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2018-05 04

[학술]한양대 보건학과, 뇌졸중 환자 병원 옮기면 사망 위험 커져

한양대 대학원 보건학과는 최근 국민건강보험공단 청구 자료를 활용해 뇌졸중 환자가 응급실을 방문한 뒤, 병원을 옮기는 전원(轉院)을 하면 사망 위험이 커진다는 연구결과를 발표했다. 논문에 따르면, 뇌졸중 전원 환자는 그렇지 않은 환자에 비해 30일 이내 사망 위험이 1.68배, 1년 내 사망 위험은 1.69배 높았다. 조선일보 4월 10일 자 기사에서는 뇌졸중 환자가 전원할 때 사망 위험이 큰 이유에 대해 전원을 하면서 시간을 지체해 뇌졸중을 빨리 대처하지 못하면 사망 위험이 커진다고 전했다. 불필요한 전원을 피하려면 처음부터 '119 구급대'를 불러 뇌졸중 응급 치료가 가능한 곳을 찾아가야 하며, 거리가 먼데도 무조건 '특정 명의가 있는 병원으로 가겠다'고 하는 경우는 위험하다고 밝혔다. ▶ 조선일보 기사 바로가기 (클릭)

2018-04 30

[학술][이달의 연구자] 김학성 교수(기계공학부)

0.3~3테라헤르츠 사이의 주파수를 가진 전자파, 테라헤르츠(Terahertz)파. 1초에 1조(테라) 번 진동할 때 주파수는 1테라헤르츠다. 주파수가 적외선과 마이크로파 사이에 있는 테라헤르츠파는 금속이 아닌 모든 물질을 다 투과하는 성질을 갖고 있다. 기존에 쓰이는 엑스선 기술과 유사하지만 유해성이 훨씬 낮다. 약하지만 인체에 손상을 주는 엑스선과 달리 테라헤르츠파는 안전하게 쓸 수 있다. 이 덕에 의료계 등지에서 테라헤르츠 기술에 대한 관심이 높다. 김학성 교수(기계공학부)는 테라헤르츠의 상용화를 위해 5년 넘게 연구를 이어왔다. 일반인에겐 아직 생소한 테라헤르츠 기술 연구에 대해 김 교수의 이야기를 들었다. 세계를 이끌 10대 기술, 테라헤르츠 “몇년 전, MIT(매사추세츠 공과대학교)는 테라헤르츠 기술이 세계를 선도하리라 말했어요. 물질을 투과하고 인체에 무해하다는 특성을 눈여겨 보다 연구를 시작했습니다.” 기계공학을 전공한 김 교수는 테라헤르츠 기술 연구를 위해 물리와 전자를 다시 공부해야 했다. 연구를 거듭하며 김 교수는 테라헤르츠파를 어떻게 기술로 응용할지 방법을 찾았다. ▲지난달 25일, 김학성 교수(기계공학부)를 그의 연구실에서 만나 테라헤르츠 기술에 대한 그간의 연구결과를 들었다. 방사선이 방출되는 엑스레이나 자기공명단층촬영(MRI)과 달리, 테라헤르츠 기술은 무해하다는 장점을 갖고 있다. 이에 세계가 엑스레이의 대체재로 주목하고 있다. 하지만 테라헤르츠파는 발생시키기가 어렵다. 과거에는 30억에 달하는 비싼 장비로 발생시켜야만 했다. 최근에는 가격을 점점 낮추는 연구가 진행되지만 대부분 테라헤르츠파를 얻는데만 초점이 맞춰져 있다. 이에 아쉬움을 느낀 김 교수는 테라헤르츠의 상용화에 집중했다. 우리 눈에 잘 보이지 않는 ‘용접선’ 김 교수의 연구 결과, 테라헤르츠파를 통해 '사출성형 제품'의 용접선을 검출할 수 있다. 사출성형(injection molding)은 플라스틱을 가공하는 여러 방법 중 하나다. 모형틀에 녹은 플라스틱을 부은 후 굳히는 기술로 대량생산이 이 방법으로 진행된다. 이 생산과정에서 종종 ‘용접선’이 생긴다. 용접선은 용접 한 곳에 생기는 줄이다. 사출성형 과정에서 녹은 플라스틱이 균일하게 퍼지지 않을 때 용접선이 발생한다. 다음은 김 교수의 설명. “자동차 부품처럼 하중을 많이 받는 제품은 용접선이 생기면 안돼요. 하중을 견디지 못하고 깨지기 쉽죠.” 하중을 많이 받는 제품들은 이를 견디게끔 플라스틱 안에 유리섬유가 섞여 들어간다. 하지만 용접선이 생기면 무용지물이다. 유리섬유가 무게를 지탱하기 위해 설 방향을 잃기 때문이다. 용접선의 위치와 무게를 많이 받는 곳이 겹치지 않을 필요가 있다. 하지만 어디에 용접선이 생길지는 예측불가다. 김 교수는 이 문제를 테라헤르츠 기술이 해결해줄 수 있다고 말했다. “사출성형 제품에 테라헤르츠파를 쏘면, 섬유의 방향을 알 수 있어요. 섬유 방향에 따라 테라헤르츠파의 속도가 느려지거나 빨라집니다. 이 속도차로 용접선을 검출할 수 있는거죠.” 용접선을 검출하기 위해서는 빠르고 정확한 스캐닝도 필요하다. 김 교수는 테라헤르츠 스캐너 장비의 개발에 힘쓰고 있다. 테라헤르츠 스캐너가 빠른 속도로 스캔을 할 수 있도록 김 교수는 금속코팅 된 거울을 붙였다. 테라헤르츠파를 금속코팅 된 ‘갈바노 거울’에 쏘면 반사되면서 사출성형 제품 전면을 10초안에 스캔한다. 완전한 상용화를 위해 연구한 이 장비는 호평을 받았다. ▲ 테라헤르츠를 통해 사출성형 제품을 스캔하는 스캐너 장비. 'G1'이라고 표시된 장비가 테라헤르츠를 반사시키는 '갈바노 거울'이다. 이 거울은 스캐닝 시간을 단축시키는 역할을 한다. 김학성 교수의 ‘다기능성복합재료연구실’(MCDM LAB) 물리와 전자책을 훑으며 다시 공부해야 했던 김 교수. 그와 테라헤르츠는 만난 지 몇 년 되지 않았다. “저는 기계과라서 다른 학문을 다루기가 제일 힘들었어요. 학문을 융합했을 때 그 경계에서 새로운 발견이 항상 나타나요. 테라헤르츠도 물리, 전자, 기계의 합작이라서 재밌었죠.” 그는 기계공학을 기반으로 두고 여러 분야로 확장시키는 것이 목표라 말했다. 학생들에게도 아낌없는 사랑을 보냈다. “연구는 재미가 있어야 해요. 저는 항상 왜 해야 하는지 설명을 곁들어서 연구를 진행해요. 이번 테라헤르츠 연구도 아무도 안 하겠다고 했지만, 전세계 처음으로 하는 연구라고 설명하니 자부심을 갖고 매진하더라고요.” 항상 학생들이 행복하고 즐겁게 연구했으면 하는 바람을 나타낸 김 교수. ‘다기능성복합재료연구실’이라는 연구실 명칭은 하고 싶은 연구를 이어가자는 의미다. ▲이번 연구에 함께한 오경환(기계공학부 석사과정) 씨와 김학성 교수가 연구실 안에서 포즈를 취하고 있다. 글/유혜정 기자 haejy95@hanyang.ac.kr 사진/최민주 기자 lovelymin32@hanyang.ac.kr

