지난달 12일 우리대학 △장진아(융공·기계) 교수 △박예진(융공 석사) 씨 △강병민(융공 석사) 씨 연구팀이 별도의 처리 과정 없이 미세 조직을 생산 가능한 3D 바이오프린팅 기술을 개발했다. 현재 3D 프린팅으로 장기를 만들 때 사용되는 탈세포화 세포외기질 바이오잉크는 번거롭고 시간이 많이 드는 혼합, 가교, 세척 단계를 거쳐야 한다. 이는 변형되기 쉬운 탈세포화 세포외기질을 단단하게 만들기 위함이지만, 불가피하게 동반되는 물리적 자극은 조직이 의도된 형태를 온전히 유지할 수 없도록 방해한다. 이에 연구팀은 가시광선을 쫴 광활성 탈세포화 세포외기질 바이오잉크를 빠르게 굳혀 제작 과정을 단축했다. 만들어진 미세 조직은 조직 형태가 안정적이며, 간·대장 등 실제 조직과 생리적으로 유사한 것으로 밝혀졌다. 장 교수는 “미세 조직을 간단히 대량생산할 수 있는 이 기술을 활용하면 체외진단 의료기기의 획기적 발전을 기대할 수 있다”라고 전했다.

우리대학 김원종(화학) 교수 연구팀이 생체 단백질인 알부민과 결합해 림프절 내 암세포를 제거하는 자가 희생 일산화질소 전구 약물을 개발했다. 전구 약물이란 몸속에서 대사 과정을 거쳐야 효과가 나타나는 약물을 말한다.일산화질소는 몸속에서 다양한 생체 기능을 유도할 수 있으나 분자의 구조적 불안정성으로 기체가 자발적으로 빠져나가 치료에 적용하기 어려웠다. 이에 연구팀은 몸속에서 선택적으로 반응해 일산화질소를 방출하는 약물을 개발했다. 이 약물은 기존 약물과 달리 물과 닿아도 저절로 분해되지 않아 보관 및 운반이 쉽고, 부작용도 현저히 낮다. 이 연구는 우리대학의 산학과제로 추진됐으며, 최근 세계적 권위 학술지 Advanced Science에 게재됐다.김 교수는 “자가 희생 일산화질소 전구 약물은 부작용을 최소화하고 치료 효과는 극대화할 수 있다”라며 “향후 암과 자가면역질환, 난치성 신경질환, 감염성 질환 등의 예방 또는 치료에 유용하게 활용될 수 있을 것으로 기대한다”라고 말했다.

우리대학 김철홍(융공) 교수 연구팀이 최근 흑백의 그레이스케일(Gray Scale) 초음파와 변형 탄성 초음파 영상을 결합해 유방암 진단을 돕는 딥러닝 모델을 개발했다. 유방암 진단에는 종양의 구조를 선명하게 보여주는 그레이스케일 초음파와 조직의 단단한 정도를 측정하는 SE 초음파가 주로 활용된다. 김 교수팀은 두 개의 초음파를 결합해 장점을 극대화했다. 환자들에게서 얻은 초음파 영상을 취합해 두 가지의 딥러닝 모델인 알렉스넷(AlexNet)과 레스넷(ResNet)을 각각 훈련하고 동시에 구동했다. 그 결과 김 교수팀의 앙상블 모델은 기존의 그레이스케일 또는 SE 초음파 영상 하나만을 사용해 훈련한 모델보다 정확도 측면에서 훨씬 우수했다. 그간 유방암 진단에 초음파 영상을 사용하는 경우 영상 화질이 낮다는 한계가 있었으나, 이번에 개발된 딥러닝 모델을 이용함으로써 두 정보를 동시에 활용해 유방암의 분류 정확도를 높일 수 있다.

