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2018-11 13

[학술]김동립교수, 韓-美 국제 공동연구 통해 나노니들 패치 개발

▲김동립 교수(좌), ▲이지환 교수(우) 김동립 기계공학부 교수팀이 이지환 미국 퍼듀대 생체의공학과 교수팀과 함께 세포에 효과적인 약물전달을 할 수 있는 ‘나노니들(Nanoneedle) 패치’를 개발했다고, 지난 11월 13일 한양대가 밝혔다. 나노니들은 끝 부분이 수십 나노미터(nm)의 작은 주사바늘 형태의 구조물로 주로 신약개발 및 항암치료에 활용된다. 김 교수팀이 개발한 나노니들 패치는 세포에 정교한 약물 전달이 가능해 세포 손상을 최소화하고 세포 내부특성을 연구할 수 있는 길을 열었다는 점에서 의미를 가진다. ▲(실리콘 나노니들 유연패치) 실리콘 나노니들(nanoneedle)이 유연한 탄소중합체(elastomer) 패치에 집적화되어 있다. ▲(실시간 세포활동 모니터링) 아무런 처리가 되지 않은 세포가 유연패치 상의 나노니들과 상호작용을 하면서 거동하고 있다. 기존 나노니들은 색상이 불투명하고 딱딱한 실리콘 기판에 형성돼 세포 내부특성을 실시간으로 파악할 수 없고 세포에 정교한 약물전달이 되지 않아 세포 손상을 일으킨다는 단점이 있었다. 김 교수팀은 이번 연구에서 실리콘 나노니들 집합체를 반유연한 탄성중합체(elastomer) 패치에 집적시키는데 성공해 이러한 문제를 해결했다. 또 해당 나노니들 패치는 색이 투명해 형광물질 투여 없이 세포를 실시간으로 관찰할 수 있다는 장점을 가진다. 김 교수는 “이번 연구는 나노기술(NT)과 바이오기술(BT)을 융합함으로써 세포단위의 약물전달 및 모니터링이 가능한 플랫폼 개발을 통해 미래 의약 및 건강 기술발전에 기여했다는 점에서 가치가 높다”고 말했다. 이번 연구결과는 사이언스(Science) 자매지인 「사이언스 어드밴시스(Science Advances)」에 게재돼 9일 출간됐다. 과학기술정보통신부가 시행하는 한-미 공군과학연구실 공동연구지원사업, 글로벌프런티어사업(지능형바이오시스템설계및합성연구단), 기초연구사업(신진연구)이 이번 연구를 지원했다. 장한민·이흥수 석박사통합과정(한양대)이 공동1저자·참여저자로 이번 연구에 참여했다.

2018-11 12

[학술]한태희 교수팀, 생체신호 전달 가능한 섬유 개발

▲한태희 교수 한태희 유기나노공학과 교수팀은 생체신호 전달이 가능한 섬유를 개발했다. 한 교수가 개발한 섬유는 신경세포에 달린 신경섬유처럼 화학적 신호를 전달할 수 있어 향후 미래형 의료소재, 고성능 인공지능(AI) 개발에 필요한 차세대 전자소재로 활용 될 것으로 기대된다. 이 같은 신소재를 개발하려는 노력은 과거에도 있었지만 막상 실용화가 가능한 수준의 연구성과를 찾는 건 쉽지 않았다. 주로 극도로 미세한 크기의 ‘나노입자’를 활용해 특수한 구조체를 만드는 방법이 자주 쓰였지만 내부구조가 균일하지 않고, 화학물질의 물질전달 통로가 가지런히 정렬되지 않아 화학신호를 원하는 방향으로 빠르고 정확하게 전달하기 어려웠다. 한 교수팀은 이 문제를 해결해 칼슘이온·신경전달물질 등의 화학물질을 선택적으로 전달할 수 있다. 연구진은 용액에 분산된 나노입자를 한 방향으로 빠르게 흘려 나노입자의 방향성을 유도했다. 그와 동시에 입자들을 빠르게 응집시켜 신호전달통로가 가지런히 정렬된 섬유를 개발했다. ▲기존 섬유(오른쪽)의 내부 구조는 무질서한 반면, 새로 개발된 화학적 신호전달 섬유의 내부 구조는 나노입자들이 섬유의 축 방향으로 가지런히 놓여 있어 빠르고 정확한 화학물질의 전달이 가능하다. 연구진은 “머리카락보다 얇지만 유연한 이 섬유는 신호전달통로를 통해 다양한 화학적 신호를 전달할 수 있어, 단순한 전기신호(0과 1)만을 전달하는 구리선에 비해 효율적인 정보 전달이 가능하다는 장점을 가진다”고 말했다. 이번 연구 (논문명: Dynamic Assembly of Liquid Crystalline Graphene Oxide Gel Fibers for Ion Transport, 제1저자 박헌 연구원)는 한양대를 주축으로 미국 노스웨스턴대(지아싱 황 교수)와 단국대(이원준 교수)가 함께 진행했다. 연구 결과는 기초과학 및 공학 분야 세계적 권위지인 「Science Advances」 11월 2일 온라인 판에 게재됐다. 미래창조과학부가 시행하는 중견연구자 지원사업, 차세대 공학연구자 육성사업, 나노·소재 원천소재개발사업이 이번 연구를 지원했다.