2018-04 24

[학술]한양대 첨단방사선공학연구실, 한국인 표준 팬텀 개발

▲한양대 첨단방사선공학연구실 연구팀 한양대 첨단방사선공학연구실(HUREL, Hanyang University Radiation Engineering Laboratory)이 최근 한국인 표준 팬텀 개발에 성공해 비상 피폭 상황에 대한 선량계수 산출과 사고 선량 재구성 기술 개발의 발판을 마련했다. 이번에 개발한 한국인 표준 팬텀은 세계 최고 수준으로, 방사선 방호 분야의 핵심 기술인 메시형 국제방사선방호위원회(ICRP) 국제 표준 팬텀과 동급이다. ICRP 국제 표준 팬텀은 정확한 선량 산출이 가능하고 체형·자세 변형이 용이하다는 장점이 있지만 한국인과 같은 아시아인에 대한 선량 산출에는 적절하지 않다는 지적이 있었다. 한양대 첨단방사선공학연구실이 개발한 한국인 표준 팬텀은 고해상도 연속절단면 컬러해부영상자료와 한국인 30대 표준 골격을 바탕으로 제작돼 한국인의 해부학적 특징을 정밀하게 표현했다. 전자신문 4월 17일 기사에 따르면, 김찬형 원자력공학과 교수(첨단방사선공학연구실 책임교수)는 “한국인 표준 팬텀은 방사선 방호 분야 뿐만 아니라 방사선 치료, 핵의학 영상 등 다양한 분야의 연구 수행도 가능하다”며 “전파와 인체의 상호작용, 자동차 충격 전산모사, 가상공간 수술 등 비방사선 분야에도 활용될 수 있다”고 말했다고 전했다.