우리대학 △한정우(화공) 교수 △잉 왕(Ying Wang)(화공 박사) 씨 △박병준(화공 박사) 씨가 포항가속기연구소 이국승 박사 연구팀과 공동으로 철 원자를 이중으로 활용한 전기화학적 촉매 설계 기술을 개발했다. 연구팀은 3세대 방사광가속기를 이용해 이중 원자 촉매의 원자 단위 구조를 밝히고, 이를 모사해 철 이중 원자 사이의 결합으로 이산화탄소 반응의 중간체인 일산화탄소 흡착 세기를 조절할 수 있음을 확인했다.흡착 세기를 적절히 조절해 이산화탄소 전환율을 향상할 수 있는데, 연구 결과 이중 원자 촉매의 이산화탄소 전환 효율은 단일 원자 촉매보다 2.8배 높았다. 이 연구 성과는 최근 에너지 분야 국제 학술지인 ACS Energy Letters의 표지 논문으로 게재됐다. 한 교수는 “이 촉매는 이산화탄소 전환뿐 아니라 산소 환원 반응, 수소 발생 반응, 수전해 반응, 질소 환원 반응 등 다양한 전기화학 반응을 위한 촉매로 응용할 수 있다”라고 말했다.

우리대학 이정욱(화공) 교수 연구팀이 코로나19 변이 바이러스인 오미크론을 20분 만에 판별할 수 있는 진단 기술을 개발했다. 이 기술은 단일 염기 수준에서 변이를 구별할 수 있어 기존 PCR 검사에서 잡히지 않던 스텔스 오미크론도 검출할 수 있다.연구팀은 DNA나 RNA 서열을 읽어내는 시퀀싱이 아닌 분자진단 기술을 활용했다. 기존 기술은 1회 구동 시 24시간을 소요하고 최대 96개의 시료를 처리했지만, 이 판별 기술은 1회 구동 시 30분이 소요되며 125개 이상의 시료를 판별할 수 있어 신속하게 진단할 수 있다. 특히 전문 장비가 필요하지 않아 쉽고 간단하게 진단 키트를 만들어 빠른 분석이 가능하다. 연구팀은 “오미크론 변이 대응 기술 개발에 착수한 지 4일 만에 진단 방법을 만들었기 때문에 앞으로 새로운 변이나 바이러스가 발생하더라도 빠르게 대응할 수 있다”라고 밝혔다.

우리대학 김준성(물리) 교수 연구팀이 국내외 공동 연구진과 함께 자성이 있는 반도체 물질에서 위상학적인 전자 상태에 의한 초거대 각자기저항 현상을 최초로 발견했다. 위상학적인 전자 상태는 고체 물질의 전자 구조가 위상적으로 꼬여있는 상태로, 고체의 물성을 깊이 이해하기 위한 중요한 열쇠로 여겨진다. 위상학적 전자 상태가 전도띠나 원자가띠에 존재하는 자성 위상 반도체에서 스핀 방향을 외부 자기장으로 조절하면, 전류의 흐름이 바뀌는 부도체-금속 상전이가 발생한다.연구팀은 해당 현상이 구현될 수 있는 실제 물질을 찾는 데 집중했고, 그 결과 반데르발스 물질인 Mn3Si2Te6에서 자기장의 방향에 따라 전도성이 10억 배 정도 급격히 변화하는 것을 발견했다. 기존의 자성체에서 스핀 방향을 바꿨을 때 전류 흐름이 일부 조절되는 경우는 있었지만, 전류를 완전히 흐르거나 흐르지 못하게 조절한 것은 이번이 처음이다. 연구 성과는 최상위 국제학술지인 Nature에 온라인 게재됐다.

우리대학 정대성(화공) 교수와 김주희(화공 박사) 씨 연구팀이 한국전자통신연구원(ETRI), 클랩 등과 함께 높은 성능의 지문 인식 센서를 개발했다. 지문 인식 장치는 손에 빛을 쏘면 나타나는 지문 굴곡의 음영을 수집해 이미지를 추출하는 기구로, 크게 광센서와 산화물 박막 트랜지스터 어레이로 구성된다. 광센서는 빛의 음영을 전기 에너지로 변환하고, 산화물 박막 트랜지스터 어레이는 전기 에너지를 활용해 지문 이미지를 추출한다. 기존 광센서는 주로 실리콘을 사용했는데, 연구팀은 비스플루로페닐 아자이드를 입힌 유기물을 활용했다. 그리고 몰리브덴 산화물 사이에 금을 끼운 3중층 상부 전극을 개발해 위에서 빛을 받는 형태로 광센서를 만들었다. 이를 통해 화면 전면에서 지문 인식 기능을 사용할 수 있고, 실리콘보다 빛 흡수력이 크면서 더 얇은 두께를 갖게 됐다. 연구 결과는 영국왕립화학회가 발행하는 재료공학 분야 국제 학술지 Materials Horizons 온라인에 실렸다.

