보도자료
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당뇨, 신장질환 환자들에게 희소식 저칼륨 케일 스마트팜 재배기술 개발
- 신장질환 환자 위한 저칼륨 케일 재배 스마트팜 기술 개발 - 케일의 항암성분인 글루코시놀레이트 함량증진으로 항암효과도 2배↑ 칼륨은 사람과 식물에 있어 중요한 필수 미네랄로, 우리 몸에서는 항상성을 유지하는데 역할과 함께 신경 신호 등 생리 반응과 밀접한 관계가 있는 것으로 알려져 있다. 그러나 신장 기능이 원활하지 않은 만성 신부전증 등 혈액 투석이 필요한 환자의 경우, 칼륨 배설 능력의 저하로 고칼륨혈증이 발생하기 쉬우므로 칼륨 섭취량을 제한해야 한다. 그렇지만 칼륨이 풍부한 과일과 채소의 섭취를 제한하면 삶의 질과 건강관리의 어려움이 있으므로 칼륨 함량을 낮추기 위한 대체식품이 필요한 실정이다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진)은 스마트팜융합연구센터 노주원 박사 연구팀이 조명 설비를 인공 빛으로 활용하는 인공광형 식물공장(스마트팜)에서 케일 재배 시 배양액에 칼륨을 칼슘으로 대체하여 식물의 생육에는 영향을 주지 않고 저칼륨 케일을 생산하는 데 성공했다고 밝혔다. 또한, 이렇게 생산된 저칼륨 케일은 항암성분인 글루코시놀레이트 (Glucosinolate) 함량이 증가함으로써 기능성이 더욱 향상된 신장질환 환자용 식품으로 개발될 전망이다. 그동안의 인공광형 식물공장을 이용한 저칼륨 채소 재배 방법은 배양액 조성에서 칼륨을 나트륨으로 대체하는 방식을 주로 사용하였으나, 이 경우 채소의 나트륨 함량이 증가하므로 신장질환 환자에 적용하는 데 한계가 있었다. KIST 연구팀은 배양액 조성에 칼륨 대신 우리나라의 대다수 사람들이 권장량보다 적게 섭취하고 있는 무기질인 칼슘을 넣는 방법을 활용했다. 케일 수확 전 2주간 칼륨을 칼슘으로 대체하여 배양액의 칼륨 농도를 조절하고, 나트륨의 함량이 증가하지 않는 저칼륨 케일 생산법을 개발하였다. 또한, 케일의 생산량 또한 기존 조건과 동일한 수준으로 유지할 수 있었다. KIST 연구진은 케일이 본래 가지고 있는 항암성분인 글루코시놀레이트 함량을 증진시킬 수 있는 방법도 함께 개발하여 파종 후 49일 동안 식물공장에서 재배한 케일에서 고칼륨 조건 대비 총 글루코시놀레이트 함량이 44% 증가하는 것을 확인하였다. 우리 몸속에서 분해되어 실질적으로 항암효과를 나타내는 성분인 글루코브라시신(Glucobassicin)은 약 2.1배, 글루코나스터틴(Gluconasturtiin)은 약 2.4배가 저칼륨 조건에서 증가했다. 최근 인공광형 식물공장을 통한 다양한 채소류 생산에 대해 세계적으로 관심이 높아지고 있음에도 불구하고 높은 시설 투자 및 운영비용으로 인해 산업화가 어려운 현실에서 질병 치료를 위한 특수목적용 천연물원료 생산에 대한 재배기술을 개발함으로써 국내 인공광형 스마트팜 산업화에 기여할 것으로 기대된다. KIST 노주원 박사는 “ 본 연구를 통하여 신장 기능에 어려움이 있어 칼륨 섭취가 제한되는 사람들도 고칼륨혈증에 대한 걱정없이 케일을 섭취할 수 있어 건강한 삶의 질 개선에 도움이 될 것으로 기대된다.”라며 “향후 병원의 환자용 식단 및 가정에서 손쉽게 재배해서 먹을 수 있는 가정용 저칼륨 채소재배기에도 응용하여 산업화하는 방안을 모색할 계획이다.”라고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영) 지원으로 KIST 주요사업과 한국연구재단 첨단GW바이오사업으로 수행되었으며, 연구 결과는 농식품 분야 국제학술지 ‘Food Chemistry’ (JCR 분야 상위 3.96%) 최신 호에 게재되었다. * (논문명) Production of low potassium kale with increased glucosinolate content from vertical farming as a novel dietary option for renal dysfunction patients - (제 1저자) 한국과학기술연구원 손양주 위촉연구원 - (제 1저자) 한국과학기술연구원 박재억 전문원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 노주원 책임연구원 <그림설명> [그림 1] 인공광형 식물공장에서 다양한 칼륨 비율의 배양액 조건에서 재배 중인 케일
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- 작성자스마트팜융합연구센터 노주원 박사팀
- 작성일2020.11.27
