬 수 있는 ‘차세대 고기능성 항체 고정화용 링커’를 개발하였다. 면역센서에서 항체를 항원이 존재하는 고체기질 표면에 효율적으로 고정화하는 것은 매우 중요하다. 지금까지 항체를 표면에 고정하기 위해 많은 방법들이 개발되었다. 초기에는 항체의 물리적 흡착과 화학적 변형을 통해서 직접적으로 표면에 고정하였으나, 이 방법은 항체의 무작위적인 결합 또는 항체 활성(항원과 결합할 수 있는 능력)의 감소와 같은 단점들이 나타났다. 이러한 문제점들을 보완하기 위해서 항체와 결합할 수 있는 단백질들을 링커로 사용하는 방법들이 고안되었지만, 이 단백질들을 표면에 효율적으로 고정하는 것이 또 다른 문제였다. 화학적인 방법으로 항체결합단백질 표면과 결합할 수 있는 방법도 개발되었으나, 항체의 Fc부분에 결합할 수 있는 능력을 감소시킨다는 문제점이 발생하였다. 최근에는 기존 항체 고정화 방법들의 단점과 문제점들을 해결하기 위해 항체결합단백질에 유전공학적인 방법들을 도입하고 있다. 그러나 이 방법은 항체결합단백질의 활성을 감소시키지 않고 항체를 효율적으로 고정할 수 있는 장점이 있지만, 오직 특정 표면에만 항체를 고정시킬 수 있는 한계가 있었다. 차 교수팀은 홍합접착단백질을 항체결합단백질을 구성하는 도메인들에 결합하는 유전재설계를 통해 항체를 효율적으로 다양한 표면에 고정하는 신개념 항체 표면 고정화용 링커 개발에 성공하였다. 차형준 교수팀이 개발한 기능성 항체 고정화용 링커는 항체결합단백질로만 이루어진 기존의 항체 고정화용 링커보다 항체 고정화율이 6~10배 이상 높은 것으로 나타났다. 차 교수팀은 홍합접착단백질(MAP)을 항체결합단백질의 구성 도메인들 중 B와 C의 두 도메인에 도입하여 전처리 과정 없이 다양한 표면에 항체를 효율적으로 고정할 수 있는 융합단백질 기반 항체 고정화용 링커(BC-MAP)를 만들었다. 이 항체 고정화용 링커는 홍합접착단백질의 접착력에 기반을 두어 특정 표면을 만들기 위한 전처리 과정 없이 다양한 표면(유리, 플라스틱, 금속)에 효율적으로 코팅되고 항체결합단백질의 능력에 의해 항체를 항원이 존재하는 표면에 딱 맞게 고정할 수 있다는 사실을 확인하였다. 또한 연구팀은 개발된 기능성 항체 고정화용 링커를 이용해 제작한 면역센서에서 항체와 항원 간의 상호작용과 특이성을 확인함으로써 이 항체 고정화용 링커를 이용해 다양한 표면을 기반으로 한 면역센서 개발의 가능성을 확인하였다. 연구팀은 항체 고정화용 링커를 이용해 제작한 유리 슬라이드 기반의 면역센서를 통해 항체와 항원 간의 상호작용과 정량적인 분석이 가능하다는 것을 확인하였다. 또한 제작된 면역센서가 교차 반응 없이 상응하는 항원과 결합된다는 것도 확인함으로써 기능성 항체 고정화용 링커를 이용해 제작한 면역센서는 특이성을 가질 수 있다는 점을 확인하였다. 차형준 교수는 “이번 연구는 홍합접착단백질과 항체결합단백질의 결합을 통해 다양한 표면에서 항체를 효율적으로 고정할 수 있는 신개념의 항체 고정화용 링커를 개발한 원천소재기반 연구로, 임상 분야, 환경, 식품, 국방 분야 등 다방면에서 사용될 면역센서 개발에 적극 활용될 수 있을 것으로 기대한다”라고 연구의의를 밝혔다.