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- 화학공학/고분자공학부 김동환 교수 연구팀, 초소형·초고효율 마이크로레이저 개발, 원자의 무질서 구조에서 답을 찾다
- 화학공학/고분자공학부 김동환 교수 연구팀, 초소형·초고효율 마이크로레이저 개발, 원자의 무질서 구조에서 답을 찾다 결정질 재료의 원자구조를 무너뜨리는 액화-급랭 비정질화 기술 활용 기존 한계를 극복한 초소형·초효율 마이크로레이저의 산업적 파급력 높아 [그림1] 김동환 교수 [그림1] 문병석 박사 화학공학/고분자공학부 김동환 교수 연구팀(제1저자 문병석 박사)이 한국과학기술원(KAIST) 김영진 교수, 울산과학기술원(UNIST) 곽상규 교수와의 공동연구를 통해, 원자 단위의 무질서 구조를 갖는 새로운 상향변환 재료를 활용하여 마이크로레이저의 초소형화 및 초고효율화에 성공했다고 밝혔다. 이번에 개발된 마이크로레이저는 머리카락 두께의 수십 분의 일만큼 작음에도 불구하고 광 집적회로(Photonic Integrated Circuits)의 광원 역할을 하는 핵심적인 소자로, 인텔의 광통신 칩(Intel® Silicon Photonics)에 사용되는 등 광학 소자의 새로운 미래로 주목받고 있다. 이에 많은 국내외 연구진은 마이크로레이저를 초소형화하고, 적은 에너지로 구동할 수 있도록 노력해왔다. 하지만 레이저는 소형화할수록 빛을 가두고 증폭시키기기 어려워 소형화와 효율성을 모두 만족하는 레이저 개발에 어려움이 있었다. 공동연구진은 이와 같은 기존 과학계의 한계를 레이저 재료 내에서 에너지 손실을 최소화 할 수 있는 기술을 통해 극복했다. 본 연구를 통해 개발된 상향변환 마이크로레이저는 실용화 단계를 거쳐 ‘단일 분자 수준 생체분자 검출’, ‘살아있는 세포 내부 생체분자 농도 실시간 모니터링’ 등 의료 진단기술의 수준을 끌어올릴 수 있다. 또한 광 집적회로의 광원으로도 사용이 가능해 차세대 고부가가치 분야의 핵심기술로 활용될 것으로 기대된다. 김동환 교수는 “본 연구는 기존에 널리 사용되어온 결정질 구조의 상향변환 재료의 고정관념을 벗어나 재료의 무질서 구조를 적극적으로 활용함으로써 마이크로레이저의 소형화뿐만 아니라 효율성 한계까지 극복한 최초의 사례이며, 향후 제조 공정 자동화 및 집적화를 통해 활용성을 극대화할 수 있을 것으로 기대한다”고 연구 의의를 밝혔다.
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- 작성일 2021-07-28
- 조회수 299
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- 화학공학/고분자공학부 김재윤 교수 연구팀, 고분자/무기입자 복합 층상구조 하이드로겔 개발
- 화학공학/고분자공학부 김재윤 교수 연구팀, 고분자/무기입자 복합 층상구조 하이드로겔 개발 - 전복껍데기 진주층을 모사하는 고분자/무기입자 복합 층상구조를 하이드로겔에 구현- 우수한 기계적 물성과 열전도성의 하이드로겔 개발 [그림1] 화학공학/고분자공학부 김재윤 교수, 지동환 석박사통합과정생 화학공학/고분자공학부 김재윤 교수 연구팀(제 1저자 지동환 석박사통합과정)이 전복 껍데기에서 관찰되는 진주층(nacre)의 층상구조를 지닌 고분자/무기입자 복합 하이드로겔을 구현하여 우수한 기계적 물성과 열전도성을 지닌 하이드로겔을 개발했다고 밝혔다. 생체조직은 물을 다량으로 함유한 3차원 고분자 네트워크인 하이드로겔(hydrogel)로 구성되어 있다. 하이드로겔은 기계적 물성 관점에서 크게 두 가지로 분류되며, 뇌·근육·피부조직처럼 매우 부드러운 하이드로겔과 인대·힘줄·혈관조직처럼 질기고 강한 하이드로겔이 있다. 