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2020-04 10

[学术][优秀R&D]金容均教授,韩国最先制作物性科学研究用μSR

μSR(Muon spin rotation/relaxation/resonance)可以帮助我们掌握材料的物性,相当于检查人体内状态的X射线(X-ray),金容均原子能工学系教授组在韩国最先设计及制作μSR设施。 μSR是将μ子生成后注入到材料后利用Spin roation测定物性的装置。μ子是极小的粒子可以代替电子,电子旋转在核周围,旋转方向为上下其中之一。由于μ子不稳定,短时间内会崩溃,μSR的原理是通过注入到物质里的μ子上下旋转后崩溃时,测定电磁场的变化掌握超导性与磁性等信息。 ▲金容均原子能工学系教授组在负责韩国型重离子加速器(RAON)的附属设施μSR的设计及制作。 金教授的这项研究是韩国型重离子加速器(RAON)项目的一部分。重离子加速器是可以加速包括质子与铀等所有原子核的粒子加速器,RAON是韩国第一个巨型重离子加速器的名称,也是制作项目的名称。目前世界运行的巨型重离子加速器只有4台,金教授负责制定RAON的初期设计计划,包括需要哪些研究设施、如何制作等。大部分制作由基础科学研究院(IBS)进行,个别设施进行外部委托,金教授接受的委托是国内尚未有过的研究设施μSR。 重离子加速器在基础科学研究中起着至关重要的作用,主要目的是查明宇宙构成元素的构成比与生成原理。另外,μSR被用于掌握开发出的新材料或人工元素的特性。RAON将会不仅促进韩国基础科学领域的发展,还会帮助影响人类实际生活的工学领域的发展。RAON估计在2021年完工。 ▲μSR的整体构成图。从粒子加速器末端将质子接收到μSR设施。(金容均教授提供) 很多国家在听到韩国开发重离子加速器消息时,并不相信。金容均教授说“好像他们以为韩国能力还不够,最后肯定需要其他国家的帮助”。但韩国确实在自己开发RAON需要的大部分技术,并且性能也高于现有的其他重离子加速器。金教授说“开发RAON的过程当中,韩国的整体科学水平有了较大提高”,“外国也从去年开始欢迎参考我们现场设施”。他希望设施完工以后很多国外研究者前来访问及多多利用。 重离子加速器由于存在核冲突,因此设施设计时需要放射线安全领域,在实验装备信号测定需要进行放射线测量。RAON与μSR制作仅仅基于核、粒子物理学或原子能工学的知识是绝对不能实现的。金教授的专业是核物理学,担任原子能工学系教授,这对统领整个设施至关重要。金教授说道“不局限于自己的专业,还需要继续努力研究挑战各种领域”,“RAON虽是重离子加速器,也会是生命科学、化学专家都能利用的设施”,“对新技术的关注,和与自己专业的融合的想法非常重要”。 Global News Team global@hanyang.ac.kr

2020-04 07

[学术][本月研究者]李尚勳教授,发现帕金森病的新病因

医学系李尚勳教授为帕金森病的诊断及治疗提供了另外一种可能性。他发现基因组问题会引发帕金森病,当Lin28a基因发生突变将会引起帕金森病。此次研究对考虑基因组的帕金森病治疗药物的开发也很有帮助。 ▲发现与帕金森病发病有关的新基因,为诊断及治疗帕金森病提供另外一种可能性的医学系李尚勳教授正在接受采访。 帕金森病是指,中脑部分分泌的多巴胺神经细胞受到损伤及死亡而导致各种运动障碍的退行性脑神经疾病。因为患者的年龄普遍较高,所以医学界一直认为该退行性疾病的主要原因是年龄。但例外情况也时有出现,患有帕金森病的年轻患者也常常会被发现。遇到这种情况就很难解释其病因。李尚勳教授发现当在中脑多巴胺神经细胞发生过程中起作用的Lin28a基因不能正常工作时,很容易引起帕金森病。李教授说:“研究结果显示,不仅是年龄,而且脑发育与发育过程的异常也可能是帕金森病发病的重要因素”。 李尚勳教授的此次研究之所以具有格外的意义,是因为他查出了他的因帕金森病而受苦的学生的病因。李教授的学生李贤燮博士26岁患上帕金森病,李贤燮博士为了研究自己的发病原因及治疗方法,考入李尚勳教授研究室攻读博士课程,取得学位后在首尔大学医院基因组中心工作。 李尚勳教授提出了Lin28a异常可能是帕金森病原因的假设,并对此进行研究。在进行基因组分析时,偶然发现李贤燮博士的细胞存在Lin28a基因的变异。李尚勳教授研究组分离了李贤燮博士的皮肤组织,制作成逆分解干细胞(可以在人类身体培养成内脏器官的细胞),并将其分化为多巴胺神经细胞(有关帕金森病的细胞)。被分化的多巴胺神经细胞上发现了帕金森病相关的各种病理现象。在利用一个叫做“CRISPR-CAS9”矫正法的新基因矫正法对Lin28a基因突变进行矫正时,观察到帕金森病的相关症状消失了。由此查出Lin28a变异是李贤燮博士的病因。 ▲李尚勳教授将继续为提高研究结果的实用性而努力。 在研究过程当中也存在不少困难,到目前为止,因Lin28a基因变异而患上帕金森病的类型很小,因此在重视统计的群体遗传学领域很难获得认可。李尚勳教授并未放弃而是继续挑战,终于他的研究成果获得了认可。本研究与李贤燮博士作为共同通讯作者登载在世界期刊《EMBO JOURNAL》上,对帕金森病的诊断及治疗新方法开始大放异彩。 李尚勳教授至今一直致力于研究成果的商业化与临床应用。他说“我们需要对迄今为止的研究结果进行实用性分析”,“为了加强开发治疗药物,我们决定进行商业化”。李教授计划与多个企业在多个领域进行合作,包括干细胞治疗和通过基因治疗帕金森病等。鉴于潜在的前景,还与印度尼西亚的跨国公司“Kalbe”合作。李尚勳教授还表示“希望培养后辈”,“我要对相信我、跟随我的学生履行职责”。

