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주요 연구성과

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장혜영 교수 연구실, '친환경 기술개발 연구' 논문 해외저널에 게재 위치 확인

우리 학교 장혜영 교수(에너지시스템학과) 연구실의 친환경 기술개발 연구 논문이 해외 저널에 실린다. 우리 학교 장혜영 교수 연구실은 친환경 촉매기술 연구 결과가 'Advanced Synthesis & Catalysis'에 게재된다고 밝혔다. 'Advanced Synthesis & Catalysis'는 화학분야 순위 5% 이내에 드는 저널로, 이 연구결과는 Very Important Publication (VIP) article 및 논문 front cover (2019년 7월자, 13호)로 선정됐다. 이번 연구를 통해 장혜영 교수 연구팀은 전이금속을 사용하지 않고 guanidine 계열의 유기물만을 이용해 일산화탄소를 포집했다고 설명했다. 보통 일산화탄소의 구조적인 특성으로 전이금속 촉매를 이용했을 때에만 화학적 전환이 가능했다. 그 외에도 연구팀은 포집된 일산화탄소를 또 다른 유기물로 전달해 산업적으로 유용한 다양한 구조의 포름아마이드 화합물을 합성할 수 있었다. 지구온난화를 유발하는 기체로 알려진 일산화탄소(CO)는 대부분 발전소와 제철소의 배기가스로 방출된다. 일산화탄소의 환경적인 유해성을 줄이고 지속가능한 탄소원으로 활용해 석유 의존적인 화학산업에서 탈피하고자 하는 연구가 진행되어 왔다. 장혜영 교수는 "이번 연구에서 전이금속을 사용하지 않고 일산화탄소를 포집하고 전달할 수 있는 지속가능한 친환경반응 프로세스를 발견했다"며 "일산화탄소의 화학적 전환 공정의 친환경 플랫폼으로 이용될 수 있을 것"이라고 말했다.
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김주민 교수 연구팀, 나노입자 분산액에서 ‘입자 집속현상’ 발견 위치 확인

우리 학교 김주민 교수 연구팀이 나노입자가 분산된 유체 흐름에서 직경이 수 마이크론인 입자가 유로 중앙에 집속되는 현상을 발견했다. 이번에 발견된 ‘입자 접속현상’은 미세입자 분포의 불균일성을 이해하는데 중요한 실마리를 제공해 이차전지의 제조 공정을 개선시킬 것으로 기대된다. 우리 학교 김주민 교수(화학공학과·대학원 에너지시스템학과)가 주도하는 연구팀은 나노입자 분산액의 탄성을 정량화할 수 있는 ‘미세유체 기술’을 제시했다고 12일 밝혔다. 이번 연구는 20년 넘게 이론적으로만 예측된 ‘나노입자 분산액의 탄성’에 의한 독특한 유동현상을 보고한 것으로, 산업적 활용도가 높아진 나노입자 분산액의 역학적 이해를 돕는데 크게 기여할 전망이다. 해당 연구는 중요성을 인정받아 세계적 학술지인 에 6월 7일자로 온라인 게재됐다. 논문의 제목은 이다. 해당 논문의 제 1저자는 우리 학교 김부건 학생(에너지시스템학과·박사 과정)이고, 유태현 교수(응용화학생명공학과)가 공동저자로 참여했다. 에너지 저장소자로 각광받는 이차전지는 개별 기능을 지닌 작은 입자(나노 및 마이크론 크기)를 용매에 분산시킨 뒤 기판 등에 도포해 제조된다. 이 때 이차전지의 성능은 다양한 크기의 입자를 얼마나 공간적으로 균일하게 분산시키느냐에 따라 많이 좌우된다. 김주민 교수팀이 발견한 독특한 유동 현상은 나노 크기의 입자들에 의해 발현된 탄성 때문에 마이크론 크기 입자들의 공간적인 분포가 불균일해질 수 있다는 것을 입증한다. 김주민 교수 연구팀은 미세채널(내경 25μm) 속 나노입자 분산액 내 폴리스티렌 입자(직경 6μm)의 움직임을 관찰해 입자 집속현상을 발견했다. 그 외 입자 집속현상은 혈액의 혈장을 구성하는 단백질 용액에서도 발견됐다고 김주민 교수는 설명했다. 이번 연구의 또 다른 성과는 미세유체소자를 활용해 ‘나노입자 콜로이드 분산액’의 탄성을 정량화하는 방법을 제시한 것이다. 나노입자 콜로이드 분산액은 점성만을 가지는 뉴튼유체로 간주돼 탄성의 특성은 보통 무시되어 왔다. 콜로이드 분산액은 식품, 화장품 및 각종 전자 제품의 소재 등에서 흔히 관찰할 수 있는 물질의 한 상태로, 마이크론 크기 이하의 입자가 용매에 분산되어 있는 물질이다. 김주민 교수는 “입자 집속 현상의 발견을 통해 오랜 기간 예측되어 왔던 콜로이드 유변학 이론을 증명함과 동시에 이차전지 재료 및 인체 혈장의 물리적 특성을 이해하는데 있어서 중요한 실마리를 제공할 것”이라고 설명했다.
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김성환·박지용 교수, 단백질 기반의 ‘마찰전기 수확소자’ 개발 위치 확인