2018-11 12

[학술][연구성과] 최성진 교수(경영학과)

정부는 시장 경제에서 감시자 역할을 한다. 시장을 자율에 맡겨 놓는다면 기업의 독과점, 외부 불경제와 같은 문제가 생기기 때문이다. 하지만 기업들은 본능적으로 정부의 강제적 규제를 부담스러워 하기 때문에 그보다 자율적인 방법을 찾는다. ‘ISO 14001’이 바로 그 예다. ISO 14001은 ISO(국제표준화기구)에서 정한 환경경영에 대한 국제 인증이다. 환경을 오염시킬 가능성이 있는 조직이 표준 환경경영체제규격을 만족할 경우, 제삼자 인증기관의 심사를 거쳐 ISO 14001을 취득할 수 있다. 최 교수는 ISO 14001 인증을 도입한 중국 기업들이 실제로 정부의 환경 조사를 덜 받을지 의문을 품어 연구를 시작했다. ▲ 최성진 교수(경영학과)의 눈문 ‘The Interplay Between Private and Public Regulations: Evidence from ISO 14001 Adoption Among Chinese Firms’은 ISO 14001과 같은 사적 규제를 갖춘 기업들이 정부 규제에서 보다 자유로울 수 있을 지에 대한 연구내용이 담겨있다. 최 교수는 중국의 12개 도시에 있는 약 1500개의 중국 기업 데이터를 활용해 연구에 착수했다. 분석 결과, 자율 규제와 정부 규제가 서로 보완적인 역할을 하고 있다는 것을 알아냈다. 즉, ISO 14001이라는 자율 규제 시스템을 갖춘 회사들은 실제로 정부의 환경 조사를 덜 받고 있었다. 최 교수는 또 다른 사실도 알아냈다. “ISO 14001을 인증받은 회사 중에서도 정부와 관련성이 높은 기업, 즉 공공기관이거나 최고경영진이 정부와 아는 사이일수록 정부의 간섭에서 벗어난다는 겁니다.” 최 교수는 연구 결과가 중국 시장에 진출한 한국 기업들에 실무적인 도움이 된다고 밝혔다. “한국 기업들도 자율 인증 제도와 대관 업무를 잘 조합한다면 중국 정부의 규제에서 한 층 벗어날 수 있을 겁니다.” 본 연구 논문 ‘The Interplay Between Private and Public Regulations: Evidence from ISO 14001 Adoption Among Chinese Firms’는 경영윤리 분야의 대표 학술지인 <Journal of Business Ethics>에 출간됐다. 최 교수는 박사 학위를 중국의 북경대학교(北京大學, Peking University)에서 받았기 때문에 중국, 특히 중국 유학생들에 대한 관심이 남다르다. 이번 연구 배경이 중국인 이유다. 최 교수는 현재 한양대학교에서 중국 유학생 지도 교수를 맡고 있다. 그는 일주일에 약 5명의 중국 학생들을 상담한다. “유학생들을 자주 보자는 원칙을 갖고 있습니다. 특별한 목적 없이 학생들과 일상적인 이야기를 하는 것만으로도 충분히 가치 있어요.” 그렇게 관계를 쌓은 중국 학생들이 나중에 대학원이나 직장 추천서를 부탁하거나, 취업했다며 찾아오기도 한다고. ▲ 최 교수는 중국 유학생 지도 교수로서 경영학과에 재학중인 중국 학생들과 정기적인 만남을 가진다. 짧지만 자주 중국 학생들을 만나 이야기를 나누고, 관계를 쌓는다. (최성진 교수 제공) 최 교수의 전공 분야는 비시장 전략(nonmarket strategy)과 창업 생태계다. 경영대학교 비즈니스랩 지도교수로서 학생 창업에 힘 쓰고 있음을 알렸다. “한양대 경영대학교의 비즈니스랩은 인프라가 훌륭합니다.” 그는 이번 학기에 랩 학생들과 다기능 숟가락을 개발하여 특허 출원을 시도하고 있다고 밝혔다. 그 외에도 3D 프린터기를 활용해 한양대학교 건물이 그려진 무드등, 냉장고 자석, 핸드폰 거치대와 같은 다양한 물품을 제작한다. 끝으로 그는 “경영 전략과 창업에 관심이 있는 학생이라면 언제든지 방문했으면 좋겠다”는 말을 남겼다. 앞으로 그의 연구뿐 아니라 학생들과 만들어낼 시너지 또한 기대된다. 글/ 옥유경 기자 halo1003@hanyang.ac.kr 사진/ 이진명 기자 rha925@hanyang.ac.kr