2020-03 18

[学术][本月的研究者]蔡必锡教授开发出新双亲媒性分子TEMs,对治疗疾病至关重要

膜蛋白质与多种疾病有直·间接的联系,因此对治疗疾病起着重要作用。ERICA校区生命纳米工程系蔡必锡教授开发出了使膜蛋白质稳定化特性突出的双亲媒性分子。即可以将亲水性基和疏水性基连接到该中心结构两侧的双亲媒性分子(TEMs)。TEMs以1,3,5-triazene(由3个氢原子,3个碳原子,3个氮原子组成的分子结构)基础的分子结构为中心结构。 ▲ERICA校区生命纳米工学系蔡必锡教授正在对膜蛋白质研究和双亲媒性分子开发进行说明。 细胞被细胞膜包围。为了细胞的灵活活动和维持生命,细胞内外的信息、信号、物质交换都要顺畅。连接细胞内部和外部并起到沟通窗口作用的就是细胞膜内的膜蛋白质。膜蛋白质起细胞活动的核心作用,直接或间接地与多种疾病相关联。药物一旦接触到蛋白质表面的结合位,就会调整该蛋白质的功能以治疗疾病。例如,感染甲流时服用的抗病毒药物达菲就是一个例子。 为了开发出与特定疾病相关的膜蛋白质相结合的药物分子,以原子水平了解蛋白质的三维结构非常重要。膜蛋白质的表面有结合位。如果正确掌握该结合位的三维结构,就可以轻松设计出与之结合的药物结构。 由于膜蛋白质存在于细胞膜中,因此容易出现结构崩溃的倾向。这意味着查明三维结构的难度很大。如果在水溶液中也能阻止膜蛋白质的变性及凝集,那么膜蛋白质结构研究就会容易很多。具有相应功能的分子就是双亲媒性分子。具有亲水性基(与水的亲和性强的原子团)和疏水性基(与油的亲和性强的无极性原子团)的双亲媒性分子是膜蛋白结构研究的关键。 传统的双亲媒性分子表现有限。水溶液中很难稳定膜蛋白质的结构。许多研究人员开发出了新型的双亲媒性分子,其中具有代表性分子就是蔡教授开发的LMNG和GDN。蔡教授通过此次研究,开发出了比原本优秀的分子LMNG更具有稳定蛋白质特性的TEMs分子。 ▲ 蔡必锡教授(左侧第四)计划为了研究膜蛋白质,继续开发双亲媒性分子。 蔡教授以1,3,5-triazene为核心结构,设计及合成TEMs。名为1,3,5-triazene的中心结构引人注目。1,3,5-triazene在六角形环上有三个反应位,反应位的反应性都不一样。这使之成为可以将多种置换体集中到想要的位置,便于连接的结构。蔡教授利用该结构的结构性·反应性优势,开发出具有新功能的化学分子。 蔡教授的此次开发,为膜蛋白质研究者提供了直接的帮助。因为TEMs分子被开发成研究用分子。膜蛋白质研究人员可以用TEMs查明治疗疾病的重要膜蛋白质的三维结构。新药开发者可以在相应结构的基础上开发治疗相关疾病的新药。蔡教授说,只有完成了开发新的双亲媒性分子、查明新的膜蛋白质结构、研制治疗疾病的新药这些阶段性过程,才能对实际生活有所帮助。双亲媒性分子的开发研究是所有研究的基础。 蔡教授的研究还将继续。蔡教授计划持续开发能对查明膜蛋白质结构做出贡献的新型双亲媒性分子。他想摆脱目前为止的研究方向,运用与众不同的接近方法。他将致力于完成在水溶液中最大限度地提高膜蛋白质稳定性的系统。此外,为了方便许多膜蛋白质研究者使用,他希望促进双亲媒性分子的国际专利注册和技术转让。 稿/ 郑妍记者 cky6279@hanyang.ac.kr

