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2020-03 25

[학술]한양대 김종호 교수, 금속-공기 배터리의 성능 높이는 나노촉매 개발

김종호 교수 한양대 ERICA캠퍼스 재료화학공학과 김종호 교수팀이 최근 금속-공기전지의 성능을 효과적으로 높여줄 새로운 나노촉매를 개발했다고, 한양대가 26일 밝혔다. 공기 중 산소를 이용해 충·방전하는 ‘금속-공기전지’는 리튬이온전지에 비해 에너지 저장용량이 크고, 가격도 저렴하며, 폭발 위험성이 없어 전기차 분야에서 주목하는 차세대 배터리다. 충·방전이 가능한 금속-공기 전지의 성능은 공기극(cathode)에서 일어나는 산소의 산화·환원 반응 속도가 결정한다. 지금까지 산소 산화·환원 반응을 촉진시키고자 값비싼 백금(Pt)과 루테늄(Ru)이 촉매로 사용됐다. 하지만 이와 같은 촉매는 가격이 비싸면서도 안정성이 떨어져 배터리 수명을 단축시키는 문제점이 있었다. 이로 인해 가격이 저렴하고 성능이 우수한 탄소 촉매의 필요성이 제기됐다. 김 교수팀은 ‘용매열 라디칼 합성법’을 고안, 탄소 촉매의 나노구조와 활성을 정밀하게 조절함으로써 해당 문제를 해결했다. 김 교수팀은 다공성 탄소 나노구조체에 코발트 원자 또는 코발트 나노입자를 포함시켜 유기-무기분자 간 상호작용을 조절하고 촉매의 구조와 활성을 정밀하게 제어해 촉매의 성능과 안정성을 높였다. 이렇게 개발된 탄소나노촉매를 이용해 제작된 금속-공기전지는 기존 촉매 대비 가격이 30% 정도로 매우 저렴하며, 오랜 충·방전 후에도 100% 이상 향상된 안정적 성능을 유지한다. 김 교수는 “값싸고 성능이 우수한 탄소 나노촉매를 금속-공기 전지에 적용하면 전기차 제작 단가를 획기적으로 낮출 것”이라며 “이번 연구는 분자제어를 통해 촉매 구조 및 성능이 정밀하게 조절된 차세대 나노촉매 소재 개발에 새로운 방법을 제시했다”며 연구의 의의를 밝혔다. 이번 연구는 한국연구재단으로부터 지원받아 한양대 ERICA캠퍼스 화학분자공학과 이상욱 교수팀과 함께 진행됐으며, 연구결과는 (논문명 : Molecular engineering of nanostructures and activities on bifunctional oxygen electrocatalysts for Zinc-air batteries) 화학·환경 공학 분야 최상위 국제저명학술지인 「Applied Catalysis B: Environmental」에 지난 9일 온라인 게재됐다. ▲ 효과적인 분자제어를 통한 탄소기반 나노촉매 합성 <참조> 관련 논문 : 2020_3_Molecular engineering of nanostructures and activities on bifunctional oxygen electrocatalysts for Zinc-air batteries 『응용 촉매 B: 환경(Applied Catalysis B: Environmental)』

2020-03 24

[학술]한양대 산학협력단, 여주시 문화재 복원 위해 용역 착수

여주시 파사성(출처: 여주시) 한양대 산학협력단이 경기 여주시 파사성 종합정비 계획 수립 용역을 맡았다고 19일 밝혔다. 국가사적 제251호 파사성은 삼국시대에 조성됐으며, 신라의 한강유역 진출기에 교두보로서 역할을 수행한 중요한 산성으로 알려져 있다. 특히 조선 임진왜란기 유성룡은 1593년(선조 26) 일본군이 부산으로 후퇴한 이후 경기 방어계획을 구상했는데, 이때 경기좌도의 핵심 방어시설로 축성된 것이다. 한양대는 파사성의 종합정비를 위해 ▲문화재의 원형에 충실한 보존 및 복원 방향 제시 ▲그동안의 학술성과를 반영한 단계별 정비계획 수립 ▲탐방로 및 배수로 정비 ▲기존 시설 보수 및 신규 시설 설치 ▲경관조명 계획 ▲생생문화재 활용사업 등을 종합적으로 검토할 계획이다. 파사성 주변은 이포보와 남한강 자전거길, 천서리 막국수촌이 형성돼 있어 문화재·관광·먹거리를 함께 즐길 수 있어 시너지 효과가 큰 지역이다. 시는 "현재 공사 중인 이포보와 파사성 주차장을 연결하는 인도교가 완공되면 더 많은 관광객이 방문할 것으로 예상 된다"고 밝혔다.

