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김종현 교수 연구팀이 고분자 분자량 조절을 통해 고분자의 전도성을 극대화할 수 있는 새로운 원리를 밝혀냈다. 고분자가 분자량 별로 가지는 고유한 물성을 활용하여 도핑 효율을 끌어올리는 원리로, 유연하게 휘어지는 전극 소재와 친환경 에너지 기술 등에 응용될 수 있을 것으로 기대된다. 김종현 교수(응용화학생명공학과·대학원 분자과학기술학과, 사진 오른쪽)는 울산과학기술원(UNIST) 김봉수 교수팀, 서형탁 교수(아주대 신소재공학과·대학원 에너지시스템학과)팀과 함께 분자량에 따른 고분자의 도핑 메커니즘을 규명하고, 이를 통해 동일한 고분자에 대해서도 분자량에 따라 전기 전도도를 제어할 수 있는 새로운 전략을 제시했다고 밝혔다.관련 연구는 ‘분자량이 공액고분자 도핑효율과 열전성능에 미치는 영향(Impact of Molecular Weight on Molecular Doping Efficiency of Conjugated Polymers and Resulting Thermoelectric Performances)’이라는 제목으로 재료 분야 국제 저널인 <어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈(Advanced Functional Materials), IF: 18.808/JCR 상위 2.73%)> 5월25일자 온라인판에 게재됐다. 이번 연구에는 우리 학교 분자과학기술학과 석박사 통합과정에 재학중인 윤상은 학생(사진 왼쪽, 지도: 김종현 교수)이 제1저자로 참여했다.그동안 유기 반도체 소재의 전기 전도도를 향상시키기 위해 분자도핑(Molecular doping)과 관련된 많은 연구들이 수행되어 왔다. 분자도핑은 소량의 분자 형태도 도판트를 이용해 반도체의 전하밀도를 향상시키는 공정을 말한다. 도판트는 반도체의 특성을 변화시키기 위해 의도적으로 첨가하는 불순물이다. 기존 연구 대부분은 신규 고분자 소재, 도판트 소재 개발 혹은 공정 개발과 같은 응용 연구에 집중되어 왔다.이에 공동 연구팀은 기존의 응용 연구에서 벗어나 기초적인 연구에 집중했다. 동일한 고분자를 이용하여 고분자의 분자량이 전기 전도도와 열전출력 성능에 미치는 영향을 분석한 것. 이를 통해 연구팀은 고분자의 분자량과 도핑 효율, 전도도, 그리고 열전변화 효율 간의 상관관계를 명확히 밝혔다.김종현 교수는 “이번 연구를 통해 밝혀낸 고분자 분자량에 따른 도핑 효율 제어 기술은 현재 사용되고 있는 고분자들에 대해서도 분자량 제어를 통해 전도도와 열전변환 효율을 극적으로 향상시킬 수 있는 기술이 될 것”이라며 “이러한 기술은 신축되거나 휘는 전자기기의 전극 소재 혹은 열전 에너지 하베스트 소자의 핵심 소재로 활용될 수 있을 것”이라고 전망했다.에너지 하베스트(Energy harvest)는 우리 주변의 에너지(열, 빛, 진동 등)를 전기에너지로 변환해 활용할 수 있는 친환경 에너지 기술을 말한다. 이번 연구는 한국연구재단의 대학중점연구소 지원사업(분자과학기술연구센터)의 지원을 받아 수행되었다.분자량에 따른 도핑 전후 고분자사슬배열의 변화(왼쪽 그림) 및 전기 전도도(가운데 그림), 열전 성능(오른쪽 그림)과의 상관관계
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- 작성일2022-11-07