2020-03 18

[学术][优秀R&D]金翰秀教授,挑战开发可在平流层使用的无人飞机二次电池

工学院能源工学系金翰秀教授将开始开发在平流层运行的无人机电池。作为国防未来挑战技术的一个课题,金教授正在进行“以硫化物系全固体为基础的无阴极高能量密度二次电池系统”的开发。 国防科学研究所正在开发可以在平流层运行的无人飞机。平流层不受云雨等天气限制。无人机可以长时间停留。如果无人机可以不需要着陆添加燃料而能一直飞行,那么就可以用电波通信和航空摄影等低费用代替人工卫星的作用。因此,目前全世界正在开发平流层无人机运用技术。 ▲ 能源工学系金翰秀教授正在说明无人机电池的开发。 金教授自上个月开始着手准备无人机的燃料电池的技术开发。计划把平流层无人机设计为白天用太阳能进行电源供给,晚上使用白天储蓄的电池来进行二次电池供给。二次电池是指充电后可重复使用的电池,目前在手机、笔记本电脑上得到广泛使用。最近,作为电动汽车电池和替代能源的储存设备等不亚于半导体的主力产业而备受关注。 此次研究有两个难关要突破。一是需要在平流层零下70度的极限环境下良好运行,二是日落到日出之间无需充电而可以长时间驾驶。如果想到目前手机一到冬天就经常会自动关机放电,我们就能理解这是一个具有挑战性的课题。利用现有的液体电解质的二次电池无法解决这一问题。金教授计划使用固体电解质的全固体二次电池。 全固态电池的特点是运转温度范围大于液体电解质电池。但固体电池的能量密度比现有的二次电池低,因此需要实现高密度化。为此,需要使用能量密度高的金属作为电池的电极物质。地球上存在的元素中能量密度最高的锂可以配置成阴极,但燃烧风险大,不能在飞机上使用。金教授计划通过无阴极化来解决。 ▲ 金翰秀教授表示“希望正在开发的极低温驱动电池技术能在生活中运用”。 如果金教授的此次研究取得成功,将开发出具有450Wh/kg能源密度的极低温驱动电池。金教授表示“现在最重要的是能否开发成功”,他接着传达了这次研究课题之后的计划,“但是我希望以后该技术能够商用化,在实际生活中也能对人们有所帮助。”他说:“与军用不同,民用需要进行调整,以便能够大量生产。” 稿/ 金贤燮记者 swiken1@hanyang.ac.kr

2020-02 20

[学术][优秀R&D]梁铉益教授,开发出环保能源有机球团矿生产技术

可替代能源与垃圾处理是现在环境问题的主要热点话题。ERICA校区机械工学系梁铉益教授经过长时间的研究,开发出把有机废物转化成燃料的装备与工程。 据环境部公示,今年在首尔春节假期期间,四天中有两天的细颗粒物浓度超过了大气环境标准。因政府的细颗粒物调节政策,有很多的发电所迫于政府压力而停止使用。韩国东西发电(株)的唐津火力发电所就是受压迫的煤炭火力发电所之一。梁教授在第一阶段负责了唐津火力发电所一吨规模的样品,还担任了制造一百吨规模的有机废物燃料化装置的最终设计与制造。 为了减少发电所在煤炭火力发电时生成的煤烟并提高火力,同时燃烧子弹模样的木质球团矿。因为这些球团矿需要用易燃的优良木质制作,所以目前市面上大量流通的都是印度尼西亚产和菲律宾产。梁教授研究组为了减少进口货品依赖度的同时解决环境问题,研究使用韩国的废木材制作高效球团矿。梁教授研究组从垃圾循环利用的角度出发,将它命名为“绿色球团矿”。本次研究与ERICA校区机械工学系崔强日教授共同进行。 ▲用不同材料制作“绿色球团矿”时的热量与碳含量。ERICA校区机械工学系梁铉益教授研究组开发了可燃的所有种类的有机废物的设备。(由梁铉益教授提供) 梁教授组的目标不仅是废木材,而是不论污水污泥和食物垃圾等,与种类无关都能将有机废弃物制作成燃料的绿色燃料制作设备。杨教授说:“用燃料制作的原理都是一样的,家畜的粪便也可以变成燃料。不过,要使球团矿有用,在其燃料化过程必须考虑经济性,因为球团矿要输出很多热量,所以集中于目前东西发电使用的污水污泥和废木材。”杨教授研究组的绿色球团矿比现有的进口木材球团矿煤烟少,价格低廉,且热量更高。杨教授称:“我们想超越代替进口木材球团矿的作用,制造真正的燃料,因此比进口球团矿有着更优越的热效率是理所当然的。” 梁教授团队制造的设备利用的是水热碳化技术。碳化技术是指压缩碳成分的过程。大致有干馏和水热碳化法,干馏就像柴烧炭的过程。在提高碳密度的过程中,会产生一氧化碳和氮氧化物等没有完全燃烧的副产品。干馏方式的话,散发到空气中的副产品采集困难,会对环境产生不利影响。而利用水热碳化技术,副产品容易溶入水中,更易处理和还原。实际上,要运用绿色塑料设备,除了要考虑流程的经济性,热量,材料混合比例外,催化技术也十分重要。因为降低水热碳化过程所需的温度和压力条件需要催化技术。 ▲梁铉益教授为解决唐津火力的环境问题,从去年11月开始研制利用垃圾的能源设备。 梁教授的设备开发历时1年3个月的事前验证,于去年11月正式启动。目前,该厂正在研制1吨规模的设备,测试其可操作性。预计2年后将实际投入唐津火力发电所100吨大小的设备。梁教授在成功完成此次研究后,还想将系统移植到缅甸。他说,绿色球团矿是所有国家所需要的技术,环境问题并不能只依靠一个国家得到解决。 韩国对垃圾和下水作为燃料进行再利用的技术方面,在全世界处于领先地位。梁教授的此次开发将彻底解决替代能源的必要性和垃圾处理方案这一环境问题。不仅如此,水热碳化处理结果其纯度非常高。梁教授说:“碳的纯度很高,甚至可以用来制作显示器。光催化剂的开发,有望为环境问题提出多种解决方案。” 稿/ 金显燮记者 swiken1@hanyang.ac.kr 图/ 金珠恩记者 coram0deo@hanyang.ac.kr