- 조회수8688
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차세대 메모리 반도체 개발 패러다임이 바뀐다
- 외부 스핀 없이 전류를 걸어 스스로 스핀 방향을 바꾸는 나노 자석 원리 제시 - 기존 스핀 메모리 소자의 패러다임 변화로 상용화 앞당길 것으로 기대 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진)은 스핀융합연구단 김경환 박사팀이 차세대 메모리 소자인 스핀 메모리 소자에 관한 새로운 원리를 제시함으로써, 기존 패러다임과는 다른 새로운 응용 가능성을 제시했다고 밝혔다. 기존의 메모리 소자들은 RAM과 같이 빠르게 정보를 읽고 쓸 수 있는 휘발성 메모리와 하드디스크처럼 전력을 차단해도 정보가 유지되지는 비휘발성 메모리로 나뉜다. 최근 관련 학계 및 업계에서는 이들의 장점을 결합하여 빠른 속도를 가지면서 전력을 차단해도 정보가 유지되는 차세대 메모리의 개발을 서두르고 있다. 스핀 메모리 소자는 아주 작은 나노 자석의 N극과 S극의 방향으로 0과 1의 정보를 저장하는 소자이다. 전력이 차단되어도 N극과 S극의 방향은 유지되기 때문에 이미 하드디스크 등에서도 널리 응용되고 있다. 이 나노 자석의 N극과 S극의 방향을 따라서 얼마나 빠르고 쉽게 제어할 수 있는지가 차세대 스핀 메모리의 상용화 여부를 결정한다고 볼 수 있다. 그동안은 외부에서 스핀을 주입하여 나노 자석의 N극과 S극의 방향을 제어해왔다. 여기서 스핀이란 더 이상 자를 수 없는 자석의 기본 단위로, 같은 N극과 S극의 방향을 갖는 무수히 많은 스핀이 한데 모여 하나의 자석을 구성한다고 할 수 있다. 그러므로 외부에서 나노 자석에 많은 스핀을 주입하면 나노 자석의 N극과 S극의 방향을 제어할 수 있다. 하지만 외부의 스핀을 생성하고, 주입하는 효율이 좋지 않아 전력의 소모가 커 상용화에 큰 어려움이 따르고 있었다. 최근 나노 자석에 전류를 걸면 나노 자석 내부에 스핀이 형성된다는 것은 알려진 바 있으나, 이렇게 형성된 스핀의 거동을 분석하는 이론이 정립되지 않아 이들이 어떤 물리적 결과를 가져오는지 연구된 바는 없었다. KIST 김경환 박사는 자성체 내의 스핀 전도 현상을 기술하는 스핀 확산 방정식을 개발하여 이론 체계를 확립하였다. 그 결과, 전류에 의해 형성된 스핀이 외부로 발산될 때 외부에서 주입해주던 스핀과 부호만 반대이고 나머지는 같은 효과를 준다는 사실을 알게 되었다. 그러므로 외부의 스핀 주입이 없이도 나노 자석 스스로 N극과 S극의 방향을 제어할 수 있으며, 기존의 스핀 소자보다 최대 60%가량 전력 소모를 감소시킬 수 있음을 규명했다. 또한, 기존의 외부 스핀을 주입하기 위한 구조물이 필요 없게 되어 간단한 구조로 메모리를 개발할 수 있게 됐다. 김경환 박사는 “본 연구는 자성체 내에서의 스핀 전도 현상에 대한 학술적인 기초를 제공하였을 뿐 아니라, 새로운 패러다임을 통해 차세대 스핀 소자 구현에 가장 큰 걸림돌이었던 전력 소모, 생산 수율 등의 최적화 문제 해결에 큰 기여를 할 것으로 기대된다.”라고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영) 지원으로 KIST 주요사업 및 한국연구재단 신진연구지원사업 등으로 수행되었으며, 이번 연구결과는 물리학 분야 저널인 ‘Physical Review Letters‘ (IF: 8.385) 최신 호에 게재되었다. * (논문명) Generalized Spin Drift-Diffusion Formalism in Presence of Spin-Orbit Interaction of Ferromagnets - (제 1저자, 교신저자) KIST 김경환 선임연구원 - (교신저자) 고려대학교 신소재공학부 이경진 교수 (現 KAIST 물리학과) <그림설명> [그림 1] 기존 외부 스핀 주입 방식과 자가생성 스핀 방식의 비교
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- 작성자스핀융합연구단 김경환 박사팀
- 작성일2020.11.24
- 조회수11951
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각종 혈관질환 줄기세포 치료제, 실시간 관찰 통해 효능 예측한다