2020-03 24

[학술]한양대 전자시스템집적연구실, 시스템통합회로연구실 유연 TFT, OLED 시제품 개발

한양대가 한국전자통신연구원(ETRI)이 구축한 '유연 전자소자 일괄공정 플랫폼(FEPP)'의 지원을 받아 유연소자 시제품 개발에 성공했다고 18일 밝혔다. 이 플랫폼을 통해 한양대 전자시스템집적연구실(IELAB)은 OLED 디스플레이의 화소 특성을 개선하기 위하여 새로운 화소 회로 기술을 개발코자 했다. 연구팀은 개발한 기술이 설계 수준에 그치지 않고 이를 실제로 구현하기 위한 방법을 찾아 ETRI 연구진과 시제품 제작, 평가를 통해 기술 구현 가능성을 성공적으로 확인하였다. 한양대 시스템통합회로연구실(SICLAB)도 설계한 회로를 시제품으로 만들어보는 협업을 진행했다. 기존의 편평한 디스플레이 패널와 달리 플렉시블 디스플레이는 기계적 스트레스와 변형에 지속적으로 노출된다. 이러한 외부 환경에 보다 잘 견딜 수 있도록 설계한 회로를 실제로 제작해 보면서 관련 특성을 점검하고, TFT 특성평가 회로 연구에 도움을 받아 시제품을 제작했다. ETRI는 해당 플랫폼을 통해 대학 및 기업들의 요구사항에 맞는 유연 전자소자 시제품을 서비스로 제작하고 있다. 향후 부족한 부분을 보완, 본격 서비스를 제공할 계획이다. 유연 전자소자는 차세대 디스플레이, 입는(Wearable, 웨어러블) 디바이스 등에 활용된다. 지난해 시범 서비스를 시작한데 이어 올해 추가 지원에 나선다. 한양대 권오경 교수(한국공학한림원 원장)는 “학교, 스타트업, 중소·중견 기업들이 아이디어를 시제품 형태로 제작해 구현해볼 수 있는 좋은 기회였다. 정부출연연구원의 공공 역할과 사회적 책무를 다한 것에 감사하다”고 설명했다. ▲ 한양대 IELAB/SICLAB 제공한 플렉시블 전자소자. 학교에서 구현하고자 하는 아이디어를 실현하기 위하여 플렉시블 TFT 회로를 제공하여 공유/협업 플랫폼을 촉진시킨 사례 (출처: ETRI)

2020-03 06

[학술]신현구 교수, '심정지 회복 환자의 체온유지' 연구논문 발표

▲ 신현구 교수 신현구 한양대 구리병원 응급의학과 교수팀이 '심정지 회복 환자의 체온유지'에 대한 연구 결과를 응급의학 분야 국제학술지인 인공호흡저널(Resuscitation) 3월호 게재했다고 4일 밝혔다 . 이번 연구결과는 (논문명: Efficacy of the cooling method for targeted temperature management in post-cardiac arrest patients: A systematic review and meta-analysis)으로, 심정지 후 자발순환회복에 성공한 환자에게 목표체온유지치료를 시행함에 있어, 체표면 냉각법과 혈관내 냉각법은 환자의 생존율과 좋은 신경학적 예후에 큰 차이를 보이지 못했다는 내용이다. 신 교수는 "목표체온유지치료를 시행하기 위한 체표면 냉각법과 혈관내 냉각법은 아직까지 어느 한 가지 방법이 더 우월하다고 말하기 어렵다"며 "환자의 임상적인 상태와 비용-효과적인 측면을 고려하여 적절한 방법이 선택되어야 할 것이며, 추가적인 대규모 무작위대조군 연구가 필요하다"라고 말했다. 한편, 신현구 교수는 한양대학교 의과대학을 졸업하고 동 대학원에서 박사학위를 취득했으며, 현재 한양대학교구리병원에서 응급의학과 조교수로 재직 중이다. 대한응급의학회 정회원, 대한응급의료지도의사 정회원, 미국심장협회 전문심장소생술강사, 대한심폐소생협회 한국전문소생술강사, 한국전문외상처치술강사 등 활발한 활동을 하고 있다.