2018-11 04 중요기사

[학술][우수R&D] 김성수 교수(정치외교학과)

신흥 지역으로 꼽히는 아프리카는 이미 전 세계의 투자 및 외교 대상국으로 자리 잡았다. 한국은 뒤늦게 아프리카 시장에 진출해 관련 정책이 미비하다. 김성수 교수(정치외교학과)는 기존 정책과 연구의 한계를 수정하고 보완하기 위해 한양대학교 유럽아프리카연구소를 설립했다. 연구소는 현재 교육부와 한국연구재단의 지원으로 한국의 아프리카 진출 확대에 박차를 가하고 있다. 아프리카 시장 개척에 팔 걷고 나서 아프리카는 주요 수출 및 소비시장으로서의 가능성을 주목 받고 있다. 대외경제정책연구원은 오는 2025년 아프리카의 자동차와 휴대전화 구매 가능 인구는 각각 1억 명과 6억8000만 명까지 늘어날 것으로 예측했다. 그러나 한국의 기존 아프리카 외교 정책은 변화하는 시대의 흐름을 따라가지 못하고 있다. 김 교수는 “아프리카 국가들에 대한 중·단기적 청사진이나 심층적 정보체계구축 관련 정책이 없고 한국 입장 중심으로 계획된 일회적 사업으로 인해 단기적인 국가 브랜드 홍보에 치중돼 있다“고 말했다. ▲ 사회과학대학 2층에 있는 연구실에서 만난 김성수 교수(정치외교학과). 그는 지역에 특화된 상생 네트워크를 만들어 아프리카에 실질적인 도움을 주고자 힘쓰고 있다. 지난 2012년에 문을 연 유럽아프리카연구소는 새로운 대(對)아프리카 공공외교 정책과 모델 구축에 힘쓰고 있다. 지난 2013년부터 올해 8월까지 교육부와 한국연구재단 신흥지역 연구사업 주체로 선정돼 아프리카를 사회과학적으로 분석하고, 중소기업 지원 전략을 수립했다. 연구소는 아프리카 정부 기관과 대학을 포함해 30여 개 기관과 양해각서(MOU)를 체결했으며 지난 3년간 사회과학인용색인(SSCI)급 및 한국학술지인용색인(KCI)급 논문을 수십 편 발표했다. 김 교수는 연구 책임자로 최근 부총리 겸 교육부장관상을 받았다. 아프리카 외교의 패러다임을 바꾸다 유럽아프리카연구소는 이러한 성과를 바탕으로 올해부터 6년간 교육부와 한국연구재단으로부터 대학중점연구소 지원 사업에 선정됐다. 연구소가 국가로부터 두 번 연속으로 지원을 받는 경우는 매우 이례적이다. 대학중점연구소 지원 사업은 대학 부설 연구소의 특성화와 전문화를 지원하고 대학의 전반적 연구 역량을 강화하기 위해 시행되고 있다. 김 교수는 “신흥지역 연구사업을 통해 축적한 연구성과와 아프리카 네트워크를 활용해 한국의 외교 사업 및 협력모델을 창출할 것”이라고 말했다. ▲ 김성수 교수(정치외교학과)가 올해 초 주한 탄자니아 대사관 개관식 및 투자 설명회에 참석해 마히가 탄자니아 외교부 장관(왼쪽)과 악수하고 있다. 뒷줄 가운데는 마틸다 마수카 주한 탄자니아 대사. (유럽아프리카연구소 제공) 김 교수는 아프리카 외교에 ‘공공외교’라는 개념을 적용했다. 지금까지 우리나라뿐만 아니라 대다수 국가는 자국 중심 외교 정책을 펼쳤다. 특히 중국은 아프리카에 진출한 기업으로부터 발생하는 수익을 현지에서 공유되지 못하게 막고 자원 확보와 힘의 팽창에 몰입하고 있다. 그는 “공공외교의 시작과 끝은 상대국 수용자 집단”이라며 “공공외교는 일반적인 공여나 수혜가 아니라 대상국의 국민 혹은 시민이 주체가 돼 수행하는 사업과 활동을 직간접적으로 도와야 한다”고 강조했다. 한국 최초로 시작해 세계 최고를 향해서 유럽아프리카연구소는 나이지리아와 알제리, 탄자니아 등 3개국을 중심으로 교육, 문화, 사회적 기업 세 영역에서 공공외교 전략을 탐색하고 실제 적용하고 있다. 국가 선정은 지역별, 유형별, 국익 차원을 종합적으로 고려했다. 김 교수는 “나이지리아는 외국인직접투자(FDI)가 많고, 알제리는 인간개발지수(HDI)가 높으며 탄자니아는 공적개발원조(ODA)가 잘 이루어지고 있다”고 설명했다. 지난달 11일에는 탄자니아 명문대학 다르에스살람대학교(University of Dar es Salaam)에 아프리카 최초 한국학연구센터를 개소했다. ▲ 한양대학교 사회과학대 5층 유럽아프리카연구소에서 김성수 교수가 포즈를 취했다. 아프리카의 사회과학을 집중적으로 연구하는 대학 연구소로는 김 교수가 이끄는 한양대학교가 유일하다. 유럽아프리카연구소는 세계적인 아프리카 공공외교 학술연구소 및 정책연구 기관을 지향한다. 아프리카 연구의 전문화와 특성화를 체계적으로 추진해 아프리카 공공외교 거점 연구소로 성장하는 것을 목표로 한다. 김 교수는 “이번 대학중점연구소 사업을 통해 아프리카의 지역적 특수성에 맞는 효과적이고 새로운 공공외교 정책 철학 및 전략을 연구해 아프리카에서 한국의 국가지명도를 높이고 영향력을 확대하면서 한국과 아프리카 간 교류협력 촉진과 상생적 발전에 기여하고 싶다”고 말했다. 글/ 유승현 기자 dbtmdgus9543@hanyang.ac.kr 사진/ 박근형 기자 awesome2319@hanyang.ac.kr