- 혈관으로 분화하는 줄기세포의 이식 초기 분포 영상을 통해 치료 효능 예측 - 혈관 재생을 위한 세포치료제 분야 연구에 응용 최근 식습관의 변화와 흡연, 음주로 인해 비만, 당뇨, 고혈압 등의 증가로 발끝이 썩어들어가는 중증하지혈과 같은 허혈성 질환의 고위험군 수가 증가하고 있다. 이러한 허혈성 질환을 치료하기 위해 새로운 혈관을 형성하는 줄기세포인 ‘혈관내피 전구세포’에 관한 연구가 활발하다. 혈관내피 전구세포는 허혈성 부위 등 혈관형성이 필요한 부위로 이동한 후 혈관의 내피세포로 분화하거나 혈관의 형성을 돕는 인자를 방출하여 혈관재생을 유도하기 때문에 허혈성 질환을 비롯한 혈관과 관련된 질환의 세포치료제로 개발할 수 있다. 그러나 혈관 재생능력이 뛰어난 혈관내피 전구세포를 혈관재생을 위한 세포치료제로 사용하더라도 치료 결과는 체내 이식된 세포의 생존, 치료 부위로의 이동과 같은 다양한 변수에 의해 다르게 나타나며 정확한 점이 있어 허혈성 질환의 치료제는 아직 상용화되지 못하고 임상단계에 머물러 있는 상황이다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진)은 테라그노시스연구센터 김광명 박사팀이 (주)T&R Biofab 문성환 박사팀과의 공동연구를 통해 혈관내피 전구세포의 체내 이식 후 초기 분포 및 이동을 형광 영상으로 추적하여 초기 이식된 혈관내피 전구세포의 분포에 따른 치료 효능을 예측할 수 있는 기술을 개발했다고 밝혔다. KIST 김광명 박사팀은 형광물질을 혈관내피 전구세포 표면에 결합시킨 후 형광분자단층촬영을 통해 식별 가능하게 했다. 그 후 중증하지허혈질환 쥐의 허벅다리에 이식된 세포를 28일 동안 영상을 통해 추적하여 세포의 체내 움직임을 확인하고, 레이저 측정을 통해 혈류가 복원되는 과정을 추적, 관찰하였다. 그 결과 혈관내피 전구세포가 허혈성 질환이 발생한 조직으로 이동하는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 세포치료제 이식 초기에 혈관내피 전구세포를 촬영한 영상을 분석한 결과, 두 가지 형태로 주입된 것을 확인할 수 있었다. 하나는 응축되어 있는 ‘둥근 모양’, 다른 하나는 널리 퍼진 ‘확장된 모양’이었다. 이 두 가지 형태로 실험군을 분류하여 치료 효능을 관찰한 결과 처음 이식된 곳에 잘 응축되어 있던 ‘둥근 모양’의 실험군에서 세포가 더 잘 이동하고 치료 효능이 좋았음을 확인했다. 이를 통해 치료 초기에 치료제가 응축된 ‘둥근 모양’으로 형성되어야 앞으로의 치료 효능이 좋으리라는 것을 예측할 수 있었다. 본 연구를 주도한 KIST 김광명 박사는 “초기에 이식된 세포치료제의 형태 및 체내 초기 변화를 빠르고 정확하게 모니터링하는 기술은 이식된 혈관내피 전구세포의 허혈성 질환 치료효능을 초기에 예측할 수 있도록 하여 향후 허혈성 질환 치료를 위한 세포치료제 개발 분야에 활용될 것”으로 기대하고 있다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영) 지원으로 KIST 주요사업과 한국연구재단 중견연구자지원사업 등으로 수행되었으며, 이번 연구결과는 생체재료 분야 국제 저널인 ‘Biomaterials’ (IF: 10.317, JCR 분야 상위 1.316%) 최신 호에 게재되었다. * (논문명) Predicting in vivo therapeutic efficacy of bioorthogonally labeled endothelial progenitor cells in hind limb ischemia models via non-invasive fluorescence molecular tomography - (제 1저자) 한국과학기술연구원 임승호 박사과정 - (제 1저자) 한국과학기술연구원 윤홍열 선임연구원 - (교신저자) T&R Biofab 문성환 박사 - (교신저자) 한국과학기술연구원 김광명 책임연구원 <그림설명> [그림 1] 생물직교성 클릭화학을 이용한 혈관내피 전구세포의 형광 표지 및 하지허혈 쥐 모델에 이식 후 모니터링 모식도 [그림 2] FMT로 관찰한 이식된 혈관내피 전구세포의 시간에 따른 체내 이동 이미지 세포 이식 직후의 형광의 분포가 응축된 모양일 경우 형광으로 표지된 혈관내피 전구세포는 시간에 따라 배쪽 (혈관 폐색 부위)으로 이동하는 것을 볼 수 있음. 그러나 확장된 모양으로 이식된 혈관내피 전구세포는 배쪽으로의 이동 뿐만아니라 주변으로 확산되는 경향을 보이며, 28일째 형광이 관찰되지 않음 [그림 3] 혈관내피 전구세포 이식후 하지허혈 쥐 모델의 혈류 재생 및 사지괴사 모니터링 세포 주입 직후 응축된 모양으로 혈관내피 전구세포가 이식된 쥐에서 더 높은 혈류 재생 유도 및 사지 괴사 방지가 일어나는 것을 확인함
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- 작성자테라그노시스연구센터 윤홍열 박사팀