2020-02 19

[学术][优秀R&D] 宋智勋教授,勾勒出教育福利政策路线图

文理科合并、自私高(自立型私立高中)的废除与免费供应伙食是最近的热门教育问题。韩国在经济合作与发展组织(OECD)国家中升学率占第一位。因此,教育福利政策是一个热点。为了落实教育福利政策,需要相关依据。教育工学系宋智勋教授正在研究如何找到教育福利政策的依据与预估衍生效果的方法。 教育部制订全国10所政策重点研究所,助力于防止校园暴力与私教育政策等研究。韩国研究基金会在2013年汉阳大学师范学院的教育福利政策重点研究所(以下教福研)委托了以学校为中心的教育福利实行方案。这项研究计划共9年,分3年进行,2019年10月16日迎来第三阶段第二个年度(第8年)。宋教授以教福研所长的身份带领研究所进行研究。 ▲ 首尔校区教育工学系宋智勋教授担任汉阳大学师范学院教育福利政策重点研究所所长。 教福研在一年期间一年内发表了两个基本研究课题与四个随时研究课题进行研究。基本研究与随时研究各解决教育向上平均化等中长期课题与免除校服费和岛屿地区内女教师性骚扰事件等需紧急处理的问题。宋教授说道“不以政策的正确与否为准,而是以实行政策的方法与依据,和其所带来的衍生效果为研究方向。”教福研还为负责寻找新进研究者并为他们提供支援。有6名硕士研究生参与研究,为成为教育工学者或教育研究者而努力。 宋教授在进行研究之前,先感受到了需要确立教育福利的必要性。但含糊不清的是,教育福利是否应该纳入社会福利方案,又是否应该独立处理。不仅如此,教育部、保健福利部、女性家族部等负责教育福利的机构太多,很难进行有效的支援。 宋教授将“为学生们创造幸福的学校生活”定义为教育福利,并在去年第3阶段制定了第一年度教育福利计划。教福研(教育福利政策重点研究所)确立了教育福利的定义和对象,支援金的出处和分配,提供给受惠者的福利种类等。进一步说,所有涉及教育福利的机构都进行了实况调查,然后将重复或遗漏的领域进行了补充。通过这些可以比较各地方自治团体的水平,确认教育福利恶劣的地区。目前正在研究如何适用第一年度制定的教育福利计划。教福研究所正在致力于制作评价教育福利实践水平的工具。 ▲首尔校区教育工程系宋智勋教授说道:“为了缩小教育差距,首先要考虑学业能力的先行因素,而不是学业能力。多给孩子们一些关注,有助于缩小教育差距。” “情绪稳定的孩子学业能力也很好。为了孩子们的幸福学校生活,不仅是学校,父母以及政府也要关心孩子。”宋教授希望通过提供教育福利来缩小教育差距。教育福利涉及学习、情绪、身体、文化振兴4个领域。仅仅依靠数量上的支援并不能缩小教育差距。宋教授以教育福利优先指定学校的一名老师每星期六和孩子们一起运动的结果来看,孩子们的越轨行为减少,学业能力提高的轶事为例,强调了关系和情绪层面。 稿/ 尹铉锡记者 aladin@hanyang.ac.kr 图/ 李铉善记者 qserakr@hanyang.ac.kr