후자의 경우 노화되거나 손상을 입었을 때 자가치유 능력이 매우 낮아 원래 조직과 유사하게 높은 기계적 물성을 지닌 인공 하이드로겔로 대체하려는 시도가 진행되고 있다. [그림2] 손상된 연골과 힘줄(생체 하이드로겔) 대체를 위한 인공 하이드로겔 개발의 필요성 최근 이러한 인공 하이드로겔 소재 위에 바이오전자소자를 결합하여 생체조직 혹은 장기의 정상적인 작동을 보조하고자 하는 연구가 활발히 진행되고 있으며, 하이드로겔의 기계적 물성들(강도, 탄성률, 파괴저항성 등)을 조직 및 장기와 유사한 수준으로 만드는 것이 매우 중요하다. 또한 바이오전자소자가 결합된 하이드로겔의 경우 소자 구동시 발생하는 열을 빠르게 확산시켜 소자의 작동성능을 유지할 필요가 있다. 이에 연구팀은 연체동물 혹은 전복 껍데기에서 관찰되는 우수한 기계적 물성의 진주층(nacre) 물질의 유기물과 탄산칼슘이 교대로 겹겹이 쌓인 층상구조에 착안하여, 고분자/무기입자 복합 층상구조를 지닌 하이드로겔을 개발했다. 그 결과 초기 하이드로겔은 매우 부드럽고 구성성분들이 무작위로 혼합된 구조를 가지지만, 단방향건조/수축과 추가가교/재수화 두 과정을 거친 하이드로겔은 고밀도의 고분자/무기입자 층상구조를 가지는 것을 확인했다. [그림3] 자연모사 고분자무기입자 복합 층상구조 하이드로겔의 제작 과정 및 구조 이러한 고분자/무기입자 복합 층상구조 하이드로겔은 초기 하이드로겔과 비교할 수 없을 정도로 높은 강도(tensile strength, 10배), 탄성률(elastic modulus, 230배), 파괴저항성(fracture energy, 4배)을 보였으며, 하이드로겔 내부에 층상 배열된 판상형 무기입자로 인해 열전도도 또한 큰 폭(2.1배)으로 향상되었다. 이는 향후 다양한 유무기 복합 하이드로겔 개발의 초석이 될 것으로 보인다. 김재윤 교수는 “본 연구는 인대나 힘줄처럼 매우 질긴 생체조직과 유사한 하이드로겔 제작의 기초연구로, 우수한 기계적 물성과 더불어 높은 열전도성을 지닌 하이드로겔을 구현하여 향후 바이오전자소자 개발로 확장 적용될 수 있을 것이다”고 설명했다. [그림4] 고분자무기입자 복합 층상구조 하이드로겔의 우수한 기계적 물성(강도, 강성, 파괴저항성) 및 열전도도 본 연구 결과는 재료과학분야 국제학술지 Advanced Functional Materials (IF: 15.6, JCR 분야 상위 3%)에 4.28(수) 온라인 게재되었으며, 과학기술정보통신부/한국연구재단의 중견연구자지원사업, 바이오의료기술개발사업, 산림청/임업연구원의 산림생명자원소재발굴연구사업과 산업통상자원부/한국산업기술진흥원의 혁신성장글로벌인재양성사업 지원으로 수행되었다. ※ 논문명 : Bioinspired Structural Composite Hydrogels with a Combination of High Strength, Stiffness, and Toughness
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- 작성일 2021-05-25
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- 신소재공학과 김선국 교수, 착용형 웨어러블 다채널 근전도 센서 개발
- 신소재공학과 김선국 교수, 착용형 웨어러블 다채널 근전도 센서 개발 - 국제학술지 IEEE Transaction on Industrial Electronics 5.10(월) 온라인 게재 [그림1] 신소재공학과 김선국 교수, Srinivas Gandla 박사 신소재공학과 김선국 교수 연구팀(제1저자 Srinivas Gandla 박사)이 로봇암을 원거리에서도 사람의 팔처럼 제어할 수 있는 착용형 웨어러블 다채널 암밴드 센서를 개발했다고 밝혔다. 기존의 암밴더는 장시간 사용이 불편하거나 피부에 완전히 밀착되지 않아 정확한 근전도 센서값을 모니터링하는 데 한계가 있었다. 