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우리 학교 김용성 교수팀이 암 환자의 몸에 이미 존재하는 항바이러스 면역 세포를 암세포 살상용으로 이용하는 항암 백신 기술을 개발했다. 이에 많은 환자에 적용할 수 있는 확장성 높은 치료용 항암 백신으로 활용될 수 있을 전망이다.지난 4월28일 김용성 교수(응용화학생명공학과·대학원 분자과학기술학과)는 항바이러스 면역 세포를 종양살상세포로 활용하는 범용 항암 백신 기술을 개발했다고 밝혔다. 관련 논문은 ‘항체를 이용해 표적 암세포의 세포질 내로 바이러스 항원 에피톱을 전달하는 면역 항암요법(Antibody-mediated delivery of a viral MHC-I epitope into the cytosol of target tumor cells repurposes virus-specifc CD8+ T cells for cancer immunotherapy)’으로 암 분야 저명 학술지 <분자암(Molecular Cancer), 영향력지수(IF) 27.401, 상위 1%이내> 4월22일자에 게재됐다. 의과대학 김철호 교수가 함께 연구에 참여했다. 아주대 연구팀은 ‘체내에 이미 형성된 항바이러스 면역 세포를 이용해 암을 치료할 방법이 없을까?’라는 질문에서 이번 연구를 시작했다. 항바이러스 면역 세포는 살면서 흔하게 감염되거나 혹은 어린 시절 백신을 맞아 체내에 생성되는데, 그 용도를 바꾸어 종양 세포를 살상하는데 사용할 수 있지 않을까 하는 것이다.실제 우리가 독감을 일으키는 인플루엔자(influenza) 바이러스 혹은 거대세포 바이러스(cytomegalovirus, CMV)에 감염되더라도 큰 문제 없이 건강을 유지하며 살 수 있는 것은 체내에서 바이러스 특이적 세포독성 T세포(cytotoxic CD8+ T cell, CTL)가 활성화되어 감염된 세포를 제거하기 때문이다. 이러한 항바이러스 CTL은 인체 내에 기억 T세포로 다수 존재하는데, 암세포의 경우에는 인식을 하지 못해 제거가 불가능하다. 항바이러스 면역 세포를 이용해 암세포를 제거하려면 마치 바이러스에 감염된 것처럼 바이러스 항원을 암세포 표면에 제시, 바이러스 특이적 CTL로 하여금 암세포를 바이러스 감염세포로 인식하여 제거하도록 해야 한다. 그러려면 바이러스 항원 CTL 에피톱을 표적 종양세포의 세포질에 전달하여 암세포 표면에 제시할 수 있는 기술이 필요하다. 아주대 연구팀은 지난 수년 간 연구해온 ‘세포 침투 항체’ 기술에 바이러스 항원 CTL 에피톱을 융합한 항암 백신 융합 항체를 개발했다. 표적 암세포 표면에 바이러스 항원을 제시할 수 있는 길을 연 것.연구팀은 거대세포 바이러스(cytomegalovirus, CMV) 유래 항원을 항암 백신으로 개발하고자 시도했다. 전 세계 인구의 60~90%가 거대세포 바이러스에 감염되고 CMV-특이적 CTL이 활성화된 기억세포로 체내에 높은 빈도로 존재, 파급력이 크기 때문이다. 거대세포 바이러스란 헤르페스 바이러스의 일종으로, 대부분 성인이 많이 감염된다. 면역 결핍 또는 면역이 약화된 사람이 아닌, 건강한 사람은 바이러스에 감염된 사실조차 모를 정도로 특별한 증상을 보이지 않는다. 연구팀은 CMV 항원을 탑재한 세포질 침투 항체가 특이적으로 타깃 암세포 표면에만 CMV 항원을 제시하고, 표지된 암세포가 건강한 인간의 혈액에서 유래한 CMV-특이적 CTL에 의해 인식되고 살상되는 것을 규명하였다. 더불어 마우스의 인간 종양 이식모델에서도 이 융합 항체가 종양 성장 억제를 효과적으로 유도함을 확인했다. 현재 사용되는 치료용 항암 백신 기술은 환자 개인별 맞춤형 암특이 신항원을 규명해야 한다는 점에서 비용이 높고 확장성이 떨어진다. 그러나 이번 연구를 통해 개발된 기술은 환자의 항바이러스 면역 세포 존재 여부만을 빠르게 진단한 뒤, 많은 환자에게 범용으로 적용할 수 있다는 점에서 확장성이 큰 치료용 항암 백신 기술로 볼 수 있다.김용성 교수는 “거대세포 바이러스 이외에도 코로나19 바이러스(SARS-CoV-2) 등 백신을 맞아 항바이러스 면역세포가 체내에 존재하는 여러 바이러스 항원을 암세포에 제시, 다양한 종양에 적용할 수 있는 치료용 항암 백신 플랫폼 기술을 개발할 수 있다”며 “기존의 환자맞춤형 항암 백신 기술의 한계를 극복할 수 있는 새로운 기술로 다른 면역 항암 요법과 병용 치료도 가능해, 암 치료 효과를 극대화하는 혁신적 기술로의 개발이 기대된다”고 설명했다. 한편 이번 연구는 삼성전자가 지원하는 삼성미래기술육성센터 지원사업으로 수행됐다.