2018-04 20

[학술]박재근 교수팀, 퀀텀닷 활용 UV 측정 카메라 개발

▲박재근 교수 박재근 융합전자공학부 교수팀이 최근 자외선(UV)을 측정할 수 있는 퀀텀닷(QD) 기반 이미지센서 모듈 기술을 개발했다. 전자신문 4월 2일 기사에 따르면, 박 교수팀이 개발한 이미지센서 모듈을 테스트 한 결과 박 교수팀의 QD 모듈이 일반 UV 센싱 카메라 보다 정확하게 UV를 검출해낼 수 있는 것으로 나타났다고 전했다. 또, 기존 UV 센싱 카메라보다 생산 단가가 월등하게 낮다는 점도 장점으로 꼽았다. ▲일반 사진(좌)과 QD 기술 기반 카메라 모듈을 활용해 촬영한 사진(우) (사진= 전자시문) 박 교수는 “기존 실리콘 반도체 공정을 그대로 활용하는 덕에 저렴하게 생산이 가능하고 측정 정확도는 보다 높다”며 “헬스케어, 국방, 자동차, 소비자기기, 보안 등 세계 주요 기업에서 러브콜을 받고 있다”고 전했다. 이어 그는 “글로벌 헬스케어 업체 J사와 전략적 협력 관계를 체결하기 위한 논의를 하고 있다”면서 “올해 초 미국 라스베이거스에서 개최된 CES 전시회에서도 80개 이상 다양한 글로벌 대기업이 우리 기술에 높은 관심을 나타냈고, 상담 요청이 계속 들어오고 있다”고 말했다. QD를 활용한 UV 측정 카메라의 활용 범위는 무궁무진하다. 자외선차단제(선크림) 성능 측정, 어두운 환경의 감시카메라 등으로 활용할 수 있다. 박 교수는 “4월말 스마트폰용 카메라 모듈 시제품이 나온다”면서 “다양한 분야에서 연구 결과물의 상용화 성과가 나올 것”으로 기대한다고 전했다. ▶ 전자신문 기사 바로가기 (클릭)

2018-04 03

[학술][이달의 연구자] 서영웅 교수(화학공학과)

지난 평창올림픽에서 현대자동차가 선보인 수소 전기차 ‘넥쏘(NEXO)’. 이를 통해 한국은 수소자동차 상용화의 신호탄을 알렸다. 전문가들은 2020년부터 수소자동차사업의 본격적인 양산과 수소 연료 충전소 활성화로 수소자동차가 점차 대중화될 것이라 예상한다. 서영웅 교수(화학공학과)는 이러한 수소자동차 상용화를 앞당길 신기술을 개발했다. 수소자동차의 연료전지에 수소를 더 빠르게 집어넣고 빼내는 촉매기술이다. 차세대 수소자동차 상용화에 중요한 기술을 개발하다 수소는 우주 질량의 약 75%를 차지하고 있는 원소다. 물을 전기분해 했을 때도 얻을 수 있으며 화석에너지와 달리 탄소가 쓰이지 않아 탄소화합물 등의 환경오염물질이 발생하지 않는다. 이 탓에 우리나라처럼 자원이 부족한 나라는 일찍부터 기술 개발에 돌입한 편이다. 수소연료로 가동되는 ‘수소연료전지자동차(HFCV: Hydrogen Fuel Cell Vehicle or FCV: Fuel Cell Vehicle)’는 국내에서 세계 최초로 양산 생산을 시작했다. 수소와 산소의 화학 반응과정에서 전기를 얻는 수소자동차는 주행 시 환경오염물 대신 물이 수증기 상태로 나온다. 하지만 수소자동차가 상용화되기 위해서는 인프라구축과 안전성 등 문제점이 남아있다. 기존에 에너지로 쓸 수소를 수송할 때는 700기압 이상의 초고압의 기체형태로 수송한다. 수심 40미터 근방에서 수압이 4~5기압 정도인걸 감안했을 때, 초고압 압축 기술은 폭발위험이 크다. 근본적으로 부피도 그리 줄어들지 않아 대용량 수송에 적합하지 않다. 하지만 서영웅 교수 연구팀이 수소를 대용량으로 가장 안전하게 수송할 수 있는 기술을 선보였다. 