2018-10 31

[학술]이성철 교수, 경제적인 수소연료 생산의 길 열어

▲이성철 교수 이성철 화학공학과 교수팀이 경제적이면서도 성능이 뛰어난 ‘물 전기분해를 통한 수소·산소 발생 전극’을 개발했다. 현재 선진국들이 정부 차원에서 화석연료의 대체재로 친환경적인 수소연료를 주목하고 있지만 수소가스 생산을 위해 물을 전기분해하는 과정에서 백금·루테늄과 같은 고가의 금속 촉매가 필요해 경제성이 떨어진다는 단점으로 상용화에 어려움을 겪어 왔다. 이 교수팀은 물 전기분해에서 기존 사용한 값비싼 귀금속 대신 재활용 폐(廢)구리선과 흔한 금속들을 활용, 수소/산소 생산에 성공했다. 이 교수팀은 전극 소재인 이리듐·루테늄 대신 니켈·코발트·인으로 촉매를 만들고 이를 폐구리선에 고정시킨 ‘NiCoP/SCW’ 이라는 복합체를 개발했다. 해당 물질은 최고의 촉매로 알려진 루테늄보다 성능이 우수해 기존보다 상대적으로 적은 전기로 수소/산소 생산이 가능해졌다. 또한 폐 구리선을 활용했기에 가격은 비교할 수 없을 만큼 저렴할 뿐더러 대량의 수소를 생산할 수 있다는 장점이 있다. 이 교수팀은 현재 ‘NiCoP/SCW’ 복합체에 관한 특허출원을 한 상태이다. 이 교수는 “이번 연구는 정부가 추진하는 Power to Gas(P2G) 기술 및 환경 분야에 새로운 방향을 제시할 뿐 아니라 학문과 실용화 기술의 잠재적 가치를 가지고 있어 여러 분야에서 주목받을 것”이라며 “향후 상업화될 경우 에너지 및 환경 문제 해결에 기여할 것이다”고 말했다. 이번 연구(논문명 : Harvesting electronic waste for the development of highly efficient eco-design electrodes for electrocatalytic water splitting)는 재료과학분야 세계 최고 권위지인 「Advanced Energy Materials」 10월자에 게재됐다. 이번연구는 한국연구재단 주관 BK21 플러스사업 및 산업통상자원부와 한국에너지기술평가원이 주관하는 신재생 에너지핵심기술 개발 사업의 일환으로 진행됐다.