우리대학 한세광(신소재) 교수 연구팀이 위 점막을 통과해 24시간 이상 위에 머물면서 약물을 전달한 후 완전히 몸 밖으로 배출되는 마이크로모터를 개발했다. 마이크로모터는 추진력이 있어 최근 새롭게 주목받고 있는 신개념 약물 전달체다. 하지만 현재 개발된 마이크로모터는 금속 성분으로 만들어져 장기의 수분과 반응해 생기는 추진력에 의해 장기 손상을 야기할 수 있으며, 약물 전달 후 분해되지 않고 몸속에 남는다는 문제가 있었다.연구팀은 헬리코박터 파일로리균이 위 점막을 뚫고 위 안에서 오래 살아남는 특징에 착안해 생분해성 고분자를 이용한 요소분해 효소 추진 마이크로모터를 개발했다. 동물실험 결과, 입으로 투여된 마이크로모터는 약물 전달 3일 후 완전히 몸 밖으로 배출돼 생체적합성에도 문제가 없음을 보였다. 한 교수는 “이번에 개발한 마이크로모터는 위장염, 위염과 같은 다양한 위 질환 치료에 효과적으로 활용할 수 있을 것”이라고 밝혔다. 한편, 연구 결과는 온라인상에서 국제학술지 Bioactive Materials와 Biomaterials에 소개됐다.

우리대학 △송창용(물리) 교수 △성대호(물리 박사) 씨 △전재형(물리) 교수 △임찬(물리 통합) 씨 GIST △노도영(물리학과) 교수 연구팀이 응축된 인간 염색체를 나노미터 수준의 분해능으로 관측했다. 연구팀은 염색체를 급속 냉동한 극저온 상태로 유지한 후 방사광가속기에서 발생한 X선을 통해 3차원 입체 구조를 선명하게 확인했다.기존에는 염색체가 계층적 구조로 알려졌으나, 이번 연구에서 염색체가 프랙탈 구조로 형성됐음을 확인했다. 이와 함께 연구팀은 염색체의 응축 과정을 보여주는 물리적 모형을 제시했다. 송 교수는 “오랜 난제였던 염색체의 3차원 구조를 나노미터 수준의 고해상도 이미지로 밝혀냈다”라며 “연구에서 개발된 기법은 바이러스 입자처럼 상세 구조가 중요한 다양한 물질의 입체 구조를 밝히는 데 활용될 예정”이라고 말했다

우리대학 △김동성(기계) 교수 △엄성수(기계 통합) 씨 △장진아(융공) 교수 연구팀이 나노섬유 매트를 이용해 인공심장 근육 패치를 개발했다. 연구 성과는 복합소재 분야의 최상위 국제학술지인 Composites Part B: Engineering에 온라인 게재됐다.그동안 한 방향으로 정렬된 나노섬유 매트는 심장 근육 재생에 큰 잠재력이 있다고 여겨졌으나, 기계적인 안정성이 부족해 실제 심장 근육 패치로 활용되지는 못했다. 이에 연구팀은 나노섬유 여러 개를 한 방향으로 정렬시켜 모으고, 이렇게 정렬된 나노섬유 매트를 다른 각도로 적층해 심근의 3차원 이방성 구조를 재현했다. 그 결과, 패치가 실제 심장처럼 펄떡이는 수축 기능을 모사할 수 있음을 확인했다.김 교수는 “향후 심장 질환의 원인을 연구하는 질병 모델을 구축하거나 급성 심근경색으로 손상된 심장을 재생하는 데 활용 가능할 것”이라며 기대감을 내비쳤다.