이에 연구진은 사람 팔 근육의 미세한 근전도신호를 읽을 수 있는 착용형 웨어러블 암밴더를 개발하고 사람의 제스처에 따라 로봇암이 움직일 수 있는 시스템을 구축했다. 연구진은 장시간 움직이는 착용자의 팔 근육 동작을 안정적으로 포착하기 위해, 자연의 형상을 기반으로 서펜타인과 키리가미 구조를 응용한 신디자인 전극패턴으로 x, y, z축에 대해 응력의 최대 150%까지 힘을 가해도 기계적․전기적으로 안정성을 갖는 신축성 전극 구조를 갖춘 고감도 생체신호 모니터링 센서를 개발했다. ※ 키리가미(Kirigami) : 자르다를 의미하는 일본어 ‘kiri’와 종이를 뜻하는 ‘gami’가 합쳐져, 특정 패턴이나 모양으로 자른 뒤 접었을 때 입체 형상을 나타내는 형태 [그림2] 원격으로 로봇을 조정하기 위한 착용형 웨어러블 암밴더 센서 시스템 본 기술은 언택트산업, 로봇산업, 의료산업에서 사람과 디지털기기를 연결해 줄 수 있는 수단으로 사람의 “제스처”를 생체신호, 즉 근전도를 통해 수신해 디지털 기기의 제어 신호로 활용 가능하다. Gandla 박사는 성균관대 해외우수신진연구자 사업의 지원을 받아 본 연구에 참여했으며, 연구의 핵심 기술인 신축성 전극 소재 기술은 2021년 티앤엘(사)의 ‘스마트 온도계’ 제품 개발에 응용되어 기술이전을 진행했다. [그림3] 착용형 암밴의 제어 시스템 Gandla 박사는 “향후 아이언맨의 전자슈트와 결합해 착용자의 생체신호를 직접적이고 안정적으로 생체신호정보를 전달할 수 있는 인공 근전도 센서시스템에 활용되길 기대한다”고 말했다. 본 연구는 한국연구재단 중견연구사업(2021R1A2B5B02002167)과 경기도 지역협력연구센터사업(GRRC 2017-B06)의 지원을 받았으며, 세계적으로 권위 있는 학술지 중의 하나인 IEEE Transaction on Industrial Electronics (전자분야 상위 5% 이내) 5.10(월) 온라인 게재되었다.
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- 작성일 2021-05-14
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- 약학과 정상전 교수 및 신소재공학부 김미소 교수, 과학·정보통신의 날 국무총리표창 수상
- 약학과 정상전 교수 및 신소재공학부 김미소 교수, 과학·정보통신의 날 국무총리표창 수상 [그림] 약학과 정상전 교수, 신소재공학부 김미소 교수 약학과 정상전 교수와 신소재공학부 김미소 교수가 2021년 과학·정보통신의 날 기념식에서 국무총리표창을 수상했다. 정상전 교수는 국가연구개발사업을 수행하면서 도출된 연구 성과의 기술이전과 창업 등의 공로를 인정받아 국가연구개발 성과평가 부문에서 국무총리표창을 받았다. 정상전 교수는 “연구사업을 수행하면서 함께 고생한 연구원들(학부연구원, 대학원생, 석박사연구원 등)의 노력이 있었기에 의미 있는 연구성과를 도출할 수 있었다”며 “그동안 함께 연구를 진행해온 모든 연구원들과 함께 수상의 기쁨을 누리고 싶고, 연구에 전념할 수 있도록 우수한 연구여건을 제공해준 연구소와 대학에 감사드린다”고 수상소감을 밝혔다. 김미소 교수는 메타물질과 에너지 하베스팅기술의 시너지를 창출한 독보적인 융합연구기술인 ‘메타 에너지 하베스팅 시스템’을 성공적으로 구현해 해당 분야의 선도적인 국제적인 입지를 확보하는데 기여한 공로를 인정받아 과학기술 진흥 부문에서 국무총리표창을 수상했다. 김미소 교수는 “아직 국무총리 표창을 받을 만큼의 공적을 쌓았다고 전혀 생각하지는 않고 과분한 수상이라 생각한다. 앞으로 더 열심히 정진하라는 격려의 뜻에서 수상을 하게 된 것 같다”며 “과학 기술계 뿐 아니라 사회에 공헌할 수 있는 연구를 더욱 더 열심히 수행하겠다. 더불어 성균관대 임용 후 처음 수상한 표창이어서 개인적으로 매우 뜻깊고 감사하다”고 말했다.