2020-02 13

[学术][本月研究者]崔胜元教授引领欧洲商用无线设备上市指南的标准化

欧洲市场存在要推出商用无线设备的指示。引领汉阳大学通信信号处理研究室的融合电子工学系崔胜元教授正在制定欧洲修改的无线装备方针的协调标准。在标准化过程中,相关技术的开发也在进行。 通过技术专利化获得的专利费也引人注目。一起了解一下崔教授研究组的欧洲无线装备指南相关标准化研究。 ▲融合电子工学系崔胜元教授正致力于欧洲无线设备指针的标准化活动。 为了在欧洲市场推出商用无线设备,存在需要遵守的方针。这是欧洲议会指定的规则:“无线装备指南(RED; Radio Equipment Directive)”。无线电设备指南具有抽象的,全面的要求,难以根据有关指南加以规范。欧洲议会为了解决这个问题,正在制定应对无线装备指南条款的协调标准(harmonised standards)。无线设备制造商为在欧洲市场销售无线设备,必须使本公司的产品达到协调标准要求的规格。 最近修改了无线设备指南。增加了软件重组,个人隐私和安全方面的条款。崔教授研究组与欧洲通信标准化组织(ETSI; European Telecommunications Standards Institute)技术委员会RRS(Reconfigurable Radio Systems)的会员们共同对该方针相关的标准化活动。还研究了新增加的条款。令人印象深刻的是,通过标准化活动开发了可以重新构成软件的无线机器的架构及接口。目前,崔教授研究组正在努力将开发标准案采纳为与无线装备方针的软件再构成相关的条款相对应的协调标准。 研究过程并不容易。虽然第一阶段的标准化工作于2017年1月全部结束,但制造商的反应并不理想。 他向多家无线设备制造商介绍技术,但大多持怀疑态度。汉阳大学通信信号处理研究室完成的协调标准一旦被采纳为欧洲无线装备指南标准文件,事情就会变得不同。当相关标准成为国际标准后,将成为国内外所有制造商必须遵守的强制性标准。这也意味着很多制造公司一定要遵守崔教授研究室开发的技术和相关标准。 从技术,法律程序,金钱等多方面来看,此次研究也意义重大。崔教授研究组在制定标准文件时,将开发的核心架构和相关接口专利化,并反映在标准文件中。如果欧洲议会采纳崔教授研究组的标准案为协调标准,那么无线机器制造公司必须利用崔教授研究组的专利技术制造无线机器。无线设备制造商必须向崔教授研究组支付专利使用费用。 崔教授的标准化活动正在进行中。崔教授说,欧洲议会将于今年4月决定协调标准,将努力使研究小组制订的标准文件成为协调标准。他接着补充说:“为了相关技术的商用化,我们也会努力。” 稿/ 郑妍记者 cky6279@hanyang.ac.kr

2020-02 05

[学术][本月研究者]申炅勳教授,开发出生态环境诊断钥匙“安定同位素比值“分析技术

生物体内元素的安定同位素比值包含着生态系统食物链与物质起源等多样信息。ERICA校区海洋融合科学系申炅勳教授是安定同位素比值分析开发的领先者。通过分析多种元素的安定同位素比值的相对丰度比可以发现物质的起源与环境变化等信息。从生态环境科学领域至如气候变化,同科学搜查的尖端融合学问都能运用。期待具有无限发展可能性的安定同位素比值分析技术的开发及运用领域的未来。 ▲海洋融合科学系申炅勳教授说明安定同位素比值的分析 地球上存在的大部分元素都有核内包含中子的固有安定同位素。例如,氮(原子序数7,原子量14 ; 14N)内平均存在0.4%的增加一个中子的氮安定同位素(15N)。虽然是同一个元素,但不代表有相同的同位素比值。由于所有元素经过物理、化学的过程可以左右它的同位素比值。分析包含变异的安定同位素比值可以获取重要的信息。能够获取如生态系统能量流及生物地理画的循环等大量的信息。同时在不发生放射性衰变的稳定状态下进行安全分析与运用,有着重要的意义。 申教授已进行很多运用安定同位素比值分析的研究。其中,关于锦江河口湾生态环境的研究令人注目。全世界大大增加的水华现象主要原因在于淡水蓝藻无法在海水中生长。因此,锦江的蓝藻流到河口与沿岸,蓝藻细胞死后很有可能还残留着一种叫微囊藻毒素的毒性有害物质。申教授对于该问题应用安定同位素比值分析法,分析了锦江河口栖息生物体内组成蛋白质的氨基酸的氮安定同位素比值,结果发现河口生态系统内各个生物按照生态的地位积蓄的微囊藻毒素含量。 安定同位素比值分析的最大优点为能够以后在更多的领域运用的可能性很高。气候及环境变化、生态系统群集结构及生理变化与污染物质起源等有用的信息都记录在安定同位素比值。安定同位素比值分析法可用于包括农畜水产品的原产地追溯,医学、生命科学与环境及科学搜查等的多种融合领域。由于所有的物质都具有元素,安定同位素比值分析研究法将被运用在更多的领域。 ▲申教授强调安定同位素比值分析的运用可能性。 申教授是国际上利用安定同位素比值分析的研究的领导者。尤其在分子化合物水准的氮安定同位素比值的分析技术是独创的国内首例。申教授的名声背后隐含着不断的努力与苦处。申教授说道“为了分析氨基酸的氮同位素比值花费了4年的时间。由于第一次尝试,有很多挫折。对于微量的元素,掌握稳定分析同位素比值的最佳条件花费了很长时间。" 分子化合物水准的安定同位素比值分析法有很高的运用可能性。申教授还说道“十分想要尝试与其他研究者通过运用我们研究室开发的尖端安定同位素分析法进行富有创意由具有挑战的研究“。 文/ 郑妍记者 cky6279@hanyang.ac.kr 图/ 李铉善记者 qserakr@hanyang.ac.kr