우리 학교 연구진이 실크 단백질을 활용해 피부로부터 마찰전기를 높은 효율로 얻어낼 수 있는 에너지 소자를 개발했다. 이에 따라 헬스케어 분야의 원천 기술을 확보함과 동시에 천연 소재의 새로운 활용 가능성을 높이게 됐다. 우리 학교 김성환·박지용 교수(물리학과·대학원 에너지시스템학과)는 5일 피부나 옷감에 붙여 이들의 진동에 따라 생성된 마찰전기를 고효율로 수확할 수 있는 전자소자를 구현했다고 밝혔다. 이번에 개발한 전자소자는 생체친화 소재로, 높은 인장력과 탄성을 지닌 섬유로 관심을 받아온 실크 단백질을 활용했다는데 그 의의가 있다. 해당 연구는 에너지 분야 저명 학술지인 에 6월 1일자로 온라인 게재됐다. 논문의 제목은 이다. 신체 조직에 부착이 가능한 전자·광학 소자는 차세대 헬스케어 소자로 주목받으면서 현재 전 세계적으로 관련 연구가 활발히 진행 중이다. 생체신호를 직접 읽고 분석할 수 있기 때문인데, 이를 위해서는 생체조직과 같이 유연하고 늘릴 수 있는 전자소자가 필요하다. 앞서 많은 연구팀들이 유연 기판에 전극과 전자소자를 집적해 다양한 인체 신호를 읽고 분석하는 소자들을 보고한 바 있다. 이는 피부를 인공적으로 모방한 전자소자라는 개념으로 해석돼 ‘전자피부’라 불리고 있다. 그러나 이들 전자소자가 구동되려면 전기에너지 공급이 필수적이고 전자피부의 개념에서 기존의 배터리 사용이 아닌 인체로부터 직접 에너지를 수확하는 기술개발이 있어야 한다. 기술 가운데 인체의 움직임을 전기에너지로 변환할 수 있는 마찰전기 발생기가 관심받고 있다. 우리 학교 연구팀은 생체조직을 구성하는 성분 중 하나인 단백질, 그 중에서 자연에서 구할 수 있는 우수한 기계적 물성을 지닌 실크 단백질에 주목했다. 연구팀은 실크 단백질 분자수준에서의 물성개질을 위해 글리세롤을 도입해 투명하고 늘릴 수 있는 수화젤 필름을 구현했다. 수화젤은 많은 수분을 머금을 수 있는 고분자 물질인데, 고분자 분자들이 연결되면 만든 공간에 물 분자들이 들어갈 수 있고 이 때문에 말랑말랑한 물성을 지니게 된다. 우리 인체 조직도 수화젤 중 하나로 볼 수 있다. 연구팀은 새로 구현된 투명 실크필름에 은 나노와이어 전극을 집적해 안정적으로 수확된 전자들이 흐르게 했다. 또 CD의 표면을 활용해 실크 단백질 필름에 주기적인 패턴을 형성해 접촉면을 증가시켰다. 이렇게 제작된 마찰전기 수확소자는 피부에 직접 접촉시 더 좋은 성능을 보였고, 5개의 직렬연결 LED를 켤 수 있을 정도의 에너지 수확을 가능하게 했다. 이는 최초로 피부표면에 부착할 수 있는 마찰전기 에너지 수확이 가능함을 보여준 것이다. 그 외에도 광학적으로 투명하기 때문에 다른 전자기기에 부착한 터치센서, 인체의 움직임을 감지하는 동작센서로도 응용이 가능하다. 김성환·박지용 교수는 “현재 인체로부터 에너지를 수확하려는 연구는 많은 진전을 이뤘지만 생체적합성 및 생체조직과의 인터페이스 문제는 상대적으로 간과되어 왔다”며 “발상의 전환을 통해 생체 구성 성분인 단백질을 활용해 에너지 수확소자 구현이 가능하다는 것을 보여줬고, 이를 활용할 경우 생체조직과 전자소자 사이 상이한 물성 차이를 극복할 인터페이스를 제공할 수 있다”고 설명했다. 이어 “이번에 개발한 소재 기술은 바이오 소재들이 물리기반 소자 구현에도 적용될 수 있을 뿐 아니라 향후 다양한 헬스케어 소자에 적용될 수 있다”고 덧붙였다.
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서형탁 교수팀, 수소 생산 광전극 극대화…최대 97% 향상 위치 확인