우리대학 △노준석(기계·화공) 교수 △정헌영(기계 통합) 씨 △김주훈(기계 통합) 씨 연구팀과 성균관대 김인기(생명물리학과) 교수가 서로 다른 두 개의 메타원자를 이용해 가시광선과 적외선에서 동시에 작용하는 위조 방지 기술을 개발했다. 메타원자는 빛의 성질을 극단적으로 활용하는 새로운 물질인 메타표면의 기본 단위를 일컫는 말이다.이전까지 대부분의 메타표면 장치는 가시광선 혹은 적외선 중 하나의 좁은 파장대에서만 작용한다는 한계가 있었지만, 노 교수팀은 실리콘과 금으로 빛의 위상을 조절해 가시광선과 적외선 파장대에서 모두 작용하는 높은 효율의 홀로그램 이미지를 만들었다. 이 기술을 이용하면 공개할 정보는 가시광선, 숨겨야 하는 정보는 적외선 홀로그램으로 나타냄으로써 하나의 보안 카드만 있어도 이중으로 정보를 지킬 수 있다. 연구 결과는 세계적인 학술지인 Advanced Optical Materials에 표지 논문으로 게재됐다.

우리대학 차형준(화공) 교수, 최현선(생명 통합) 씨가 경북대 조윤기(의생명융합공학과) 교수와 홍합 접착 단백질에 자기장 감응성을 부여한 접착성 마이크로 입자를 개발했다. 자기장 감응성이란 외부 자기장에 반응해 자기장 방향으로 이동하는 성질을 의미한다. 연구팀이 개발한 마이크로 입자는 자기장을 이용해 이동을 제어할 수 있으며, 빠른 유속을 가지는 통로 기관에서 약물을 국소적·장기적으로 병변 부위에 전달할 수 있다. 연구 성과는 최근 재료과학 분야의 세계적 학술지인 Advanced Function Materials의 표지 논문으로 실렸다.기존 시스템은 목표 부위로 약물을 전달한 후 자기장을 제거하면 유동적인 체내 유체 환경에서 쉽게 사라진다는 한계가 있었다. 이에 연구팀은 입자 내부에 산화철을 담아 병변 부위에 국소적으로 전달함으로써 문제를 해결했다. 차 교수는 “이번에 개발한 약물 전달용 마이크로 입자는 식도뿐만 아니라 장처럼 빠른 유체 흐름을 수반하는 장기에 발생한 질병을 치료할 때 폭넓게 활용할 수 있다”라고 말했다.

우리대학 조길원(화공) 교수와 손종현(화공 박사) 씨 연구팀이 선인장 가시의 원리를 모방해 땀을 빠르게 모으는 피부 부착형 패치를 개발했다. 이 패치는 물방울의 휘어진 곡면 안쪽과 바깥쪽에 작용하는 압력 차이인 라플라스 압력을 이용해 땀을 포집한다. 연구팀은 쐐기 형태로 표면을 만들고 마이크로 유체 관의 높이를 최적화해 라플라스 압력 차이를 극대화했다. 연구 결과, 개발된 패치를 사용하면 미세 물방울이 마이크로 유체 관의 기울기와 관계없이 빠르게 패치의 중앙부로 이동했다.조 교수는 “이 패치는 그간 포집에 어려움을 겪어 웨어러블 기기에 활용하지 못했던 땀을 빠르게 채취할 수 있는 기술이다”라며 “혈당 관리를 포함해 다양한 웨어러블 헬스케어 기술에 활용할 수 있을 것이다”라고 기대감을 밝혔다. 이번 연구는 세계적으로 권위 있는 학술지 Advanced Materials에 표지 논문으로 게재됐다.