- 작성일2020.11.22
- 조회수9986
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스마트폰 액정, 돈 내고 수리하세요? 깨져도 알아서 고쳐지는데
- 열, 습도, UV등 다양한 자극을 감지하여 스스로 손상이 복원되는 소재 - UV 20분 조사시 95%이상 균열과 물성이 복원되는 투명 폴리이미드 수많은 사람들의 가슴을 아프게 한 스마트폰 액정 수리비... 더 이상 걱정거리가 아닐 수도 있게 됐다. 국내 연구진이 스스로 손상을 회복할 수 있는 스마트폰 액정 소재를 개발했다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진)은 구조용복합소재연구센터 정용채 센터장 연구팀이 연세대학교(연세대, 총장 서승환) 한학수 교수 연구팀과의 공동연구를 통해 소재에서 발생한 균열이나 손상된 기능을 스스로 복원할 수 있는 자가 치유 투명 전자소재를 개발했다고 밝혔다. 투명 폴리이미드(CPI, Colorless Polyimide)는 뛰어난 기계적, 전기적, 화학적 물성을 갖고 있다. 유리처럼 투명하고 강도가 세면서도 수십만 번 접어도 흠집이 나지 않아 폴더블, 플렉서블 디스플레이 등의 모바일 제품에도 이미 상용화되어 활용되고 있으며 항공우주, 태양전지 등 산업 전반에서 활용되고 있는 소재이다. 이처럼, 다양한 산업군에 폭 넓게 사용되는 소재이기 때문에 노출되는 다양한 환경에서 발생할 수 있는 균열과 지속적인 전자파에 의한 파괴 등을 해결하여 내구성을 확보하려는 노력이 끊이지 않고 있다. 일부 연구진에서는 첨가제를 넣거나 표면에 단단한 보호층을 코팅해 해결하고자 했으나, 근원적인 소재의 손상을 막을 수는 없었다. KIST-연세대 공동연구팀은 투명 폴리이미드의 장점은 유지하면서도 균열이나 손상된 기능을 어떠한 환경에서도 쉽고 빠르게 능동적으로 복원할 수 있도록 식물의 일종인 아마 씨에서 추출한 아마인유(Linseed oil)를 활용하여 자가 치유 투명 폴리이미드를 개발하였다. 아마인유는 상온(25℃)에서 쉽게 경화되는 특성이 있어 그림을 보존하기 위한 코팅 물질로도 많이 사용되고 있다. KIST 연구진은 아마인유를 담은 마이크로캡슐을 제조한 후, 제조한 마이크로 캡슐을 실리콘과 섞어 투명 폴리이미드 위에 코팅하여 보호층을 만들었다. 연구진이 개발한 소재는 손상이 생기면 마이크로 캡슐이 터져 아마인유가 흘러나와 손상된 부분으로 이동한 뒤 경화되어 스스로 복원될 수 있게 됐다. 이러한 자가치유 기능은 국소적인 손상에서 국부적인 손상범위까지 복원할 수 있다는 장점이 있다. 지금까지 알려진 다른 자가 복원 기능은 부드러운 소재에서만 구현할 수 있었으며 거기에 뜨거운 열을 가해야 복원될 수 있었다. 이와는 달리 공동 연구진이 개발한 소재는 단단한 소재임에도 자가 치유 기능을 갖고 있으며, 고온의 열을 가하지 않아도 상온에서도 스스로 복원되며 습도, 자외선에도 반응하여 치유 속도가 더 빨라지는 장점을 갖고 있어 최대 20분 이내에 손상의 95% 이상이 복원되었다. 정용채 센터장은 “손상된 고분자 소재의 물성과 수명을 근원적으로 해결할 수 있는 자가복원 투명 폴리이미드를 제조하였고, 유연디스플레이 및 전자재료 디바이스 등 그 소재의 응용범위를 제시했다는 데 의의가 있다.”라고 말하며 “향후 보다 향상된 물성확보를 위해서 추가적인 구조를 검토하고 응용범위를 확대할 예정이다.”라고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영) 지원으로 KIST 주요사업으로 수행되었으며, 연구결과는 재료과학 및 복합소재 분야 국제저널인 ‘Composite Part B: Engineering’(JCR 분야 상위 1.67%) 최신 호에 게재되었다. * (논문명) Interfacial Adhesion and Self-Healing Kinetics of Multi-Stimuli Responsive Colorless Polymer Bilayer Structure - (제 1저자) 한국과학기술연구원 김영남 연구원 - (제 1저자) 피츠버그대학교 남기호 박사후연구원 - (교신저자) 연세대학교 한학수 교수 - (교신저자) 한국과학기술연구원 정용채 책임연구원 <그림설명> [그림1] 자가복원 투명 폴리이미드 제조방법 [그림2] <p class="p1" style="text-align: justify; font-variant-numeric: normal; font-variant-east-asian: normal; font-stretch: normal; line-height: normal; font-family: " helvetica="" neue";"="">(좌) 자가복원 투명 폴리이미드의 형상자유도, (우) 개발된 투명 폴리이미드의 자가복원 특성