이 신기술로 수소자동차 상용화를 앞당길 수 있다는 평을 받았다. 빠르게 수소를 빼내는 촉매기술이 핵심 서 교수와 국내 연구진은 ‘액상 유기물 수소 저장체(이하 LOHC)’를 저렴하게 제조하는 기술을 최초 개발했다. LOHC는 액체상태의 화학물질로, 수소를 안전하게 저장 운반할 수 있게 도운다. 수소와 결합해 액상상태를 유지하다 특정 조건에서 다시 수소와 떨어지는 특성을 가지고 있다. 연구팀은 분자 자체에 수소를 저장할 수 있는 톨루엔(Toluene)과 피리딘(Pyridine)을 결합한 LOHC를 만들어 ‘MBP’라 명했다. MBP를 이용해 액체로 변형시킨 수소는 기체상태 때보다 더 많이 운송할 수 있다. 또한 액상 물질이기 때문에 폭발위험이 없어 안정성을 대폭 높였다. ▲ 연구팀이 개발한 새로운 화학물질 'MBP(왼쪽)'와 수소를 머금고 있는 MBP(오른쪽). 서영웅 교수(화학공학과)와 우리 대학 연구팀은 필요할 때 수소를 빼내고 집어넣을 수 있는 핵심기술을 개발했다. (출처: 서영웅 교수) 이 기술의 핵심은 수소가 포함된 액상물질을 연료로 사용 가능한 수소 형태로 빠르게 되돌릴 수 있다는 점이다. 촉매 작업을 통해 가능한 일이다. 이렇게 수소를 집어넣고 빼내는 핵심기술을 서 교수와 우리 대학 화학공학과 연구팀이 맡았다. “안전하게 수송한 액체상태의 화학물질을 수소자동차에 필요한 수소로 빠르게 빼내고 넣을 수 있게 된 거죠.” 서 교수는 촉매를 이용한 수소 이동의 효율적인 방법을 개발했다는 것에 자부심을 느낀다. 기존 기술보다 시간이 줄었을 뿐만 아니라 비용도 저렴하다. 세계적으로도 LOHC 기술은 손에 꼽을 정도의 적은 수의 연구팀이 보유한 기술이다. 타 LOHC기술은 섭씨 270도 이상의 열을 가해야 수소를 분리할 수 있다. 하지만 MBP는 이보다 낮은 섭씨 230도에서도 가능해 같은 조건에서 훨씬 더 효율적이다. 이는 LOHC기술의 새로운 연구 지표를 열었다. ▲ 국제학술지 ‘켐서스켐’ 4월호 표지에 서영웅 교수의 논문이 선정됐다. 평가위원이 선정하는 가장 중요 논문인 'VIP'(Very Important Paper)로도 선정됐다. (출처: 한국화학연구원) 교수이자 열정적인 연구자 서 교수와 연구팀은 기존에 없던 완전히 새로운 물질을 개발했다. 그렇기에 모든 사례연구와 실험결과를 직접 축적해야 했다. 액상 물질이 바닥에 닿았을 때 발생하는 손상부터 인간이 흡입했을 경우의 위험성까지 모든 시험을 거쳤다. “수소를 값싸고 안전하게 운반할 수 있는 기술에 힘써야겠다고 생각했죠.” 끊임없는 노력 끝에 나온 신기술은 LOHC 관련 기술 중 전 세계에서 3번째로 상용화 가능성이 있다는 평을 받았다. 서 교수의 교수 철학이자 연구철학은 더 많은 연구인력을 사회로 배출하는 것이다. 교수로서 학부생들이 탄탄한 기초지식을 가진 인재로 성장하길 바란다고 전했다. "학생들이 남들이 가는 길을 무작정 따라가지 않았으면 좋겠어요. 나만의 길을 찾는 것이 대학 생활을 즐기는 방법이라고 생각합니다." 서 교수는 현재 미래 에너지 및 청정 환경을 위한 촉매 기술 연구를 계속해서 진행 중이다. 앞으로 그의 연구실에서 더 많은 미래 기술이 나오길 기대한다. ▲ "신기술 상용화를 위해 더욱 힘쓸 것" 지난 3월 29일 연구실에서 만난 서영웅 교수의 말이다. 글/ 황유진 기자 lizbeth123@hanyang.ac.kr 사진/ 강초현 기자 guschrkd@hanyang.ac.kr