2020-03 01

[학술][사랑한대] 휴먼·생태분석연구실, 바다의 미래를 생각하다

대형고래의 죽음과 해양오염, 바다의 미래를 생각하다 한양대학교와 세계자연기금(WWF) 등 고래 전문가 30여 명이 지난 1월 제주에서 공동으로 대형고래를 부검했다. 발견된 고래는 길이 12.6m, 무게 12t의 암컷 참고래다. 그동안 국내에서도 해양포유류 사체 부검이 이뤄졌지만, 10m 이상 대형고래 부검은 이번이 최초였다. 해양융합과학과 휴먼·생태분석연구실(HEAL)의 도움을 받아 관련 이야기를 자세히 들어봤다. Q1. 지난 1월 제주도에서 발견된 대형고래 부검에 한양대 휴먼·생태분석연구실이 참여한 것으로 알고 있습니다. 휴먼·생태분석연구실은 어떤 곳인지 소개를 부탁드립니다. A1. 문효방 교수님께서 이끌고 계신 휴먼·생태분석연구실(Human & Ecology Analytical Laboratory; HEAL)은 환경, 생태,인체의 통합적 관점에서 환경오염물질의 거동과 생물축적을 연구하고, 다양한 환경오염물질이 생태계와 인간에게 미치는 영향을 평가하는 곳입니다. 특히 우리 연구실은 첨단분석기법을 이용해 보다 정밀하고, 보다 정확한 화학물질 측정을 기반으로 생태계와 인간에 대한 환경오염물질의 위해성을 평가하며 그 관리 방안을 제시하는 것을 목표로 삼고 있습니다. Q2. 목소리 연구원님은 어떤 연구를 하시나요? A2. 저는 해양융합과학과 소속으로, 현재 휴먼·생태분석연구실에서 휴먼·해양포유류의 환경오염물질 관련 연구를 수행 중입니다. 구체적으로 설명하자면, 자연분해 되지 않아 동식물 체내에 축적되는 오염물질인 ‘잔류성유기오염물질(POPs)’ 연구를 진행하고 있습니다. Q3. 지난 1월에 진행된 대형고래 부검 이야기가 궁금합니다. 우리나라에서 대형고래 부검이 이뤄진 것은 최초라고 들었는데요. A3. 그렇습니다. 제주 해상에서 대형고래가 발견된 것은 2004년 이후 16년 만으로 해양 환경변화와 고래생태 등 다양한 분야의 연구에 큰 도움이 될 것으로 기대를 모읍니다. 이 고래가 발견된 것은 지난해 12월 22일이었습니다. 제주 한림 근처 바다에서 여수 선적에 의해 표류한 대형 수염고래가 발견됐어요. 이후 한림항에 정박해 대형고래의 정확한 생물 종을 판단하기 위한 유전자 검사를 했고, 참고래로 판명됐습니다. 참고래는 ‘해양생태계의 보전 및 관리에 관한 법률’에 따라 해양보호생물로 지정돼 있어 유통 및 거래가 금지되고, 연구 목적으로만 이용이 가능합니다. 따라서 제주대 주도로 다양한 분야의 전문가들이 모여 참고래 부검 및 생물학적 연구를 하게 됐죠. ▲(좌) 지난 1월 제주도에서 길이 12.6m, 무게 12t의 암컷 참고래 부검이 진행됐다. (우) 휴먼·생태분석연구실은 환경, 생태, 인체의 통합적 관점에서 환경오염물질의 거동과 생물축적을 연구한다. Q4. 부검이 어떤 과정으로 진행됐는지, 현장 상황은 어땠는지도 말씀해주세요. A4. 제주대, 서울대, 인하대, 한양대, 한화 아쿠아플래닛, WWF 등에서 파견된 전문가 약 30명이 이번 부검에 참여했습니다. 참고래의 사인을 규명하고 기생충, 생태학, 질병학, 유기오염 물질, 해양쓰레기 등에 관한 연구를 진행하기 위해서죠. 올해 1월 2일, 제주 한림항에 사전 집결해 참고래 부검 현장점검 및 외부형질 기록을 진행했습니다. 이후 다양한 연구 분야의 전문가들과 부검 관련 정보 및 연구 분야를 소개하는 공동 연구 워크숍이 열렸죠. 다음날인 1월 3일에는 이른 아침부터 저녁까지 부검 및 샘플링이 이뤄졌습니다. 현재 각 연구팀이 이때 얻은 자료를 기반으로 자체 연구를 진행 중인 것으로 알고 있습니다. 참고래 사체가 해양에 표류하고 부검되기까지 2~3주가량, 꽤 오랜 시간이 흘렀기 때문에 부패가 심하게 진행된 상태였습니다. 참고래는 최대 27m 이상 자라기 때문에 이번에 발견된 고래는 어린 개체로 추정됐어요. 부검 시 고래의 장기 속에서 낚싯줄과 그물, 스티로폼, 플라스틱 조각 등이 나왔죠. 해당 오염물이 고래의 직접적인 사인이라고 판단하긴 어렵지만, 인간이 버린 쓰레기로 인해 먼바다의 고래까지 피해를 보고 있다는 것을 확실히 알 수 있었습니다. Q5. 휴먼·생태분석연구실은 현재 어떤 연구를 진행하고 있나요? A5. 한양대 휴먼·생태분석연구실에서는 저를 포함해 총 3명의 대학원생이 부검에 참여했습니다. 부검 및 각 부위의 시료 채취, 사체 폐기 처리까지 함께 진행했죠. 채취한 참고래 시료를 이용해 잔류성유기오염물질(POPs)과 다양한 환경오염물질에 대한 정밀분석을 진행 중입니다. 최신 첨단 분석기술인 비표적 분석기법을 적용해 신규 오염물질 또한 파악할 예정입니다. Q6. 해양오염을 파악하는 데 해양포유류 연구가 중요한 이유는 무엇인가요? A6. 인간의 활동으로 생성, 사용되는 다양한 화학물질 중 일부는 잔류성, 독성 성질을 가져 지속적으로 생태계를 위협하고 있습니다. 이런 환경오염물질은 물리·화학적 특성에 따라 환경 중에 분포하다 최종적으로는 해양에 도달하게 됩니다. 생물체 내에 축적돼 이를 먹이로 하는 인간이나 상위포식자 생물에게까지 전달되고 독성 영향을 일으킬 수 있지요. 특히 해양포유류는 해양에 서식하는 인간과 같은 포유류 동물이며, 섭취하는 먹이는 물론 생리학적으로도 매우 비슷하다고 할 수 있습니다. 또 이들은 해양에서 생존하기 위해 두꺼운 지방층을 보유하는데, 다양한 유기오염물질은 친지질성의 성질을 가지고 있어요. 따라서 해양포유류 체내에 축적될 가능성이 매우 높죠. 해양포유류는 해양오염을 파악할 수 있는 중요한 지표종으로서, 해양포유류 중의 환경오염물질 연구는 그 가치가 매우 큽니다. ▲국내에서 처음으로 진행되는 대형고래 부검에 30여 명의 전문가가 참여했다. Q7. 해양오염과 관련된 주요 이슈는 무엇인가요? A7. 플라스틱 쓰레기와 미세플라스틱 문제입니다. 우리가 애용하는 다양한 플라스틱 제품 생산에는 수많은 화학물질이 사용됩니다. 이들 중 일부 화학물질은 이미 여러 연구를 통해 인간 및 생태계에 영향을 줄 수 있는 물질로 알려져 있습니다. 플라스틱 제품을 사용하며 배출되는 환경오염물질뿐 아니라 해양에 버려진 플라스틱 쓰레기에서도 환경오염물질이 용출돼 해양을 오염시킬 수 있어요. 게다가 플라스틱은 비교적 가볍기 때문에 해류에 따라 이동하며 다른 지역, 더 먼바다에까지 흘러갑니다. 그만큼 환경오염 물질을 멀리 이동시키는 매개체가 되는 거죠. 또한, 분해되지 않는 성질로 인해 잘게 쪼개져 미세플라스틱으로도 존재할 수 있습니다. 해양의 플라스틱 쓰레기는 그 자체로도 해양생물 및 생태계에 영향을 미칠 수 있지만, 미세플라스틱은 생물체 내부에 쌓여 더 큰 위협이 됩니다. 따라서 플라스틱 쓰레기 및 미세 플라스틱에 의한 해양오염은 생태계 및 환경자원 보전 차원에서 굉장히 중요한 이슈로 떠오르고 있습니다. Q8. 해양오염을 줄이거나 막기 위해 한양인이 할 수 있는 일이 있을까요? A8. 가장 쉽고 간단한 것은 플라스틱 쓰레기를 줄이는 일입니다. 머그컵이나 텀블러 사용을 생활화해 플라스틱 또는 일회용품 사용을 줄여야 합니다. 또 해안 등 자연에 직접적으로 버려지는 플라스틱 쓰레기가 굉장히 많아요. 이를 줄이기 위해 쓰레기 함부로 버리지 않기, 재사용, 분리수거 등 작은 일부터 실천하는 게 좋겠습니다. 드넓게 펼쳐진 바다, 꽁꽁 얼어있는 북극과 남극의 빙하, 육지를 흐르는 강과 호수, 땅속을 흐르는 지하수에 이르기까지 지구는 풍부한 물로 이루어져 있다. 물은 지구 생명체가 살아가는 데 꼭 필요한 요소이며, 그 대부분은 바닷물의 형태로 존재한다. 지구가 푸른 행성인 것도 지구 겉면의 70%를 차지한 바다 때문이다. 해양오염에 관심을 가지고 바다를 지키는 것은 지구의 생명을 지키는 일과 다르지 않다. 정리 편집실 | 자료·검토 목소리 연구원(해양융합과학과 박사과정), 문효방 교수(휴먼·생태분석연구실) 본 내용은 한양대 소식지 '사랑한대'의 2020년 봄호(통권 제253호)에 게재된 것입니다. ▶ 사랑한대 2020년 봄호(통권 제253호) 보러가기