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- 작성자구조용복합소재연구센터 정용채 책임연구원
- 작성일2020.11.18
- 조회수8231
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인공지능으로 반도체 소재 분석한다
- 전자현미경 사진으로 순식간에 자성체 물성 분석완료 - KIST-경희대 연구진, 딥러닝 기술을 이용한 자성체 특성 연구 현재 사용되고 있는 실리콘 반도체의 집적도 한계를 극복하고 초저전력, 고성능 차세대 반도체 개발을 위해 전자의 ‘스핀(spin)’과 ‘전자공학(electronics)’을 함께 연구하는 스핀트로닉스(spintronics)에 관한 연구가 활발하다. 자성 메모리(MRAM) 등의 스핀트로닉스 소자를 개발하기 위해서는 자성을 띠는 물질인 자성체를 이용하는데, 이 자성체들의 온도에 대한 안정성, 변화에 대응하는 속도 등의 물성들을 정확히 파악해야 소자 개발에 이용할 수 있다. 이를 위해 국내 연구진이 스핀트로닉스의 소재인 자성체의 물성을 순식간에 분석하는 인공지능을 개발했다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진)은 스핀융합연구단 권희영, 최준우 박사팀이 경희대학교 원창연 교수 연구팀과의 공동연구를 통해 인공지능 기술을 활용하여 자성체의 스핀구조 이미지로부터 자기적 물성을 추정하는 기술을 개발했다고 밝혔다. 개발한 인공지능은 딥러닝 기술로, 기존에는 수십 시간까지 걸리던 소재 분석을 순식간에 해결할 수 있다. 자성체는 물질을 구성하는 미세단위 자석인 스핀이 같은 방향으로 정렬된 영역인 ‘자성 도메인’들을 갖고 있는데, 이러한 자성 도메인들이 형성되고 변화함에 따라 다양한 자기적 현상들이 나타나는 것으로 알려져 있다. 그동안은 자성 도메인의 특성을 좀 더 정확하고 깊게 이해하기 위해 다양한 실험을 통해 직접 물성을 측정해왔으며, 이를 위해 많은 시간과 자원을 쏟아야 했다. KIST-경희대학교 공동연구진은 딥러닝 기술을 활용하여 위와 같은 한계를 극복했다. 인공지능에 기계학습 알고리즘을 적용하여 기존 자성 도메인 이미지들을 학습시키고, 새로운 자성 도메인 이미지를 보면 그 물질의 자기적 물성을 추정하도록 했다. 그 결과 자성체의 전자현미경 이미지를 입력하고 실시간으로 해당 자성체의 자기적 물성을 추정할 수 있게 됐다. 뿐만 아니라 실제 관측한 데이터와 인공지능이 추정한 값을 비교했더니 그 오차가 1% 내외로 추정 정확도가 매우 높았다. KIST 권희영 박사는 “인공지능 기술들이 자성 도메인의 특성을 분석하기 위해 어떻게 활용될 수 있는지에 관한 새로운 길을 제시하였다.”라고 말하면서, “이러한 인공지능 기술을 활용해 자성 시스템을 분석하는 새로운 연구 방법은 실험과 이론의 연결을 강화하고, 나아가 인공지능 기술과 순수과학 연구의 융합이라는 새로운 연구 분야의 확장이 이루어질 수 있을 것으로 기대한다.”라고 밝혔다. 이번 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영)지원의 KIST 주요사업, 교육부(장관 유은혜)지원의 학문후속세대양성사업 등으로 수행되었다. 연구 결과는 과학분야의 국제 저널인 ‘Science Advances’ (IF: 13.116, JCR 분야 상위 4.93%) 최신 호에 게재되었다, * (논문명) Magnetic Hamiltonian parameter estimation using deep learning techniques - (제 1저자, 교신저자) 한국과학기술연구원 권희영 박사후연구원 - (공저자) 한국과학기술연구원 최준우 선임연구원 - (교신저자) 경희대학교 원창연 교수 <그림설명> [그림 1] 깊은 인공신경망을 통한 자성 물성 추정에 관한 개념도
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- 작성자스핀융합연구단 최준우 박사팀
- 작성일2020.11.17
- 조회수10999
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KIST 유럽(연), 인공 제브라피쉬로 화학물질 장기적 유해성 평가한다