2018-04 02

[학술]김지은 교수, 알약 성분 식별기기 개발

▲김지은 교수 김지은 기술경영학과 교수팀이 최근 간단하게 알약의 정보를 파악할 수 있는 알약 식별기기 OPILL을 개발했다. 김 교수팀이 개발한 OPILL은 이미지 기반 알약 식별기기로 알약을 통에 넣으면 빛을 통해 약의 상세정보를 알려주는 장치다. 약에 관한 전문지식이 부족한 일반인들의 의약품 오복용을 막고, 복용방법들에 대한 자세한 정보를 알 수 있다. 향후 보건소와 약국에 비치할 경우 폐의약품 회수 과정에서 효율적인 분리를 할 수 있으며, 안전하게 관리된 불용(不用)의약품의 인도적 재분배를 유도할 것이라는 점에서 그 의미가 있다. OPILL은 현재 설계에 관한 특허를 출원한 상태다. OPILL은 디자인적인 측면에서도 인정을 받았다. 최근 독일에서 열린 ‘iF 디자인어워드 2018’ 의약제품 부문에서 수상했다. iF 디자인어워드는 세계적으로 유명하고 공신력 있는 디자인 상 중 하나로 평가되며 iF 로고는 우수한 디자인을 보증하는 상징으로 통용된다. 김 교수는 “이번 연구로 인해 안전한 의약품복용과 저개발 국가에 필수의약품을 인도적 차원에서 재분배할 수 있는 사회혁신 모델을 제시했다”고 말했다. ▲알약 정보를 식별할 수 있는 OPILL(오필)