2020-02 28

[학술]장재영 교수, 웨어러블 기기의 에너지원으로 사용가능한 열전소재 개발

한양대 장재영(36·사진) 에너지공학과 교수팀이 최근 자가치유 특성을 가진 신축성 고분자 열전소재를 개발했다. 열전소재는 온도 차를 이용해 열에너지를 전기에너지로 변환하는 재료로, 현재까지는 금속이나 세라믹 기반 소재를 사용하고 있다. 재료과학 분야 세계 권위지인 「어드밴스드 펑셔널 머터리얼스 (Advanced Functional Materials)」 26일자 표지논문(Back Cover)으로 발표된 장 교수팀의 연구 성과가 상용화될 경우, 체온만으로도 웨어러블 기기 배터리 충전이 가능해져 기기의 사용시간이 대폭 향상될 것으로 전망된다. 장재영 교수 정용진 교수 기존에도 변형이 힘든 금속 대신 고분자 기반의 신축성을 갖는 열전소재에 관한 연구가 활발히 진행됐다. 하지만 부드러운 물성(物性)을 가진 유기물은 물리적 충격을 받을 경우 쉽게 열전 특성을 잃어버린다는 단점이 있어 상용화가 어려웠다. 따라서 웨어러블 디바이스의 에너지원 등 보다 다양한 분야에서 활용하기 위해 유연성과 신축성을 가지면서도 외부 충격에 의해 생기는 크랙(crack) 등을 자가 치유함으로써 안정성을 가질 수 있는 새로운 유기 열전소재 개발의 필요성이 제기됐다. 이런 문제점을 해결하고자 장 교수팀은 기능성 유기소재를 사용함과 동시에 소재 디자인과 제작공정 전략을 함께 제시함으로써 최적의 열전 특성을 보이는 소재를 개발했다. 장 교수팀은 나노와이어 형태의 ‘공액고분자(conjugated polymer)’를 효과적으로 도핑(doping)해 열전특성을 띄게 하고, 이를 열가소성 고분자 탄성체 매트릭스에 분산시켜 복합체 형태의 신축성과 자가치유성을 가진 열전 소재를 개발했다. 이렇게 개발된 소재는 저온의 작은 온도차에서도 우수한 열전 변환특성을 보였고, 스크래치나 크랙 등 외부 충격에도 자가 치유되며 안정적으로 열전 특성을 유지했다. 이번 연구의 의의는 최근 활발히 연구가 진행 중인 웨어러블 디바이스의 에너지원으로써 유기 고분자 기반 열전소재의 응용 가능성을 확인했다는데 있다. 장 교수는 “이번에 개발한 기능성 열전소재는 전자피부나 웨어러블 스마트 기기 등 미래 전자소재의 개발과 상용화에 큰 도움이 될 것이다”며 “또 해당 기술은 차세대 에너지 하베스팅 관련 분야에도 널리 활용될 것으로 기대 된다”고 말했다. 이번 연구는 교육부의 재원(기본연구지원사업-SGER)으로 한국연구재단의 지원을 받아 정용진 한국교통대 신소재공학과 교수와 함께 진행됐다. ▲ 장재영 교수 연구팀이 개발한 자가치유 및 신축성 열전소재와 열전 특성 결과 ▲ 세계적 소재분야 권위지 어드밴스드 펑셔널 머터리얼스 표지 <참고자료> ■ 논문명 : Self-Healable and Stretchable Organic Thermoelectric Materials: Electrically Percolated Polymer Nanowires Embedded in Thermoplastic Elastomer Matrix ■ 저자정보 : 정용진 교수 (제1저자, 한국교통대학교 신소재공학과), 정재민 박사과정 (한양대학교), 서의현 박사과정 (한양대학교), 윤동진 박사 (삼성종합기술원), 오종규 박사과정 (한양대학교), 장재영 교수 (교신저자, 한양대학교)