2020-01 15

[学术][本月研究者]裴相洙教授,查明腺嘌呤碱基矫正基因剪刀

腺嘌呤碱基编辑器(Adenine Base Editor)是为了将基因碱基序列中的特定腺嘌呤(A)转换成鸟嘌呤(G)而开发的。首尔校区化学系教授裴相洙首次发现了只对腺嘌呤起作用的碱基矫正遗传因子剪除胞嘧啶(C)的问题。 所有生物都有遗传基因,通过基因信息产生细胞和蛋白质等。生物必须制造出自己个体所需要的蛋白质。 有时如果特定基因有错误,就会产生无益的物质,导致癌症等疾病。遗传因子剪刀作为切除或矫正部分遗传因子(DNA)的工具,对人类产生疾病的DNA的清除等的技术,是医学界应用度很高的技术。 碱基矫正基因剪刀广泛用于基因研究及实验。现有的CRISPR/Cas9基因剪刀在将DNA的两条线全部切除后,利用细胞内的DNA修补机制(DNA切割部分由细胞自行修复)。与此不同的是,腺嘌呤碱基矫正基因剪刀以指南RNA(识别目标DNA的遗传物质)为基础,在不切断DNA双重螺旋的同时,还能精妙的更换一种特定腺嘌呤碱基。指南RNA由20贝司(RNA长度单位,Nucleotide)的碱基序列组成,高概率寻找目标的DNA碱基位置。 ▲首尔校区化学系裴相洙教授找到了只对腺嘌呤(A)起作用的碱基矫正基因剪刀切除了胞嘧啶(C)的问题点。 人类基因图谱被查明后,为改变DNA而开发出“CRISPR基因剪刀”还不到7年的时间。腺嘌呤碱基矫正基因剪刀于2017年问世,至今已使用两年。因为开始使用的时间只有2年。所以到目前为止,虽然已经发表了证明碱基矫正基因剪刀准确性的论文,但相关工具所具有的特点和问题点却是未知的领域。裴教授研究组通过与基础科学研究院(IBS)共同研究,首次找出了碱基矫正遗传因子的问题点,并于去年9月24日发表到《Nature Biotechnology》网络刊。 此次研究有助于进一步理解碱基矫正基因剪刀的特性。发现在特定条件下,碱基矫正基因剪刀矫正胞嘧啶而非腺嘌呤的事实,使新的衍生研究成为可能。不仅可以治疗遗传基因剪刀的问题,还可以进行除遗传基因以外的遗传体的交替或把遗传基因转换成矫正遗传基因剪刀等多种研究。裴教授将基因剪刀比喻为“新上市的菜刀”,称“此次研究是发现刀刃稍微弯曲,衍生研究就是利用或修改这一特征”。 ▲腺嘌呤碱基矫正基因剪刀置换胞嘧啶的模式图。裴教授发现,在特定条件下,腺嘌呤碱基矫正基因剪刀(Adenine Base Editor)剪掉的不是腺嘌呤(A),而是胞嘧啶(C)。 (裴教授提供) 根据裴教授的研究,从DNA5末段开始,继胸腺嘧啶(T)之后,继氨基酸(C)之后又来了。如上图所示,腺嘌呤碱基矫正基因剪刀与“5-TCC-3”一样。当肾上腺素达到两个以上时,就可以将肾上腺素精确地替换成胺和谷氨酸等其他碱。目前,裴教授的研究组正在持续进行消除错误的腺嘌呤,碱基矫正遗传因子剪刀的制作研究,以及对变性神经素剪刀的转换可能性的后续研究。如果根据相关事实修改遗传因子剪刀,就可以改变一个碱基,,从而增加农产品产量,并有可能治疗人类疾病。 此次研究始于2018年3月,历时一年半。裴教授研究组的一名研究员为了替换腺嘌呤使用了碱基矫正基因剪刀,之后向裴教授报告说不是腺嘌呤而是胞嘧啶。裴教授研究组并不认为这是失误或偶然,而是心存疑虑。反复试验同一条件的结果,只能推测出在特定情况下会改变胸腺嘧啶的规律性,经过反复研究,可以查明碱基矫正基因剪刀本身存在的问题。裴教授表示:“在可以认为是单纯的实验失败的事件上,带着疑点进行深入调查的态度非常重要。” 文/ 金贤夑记者 swiken1@hanyang.ac.kr 图/ 金珠恩记者 coram0deo@hanyang.ac.kr