우리대학 최원용(환경) 교수, 이신비(환경 통합) 씨 연구팀이 세계 최초로 화학적 환원제 없이 태양광만으로 녹조 발생의 주범 질산을 질소로 전환하는 광촉매 소재를 개발했다. 기존의 탈질 공정은 많은 에너지와 유독한 환원제가 필요했고, 태양광을 이용한 대부분의 시도는 다량의 환원제를 요구해 현실적이지 못했다. 이를 극복한 이번 연구 성과는 에너지 환경 분야 최고 학술지인 Energy & Environmental Science의 뒤표지 논문으로 게재됐고, 같은 학회가 발행하는 Chemistry World의 기사로도 소개됐다.수질 악화를 일으키는 녹조는 기온이 높을 때 비료나 공장 폐수로 영양염류가 공급되며 발생한다. 이 영양염류에는 다량의 질소화합물이 포함돼 있어 질산이온을 질소로 전환하는 탈질 기술이 녹조를 방지할 핵심이다. 연구팀은 정공과 계면반응으로 산화-환원 반응을 유도하는 반도체 소재에서 아이디어를 얻어 광촉매 소재를 개발했다. 이 광촉매는 물 분해 반응으로 발생시킨 수소를 바로 환원제로 사용해 별도의 화학적 환원제를 요구하지 않으면서 기존의 탈질 수처리 촉매의 문제를 개선할 수 있다.

우리대학 △김동성(기계) 교수 △윤재승(기계 통합) 씨 △정현범(기계 석사) 씨 연구팀이 텍사스주립대 김현중 교수 연구팀과의 공동연구를 통해 인간 장 상피세포의 3차원 융털구조 형성을 재현할 수 있는 다중 배양 시스템 ‘BASIN’을 개발했다. BASIN은 △24개의 상용 세포배양 인서트 △오비탈 셰이커 △개방형 기저측 챔버로 구성된다.기존에는 장 상피세포를 체외에서 배양할 경우 융털 구조를 형성하지 않거나, 만들어지더라도 대량 생산이나 장치 사용이 어렵다는 등의 문제점이 있었다. 본 연구에서는 인서트 하단부의 효율적인 대류 유동 구현을 통해 장 상피세포의 몰포겐 억제제를 제거하는 방법으로 기존 연구의 한계점들을 극복했다. 연구 성과는 미세유체역학 및 마이크로타스 분야의 국제학술지인 Lab on a Chip의 뒷면 표지 논문으로 게재됐다.김 교수는 “실제 장의 구조와 기능이 유사한 체외 장 모델을 대량으로 만들 수 있어 약물 평가 모델로서 신약 개발 등에 활용될 수 있다”라고 기대감을 내비쳤다.

우리대학과 지멘스 디지털 인더스트리 소프트웨어(이하 지멘스)가 손을 잡고 소프트웨어 엔지니어 육성에 적극 나서기로 했다. 양 측은 지난달 8일 ‘교육협력에 관한 양해각서(MOU)’를 체결해 융합공학 역량을 보유한 우수 인재 육성과 우리나라 과학기술 및 교육 기반 강화에 힘을 모으기로 했다. 우리대학에서는 지멘스가 제공하는 소프트웨어 솔루션인 ‘엑셀러레이터(Xcelerator)’를 공학 분야의 각종 △해석 △시뮬레이션 △설계 △제조 등 첨단 교과목 강의에 활용하고, 소프트웨어 엔지니어를 육성하며 학생 창업 활동을 지원할 계획이다. 지멘스는 관련 교과목 강의와 교육과정 운영에 협력하고, 온라인 교육 콘텐츠 참여를 위해 지멘스 엑셀러레이터 아카데믹 멤버십을 제공하며, 소프트웨어 교육에 대한 인증을 발행한다. 또한, 우리대학 학생들의 소프트웨어 학습을 돕기 위해 필요 시 오프라인 교육 프로그램을 개설하는 등 적극 협력키로 했다.

우리대학 △김동성(기계) 교수 △이성진(기계 통합) 씨 △서울성모병원 주지현 교수 △남유준 박사 공동연구팀이 초자연골 분화를 촉진시키는 세포배양 플랫폼을 개발했다. 연구성과는 바이오 가공기술 분야의 국제학술지인 Biofabrication에 게재됐다.연골재생이 효과적으로 이뤄지기 위해서는 줄기세포 스페로이드가 섬유연골이 아닌 초자연골로 분화돼야 한다. 기존의 불투과성 세포배양 용기에서는 스페로이드 주변의 불균일한 환경으로 인해 초자연골로의 분화 효율이 낮다는 단점이 있었다.연구팀은 나노섬유 막에 대한 마이크로 딥드로잉 공정을 개발해 연골막을 모사하는 투과성 나노섬유웰을 제작했다. 투과성 벽면을 통해 연골 분화에 필수적인 산소와 성장인자들이 원활히 투과해 균일한 환경을 제공할 수 있게 됐으며, 이를 통해 줄기세포 스페로이드의 초자연골 분화 효율을 현격히 향상시켰다.김 교수는 “퇴행성 관절염 등 비가역성, 난치성 연골 질환의 효율적인 재생 치료 방안이 될 가능성이 있다”라고 밝혔다.