2018-10 30 중요기사

[학술][이달의 연구자] 강영종 교수(화학과)

새로운 미래 에너지원으로 지목된 '페로브스카이트(Perovskite)'. 태양의 빛에너지를 전기에너지로 쉽게 변환해 태양전지부터 연료전지까지 활용이 가능한 특별한 구조의 금속 산화물이다. 최근 이 페로브스카이트를 활용한 다양한 연구가 활발히 진행되고 있다. 이렇게 변환된 전기에너지를 빛으로 바꾸는 우수한 발광소자 특성도 화제다. 이에 강영종 교수(화학과)는 ‘크기 배제효과 가공기술(Size-Exclusion Lithography)’을 이용한 페로브스카이트 복합소재 필름 제작기술을 새롭게 발표했다. 페로브스카이트가 가진 발광소자로서의 기존 한계점을 극복하고 디스플레이 산업에서의 상용화를 앞당겼다는 평이다. ▲ 강영종 교수(화학과)가 지난 27일 연구실에서 인터뷰를 진행했다. 이번 연구를 통해 안정성 높은 새로운 페로브스카이트(Perovskite) LED/필터 공정기술이 탄생했다. 최근 페로브스카이트가 차세대 LED 산업군에서 주목받고 있다. 다른 무기 나노입자 보다 선명한 색을 구현할 수 있기 때문이다. LED는 적색, 청색, 녹색의 다이오드를 혼합해 다양한 색상의 빛을 표현한다. 화면에 이미지를 표현하려면 서로 다른 다이오드를 정확하게 위치시키는 것이 중요한데, 이를 패터닝(patterning)이라 부른다. 기존 LED 공정에서는 얇은 기판 위에 회로를 그려 자외선을 이용해 패턴을 깎아내는 리소그래피(Lithography) 기법을 이용했다. 하지만 페로브스카이트는 수분에 매우 취약해 대기 중 산소와 습기에 불안정했다. 페로브스카이트에 적합한 새로운 공정기술이 필요했다. 강 교수는 '크기 배제효과 가공기술(Size-Exclusion Lithography)’을 이용한 페로브스카이트 복합소재 필름을 만들어냈다. 고분자 내에 페로브스카이트 나노입자를 넣어 자외선을 쬐면 나노입자의 크기 변화로 패터닝이 일어나는 기술이다. 즉, 얇은 기판 위에 코팅돼 있던 고분자는 자외선에 노출되면 체인 형태로 꼬이면서 크기가 작아지고 나노입자는 커지면서 한쪽으로 이동하게 된다. 그 과정에서 페로브스카이트 나노입자가 고유의 색을 발산하며 자체적인 패터닝이 일어나는 것이다. ▲ 강영종 교수가 개발한 '크기 배제효과 가공기술(Size- Exclusion Lithography)'을 이용한 페로브스카이트 복합소재 필름의 원리. 나노입자의 크기 변화로 페로브스카이트의 패터닝이 일어나는 기술이다.(강영종 교수 제공) 페로브스카이트는 기존 식각과정 대신 나노입자들의 자체적인 이동을 통해 수분에 강해졌다. 대기 중에 한두 시간 노출되면 사라지던 빛이, 끓는 물에 하루 정도 넣어도 그대로 유지됐다. 또한 자외선 조성을 약간만 조절하면 색상변화가 쉽게 가능해 기판에 마이크로 크기의 다양한 문양을 나타낼 수 있다. 강 교수가 연구를 시작한 지 2년 만에 높은 안정성을 갖춘 새로운 페로브스카이트 LED/필터 공정기술이 탄생했다. “이번 연구로 페로브스카이트 LED/필터 상용화에 한 발짝 다가간 거라 생각해요.” 강 교수는 앞으로 페로브스카이트와 디스플레이를 연결하는 실질적인 연구에 앞장설 계획이다. “연구는 실패가 뻔히 보이는 길일지라도 도전하고 그것을 즐기는 과정이라 생각해요. 한양대학교 학생들도 졸업 전에 연구를 통해 그런 경험을 얻어갔으면 합니다.” 강 교수는 고분자에 대한 주된 연구뿐만 아니라 다양한 분야에 열정을 가지며 스스로 국한되는 것을 경계한다. “학생들과 소통하면서 다각도에서 연구를 바라보는데 즐거움을 느낍니다. 덕분에 새로운 분야에 계속 도전하고 있죠. 앞으로 사회에 기여할 수 있는 실용적인 연구에 더 관심을 가지려 해요.” 강 교수가 보여주는 열정은 앞으로 그의 연구가 기다려지는 이유다. ▲ 강영종 교수는 여러 취미 생활을 통해 연구를 계속할 활력을 얻고 있다. 힘든 연구의 연속이지만 결과를 얻었을 때 희열을 느낀다는 강 교수의 다음 연구를 기대해본다. 글/ 황유진 기자 lizbeth123@hanyang.ac.kr 사진/ 박근형 기자 awesome2319@hanyang.ac.kr