2020-01 02

[学术][本月研究者]安康昊镐教授,利用无人机掌握可吸入颗粒物的流动

目前来看,外出游玩变得困难的日子越来越多。据统计厅13日数据显示,自2015年以后,首尔市日平均可吸入颗粒物浓度超过76㎍/㎥的频率呈现逐渐增加的趋势。政府采取了停止运行煤炭发电站,实行季节管理制度等,积极努力减少微尘浓度。只有了解微尘的移动、原因和分布,才能制定有效的对策。ERICA校区机械工学系安康镐教授表示:“我们将采用无人机来掌握产生雾霾的原因。” ▲ERICA校区机械工学系安康镐教授试图用无人机发现可吸入颗粒物产生的原因。 2013年10月国际癌症研究所(IARC) 将可吸入颗粒物分类为1类致癌物质后,对可吸入颗粒物的关注激增。以颗粒大小为标准,分为直径比10μm小的可吸入颗粒物(pm10)和直径小于2.5μm的可吸入颗粒物(pm2.5)两大类。 可吸入颗粒物是通过top-down方式和bottom-up方式产生的。top-down是由大物质变成小物质的过程。在从岩石到石子、从石子到沙子的过程中,通常分子单位不会改变,因此对人体的危害较小。相反,bottom-up是随着分子发生化学反应,分子会变大的方式。超可吸入颗粒物的大小相当于PM0.1~1,因此可以进入人体肺部。 ▲ 图为,连续在28天里暴露在可吸入颗粒物中老鼠的淋巴照片(左边)和之后90天里呼吸了干净空气的老鼠淋巴照片。(安康镐教授提供) 由于肺的排出功能不足,因此要想排出吸入肺部的可吸入颗粒物,需要很长时间。实际上,安教授进行的实验中,将老鼠持续28天暴露在可吸入颗粒物中,之后的90天呼吸干净空气的实验。结果显示,虽然过了90天,但还是在老鼠的淋巴内确认了可吸入颗粒物的存在。 ▲安东教授制作的测量装备(左边)与气球装配的初期模型。(安康镐教授提供) 安教授为研究有效减少可吸入颗粒物而进行了此项实验。时时刻刻检测变化的可吸入颗粒物浓度。现有的检测设备由于规模较大,只能在实验室使用。从外面采集标本,在实验室研究标本的方式很难掌握变化多端的大气环境。不仅如此,由于大部分观测站位于地面,因此很难掌握上空的大气环境问题。 安教授为了解决问题,将测量仪器小型化,并为了测定高空中的可吸入颗粒物浓度,将仪器安装在了气球上。气球装置中,因需要抓住气球,获取数据等,需要大量的人力,具有广范围检测很难的缺点。安教授利用无人机克服了该缺点。通过无人机可以收集可吸入颗粒物的浓度、风速和风向,所以可以确认每单位每小时的可吸入颗粒物容量。 ▲测量港湾地区可吸入颗粒物的无人机。(安康镐教授提供) 安教授计划在平泽工业园区、高速公路、港口地区和农村地区实施计划。因为,不仅工业园区和汽车产生会产生可吸入颗粒物,船舶和畜牧业上产生的可吸入颗粒物也不能忽视。针对无人机是否会坠落等危险的担忧,安教授表示:”对于新科技,我们都会有一种恐惧感,以及幻想”,“我们需要以客观的眼光看待新技术,强调了利用无人机检测可吸入颗粒物的必要性。 文/ 尹石铉记者 aladin@hanyang.ac.kr 图/ 李铉善记者 qserakr@hanyang.ac.kr