지난달 17일, 우리대학과 중앙대가 ‘학생교류 및 학술교류 협약’을 체결해 교류 활성화와 상호 발전을 위한 협력을 도모했다. 협약은 △학술대회 공동 개최 △부설 연구소 공동 운영 △학생교류 △상호 학점 인정 등 학술교류 외에도 교육 프로그램과 인프라 공유를 포함한다. 특히 △온·오프라인 강의 및 마이크로 콘텐츠 공유 플랫폼 구축·운영 △학생 진로지도 및 경력개발을 위한 교과·비교과 데이터 공유 및 공동 활용 △비교과 프로그램 공동 개발 및 운영 △도서·교육자료 및 기자재 공유 등을 합의했다. 이번 협력은 같은 배를 타고 물을 건넌다는 ‘동주공제(同舟共濟)’의 말뜻처럼 코로나19 사태와 고등교육 체계의 전환기에서 대학 간 여러 방면의 긴밀한 협력을 통해 발전해 나가겠다는 두 대학의 의지를 담고 있다.

우리대학 윤건수(물리) 교수와 막스플랑크 한국/포스텍연구소(MPK) 김동언(물리) 교수 공동연구팀이 수 시간 지속되는 초임계 유체의 비평형 상분리 현상을 관측했다. 더불어 나노 입자 단위의 물질 수송 모델을 제시해 현상을 규명했다. 연구 성과는 Nature Communications에 게재됐다. 초임계 유체는 액체도 기체도 아닌 단상으로 존재하는 것이 상식이었으나, 2010년대 이르러 액체 또는 기체로 존재할 수 있다는 연구 결과가 보고됐다. 공동연구팀은 초임계 아르곤 유체를 만드는 과정에서 단열팽창 냉각으로 아르곤 스프레이가 액체의 성질을 유지하며, 기체에 가까운 초임계 유체 배경과 공존하는 상태를 구현했다. 이번 성과는 초임계 유체의 비평형 상분리 현상을 최초로 규명했다는 점에서 학술적 의의가 크다. 윤 교수는 “비평형 초임계 유체에 대한 연구는 산업 공정뿐 아니라 행성 대기, 화산 폭발, 지구 지각 내부 등 자연계 속 다양한 초임계 유체의 특성을 이해하는 데 기여할 것이다”라며 기대감을 드러냈다.

우리대학 류순민(화학) 교수, 구성현(화학 통합) 씨 연구팀이 반데르발스 결합으로 이뤄진 테트라센(Tetracene) 결정을 단일 층으로 구현했다. 테트라센과 같은 분자 결정은 약한 반데르발스 결합으로 구성돼 있어 분자 한 층 수준으로 만드는 것이 상당히 어렵고 불안정하다. 그러나 연구팀은 2차원 무기 결정을 기판으로 사용해 단일층 테트라센 결정을 만드는 데 성공했다. 여기에 건식 전사법으로 육방정 질화붕소를 덮어 빛과 열에 대한 안정성을 대폭 향상시켰다. 연구 성과는 나노 분야의 세계적 학술지인 Nano Letters에 게재됐다. 류 교수는 “테트라센 결정에서 일어나는 엑시톤의 비선형적인 증식이 태양 전지 효율의 열역학적 한계를 뛰어넘을 수 있는 친환경적인 연구로 각광받고 있다”라며 “2차원 테트라센 결정은 태양 전지의 광 흡수층을 이루는 주요 물질로 사용될 수 있고, 저차원 분자 결정의 구조와 물성 연구의 시발점이 될 것이다”라고 말했다.