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기계공학과 한승용 교수 연구팀이 유연 생체이식형 센서의 신뢰성 높이고 수명을 예측할 수 있는 새로운 구조를 개발하는 데 성공했다.지난 4월27일 한승용 교수(기계공학과·대학원 융합의과학과, 사진 제일 왼쪽)는 성균관대학교 연구팀과 함께 생체에의 유체 침투를 위해 사용되는 새로운 기능성 봉지화 구조를 개발했다고 밝혔다. 관련 연구는 ‘유체 침투를 무선으로 즉시 감지할 수 있는 기능성 봉지화 구조 개발(Functional Encapsulation Structure for Wireless and Immediate Monitoring of the Fluid Penetration)’ 이라는 제목의 논문으로 재료공학분야 국제 학술지 <어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈 저널(Advanced Functional Materials Journal, IF=18.808, JCR 상위 4.341 %)> 4월23일자에 게재되었다. 이번 연구에는 우리 학교 대학원 기계공학과 석사과정의 임다슬 학생(사진 가운데)과 박사과정의 홍인식 학생(사진 제일 오른쪽)이 제1저자로 참여했고, 성균관대학교 전자전기공학부의 원상민 교수팀도 연구에 함께 했다. 생체이식형 유연 장치의 신뢰성을 높이고 장기간 사용하기 위해서는 뛰어난 성능을 가진 봉지 층이 필수적이다. 생체이식형 유연 장치에서 봉지 층은 체액을 차단시켜주는 중요한 역할을 한다. 봉지 층의 결함으로 전자 장치 내로 체액이 침투하게 되면, 체내 누전에 의한 감전 사고가 발생하거나 측정 데이터의 신뢰도가 떨어지는 문제를 일으킬 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 아주대-성균관대 공동 연구팀은 장치 내로 침투하는 체액을 실시간 모니터링할 수 있는 봉지 층을 연구했다. 마그네슘 박막이 체액과 반응하여 녹을 때 높은 전기적 저항 변화가 발생할 수 있도록, 두께가 감소함에 따라 물질의 비저항이 증가하는 표면 산란 효과를 이용한 것. 연구팀은 수십 나노미터의 마그네슘 박막을 고분자 층에 삽입하여 기능성 봉지 층을 제작하였으며, 침투하는 체액의 양을 정량적으로 측정함으로써 소자의 작동 수명 예측과 봉지 층 내부의 핀홀(pin-hole)을 감지하는 기능을 선보였다. 연구팀은 이번 성과를 바탕으로 기능성 봉지화 층을 통해 ▲신경 인터페이스 ▲심장 박동기를 비롯한 임상 연구 등 다양한 생체 이식형 장치 응용분야에 적용하여, 장치의 안정성과 신뢰성을 향상시킬 수 있을 것으로 기대하고 있다.연구에 참여한 임다슬 학생은 "학부 3학년부터 기계공학을 복수전공 하였고, 더 깊이 있는 공부를 위해 대학원에 진학하게 되었다"며 "전공에 대한 두터운 지식이 필요해 연구를 진행하는데 어려움도 있었지만, 교수님들과 동료 학생들이 많이 도와준 덕분에 좋은 성과를 얻을 수 있었다"고 전했다. 이번 연구는 과학기술정보통신부와 환경부가 추진하는 우수신진연구, 환경보건 디지털 조사 기반 구축 기술개발사업의 지원으로 수행되었다.생체이식형 센서의 수명 예측 봉지화 구조(왼쪽), 봉지화 구조의 생적합성 실험(오른쪽)
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전자공학과 박성준 교수 연구팀이 자외선/오존 환경 속에서도 매우 짧은 시간 내에 금속산화물 IGZO 반도체 기반의 박막 트랜지스터 소자의 성능을 향상하고 특성을 조절하는 공정 개발에 성공했다고 밝혔다. 연구 내용은 '용액공정 IGZO 산화물 박막 트랜지스터의 자외선/오존 처리에 따른 효과적인 문턱전압 조절과 영향(Influence of UV/Ozone Treatment on Threshold Voltage Modulation in Sol-Gel IGZO Thin-Film Transistors)'이라는 제목으로 국제 학술지 <어드밴스드 머터리얼스 인터페이스(Advanced Materials Interfaces)> 프론트 커버 논문으로 선정됐다. 