- 인공장기 기반 독성평가기법 개발로 환경 위해성 평가 표준화 제시 - 3차원 세포 맞춤형 지지체 개발을 통한 동물 대체 환경 독성 평가기법 확립 새롭게 개발된 화학물질이나 화장품 등 화학물질을 원료로 개발된 신규 제품은 인체에 대한 독성과 환경에 대한 독성 두 가지 부문의 평가를 모두 통과하여 안전성을 확인받아야만 시중에 유통될 수 있다. 위 평가를 통과하지 못하면 내분비 장애 물질의 일종인 비스페놀A(BPA)처럼 유통이 금지된다. 화학물질의 환경 독성 평가는 물벼룩, 녹조 그리고 인간의 유전자와 90% 이상 동일한 물고기인 제브라피쉬 이 세 가지를 대상으로 시험을 해야 하는데, 최근 제브라피쉬는 척추동물로 분류되어 동물실험의 윤리적 문제에 직면하여 보건당국의 허가를 받아야만 실험할 수 있게 됐다. 이런 상황을 극복하고자 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진)은 독일 현지법인인 KIST 유럽연구소(소장 김준경) 환경안전성연구단 김용준 단장 연구팀이 미국 일리노이 대학교 공현준 교수 연구팀과 공동연구를 통해 제브라피쉬의 간을 모사한 오가노이드(Organoid)를 배양하여 동물실험을 대체하면서 환경에 대한 장기적 독성 및 유해성을 평가할 수 있는 방법을 개발했다고 밝혔다. 제브라피쉬를 이용하여 내분비 장애에 영향을 미치는지를 평가할 수 있는 지표 물질인 ‘비텔로제닌(Vitellogenin)’에 대한 유해성 평가 기법은 독성학 분야에서 널리 이용되고 있다. 그러나 제브라피쉬를 대체하여 시험하기 위하여 개발된 제브라피쉬 오가노이드는 아직 고농도의 VTG를 생성할 수 있는 조직으로 배양할 수 없어 실제 독성평가에 사용할 수 없었다. 공동연구진은 제브라피쉬 간세포를 배양하기 위해 폴리에틸렌 글리콜(Polyethiylene glycol, PEG)을 활용하여 오가노이드의 뼈대(지지체)를 제작하였다. 그 결과, 제브라피쉬 간세포들이 스스로 결합하고 조립되어 28일 동안 형상을 유지하여 장기적으로 배양할 수 있게 되었다. 연구진은 이러한 배양방식을 통하여 6주 이상 장기적 영향을 평가할 수 있는 만성독성 시험용 제브라피쉬의 인공 간 오가노이드 개발에 성공하였다. 이 인공 간을 활용하면 제브라피쉬를 대상으로 직접 시험한 것과 유사한 결과를 도출할 수 있어 윤리적 문제가 있는 동물실험을 대체할 수 있을 것으로 기대된다. 특히, 연구팀이 개발한 제브라피쉬 간세포의 3차원 생체모사 시스템을 활용하면, 내분비 장애 물질이 환경에 미치는 장기적 영향을 단시간에 평가할 수 있다. KIST 유럽연구소 김준경 소장은 “KIST 유럽연구소는 그간 축적된 환경안전성 분야의 연구 경험을 집약하여 2018년부터 ‘생태계 내 내분비 장애 물질 독성발현경로 프레임워크 개발’ 연구에 매진해왔다.”라고 말하며 “독성평가 및 동물대체시험법 분야 자체 보유 역량을 기반으로 국민 체감형 안전 및 보건 기술 개발지원을 위해 노력하겠다.”라고 강조했다. 공동연구팀을 이끈 김용준 단장은 “글로벌 수준의 동물대체시험법 기반 독성평가 관련 기술을 확보해 국내 기술이전을 위한 기반을 마련하는 것이 단기적인 목표”라며 “앞으로 다양한 내분비 장애 물질이 환경에 미치는 영향을 분석할 수 있는 독성 신호체계를 개발하여 환경 독성 분야에 새로운 대체 시험법을 개발하는 데 주력할 예정이다.”라고 밝혔다. 이번 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영) 지원으로 국가과학기술연구회 창의형융합과제와 KIST 유럽연구소 중점연구과제를 통해 진행됐으며, 해당 연구 성과는 Environmental Science & Technology(IF : 7.86, JCR 분야상위(%) : 5.47) 최신 호에 게재되었다. * (논문명) Matrix softness-mediated 3D zebrafish hepatocyte modulates response to endocrine disrupting chemicals - (교신저자) 한국과학기술연구원 유럽연구소 김용준 책임연구원 - (교신저자) 미국 일리노이대학 공현준 교수 <그림설명> [그림 1] PEG를 활용한 지지체의 Elastic modulus 변화 [그림 2] 제브라피쉬 간세포 장기배양 및 생리활성을 촉진하기 위한 지지체 구성 [그림 3] 세포 지지체에 따른 바이오 마커 발현 변화
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- 작성자유럽연구소 환경안전성연구단 김용준 박사팀
- 작성일2020.11.15
- 조회수8299
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공기 중 바이러스, 현장에서 일회용 키트로 바로 검출!