2018-03 20

[학술]고민재 교수팀 ‘태양전지·태양광 물분해 효율 향상’ 양자점 흡착 신기술 개발

▲고민재 교수 고민재 화학공학과 교수팀이 최근 황화납·황화카드뮴 양자점 흡착 신기술을 개발, 태양전지 및 태양광 물 분해에 의한 수소생산 효율을 크게 향상하는 데 성공했다. 이번 연구는 호서대 김재엽 교수 연구팀 및 UNIST 이재성 교수 연구팀과 공동으로 진행했다. 양자점은 수 나노미터(nm, 10억분의 1m) 크기를 지니는 미세한 반도체 입자로 높은 흡광 계수를 지닌다. 크기에 따라 광학특성 조절이 가능한 장점이 있어 디스플레이, 태양광 에너지 변환 등에 응용하는 연구가 활발히 진행되고 있다. 연합뉴스 기사에 따르면, 양자점을 태양광 에너지 변환 소자에 응용하기 위해서는 일반적으로 다공성의 금속산화물 전극 표면에 흡착시킨다. 연구팀은 황화카드뮴 양자점 흡착 과정에서 망간을 도핑하면 광학 특성의 향상과 함께 양자점 흡착량이 크게 증가하는 것을 밝혀냈다고 전했다. 또, 연구팀은 이번 연구를 통해 금속산화물 전극을 염기성 용액으로 전처리하면 황화납 양자점 흡착량이 증가한다는 사실도 확인했다고. 이 기술을 적용해 제작한 광전극을 양자점 감응 태양전지에 적용했을 때 광변환 효율이 기존 대비 33%가량 증가한 것으로 나타났다고 전했다. 그뿐만 아니라, 태양광 물 분해에 의한 수소 생산에 적용 시 세계 최고 수준인 22.1밀리암페어 광전류 값을 기록했다고 밝혔다. 한편, 이번 연구 결과는 세계적인 학술저널인 ‘어플라이드 카탈리시스 B : 환경’ 온라인판에 'Highly loaded PbS/Mn-doped CdS quantum dots for dual application in solar-to-electrical and solar-to-chemical energy conversion'이라는 제목으로 게재됐다.

2018-03 06

[학술][이달의 연구자] 생명과학과 최제민 교수(생명과학과)

흔해진 듯 하지만 여전히 두려운 질병, 바로 ‘암’이다. 통계청이 발표한 ‘2016년 국내 사망 원인통계’ 자료에 따르면 전체 사망자의 27.8%는 암으로 사망했다. 1983년 이래로 암은 우리나라 사망원인 부동의 1위를 차지하고 있다. 암 환자와 보호자들에게 의학 기술 및 치료법의 발전은 언제나 절실하다. 이런 상황에서 항암 면역 유전자 역할을 규명하는 최제민 교수(생명과학과) 연구팀의 성과가 눈에 띈다. 효소 활성을 잃어버린 단백질을 없애면? 최제민 교수(생명과학과) 연구팀이 세포 면역에 주된 역할을 하는 'T세포' 면역반응을 조절해 암세포를 줄이는 연구에 성공했다. 최 교수는 인간에게 보존된 ‘키티나아제 유사 단백질(Chitinase 3 like 1, 이하 Chi3l1)'의 기능 규명에 초점을 맞췄다. 식물 면역에 사용되는 물질인 키티나아제가 인간의 몸에서는 효소 활성을 잃어버린 상태로 계속 남아있다는 점을 놓치지 않았다. 최 교수는 효소 활성이 이뤄지지 않아 ‘키티나아제 유사 단백질’ 이라고 칭하는 이 물질이 인간의 신체에 남아 어떤 역할을 하는지를 밝히는 연구를 진행했다. ▲지난 3월 1일 진행된 인터뷰에서 최제민 교수(생명과학과)가 키티나아제 유사 단백질 변이 유전자에 대해 설명하고 있다. 연구는 T세포 내의 키티나아제 유사 단백질을 통해 이뤄졌다. T세포는 체내의 세포를 죽이고 항체를 만드는 역할을 하는 주 면역 세포다. 최 교수는 이러한 T세포에 위치하고 있는 키티나아제 유사 단백질을 제거했다. 그 결과, 암의 전이가 줄어드는 것을 확인했다. 키티나아제 유사 단백질 유전자가 세포의 면역 기능을 억제하고 있었다는 사실을 발견한 것. 실제 쥐 실험을 통해 흑색종 폐 암 전이 모델을 확인한 바에 따르면 키티나아제 유사 단백질을 제거한 쥐에게서 면역 활동이 증가하고, 암의 전이가 줄어든 것을 확인했다. 즉, 키티나아제 유사 단백질은 효소 활성을 잃었으나, 암에 대한 T세포의 면역 반응을 조절한다는 사실을 밝혀냈다. 치료 물질 개발까지 박차를 최 교수 연구팀은 키티나아제 유사 단백질의 T세포 내 역할 규명에 이어 치료 물질 개발에도 착수했다. 최 교수는 키티나아제 유사 단백질 유전자에 결합한 표적 치료물질(펩타이드―siRNA 중합체)을 개발했다. 이는 최 교수 연구실에서 개발해 특허를 갖고 있는 '세포 투과 기술력'을 기반으로 했다. 최 교수는 세포 투과 펩티드를 이용해 키티나아제 유사 단백질을 표적으로 한 'siRNA'를 세포 내부로 전달해 T세포 활성을 증가시키면 암에 대한 면역이 강화될 것이라는 가설을 바탕으로 연구를 진행했다. 이를 바탕으로 추가 연구를 진행한 결과, 유사한 패턴을 확인해 결과적으로 면역 반응이 증가했다. 암을 치료할 수 있는 물질에 한 걸음 다가선 것이다. ▲Chi3l1 유전자가 결핍된 Th1 세포 및 세포독성 림프구에서 인터페론 감마 사이토카인 발현이 증가했다. “효소 활성을 잃어버린 채로 남아있는 키티나아제 유사 단백질에 대한 단순한 궁금증이 있었네요.” 최제민 교수는 담담히 연구를 시작한 계기를 밝혔다. “하지만 연구를 통해 많은 결과를 확인했어요. 아직은 방향성을 제시하는 정도라고 생각합니다만, 후속 연구를 통해 더욱 발전해 나갈 예정입니다. 면역학 외에도 인간의 생명과 관련한 연구는 아주 오랜 시간에 걸쳐 이뤄져야 하기 때문이에요.” 그저 주어진 것에 충실했을 뿐 최 교수가 연세대학교에 재학하던 시절에는 면역학을 연구하고, 생명과학을 가르치는 교수가 되리라고는 상상도 하지 못했다. 성적에 맞춰 진학한 학과 공부에 크게 흥미를 느끼지 못했던 것. 하지만 고학년이 되어 참여한 실험실에서 연구에 흥미를 느껴 자연스럽게 대학원에 진학했다. 면역학은 박사 학위를 공부하면서 처음 시작했다. 최 교수는 “새로운 분야를 공부하는 어려움이 컸지만 하나씩 해내다 보니 어느덧 이 자리에 있게 됐다”고 했다. 이어서 연구팀 및 한양대의 제자들에게 전하는 조언을 덧붙였다. “제 연구팀의 학생들을 비롯해 많은 한양의 학생들이 주어진 자리에서 최선을 다하고 있는 것 같아요.너무 조급하게 생각하지 말고 주어진 일에 충실하다 보면 길이 있으리라고 생각합니다.” ▲최제민 교수와 연구팀원들의 모습 글/ 김예랑 기자 ys2847@hanyang.ac.kr 사진/ 최민주 기자 lovelymin12@hanyang.ac.kr