2018-10 26

[학술]주재범 교수팀, 고위험병원체 현장분석용 고감도 검출기술 개발

▲주재범 교수팀 주재범 바이오나노학과 교수 연구팀이 질병관리본부(본부장 정은경)와의 공동연구 결과로 3종의 고위험병원체(탄저균, 페스트균, 야토균)를 신속·고감도로 정량 검출할 수 있는 표면증강라만산란 분광법 기반의 측방유동면역분석 (lateral flow immunoassay) 기술을 개발하는데 성공했다. 이번 연구 결과는 Elsevier에서 발간하는 저명국제학술지인 Sensors & Actuators B 10월 1일자에 게재됐다. 페스트균, 야토균, 탄저균 등과 같은 고위험병원체는 조기 탐지를 통한 신속한 대응이 중요하며, 초기에 적절한 치료가 이루어지지 않으면 치명적인 결과를 초래할 수 있다. 이번 논문에서는 표면증강라만산란 분광법과 측방유동면역분석 기술을 융합해 3종의 병원체를 신속·고감도로 측정할 수 있는 고위험병원체 현장 검출용 표면증강라만 기반 측방유동면역 스트립개발에 관한 내용이 발표됐다. 본 병원체 검출 기술은 현재 상용화되어 사용되고 있는 육안 판별 방식의 측방유동면역 스트립 키트에 비해 100배 이상 민감도가 향상된 기술로, 고위험병원체를 초기단계에 고감도로 검출 할 수 있을 것으로 기대된다. 또, 고위험병원체를 현장에서 신속·고감도로 정량 검출할 수 있는 새로운 방법론을 제시했다고 평가된다.

2018-10 22 중요기사

[학술][연구성과] 장재영 교수(에너지공학과)