우리학교 서형탁 교수(신소재공학과) 연구팀이 태양광-전류의 전환 효율이 최대 97%로 향상된 수소 생산 광전극을 개발했다. 앞서 계속된 서형탁 교수 연구팀의 연구로 태양빛을 이용한 수소 생산 기술의 실용화 시기를 앞당길 전망이다. 해당 연구는 유일한 학생(박사과정)과 샨카라 칼라누르 교수(Shankara S. Kalanur, 신소재공학과)가 공동 참여했다. 수소는 연료로 사용될 때 대기오염 없이 물만 배출하는 청정에너지원이다. 그러나 수소를 만들기 위해 화석연료를 개질하는 과정에서 온실가스인 이산화탄소를 대량 배출하는 문제가 있었다. 대안으로 전기나 태양광을 이용해 물을 수소와 산소로 분해하려는 시도가 활발하지만, 효율이 낮아 실용화가 어려웠다. 연구팀은 전극에서 태양광으로 생성된 전하의 이동을 촉진함으로써, 광전류 전환 효율을 60% 수준에서 97%로 향상시켰다고 설명했다. 뿐만 아니라 수소 생산 효율도 뛰어나, 1㎠(제곱센티미터)의 광전극을 이용해 시간당 3㎎(밀리그램)의 수소 기체가 발생했다고 덧붙였다. 기존 연구들은 태양광을 흡수해 전하를 잘 생성하는 소재 개발에 치우쳤지만 이번 연구에서 전하를 양극과 음극으로 효율적으로 분리하기 위해 니켈산화물을 적층한 것이다. 빛에 의해 생성된 전하의 손실도 줄였다. 서형탁 교수는 “저가의 니켈산화물을 전하 분리 보호막으로써 고효율 나노구조 광전극에 적용했고, 최고 수준의 광전환 효율로 수소를 생산했다”며, “추가적으로 장기 광화학반응 안정성을 개선해 실용화를 목표로 연구를 지속할 예정”이라고 말했다. 이 연구 성과는 교육부·과학기술정보통신부·한국연구재단 기초연구사업(기본연구, 중견연구)의 지원으로 수행됐다. 화학촉매 분야 국제학술지 ‘어플라이드 카탈리시스 B: 인바이런멘탈(Applied Catalysis B: Environmental)’에 3월 16일 게재됐다.
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최진혁·강석윤 교수팀 "전이·재발된 위암, 수술 후 항암치료시 생존율 높아져" 위치 확인

위암이 전이되거나 재발한 경우 수술과 항암치료를 병행하면 생존율을 높일 수 있다는 연구결과가 우리 학교 교수팀의 연구로 발견됐다. 우리 대학병원 최진혁·강석윤 교수팀(종양혈액내과)은 지난 2004년부터 2014년까지 아주대병원에서 전이성·재발성위암으로 진단받고 1차 이상의 고식적 항암화학요법을 치료받은 환자 689명을 대상으로 생존기간과 예후를 분석해 이같은 결과를 도출했다고 밝혔다. 연구 결과 3차 이상의 항암치료를 받은 환자(167명)의 중앙생존기간은 18개월로 1~2차 항암치료만 받은 환자(515명)의 8개월보다 2배 이상 길었다. 특히 육안으로 볼 때 남아있는 병변없이 완전히 절제할 수 있었던 환자들은 중앙생존기간이 30개월로 나아졌다. 최진혁·강석윤 교수팀의 논문은 각각 국제학술지 메디신(Medicine)에 '재발성 및 전이성 위암에서 3차 항암화학요법의 역할', 네이처 자매학술지 사이언티픽 리포트(Scientific Reports)에 '진행성 위암에서 고식적 항암화학요법전 수술적 절제의 역할'이라는 제목으로 발표됐다. 최진혁 교수는 "위암이 대장암 등 일부 암에서와 같이 전이·재발했더라도 가능하다면 최대한 암 병변을 수술로 제거하고 적극적으로 항암치료를 받으면 생존율을 높일 수 있다"고 말했다. 이어 강석윤 교수는 "육안으로 암병변을 완전히 절제할 수 있다면 항암화학요법을 받기 전 적극적으로 수술을 고려하는 것이 바람직하다"고 덧붙였다.
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- 작성일2019-06-21
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