2018-02 07

[학술][우수 R&D] 상병인 교수(화학공학과)

지구온난화 가속화에 큰 원인이 되는 이산화탄소(CO₂). 온실가스로 분류돼 있는 이산화탄소의 배출량을 줄이기 위한 연구와 대책들이 쏟아지고 있다. 잠재적인 해결책으로 지목되는 신재생에너지의 개발이 이뤄지고 있는 가운데, 한양대 상병인 교수(화학공학과)는 신재생에너지가 갖는 한계점을 고려해 신기술을 고안해냈다. ‘파워 투 가스(Power to Gas)’라 불리는 이 기술은 전력을 가스로 변환시키며 이산화탄소 감소 및 안정적인 에너지 공급에 기여한다. 이산화탄소를 메탄가스로, ‘생물학적 메탄화 시스템’ 이산화탄소를 줄이기 위해 기존에 제안됐던 방법 중 하나는 ‘포집과 저장’이다. 발전소에서 나오는 이산화탄소를 잡아 땅 속이나 바다 속에 저장한다는 의미다. 흡착제 역할을 하는 기술을 이용해 이산화탄소를 달라붙게 하고, 탱크에 연결해 탈착시키는 것이 포집과 저장의 주 원리인데, 비용이 조 단위로 들만큼 비싸다. 또한, 지질학적인 이유 때문에 진행하기가 힘들다는 것이 상병인 교수(화학공학과)의 설명이다. 최근 정부에서는 오는 2030년까지 우리나라의 전체 전기량의 20퍼센트를 신재생에너지로부터 가져오겠다는 ‘3020 정책’을 발표했다. 하지만 신재생에너지의 공급은 불안정하다. “신재생에너지 발전소는 막대한 면적을 필요로 하고, 태양광 같은 경우에는 낮과 맑은 날에만 발전이 돼요. 풍력 또한 마찬가지로 바람이 불 때 에너지 생산이 이루어지죠.” 신재생에너지의 한계점을 보완하기 위해 상 교수는 잉여 신재생에너지를 이용해 물을 수소와 산소로 전기 분해 후, 이산화탄소와 수소를 합쳐 메탄가스를 만드는 방안을 마련했다. ‘생물학적 메탄화 시스템’이라고도 불리는 이 원리는 신재생에너지의 불균형을 해소하고 이산화탄소 배출을 감축하기 위해 개발됐다. 즉, 생물학적 메탄화 시스템은 전력에서 가스를 생산하는 ‘Power to Gas’ 기술과 같다. ▲생물학적 메탄화 시스템이 작동되는 원리를 보여주는 표 (출처: 상병인 교수) 그렇다면 왜 메탄가스로 배출시키는 것일까? “수소도 자체적인 에너지원으로 쓰일 수 있어요. 하지만 수소는 저장성이 떨어진다는 약점이 있죠. 그렇기 때문에 고가의 탱크가 필요하지만, 도시가스로도 사용되는 메탄가스는 따로 저장탱크가 필요 없어요. 땅 속 90퍼센트 정도가 도시가스 저장소이기 때문이죠.” 저장된 메탄가스는 도시가스는 물론, 압축천연가스(CNG, Compressed Natural Gas)와 액화천연가스(LNG, Liquefied Natural Gas)로도 활용이 가능하다는 장점이 있다. 메탄가스를 생산하는 미생물 생물학적 메탄화 시스템에서는 미생물(Hydrogenotrophic Methanogen)이 중대한 역할을 맡는다. 물에서 자라는 이 미생물들은 30℃~40℃사이에서 자라는 ‘중온균’과 50℃~60℃사이에서 자라는 ‘고온균’으로 종류가 나뉜다. 특별한 먹이 없이 이산화탄소와 수소만 먹는 미생물들은 메탄가스를 생산해내는 특이점이 있다. 또한, 산소를 만나면 죽는 특성을 갖고 있다. ▲”오는 2022년까지는 전체 전기의 10퍼센트를 신재생에너지로부터 가져와야 할 거에요. 하지만 태양광과 풍력은 변수가 많아 지속성이 떨어진다는 것이 문제입니다.” 상병인 교수(화학공학과)는 에너지 안정화에도 도움이 되게끔 연구를 진행했다. 상 교수는 미생물들의 엄격한 선별과정에 대해서도 설명했다. “우리나라에는 화산 지대가 많지 않기 때문에, 고온성 미생물을 찾아보기가 힘들어요. 그래서 중온성 미생물들 중 고온에서 견디는 것만 골라냈어요. 그 다음, 이산화탄소와 수소만으로도 살아남는 것들만 골라냈습니다.” 선별된 미생물들은 현재 메탄가스를 성공적으로 생산해낸다. 물론 지속적으로 개량도 필요하다. 상 교수는 “전기만 먹는 미생물로 개량하는 것이 궁극적인 목표"라며 "지금은 수소가 비싸기 때문에 수소를 적게 먹이는 방법을 계속 찾고 있다.”고 말했다. 무결점의 에너지 시스템으로 거듭나도록 지난 2004년부터 연구를 진행해온 상 교수는 빠른 시일 내에 상용화가 될 것이라고 말했다. “한국과학기술연구원에 있을 당시, 이산화탄소 배출 문제가 큰 화두가 되지 않은 때여서 지지를 받지 못했었어요. 지금은 이산화탄소 문제의 심각성을 모두가 인지하고 있기 때문에 새로운 에너지 사업의 필요성이 커졌습니다.” 한국전력공사와 함께 진행하는 이 연구는 올해와 내년에 한국전력공사 실험실 내부와 중랑하수처리장에서 시험 시범을 행할 예정이다. ▲이번 연구에 함께한 대학원생들. 상병인 교수는 "이번 연구는 모두의 노력으로 이뤄낸 것"이라고 말했다. 글/ 유혜정 기자 haejy95@hanyang.ac.kr 사진/ 이진명 기자 rha925@hanyang.ac.kr

2018-01 31

[학술][이달의 연구자] 홍진표 교수(물리학과)