2020-02 25

[학술][이달의 연구자] 채필석 교수, 질병 치료에 중요한 새 양친매성 분자 TEMs 개발

막 단백질은 다양한 질병과 직·간접적으로 연결돼있어 질병 치료에 중요한 역할을 한다. 채필석 ERICA캠퍼스 생명나노공학과 교수는 막 단백질의 안정화 특성이 뛰어난 양친매성 분자 친수성기와 소수성기가 이 중심구조의 양옆에 연결된 양친매성 분자들(TEMs)을 개발했다. TEMs는 1,3,5-triazene(3개의 수소 원자, 3개의 탄소 원자, 3개의 질소 원자로 구성된 분자구조) 기반의 분자 구조를 중심 구조로 갖고 있다. ▲채필석 ERICA캠퍼스 생명나노공학과 교수가 막 단백질 연구와 양친매성 분자 개발에 대해 설명하고 있다. 세포는 세포막으로 둘러싸여 있다. 세포의 원활한 활동과 생명 유지를 위해선 세포 안과 밖의 정보, 신호, 물질 교환이 원활해야 한다. 세포의 안과 밖을 연결해 소통의 창의 역할을 하는 것이 세포막 내에 있는 막 단백질이다. 막 단백질은 세포 활동의 핵심적 역할을 하며 다양한 질병과 직간접적으로 연결돼있다. 약물이 막 단백질 표면에 있는 결합 자리에 닿으면 해당 단백질의 기능을 조절해 질병을 치료한다. 신종플루에 걸렸을 때 먹는 항바이러스제인 타미플루가 예다. 특정 질병 관련 막 단백질에 결합하는 약물 분자를 개발하기 위해선 단백질의 3차원 구조를 원자 수준으로 알아내는 것이 중요하다. 막 단백질의 표면에는 결합자리가 존재한다. 해당 결합자리의 3차원 구조를 정확히 파악하면 여기에 결합하는 약물의 구조를 쉽게 설계할 수 있다. 막 단백질은 세포막에 존재하기 때문에 구조가 쉽게 무너지는 경향이 있다. 3차원 구조를 규명하기 까다로움을 뜻한다. 수용액상에도 막 단백질의 변성 및 응집을 막을 수 있다면 막 단백질 구조 연구는 훨씬 수월해진다. 해당 기능을 하는 분자가 바로 양친매성 분자다. 친수성기(물과 친화성이 강한 원자단)와 소수성기(기름과 친화성이 강한 무극성 원자단)를 지닌 양친매성 분자는 막 단백질 구조 연구의 열쇠 역할을 한다. 전통적인 양친매성 분자는 한계를 보였다. 수용액상에서 막 단백질의 구조를 안정화하는 데에 어려움을 겪었다. 많은 연구자는 새로운 종류의 양친매성 분자를 개발했고 대표적인 분자가 채 교수가 개발한 LMNG와 GDN이다. 채 교수는 이번 연구를 통해 본래 우수한 분자인 LMNG보다 막 단백질 안정화 특성이 더 뛰어난 TEMs 분자를 개발했다. ▲ 채필석(왼쪽에서 네번째) 교수는 막 단백질 연구를 위한 양친매성 분자를 지속해서 개발할 계획이다. 채 교수는 1,3,5-triazene을 중심구조로 하고 TEMs를 설계 및 합성했다. 1,3,5-triazene라는 중심 구조가 눈에 띈다. 1,3,5-triazene는 육각형 고리에 3개의 반응 자리가 있고 반응 자리의 반응성이 모두 다르다. 다양한 치환체를 원하는 위치에 집적해 연결하기 용이한 구조로 되어 있다. 채 교수는 해당 구조의 구조적·반응적 장점을 이용해 새로운 기능을 갖는 화학 분자를 개발했다. 채 교수의 이번 개발은 막 단백질 연구자들에게 직접적으로 도움을 준다. TEMs 분자가 연구용으로 개발됐기 때문이다. 막 단백질 연구자들은 TEMs를 사용해 질병을 치료하는데 중요한 막 단백질의 3차원 구조를 규명할 수 있다. 신약 개발자들은 해당 구조를 바탕으로 관련 질병을 치료하는 신약 개발이 가능하다. 채 교수는 “새로운 양친매성 분자의 개발, 새로운 막 단백질 구조 규명, 질병 치료 신약 개발이라는 단계별 과정이 완성돼야 실생활에 도움이 된다”며 “양친매성 분자 개발 연구는 모든 연구의 초석을 마련하는 것”이라고 말했다. 채 교수의 연구는 계속된다. 채 교수는 막 단백질 구조규명에 기여할 새로운 종류의 양친매성 분자를 지속해서 개발할 예정이다. 지금까지의 연구 방향에서 탈피해 색다른 접근 방법을 활용할 생각이다. 그는 수용액상에서 막 단백질의 안정성을 극대화할 수 있는 시스템을 구현하려 한다. 또 많은 막 단백질 연구자들이 사용할 수 있도록 양친매성 분자의 국제 특허등록과 기술 이전을 추진하고자 한다. 글/ 정연 기자 cky6279@hanyang.ac.kr