플래시 메모리(Flash Memory)란 기기의 전원이 끊겨도 저장된 정보를 보존하는 롬(ROM)과 손쉽게 정보를 쓰고 지울 수 있는 램(RAM)의 장점을 동시에 지니는 비휘발성 기억장치를 말한다. 현대사회에서 플래시 메모리로 대표되는 정보저장소자는 스마트폰, USB 드라이브 등 대부분의 모바일 IT 기기다. 하지만 높은 전압을 통해 실행되는 플래시 메모리는 전력 소모가 커, 향후 차세대 웨어러블(wearable) 전자제품 등으로의 적용에 큰 어려움을 가지고 있었다. 장재영 교수(에너지공학과)는 이에 대한 해결책으로 표면을 가공한 퀀텀닷(Quantum Dot) 나노 재료를 개발해 빛으로 구동하는 메모리를 구현하고자 했다. 빛으로 메모리 내 정보 제거 속도를 획기적으로 향상시킨 것이다. 혁신적인 플래시 메모리 기술 메모리 장치에선 새로운 정보입력과 함께 기존 정보가 삭제되면서 기기가 작동한다. 지난 인터넷 방문 기록이 시간이 지나면서 자연스럽게 삭제되는 이유다. 이번 연구는 빛을 이용해 이미지 정보를 저장하는 플래시 메모리에 이어 저장된 정보를 효과적으로 제거할 수 있는 메모리 소자를 구현하는 데 의의를 뒀다. 기존에도 빛을 이용해 정보를 제거하는 플래시 메모리 연구가 있었지만 강한 빛과 30초 이상의 노출 시간이 필요하다는 한계가 있었다. 장 교수가 개발한 새로운 메모리 소자는 1 mW/cm2 세기 미만의 빛으로도 저장된 정보를 빠르게 제거할 수 있다. 이는 기존에 요구되던 빛의 세기를 수십 배 감소시키면서 1초 정도의 짧은 시간 안에 정보를 제거할 수 있는 새로운 플래시 메모리 기술이다. ▲ 장재영 교수는 불소화 화합물로 표면을 효과적으로 가공한 퀀텀닷(Quantum Dot, 사진에서 황색 구형체)으로 구성된 부동게이트 삽입층을 완성했다. 이를 통해 광 유발 회복능력이 극대화된 플래시 메모리가 탄생했다. (장재영 교수 제공) “제 연구의 핵심은 퀀텀닷을 사용했다는 것이죠.” 장 교수는 퀀텀닷으로 구성된 부동 게이트 삽입 층(Floating Gate Layer)을 이번 연구에 도입했다. 퀀텀닷은 크기가 수 나노미터(nm)에 불과한 초미세 반도체 입자로 양자점이라고도 불린다. 특히 침전되는 성질을 가지고 있어 표면을 고르게 코팅하는 것이 중요한데, 장 교수팀은 3년간의 연구 끝에 불소화 화합물로 표면을 개질해 광 유발 회복능력을 극대화한 유/무기 트랜지스터 기반 메모리 소자를 완성했다. 또한 이번 연구는 차세대 반도체 디스플레이 재료로 주목받고 있는 퀀텀닷이 플래시 메모리의 핵심소재로 응용 가능함을 증명해 보였기에 큰 의미가 있다. 효과적인 표면가공을 통해 메모리 성능을 획기적으로 향상했기 때문이다. 장 교수는 "이번에 개발한 퀀텀닷을 활용한 플래시 메모리는 전력소모를 줄여 구동시간을 향상시켰다는 점에서 향후 차세대 웨어러블(wearable) 전자제품에 널리 활용될 것"이라며 연구 의의를 밝혔다. ▲ 장재영 교수(에너지공학과)는 메모리 전력 소모를 줄인다면 웨어러블 디바이스에서 구동 시간을 향상시킬 수 있다 전했다. 늘 새로운 분야에 도전하는 연구정신 이번 연구결과는(논문명: Surface Modification of CdSe Quantum-Dot Floating Gates for Advancing Light-Erasable Organic Field-Effect Transistor Memories) 나노과학 분야 세계적인 권위지 'ACS Nano'에 게재됐다. 그간의 연구업적 및 고분자과학 분야에 기여한 공로를 인정받아 지난 10∼12일 경주 화백컨벤션센터에서 열린 한국고분자학회 추계학술대회에서 '신진학술상'을 수상하는 영예를 안기도 했다. 한양대학교에 부임한 이례 매년 'Best Teacher'에 선정되고 있는 장 교수는 이제 교육 및 후학 양성에도 힘쓰고 있다. "최근 제 연구실에선 현재 신재생에너지 하베스팅 소자도 활발히 연구 중입니다. 폐열을 활용한 열전변환기술(열전소자)과 빛을 활용한 광전변환기술(태양전지)을 중점적으로 연구하고 있죠. 이번에 연구한 퀀텀닷 가공기술을 신재생에너지 분야에 적용해 더욱 가치 있는 연구성과를 얻고자 합니다." 장 교수의 연구에 대한 열정은 멈추지 않는다. 사회를 이롭게 하는 기술을 위해 한양의 실용학풍을 추구한다며 "앞으로 많은 학생이 우수한 본교 대학원에 적극적으로 지원해 한양의 실용학풍을 이어갈 수 있길 바란다"고 말했다. ▲ 장재영 교수(에너지공학과)는 지난 10~12일 경주 화백컨벤션센터에서 열린 한국고분자학회 추계학술대회에서 ‘신진학술상’을 수상했다. 글/ 황유진 기자 lizbeth123@hanyang.ac.kr 사진/ 강초현 기자 guschrkd@hanyang.ac.kr

2018-10 17

[학술]장동표 교수팀, 실시간 뇌 속 도파민 농도 측정기술 개발

▲장동표 교수 장동표 의생명공학전문대학원 교수팀이 최근 전기화학기법을 이용해 실시간 뇌 신경전달물질 농도 측정 기술을 개발했다. 이로써 파킨슨병이나 조현병 환자의 도파민 농도를 실시간으로 측정할 수 있게 됐다. 도파민은 뇌신경 세포의 흥분을 전달하는 역할을 한다. 뇌 질환의 근본 원인을 규명하고 이해하는 데 있어 도파민은 중요한 지표이다. 파킨슨병 환자의 뇌 속 도파민 양은 감소돼 있고, 정신분열증으로 알려진 조현병 환자는 도파민이 과다하다고 알려져 있다. 과거에는 미세투석법, 전류법, 고속스캔순환전압전류법 등을 이용해 뇌 신경전달물질을 측정해왔다. 그러나 이 방법은 시시각각 변하는 도파민의 농도를 실시간 측정하는 데 한계가 있었다. 장 교수팀은 도파민 농도의 실시간 측정을 위해 다중사각전압 형태의 새로운 전기화학법을 개발하고, 신경전달물질의 전기화학적 특성을 실시간 영상으로 구현될 수 있게 제작했다. ▲(그림1) 다중 사각파형 전압을 이용해 얻어진 반응 전류 패턴의 이미징 특정한 파형을 갖는 전압을 가해주면 물질이 산화환원반응을 일으켜 전류가 발생하는데, 이를 측정하고 분석하는 원리이다. 도파민의 반응 특성을 이차원 영상으로 구현함으로써, 도파민과 화학 구조가 비슷한 다른 신경전달물질과의 구분을 명확하게 할 수 있다. 특히 산화환원반응을 극대화해 생체 뇌에서 농도 0.17nM(나노몰)의 미소량의 도파민을 10초 간격으로 측정할 수 있게 됐다. ▲(그림2) 실험동물에서의 생체 내 도파민 농도의 측정 장동표 교수는 “이 연구는 뇌의 신경전달물질 기저농도의 실시간 측정을 위해 개발한 것이다”라며 “뇌과학 연구 뿐만 아니라 뇌질환 환자의 치료 시스템에도 활용될 수 있을 것으로 기대된다”라고 연구의 의의를 설명했다. 이 연구 성과는 과학기술정보통신부·한국연구재단 기초연구사업의 지원으로 수행됐다. 전기화학 분야 저명한 국제학술지 바이오센서스 앤 바이오일렉트로닉스(Biosensors & Bioelectronics) 8월 20일자 논문으로 게재됐다.