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- 작성일 2021-04-28
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- 화학공학과 조슈아 잭맨 교수 연구팀, 꽃가루를 활용한 친환경 스펀지 개발
- 화학공학과 조슈아 잭맨 교수 연구팀, 꽃가루를 활용한 친환경 스펀지 개발 - 꽃가루를 활용한 친환경 재료로 플라스틱을 대체하고 해양 수질오염 해결 기대 [그림1] 꽃가루 스펀지의 오일 흡수 테스트 우리 대학은 화학공학과 조슈아 잭맨(Joshua Jackman) 교수와 황영규 박사가 난양공과대학교(NTU) 조남준 교수와 함께 해양 기름 유출과 같은 수질 오염 문제를 해결할 수 있는 해바라기 꽃가루를 활용한 친환경 스펀지를 개발했다고 밝혔다. 최근 환경오염의 심각성으로 인해 친환경 재료 개발에 대한 관심이 높아지면서 자연 재료를 활용한 연구가 각광받고 있다. 특히 꽃가루는 식물계의 다이아몬드라고 알려져 있을 만큼 화학적, 기계적 안정성이 뛰어나지만 수분을 위해 사용되는 양을 제외한 대부분은 버려지고 있다. 이에 연구팀은 꽃가루를 마이크로 겔 입자로 변형시켜 공정화에 유리한 형태로 변형시켰다. 연구팀은 마이크로 겔 형태의 꽃가루를 활용해 소수성 스펀지를 제작했고 스펀지의 흡수 능력이 9.7에서 29.3g/g 이상임을 보여주었다. 이는 흡수 용량 범위가 8.1~24.6 g/g인 상업용 오일 흡수제와 비슷하며 여러 종류의 유기용매, 가솔린, 모터오일과 같은 오염 물질을 선택적으로 흡수할 수 있다는 사실을 밝혀냈다. [그림2] 꽃가루를 이용해 만든 스펀지 연구진은 "식물에서 생성되어 대부분이 버려지는 꽃가루 재료가 언젠가 널리 사용되고 있는 플라스틱을 대체하고 플라스틱 오염이라는 세계적 문제를 억제하는 데 도움이 될 것으로 기대한다"고 밝혔다. [그림3] 왼쪽 위 꽃가루, 오른쪽 위 꽃가루 SEM 이미지, 왼쪽 아래 꽃가루 스펀지, 오른쪽 아래 꽃가루 스펀지 SEM 이미지 연구진은 산업계의 요구를 충족시키기 위해 스펀지 크기를 확장하고, 비정부기구 및 국제 파트너와 협력하여 실제 환경에서 테스트할 계획이다. 본 연구는 조슈아 잭맨 교수와 조남준 교수가 공동 교신저자, 황영규 박사가 제1저자로 참여하였으며, 연구 결과는 재료 분야 세계적 권위 학술지인 Advanced Functional Materials (Impact Factor=16.836, JCR ranking 상위 4%)'에 3.12(금) 온라인 게재되었다. ※ 논문명 : Colloid‐Mediated Fabrication of a 3D Pollen Sponge for Oil Remediation Applications ※ 논문 출처 : https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202101091
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- 작성일 2021-04-14
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- 박천권 교수, 화이바이오메드 신진연구자상 수상
- 박천권 교수, 화이바이오메드 신진연구자상 수상 글로벌바이오메디컬학과 박천권 교수가 2021년 한국생체재료학회 춘계학술대회에서 ‘화이바이오메드 신진연구자상’을 수상했다. 한국생체재료학회는 약물전달, 조직공학, 재생의학, 줄기세포 등의 최첨단 의료기술을 선도하는 국내 생체재료 관련 대표학회로, 대학, 국책 연구소 및 기업연구소의 연구자·임상의 800명 이상의 회원이 유기적으로 관계를 맺고 학술적·기술적 정보 교환을 목적으로 지난 1996년 설립되었다. 화이바이오메드 신진연구자상은 국내외 생체재료 발전 및 연구 활동에 탁월한 업적을 이루고 있는 회원 중 박사학위 취득 10년 이내 젊은 연구자를 대상으로, 생체재료 연구 분야의 학문 발전에 지속적인 공헌이 기대되는 역량 있고 유능한 신진 연구자를 격려하고 우수한 업적을 성취할 수 있도록 지원하기 위해 수여하는 상이다. 박천권 교수는 2018년 성균관대 부임 이래 생체재료 기반 약물전달 및 면역치료기술을 적용해 종양 및 패혈증 등의 난치병 질환을 치료하는 기술을 개발 중에 있으며, 한국생체재료학회, 한국바이오칩학회, 한국조직공학재생의학회, 대한의용생체공학회 등의 학술위원 및 신진위원으로 활발하게 활동하고 있다. 박천권 교수는 최근 5년간 SCI 저널에 33편의 논문을 발표했고, 과학기술정보통신부 우수신진연구사업, 기초연구실(BRL) 지원 사업 및 다양한 기업과 R&D 프로젝트를 수행하고 있다.
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- 작성일 2021-04-01
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- 韓생명과학자들, 새 온라인 세미나 프로젝트 시작
- 韓생명과학자들, 새 온라인 세미나 프로젝트 시작
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- 작성일 2021-03-19
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