- 공기 중 바이러스 포집 및 검출 일체형 진단 플랫폼 개발 - 일회용 포집·진단 키트를 이용한 부유 바이러스의 빠르고 선택적인 탐지 국내 연구진이 공기 중의 특정 바이러스를 현장에서 바로 검출할 수 있는 기술을 개발했다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진)은 분자인식연구센터 이준석 박사팀이 광주과학기술원(GIST, 총장 김기선) 화학과 김민곤 교수팀, 건국대학교 (총장 전영재) 수의학과 송창선 교수팀과의 공동연구를 통해 공기 중의 바이러스를 현장에서 포집하고 동시에 검출할 수 있는 진단 플랫폼을 개발했다고 밝혔다. 현재 공기 중에 퍼져있는 각종 세균, 곰팡이, 바이러스와 같은 생물학적 위해물질을 검사하기 위해서는 검사할 장소의 공기를 포집하고 포집한 공기를 실험실에 가져온 후 적게는 수 시간에서 길게는 수일이 소요되는 별도의 분석 공정이 필요하다. 실험실로 옮기지 않고 현장에서 바로 검사할 수 있는 기존 기술은 세균 또는 곰팡이의 농도를 모니터링할 수는 있었으나, 특정 미생물의 유무나 입자 크기가 작은 바이러스를 구별하는 데는 한계가 있었다. KIST-GIST 공동연구진은 공기 중의 바이러스를 현장에서 일회용 키트를 활용하여 손쉽게 포집하고 동시에 검출할 수 있는 일체형 진단 플랫폼을 개발했다. 연구진이 개발한 일회용 바이러스 포집·진단 키트는 임신 진단 키트와 유사한 형태로 별도의 세척이나 분리 없이 하나의 키트 내에서 10분~30분간의 포집 후 20분의 분석을 통해 현장에서 최대 50분 안에 포집, 분석의 모든 과정을 완료하여 손쉽게 부유 바이러스의 존재를 확인할 수 있다. 개발한 진단 플랫폼은 공기 채집기를 통해 부유 바이러스를 유리 섬유로 이루어진 필터인 다공성 패드에 수집, 농축하고 모세관 현상을 이용하여 검출 영역으로 이동시킨다. 이동한 바이러스는 특정 바이러스에만 반응하는 항체가 부착된 적외선 발광 나노입자와 결합되어 여러 바이러스가 공존하고 있는 환경에서도 원하는 바이러스를 선택적으로 검출할 수 있다. 또한, 이러한 진단 키트를 동시에 4개 이상 삽입할 수 있는 형태로 제작하여 동시에 여러 종류의 바이러스를 검출할 수도 있다. 부유 바이러스는 실내 공간의 크기, 공조 시스템의 유무, 온도 및 습도 등의 외부 요인에 영향을 받기 때문에 공동연구진은 개발한 플랫폼을 검증하기 위해 외부 요인들을 조절할 수 있는 인공 부유 바이러스 조성 시스템을 구축하여 일정한 조건에서 실험을 진행했다. 넓은 공간에 확산되어 있는 인플루엔자 바이러스를 포집하여 다공성 패드 내에서 약 100만 배 이상의 농도로 농축하였으며, 패드 표면에 부착된 바이러스들을 표면 전처리 및 분석용액 최적화를 통해 약 82% 수준의 효율로 회수하여 검출 영역으로 이동시켜 분석할 수 있었다. KIST 이준석 박사는 “현장에서 포집하고 바로 분석이 가능한 플랫폼으로 코로나19 바이러스와 같은 공기중에 부유 중인 생물학적 위해 인자를 현장 진단하여 실내 공기 오염 모니터링 시스템으로 응용할 수 있다.”라고 밝혔다. 본 연구는 삼성미래기술육성사업 지원으로 수행되었으며, 이번 연구 결과는 ‘ACS Sensors’ (IF: 7.333, JCR 분야 상위 2.907%) 최신 호에 게재되었으며, 표지논문으로 선정되어 출판될 예정이다. * (논문명) An Integrated Bioaerosol Sampling/Monitoring Platform: Field-deployable and Rapid Detection of Airborne Viruses - (제 1저자) 한국과학기술연구원 이인애 박사후연구원 - (제 1저자) 광주과학기술원 석영웅 박사후연구원 - (교신저자) 광주과학기술원 김민곤 교수| - (교신저자) 한국과학기술연구원 이준석 선임연구원 <그림설명> [그림 1] 표지논문 선정 이미지 [그림 2] 공기 중 바이러스를 포집하고 탐지하는 일체형 분석 플랫폼 개략도 공기 채집기를 통해 부유 바이러스를 다공성 패드에 수집 및 농축하고 모세관 작용을 이용하여 검출 영역으로 바이러스를 이동시킨다. 포집과 검출의 과정이 일회용 진단 키트 내에서 이루어져 현장에서 쉽고 빠르게 부유 바이러스 분석이 가능하다.
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- 작성자분자인식연구센터 이준석 박사팀
- 작성일2020.11.12
- 조회수10430
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햇빛만으로 깨끗해지는 수처리 분리막 개발
- 분리막 표면에 쌓인 미생물 오염 층을 햇빛을 쐬어 완전 제거 - 수처리 분리막과 광촉매의 융합 기술로 차세대 분리막 신소재 개발 밑거름 수처리 분리막 기술은 바닷물을 담수로 만들 때나 하수 처리, 깨끗한 수돗물을 생산하는 정수 공정에서 다양하게 사용되고 있다. 일종의 필터인 분리막을 사용하여 오염물질을 여과하는 방식인 분리막 공정은 수질을 크게 개선할 수 있는 기술로서 최근 문제가 되었던 수돗물 유충 사태를 원천적으로 방지할 수 있는 대안으로 꼽힌다. 그러나 수처리 분리막을 일주일 정도 사용하면 분리막 표면에 미생물이 쌓이고 이 미생물들이 자라서 필터 성능이 크게 떨어진다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진)은 물자원순환연구센터 변지혜 박사, 홍석원 단장 연구팀이 수처리용 분리막의 고질적인 문제로 알려진 미생물에 의한 표면 오염을 햇빛을 쐬면 스스로 세척되는 분리막 소재를 개발했다고 밝혔다. 이 분리막 소재를 이용하면 10분 가량 빛을 쐬어도 분리막을 다시 사용할 수 있기 때문에 분리막 관리에 드는 비용이 상당폭 절감될 것으로 예상된다. 수처리 분리막은 물 여과 후에 오염물질이 표면에 쌓이므로 주기적인 세척이 필수적이다. 현재는 분리막을 적어도 일주일에 한 번 정도 6시간 이상 화학 약품을 이용해 세척하기 때문에 유지 비용이 상당히 많이 들고 분리막이 약품에 의해 손상되기도 하는 문제가 있었다. KIST 연구진은 이러한 문제점을 해결하기 위해 가시광선에 반응하는 광촉매를 수처리 분리막 표면에 단단하게 고정했다. 이렇게 표면처리를 거친 분리막은 가시광선을 쐬었을 때 표면의 오염 물질을 완전하게 분해하여 손쉽게 분리막을 세척할 수 있었다. 특히 분리막 표면에 쌓인 고농도 대장균 및 황색포도상구균 같은 박테리아와 박테리오파지 등의 바이러스를 최대 1시간 만에 99.9% 제거하는 우수한 성능을 나타내었다. 개발된 분리막은 미생물뿐만 아니라 염료 등의 유기 오염물질과 중금속까지도 처리할 수 있었고, 10회 이상 반복 테스트에도 성능이 유지되는 장점을 나타냈다. KIST 변지혜 박사는 “본 연구는 자연광을 이용하는 광촉매 기술과 수처리 분리막 기술을 결합하여 수처리 공정의 효율이 향상될 수 있음을 보여주었다.”