2020-02 18

[학술]최선진 교수, 실시간으로 건강상태 체크하는 휴대형 음이온 센서 개발

최선진 교수 한양대 최선진 신소재공학부 교수팀이 합성 인슐린 생산의 효율을 높이고 질병 진단에 활용할 수 있는 ‘휴대형 음이온 센서’를 개발했다고, 한양대가 14일 밝혔다. 해당 기술이 상용화된다면 체내 다양한 음이온의 농도를 체크해 우리 몸의 건강상태를 스마트폰으로 실시간 확인할 수 있게 된다. 음이온은 박테리아 세포의 성장과정을 제어하는 신진대사 스위치 (metabolic switch)이며, 우리 몸의 유전자 정보를 전달하는 물질도 음이온 성분으로 구성돼 있다. 따라서 체내 음이온 농도를 감지함으로써 특정 질병의 유무를 진단할 수 있으며, 나아가 음이온 농도 조절을 통해 박테리아 성장을 제어함으로써 인슐린 등의 합성 단백질 생산효율을 극대화시킬 수도 있다. 이런 이유로 최근 음이온의 성분과 농도를 정량적으로 분석하고자 음이온과 화학적으로 상호작용 할 수 있는 ‘리셉터(receptor)’ 분자를 합성, 음이온 감지특성을 평가하는 연구가 활발하게 이뤄지고 있다. 이와 함께 눈에 보이지 않는 음이온-리셉터 간의 화학적 상호작용을 눈으로 볼 수 있는 전기신호로 바꿔주는 음이온 센서의 개발도 함께 진행되고 있는데, 특히 휴대가 가능하면서 실시간으로 음이온을 감지하는 센서 플랫폼의 개발이 기술적 난제로 꼽혔다. 이에 최 교수팀은 전기전도도가 높은 탄소나노튜브 표면에 리셉터를 부착시킴으로써 문제점을 해결했다. 최 교수팀이 개발한 음이온 센서 플랫폼은 음이온의 성분과 농도에 따라서 실시간으로 매우 정확한 전기적 신호를 발생시켰다. 해당 플랫폼은 엄지손가락 한마디 크기(2cm)로 휴대가 간편하며, IoT 기술을 활용해 스마트폰으로도 음이온 감지신호를 실시간으로 측정할 수 있도록 설계됐다. 최 교수는 “특정 음이온과 선택적으로 화학결합을 이루는 다양한 리셉터를 활용하면 여러 음이온 성분을 전기적인 신호로 해석이 가능하다”며 “전기적인 음이온 감지 신호는 2마이크로 리터의 매우 적은 양의 샘플로 실시간 측정이 가능하다는 점에서 극소량의 바이오마커(biomarker) 성분을 분석해 질병을 진단하는 센서로 활용이 가능하다”고 이번 연구의 의의를 설명했다. 이번 연구는 미국 매사추세츠 공과대학(MIT) 티모시 스와거(Swager) 화학과 교수팀과 함께 진행됐으며, 그 결과는 국제학술지인 '어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈(Advanced Functional Materials)'에 2월 게재 및 표지논문으로 선정됐다.