2019-12 20

[学术][本月研究者]金钟昊教授,通过研发多功能纳米催化剂开启解决环境问题的途径

ERICA校区材料化学工学系金钟昊教授研发出了利用多功能纳米催化剂PdO@WO₃(PdO on WO₃)与相关物质的合成方法。目前学术界尚未研发出的PdO@WO₃,不仅可以有效地起到光触媒剂的作用,还可以有效实现电化学催化剂的作用。 ▲ERICA校区材料化学工学系金钟昊教授研发出了具有光触媒/电化学催化剂功能的 PdO@WO₃合成法与相关素材。 金教授研发的 PdO@WO₃是把具有催化特性的PdO纳米群集器引入薄氧化钨(WO₃)半导体膜的形态。由此研发出的纳米材料起到把光能转换成化学能量的光触媒作用,有效地促进碳-碳结合反应。该材料还具有激活阴极反应之一的氧化还原反应的电化学催化剂功能。 PdO@WO₃材料也有望解决多个领域的环境问题。在制造包括抗癌剂在内的药品时,必须要有碳-碳结合(连接两个苯环等)。这时需要钯 (Pd)的光催化作用。现有方式是,在溶液中加入钯混合物诱导化学反应,因此几乎不可能回收。相反,如果利用金教授研发的材料,则可以制成不均匀混合物,实现完全回收。回收的纳米材料即使多次重复使用,也可保持催化活性。钯是比金价更贵的稀有矿物之一,人们期待再次使用纳米材料可以大幅降低医药品的单价。虽然,开采矿物是一种破坏环境的行为,但是钯材料的再次利用可以解决环境问题。 目前电动汽车使用的锂离子电池具有低效率和易爆炸的危险性。因此,作为下一代电池,金属-空气电池备受瞩目。利用PdO@WO₃为阴极电化学催化剂制成的锌-空气电池的能源密度比锂离子电池高,而且没有爆发性。如果相关技术能够被商用化,预计未来研发可代替内燃机汽车的电动车开发将会变得更加容易。 ▲利用a)PdO@WO₃纳米素材作为光触媒剂进行的碳-碳结合反应模式图。b) 利用PdO@ WO₃纳米素材并采用电化学催化剂进行的氧气还原反应(ORR)结果。(金钟昊教授提供) 本次研究成果< 论文名称:Ultrathin WO3 Nanosheets Converted from Metallic WS2 Sheets by Spontaneous Formation and Deposition of PdO Nanoclusters for Visible Light-Driven C-C Coupling Reactions>是经历了实验失败之后发现的。金教授进行了由导体 WS₂ nano sheet到半导体WS₂ nano sheet的试验,意外地持续产生了不同的物质WO₃。他分析了相关物质并进行了各种实验,结果发现多功能性材料的 PdO@WO₃。之后,金教授查明了合成原理,并将其应用为催化剂材料。 金教授表示:”在被认为是失败的实验结果中,发现了新的科学事实”, “希望我们的学生不要害怕失败,而是从失败得到新的学习。”此次研究在原本意图的实验上失败,花费了1年,针对PdO@WO₃进行分析和查明,又花费一年,共耗时2年之久。 金教授的研究室(点击时移动)一直在进行可持续和环保的纳米催化剂材料的开发。金教授通过此次研究,确保了“多功能PdO@WO₃合成法以及光触媒/电气化学催化应用技术”的原始专利,并在学术杂志上发表了光触媒研究。金教授计划把 PdO@WO₃应用于金属-空气电池的研究结果,投给国际学术杂志。 文/ 金铉烨记者 swiken1@hanyang.ac.kr 图/ 李铉善记者 qserakr@hanyang.ac.kr

2019-12 12

[教师][优秀R&D]金希珍教授为阿尔茨海默病患者设计了全新的治疗方案

医学院神经科学教室金希珍教授研发的能够治疗阿尔茨海默病患者的药物BAN 2401临床研究,意味着对阿尔茨海默病的治疗又迈进了一步。BAN 2401可以去除诱发阿尔茨海默病的主要致病原因之一的淀粉样蛋白。如果给还没有正式发病的早期患者注射BAN 2401,将会取得较大的治疗效果。记者采访了为治疗阿尔茨海默病而开辟出另一条道路的金教授。 ▲ 医科学院神经科学教室金希珍教授正在介绍治疗阿尔茨海默病的药物BAN 2401。 人体内蛋白质的原料是氨基酸。通常,氨基酸之间正确的结合会制造出正常的蛋白质,但错误的氨基酸结合则会产生非正常的蛋白质。导致阿尔茨海默病的最大致病因素就是非正常的蛋白—淀粉样蛋白。聚集成一团的淀粉样蛋白会切断神经细胞的移动通道。在该过程中,脑细胞会消失并诱发阿尔茨海默病。 研究显示,BAN 2401可以克服淀粉样蛋白。BAN 2401是通过和像线团一样复杂的淀粉样蛋白的选择性结合,消灭淀粉样蛋白。特别是,BAN 2401对还没有发病的早期阿尔茨海默病患者非常有效。虽然,淀粉样蛋白是造成阿尔茨海默病的主要原因,但疾病发生后再供应药物的话,效果会显著下降。 金教授表示:“在阿尔茨海默病全面爆发之前,给记忆力下降的患者注射药物,取得的结果是非常鼓舞人心的。”短期记忆力下降的患者记忆力将会恢复正常,淀粉样蛋白也会大部分被消除。 ▲ 金希珍教授正在为治疗阿尔茨海默病患者而努力。 因为是与新药相关的临床试验,金教授进行了多项有条件的实验。存在公开延长、违约对照、双重遮掩等多种条件。公开延长是指在一段时间内,在患者不知情的情况下进行服药,过了一定时间后,公开药物并延长服药时间。违约对照是指按照概率50:50,给实验患者提供真药和假药然后得出实验结果的方法。此时,现有的药物也会被同样使用。最后,双重遮掩是指医生和患者都不知道目前对实验者使用的是什么药下进行试验。 从社会层面来看,治愈阿尔茨海默病也是很有价值的。从疾病特性上看,每个阿尔茨海默病患者平均需要3名护理人员。阿尔茨海默病会影响周围人的日常生活和职场发展。如果能够通过BAN 2401药物对阿尔茨海默病患者产生积极的变化,那么情况就会不同。社会上阿尔茨海默病患者人数减少,那么管理的人力也将随之减少,并带来可观的经济及社会效益。 文/ 郑燕记者 cky6279@hanyang.ac.kr 图/ 金周恩记者 coram0deo@hanyang.ac.kr