이번 연구에는 아주대 전자공학과 석사과정 김원식 학생과 광주과학기술원(GIST) 신소재공학과 이원준 박사가 공동 제1저자로, 아주대 전자공학과 석사과정 곽태현·백석현 학생, 한국화학연구원(KRICT) 이승훈 박사가 공동저자로 참여했다. 박막 트랜지스터 전자 소자의 전기적 매개변수 중 '문턱 전압(혹은 임계 전압)'은 전자 소자의 점멸에 필요한 전압을 나타내는 중요한 수치이다. 제조된 금속산화물 반도체 소자를 장기간 구동하면 전기적 스트레스로 형성되는 비정상적 음의 문턱 전압으로 인해 전기적 성능의 저하, 전기적인 불안정성의 원인이 된다. 따라서 문턱 전압을 다시 양의 방향으로 이동시켜 전자 소자의 전반적인 성능을 최대한 유지하면서 0V에 가까운 수치로 회복시킬 수 있는 기술이 반드시 필요하다. 이러한 비정상적 음의 문턱 전압 형성 및 이동 현상을 해결하기 위해 그동안 고온에서의 어닐링, 원소 도핑, 다중 적층층 형성 등의 방법이 사용됐다. 그러나 이러한 방법들은 1시간 이상의 긴 공정시간, 도핑으로 인한 IGZO 채널과 전극 사이의 추가 저항 발생, 표면 전하 특성 변화로 인해 복잡한 추가 공정이 필요한 단점이 존재한다. 이에 박성준 교수 연구팀은 IGZO 박막 트랜지스터의 반도체 채널층을 자외선/오존 환경에서 3분 가량의 단시간 노출에 의해 문턱전압이 0V에 가깝게 회복하는 현상에 주목했다. IGZO 금속산화물 반도체는 인듐(In)·갈륨(Ga)·산화아연(ZnO)으로 구성된 비정질 반도체 물질로, 용액공정을 통해 대면적 및 대량생산에 용이하며 우수한 전자이동도와 내구성, 고투명도를 지니고 있다. 이에 차세대 투명 디스플레이, 뉴로모픽 및 유해 바이오 물질 검출 센서 개발 등의 연구에 활용되고 있으며, 우수한 기계적 내구성을 활용해 피부나 특정 조직에 부착이 가능한 유해 바이오 물질 검출 센서 응용 연구도 활발히 진행되고 있다. 연구팀은 자외선 광에너지로 인해 대기 중의 오존과 활성 산호 이온종들이 IGZO 금속산화물 박말 표면과 반응해 산소 결함이 감소하는 한편, 공핍 모드(Depletion Mode) 상태였던 박막 트랜지스터 소자를 향상 모드(Enhancement Mode)로 바꾸며 문턱 전압을 이동시킬 수 있다는 것을 밝혀냈다. 이를 바탕으로 매우 짧은 공정 처리 시간으로 0V 근처로 이동 및 조절할 수 있는 고효율·고속 문턱 전압 조절 공정을 개발했다. 이번 연구 성과에 따르면 최소 1시간 이상의 고열·고압처리 혹은 복잡한 과정의 추가 공정이 필요했던 기존 방법들 대비 훨씬 간단하게 금속산화물 박막 전자 소자의 전기적 특성을 조절할 수 있다. 또한 선택적인 자외선/오존 처리가 가능해 문턱 전압 수치 차이를 적극적으로 이용한 인버터 등 다양한 전자 소자 개발에도 응용이 가능하다. 박성준 교수는 "이번 연구는 금속산화물 반도체 박막 트랜지스터 소자들을 매우 빠른 공정 속도로 처리하는 후처리 공정법으로, IGZO 산화물반도체 이외에도 다양한 금속산화물 전자재료의 전기적 특성을 매우 효과적으로 조절할 수 있는 잠재력을 지니고 있다"며 "또한 자외선 광에너지를 선택적으로 조사할 수 있어 인버터 및 각종 연산 회로 소자의 전기적 특성의 자유로운 조절 기술로도 응용할 수 있다"고 전했다. 한편 이번 연구는 한국전력공사 사외공모 기초연구사업 및 과학기술정보통신부 한국연구재단 기본과제, 기초연구실, 대학 ICT연구센터지원사업의 지원으로 수행되었다.*사진 설명(위): 왼쪽부터 박성준 교수, 김원식 석사과정, GIST 이원준 박사(아래) Advanced Materials Interfaces 커버
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- 작성일2022-08-29
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