손가락에 ‘스마트 반지’를 끼우면 수면시간과 신체 변화를 알 수 있다. 이렇듯 신체 착용 가능한 제품을 ‘웨어러블 기기(wearable device)’라 한다. 시장조사업체 IDC는 웨어러블 기기의 2021년 출하량이 올해 대비 2배 가까이 커질 것으로 전망했다. 장치의 수요가 증가함에 따라 에너지 사용량이 늘어나면서, 에너지를 발생시켜 효율적으로 저장할 수 있는 기술에 대한 필요성도 커졌다. 또한 디자인 변형이 자유로운 웨어러블 전자소자에 대한 관심이 증폭됐다. 이에 홍진표 교수(물리학과)는 신체의 움직임을 통해 에너지를 발생시킬 수 있는 ‘1차원 섬유 소재 기반 에너지 생산 소자’를 개발했다. ▲홍진표 교수(물리학과)를 지난 25일 연구실에서 만났다. ‘1차원 전도성 섬유 실 기반 에너지 수확 기술’을 개발하다 이번 연구의 핵심은 ‘1차원 전도성 섬유 실’을 이용하는 것이다. 기존 웨어러블 소자 연구에서는 2차원 섬유 소자를 이용했지만, 디자인 제약이 많고 에너지 효율이 균일하지 않다는 문제점이 있었다. 이를 극복하기 위해 홍 교수는 세계 최초로 1차원 전도성 섬유 실을 기반으로 다양한 나노 구조물 성장 및 기능화를 이뤄냈다. 또한 '고분자 폴리머' 소재를 인위적으로 제어해 마찰개념을 도입한 새로운 에너지 발생 소자를 개발했다. 각각의 1차원 전도성 실들은 의복화 패키지 기술을 접목한 스마트 옷으로 제작시, 신체의 움직임으로 인한 표면 마찰 현상을 통해 200V 정도의 전압을 발생시킬 수 있다. 홍 교수는 두 물질 사이의 표면적을 넓히는 동시에 발생 전하량을 확대함으로써 에너지 변환 효율을 높였다. 물론 작고 가는 1차원 섬유 실에 용액 공정을 통하여 나노구조물을 넣는 것은 쉬운 일이 아니었다. 마찰이 생기면 실이 끊어질 수 있고, 가닥의 개수에 따라 에너지량이 달라질 수 있기 때문이다. 홍 교수는 이번 연구를 통해 이 문제점을 극복하는 기술과, 가닥의 개수에 따라 에너지량을 인위적으로 제어하는 기술을 확보했다. 겹겹이 층을 쌓아보고, 전기가 균일하게 발생될 수 있는지 구부림을 측정하는 등 다양한 시도를 거친 결과물이었다. ▲(왼쪽부터) 1차원 섬유소재의 구부림을 측정한 결과와 1차원 섬유소재의 신뢰도를 측정한 결과다. (출처: 홍진표 교수) 웨어러블 소자 연구는 현재 진행형 이번 연구는 기존 ‘2차원 섬유 소자’의 한계점과 문제점을 모두 극복하기 위해 2차원 섬유 대신 ‘1차원 섬유 소재’에 인위적인 기능을 부과하는 신개념을 도입했다. 궁극적으로는 2차원 및 3차원의 의복화 기술을 접목해 고효율의 에너지 생산 소자를 구현하는 것 목표다. 이러한 신개념 에너지 생산 소자는 현재 사용되고 있는 유선 전원 공급이나 충전 방식을 대체해 시공간 제약을 넘어 전선 없이(Wireless), 언제 어디서나 인체의 움직임으로 자가 발전이 가능한 ‘차세대 에너지 생산 소자’라고 할 수 있다. ▲표로 정리한 이번 연구의 개요 (출처: 홍진표 교수) 홍 교수는 “현재는 ‘1차원 전도성 섬유 실’을 통해 발생된 소자와 에너지를 함께 1차원 섬유 실에 저장하는 일을 연구하고 있다”고 말했다. 저장하는 방법으론 우리가 흔히 아는 보조배터리와 함께 ‘슈퍼 커패시터(Supercapacitor)’가 있다. 슈퍼 커패시터는 커패시터(축전기)의 성능 중 특히 전기 용량의 성능을 강화한 것으로서, 홍 교수는 이를 중점적으로 연구했다. 보조배터리는 용량이 크지만 반응속도가 느린 데 비해 슈퍼 커패시터는 용량은 작지만 반응속도가 빠르다는 점을 이용한 것이다. 인체의 움직임으로 에너지를 저장하기 위한 연구의 특성상, 사람들의 움직임을 빠르게 저장하는 것에 주안점을 뒀다. 최종목표를 향해가다 홍 교수의 최종목표는 1차원 전도성 섬유 실로 에너지를 생성하고 저장한 뒤, 그 에너지를 가지고 IOT(Internet of Things, 사물인터넷) 센서 등을 독립적으로 작동하는 것이다. 사물인터넷은 사물에 센서를 부착해 실시간 데이터를 인터넷으로 주고 받는 기술이나 환경을 일컫는 말로서, 홍 교수는 1차원 섬유 실 기반으로 IOT에 부합하는 다양한 환경 센서 및 바이오 센서 제작을 계획하고 있다. 궁극적으로는 차후 ‘1차원 섬유 소재 기반 에너지 발생-저장-IOT 센서 일체화’ 기술로 활용할 계획이다. 또한 홍 교수는 현재의 연구 성과가 섬유산업, 의학, 전자산업 분야 등 다양한 분야에 중요한 변화를 일으킬 것이라고 말했다. “소방관 안전복에 화재 현장의 온도와 유독가스를 측정하는 센서를 부착하고, 소방관의 움직임으로 전기를 발생시켜 센서 장치의 유지를 돕는 세상이 올 것입니다. 새로운 에너지가 산업에 미치는 영향은 지대할 것으로 예측하고요.” 글/ 정민주 기자 audentia1003@hanyang.ac.kr 사진/ 이진명 기자 rha925@hanyang.ac.kr