2020-02 17

[학술][우수R&D] 김한수 교수, 성층권에서 사용 가능한 무인 항공기 이차 전지 개발 도전

김한수 공과대학 에너지공학과 교수가 성층권에서 운항할 무인 항공기의 배터리 개발을 시작한다. 김 교수는 국방 미래도전기술의 한 과제로 ‘황화물계 전고체 기반 무음극 고에너지 밀도 2차전지 시스템’을 진행 중이다. 국방과학연구소는 성층권에서 운항할 수 있는 무인 비행기를 개발 중이다. 성층권은 구름과 비바람 같은 날씨 제약을 받지 않는 곳으로 무인 비행기가 장시간 머물 수 있다. 무인 항공기가 연료 공급을 위한 착륙 없이 계속 비행한다면 전파 교신과 항공 촬영 등 적은 비용으로 인공위성의 역할도 대신할 수 있다. 이 때문에 현재 전 세계가 성층권 드론 운용 기술을 개발하고 있다. ▲ 김한수 에너지공학과 교수가 개발에 착수한 무인 항공기 배터리를 설명하고 있다. 김 교수는 무인 항공기의 연료인 배터리에 대한 기술 개발을 지난달 착수했다. 성층권 무인기는 낮에 태양전지로 전기를 공급받고 밤에는 낮에 비축한 전기를 이차 전지에서 공급받도록 설계될 예정이다. 이차 전지란 충전해서 재사용이 가능한 전지를 일컬으며 휴대 전화, 노트북에 사용되고 있다. 최근 전기자동차용 전지와 대체에너지의 저장 플랜트 등 반도체 못지않은 주력산업으로 주목받고 있다. 이번 연구는 두 가지 난관을 해결해야 한다. 영하 70도인 성층권의 극한 환경에서도 잘 작동해야 하며, 일몰 이후부터 해가 뜰 때까지 충전 없이 장시간 운전 가능해야 한다. 휴대 전화가 겨울이 되면 곧잘 꺼지고 금방 방전되는 것을 생각하면 도전적인 과제임을 알 수 있다. 액체 전해질을 사용하는 기존 이차 전지로는 이 문제를 해결할 수 없다. 김 교수는 고체 전해질을 이용하는 전고체 전지를 활용할 계획이다. 전고체 전지는 액체 전해질 전지보다 작동 온도 범위가 넓은 것이 특징이다. 반면 전고체 전지의 에너지 밀도는 기존 이차 전지에 비해 낮아 고밀도화를 이뤄내야 한다. 이를 위해 배터리의 전극 물질로 에너지 밀도가 높은 금속을 사용하면 된다. 지구상 존재하는 원소 중 가장 에너지 밀도가 높은 리튬을 음극으로 배치하면 되지만 연소 위험이 커서 비행기에 사용할 수 없다. 김 교수는 무음극화를 통해 해결할 계획이라고 밝혔다. ▲ 김한수 교수는 "개발 중인 극저온 구동 전지 기술이 훗날 실생활에서도 사용되길 바란다"고 전했다. 김 교수의 이번 연구가 성공하면 450Wh/kg의 에너지 밀도를 지닌 극저온 구동 전지가 개발된다. 김 교수는 “지금은 개발의 성공 여부가 중요하다"며 "하지만 훗날 이 기술이 상용화돼 실생활에서도 도움이 된다면 좋겠다”고 바람을 말했다. 그는 이어 “군용과 다르게 민간용은 대량생산이 가능하도록 조정해야 한다”며 이번 연구 과제 이후의 계획을 전했다. 글/ 김현섭 기자 swiken1@hanyang.ac.kr

2020-02 14

[학술]한양대, 해양생명자원 기탁등록보존기관 지정

한양대가 국립해양생물자원관으로부터 해양생명자원 기탁등록보존기관으로 지정됐다. 국립해양생물자원관은 지난 7일 '2020년 해양생명자원 기탁등록보존기관'으로 한양대(해양유공충자원) , 이화여대(해양미삭동물자원) , 단국대(해양단각류자원), 강릉원주대(해양섬모충자원)을 선정하여 발표했다. 현재 해양생명자원 기탁등록보존기관은 신규 지정기관 4곳을 포함해 총 18곳이다.해양생물자원관은 기탁등록보존기관을 통해 확보된 연구자원을 해양생명자원 통합정보시스템에 등록하고, 개별 기관에서 분산 관리된 연구자원을 국가적 차원에서 체계적으로 확보·관리할 방침이다. 이와 더불어 기관들을 통해 확보된 연구자원은 해양생명자원 통합정보시스템(http://mbris.kr)에 등록하고 해양생명자원의 백업 시스템을 구축함으로써 그동안 개별 기관에서 분산 관리된 연구자원을 국가적 차원에서 체계적으로 확보·관리할 수 있는 기반을 제공할 수 있을 것으로 기대된다. 최정현 기탁등록보존기관사업단장은 "신규 4개기관 지정으로 확보율이 낮은 분류군 확보 및 신종·미기록종 발굴로 국가자산화 할 수 있도록 노력하겠다"고 말했다. 해양유공충자원은 해양수산부 전략사업에 참여해 해양생명자원의 체계적인 확보·보존·이용을 통한 해양생물다양성 연구를 병행하고 자원의 조사·발굴, 효율적 관리·보존 등 체계적인 정보를 제공할 예정이다.