2018-10 08 헤드라인

[학술][이달의 연구자] 박원일 교수(신소재공학부)

리튬이온 배터리는 우리 주변 곳곳에서 쓰인다. 핸드폰, 노트북, 전기 자동차, 에어팟(AirPods) 등 무선(wireless)제품에는 리튬이온 배터리가 빠질 수 없다. 박원일 교수(신소재공학부)는 바로 이 리튬이온 배터리에 집중했다. 보통 핸드폰을 100% 충전시키기 위해서는 1시간에서 2시간이 소요된다. 박 교수는 이를 단 3분으로 줄였다. 원리가 무엇일까? ▲ 박원일 교수(신소재공학부)가 이번 연구의 핵심인 리튬이온 배터리의 충전 원리에 대해 설명하고 있다. 리튬이온 배터리에는 내부에는 양극, 음극, 액체 전해질이 있다. 배터리가 충전 되려면 리튬이온이 액체 전해질을 타고 음극에서 양극으로 이동해야 한다. 현재 리튬이온 배터리의 음극을 이루는 활물질(전지가 방전할 때 화학적으로 반응하여 전기에너지를 생산하는 물질)은 흑연이다. 차세대 대체물질로는 실리콘이 대두된다. 에너지 밀도가 흑연보다 10배 이상 크기 때문이다. 하지만 박 교수는 실리콘 대신 규화니켈을 사용했다. “문제는 대체물질이 아니라 ‘부반응(solid electrolyte interphase)층’ 입니다. 음극과 전해질 사이의 계면(기체, 액체, 고체 중 2개의 상이 접할 때 상과 상 사이에 형성되는 경계면)에서 고체로 이루어진 부반응 층을 해결하는 게 관건이죠.” 리튬이온이 부반응 층에 가로막혀 제 기능을 못하기 때문이다. 박 교수는 활물질 안에 전압이 생기도록 하는 방법을 고안했다. 활물질인 규화니켈 밖에는 부반응층이 생겨도 안에는 부반응 층이 생기지 않는다. 이 원리를 이용하면 전류가 통할 수 있다. 박 교수의 이번 논문 ‘Controlling electric potential to inhibit solid-electrolyte interphase formation on nanowire anodes for ultrafast lithium-ion batteries’의 제 1저자이기도 한 장원준(신소재공학 석사과정) 씨는 이 개념을 적용하면 배터리 성능이 좋아지고 충전속도가 빨라진다고 밝혔다. “보통 리튬이온 배터리는 500회 이상 충전하면 성능이 안 좋아져요. 하지만 저희는 3분만에 핸드폰 배터리가 완충되는 조건으로 2000번을 실험했습니다. 성능은 거의 떨어지지 않았어요.” ▲ 연구를 진행한 논문의 저자들이 실험실 기구를 보여주고 있다. (왼쪽에서부터) 장원준(신소재공학 석사과정), 박원일 교수(신소재공학부). 박 교수가 이번 논문과 연구를 통해 강조하고 싶은 건 단연 ‘부반응층 억제’다. 1년 반이라는 연구 기간 동안 부반응 층이 활물질 표면에만 생긴다는 개념을 증명하기 위해 약 1년을 투자했다. 박 교수의 연구는 끝나지 않았다. “부반응 층을 억제하는 개념을 확장해서 전기 화학 셀(electrochemical cell)에 적용하고 싶어요.” 하나의 연구에서 또 다른 연구로 나아가는 박 교수의 행보가 기대된다. 글/ 옥유경 기자 halo1003@hanyang.ac.kr 사진/ 박근형 기자 awesome2319@hanyang.ac.kr