2020-02 13

[학술]한양대 갈등문제 연구소, 산업통상자원부 '풍력발전 추진지원단'에 참여

한양대학교 갈등문제 연구소가 최근 산업통상자원부가 추진하는 풍력발전 사업을 1대1 전담하여 지원하는 풍력발전 추진지원단(이하 지원단)에 참여한다. 산업부는 지난 6일 오후 한국에너지공단 대전충남지역본부에서 지원단 현판식을 열고 본격적인 풍력사업별 전담지원에 나선다고 밝혔다. 산업부는 지난 해 8월 23일 '육상풍력 발전 활성화 방안'을 발표하면서 지원단 의 신설을 추진해 왔다. 지원단은 풍력발전사업을 추진하는 사업자나 지방자치단체를 대상으로 사업타당성 검토와 주민수용성·환경성 확보, 인·허가 획득, 풍력단지 운영 등 풍력발전사업 전 과정을 지원하는 역할을 한다. 한국에너지공단 신재생에너지센터 소장(이상훈)을 단장으로 총괄지원·환경대응·사업지원·지역협력 4개 팀 18명이 활동한다. 공공 업체로는 지자체(울산시), 에너지공단, 한전, 전력거래소, 발전6사 전문인력과 민간 업체로 한양대 갈등문제 연구소 외에 환경·산림규제 전문가도 참여해 활동할 예정이다. 지원단은 육상풍력 입지지도·현장조사 등을 통해 풍력사업에 대한 지역주민 여론, 주민수용성 확보계획, 입지규제 저촉여부 등을 사전에 점검·보완한다 .풍력사업이 초기단계에서 주민수용성, 환경성을 고려해 추진하도록 지원한다. 특히 입지규제, 주민수용성 확보의 어려움 등으로 사업추진이 지연되고 있는 106개 풍력사업(6.8GW)을 집중지원하여 풍력보급 확대성과를 조기에 창출하겠다는 계획이다.

2020-02 09

[학술][이달의 연구자] 최승원 교수, 유럽 상용 무선기기 출시 지침 표준화 이끌다

유럽 시장에는 상용 무선기기를 출시하기 위한 지침이 존재한다. 한양대 통신 신호처리 연구실을 이끄는 최승원 융합전자공학부 교수는 유럽의 개정된 무선 장비 지침의 조화 표준을 만들고 있다. 표준화 과정에서 관련 기술 개발도 이뤄지는 중이다. 기술의 특허화로 얻는 로열티도 눈길을 끈다. 최 교수 연구팀의 유럽 무선 장비 지침 관련 표준화 연구에 대해 알아봤다. ▲최승원 융합전자공학부 교수는 유럽 무선 장비 지침의 표준화 활동에 힘쓰고 있다. 유럽 시장에 상용 무선기기를 출시하기 위해선 지켜야 할 지침이 있다. 유럽 의회에서 지정한 규율인 무선 장비 지침(RED; Radio Equipment Directive)이다. 무선 장비 지침은 추상적이고 포괄적인 요구사항을 담고 있어 해당 지침에 따라 규제하기 어렵다. 유럽 의회는 이를 해결하고자 무선 장비 지침 조항에 대응되는 조화 표준(harmonised standards)을 제정 중이다. 무선기기 제조사들은 유럽 시장에 무선기기를 판매하기 위해 자사 제품을 조화 표준이 요구하는 스펙에 충족시켜야 한다. 최근 무선 장비 지침이 개정됐다. 소프트웨어 재구성, 개인 프라이버시와 보안 관련 조항들이 추가됐다. 최 교수 연구팀은 유럽 통신 표준화 기구(ETSI; European Telecommunications Standards Institute) 기술 위원회인 RRS(Reconfigurable Radio Systems)의 회원들과 함께 해당 지침과 관련된 표준화 활동을 진행했다. 새롭게 추가된 조항들에 대해서도 연구했다. 특히 표준화 활동을 통해 소프트웨어 재구성이 가능한 무선기기의 아키텍처 및 인터페이스를 개발했다는 점이 인상적이다. 현재 최 교수 연구팀은 개발한 표준안이 무선 장비 지침의 소프트웨어 재구성과 관련한 조항과 대응되는 조화 표준으로 채택되게 노력 중에 있다. 연구 과정이 쉽지만은 않았다. 1단계 표준화 작업을 지난 2017년 1월 모두 끝냈지만 제조사들 반응은 좋지 않았다. 여러 무선기기 제조사에 기술을 소개했으나 대부분 회의적이었다. 한양대 통신 신호처리 연구실이 완성한 조화 표준이 유럽 무선 장비 지침 표준 문서로 채택되면 이야기가 달라진다. 해당 표준이 국제 표준이 되면 국내외 모든 제조사가 꼭 지켜야 하는 강제 표준이 된다. 많은 제조사가 최 교수 연구실에서 개발한 기술과 관련 표준을 꼭 준용해야 함을 뜻한다. 이번 연구는 기술·법적 절차·금전 등 다방면에서 봤을 때에도 의미가 크다. 최 교수 연구팀은 표준문서를 만들 때 개발한 핵심 아키텍처와 관련 인터페이스들을 특허화해 표준문서에 반영했다. 유럽 의회가 최 교수 연구팀의 표준안을 조화 표준으로 채택할 경우, 무선기기 제조사들은 최 교수 연구팀이 특허화한 기술들로 무선기기를 만들어야 한다. 무선기기 제조사들은 최 교수 연구팀에게 특허 로열티를 지불해야 한다. 최 교수의 표준화 활동은 현재 진행형이다. 최 교수는 “유럽 의회가 오는 4월 조화 표준을 결정한다”며 “연구팀에서 만든 표준 문서들이 조화 표준으로 채택되도록 노력하겠다”고 말했다. 이어서 “해당 기술의 상용화를 위해서도 힘쓸 계획”이라고 덧붙였다. 글/ 정연 기자 cky6279@hanyang.ac.kr