라며 “이러한 연구결과를 바탕으로 수처리 분리막 시장을 선도할 수 있는 차세대 분리막 신소재 개발에 힘쓸 것”이라고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영) 지원을 받아 KIST 미래원천 국가기반기술개발사업으로 수행되었으며, 이번 연구결과는 국제학술지인 ‘Applied Catalysis B:Environmental (IF: 16.683, JCR 분야 상위 0.943%) 최신 호에 게재되었다. * (논문명) Hydrophilic Photocatalytic Membrane via Grafting Conjugated Polyelectrolyte for Visible-light-driven Biofouling Control - (제 1저자) 한국과학기술연구원 정은후 박사과정 - (제 1저자, 교신저자) 한국과학기술연구원 변지혜 선임연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 홍석원 책임연구원 <그림설명> [그림 1] 햇빛으로 재생할 수 있는 수처리 분리막 [그림 2] 고농도 미생물 오염수 여과 후 자연광 처리로 분리막의 물 투과 성능이 완전히 회복됨을 보여줌
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- 작성자물자원순환연구센터 변지혜 박사팀
- 작성일2020.11.10
- 조회수19618
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KIST, 중국발 미세먼지 국내 유입 한-중 공동연구로 입증했다
- 고해상 실시간 측정으로 오염물질 장거리 이동이 고농도 미세먼지 원인임을 규명 - 오염원 규명을 통해 미세먼지 비상 저감조치의 효용성 증명 가을<span class="s1" style="letter-spacing: -0.1px; font-size: 14pt; font-variant-numeric: normal; font-variant-east-asian: normal; font-stretch: normal; line-height: normal; font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; color: rgb(0, 0, 0);" helvetica="" neue";"="">, <span style="letter-spacing: -0.1px; font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; font-size: 14pt; color: rgb(0, 0, 0);" apple="" sd="" gothic="" neo";="" font-size:="" 14pt;"="">겨울철만<span class="s1" style="letter-spacing: -0.1px; font-size: 14pt; font-variant-numeric: normal; font-variant-east-asian: normal; font-stretch: normal; line-height: normal; font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; color: rgb(0, 0, 0);" helvetica="" neue";"=""> <span style="letter-spacing: -0.1px; font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; font-size: 14pt; color: rgb(0, 0, 0);" apple="" sd="" gothic="" neo";="" font-size:="" 14pt;"="">되면<span class="s1" style="letter-spacing: -0.1px; font-size: 14pt; font-variant-numeric: normal; font-variant-east-asian: normal; font-stretch: normal; line-height: normal; font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; color: rgb(0, 0, 0);" helvetica="" neue";"=""> <span style="letter-spacing: -0.1px; font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; font-size: 14pt; color: rgb(0, 0, 0);" apple="" sd="" gothic="" neo";="" font-size:="" 14pt;"="">어김없이<span class="s1" style="letter-spacing: -0.1px; font-size: 14pt; font-variant-numeric: normal; font-variant-east-asian: normal; font-stretch: normal; line-height: normal; font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; color: rgb(0, 0, 0);" helvetica="" neue";"=""> <span style="letter-spacing: -0.1px; font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; font-size: 14pt; color: rgb(0, 0, 0);" apple="" sd="" gothic="" neo";="" font-size:="" 14pt;"="">찾아오는<span class="s1" style="letter-spacing: -0.1px; font-size: 14pt; font-variant-numeric: normal; font-variant-east-asian: normal; font-stretch: normal; line-height: normal; font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; color: rgb(0, 0, 0);" helvetica="" neue";"=""> <span style="letter-spacing: -0.1px; font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; font-size: 14pt; color: rgb(0, 0, 0);" apple="" sd="" gothic="" neo";="" font-size:="" 14pt;"="">고농도<span class="s1" style="letter-spacing: -0.1px; font-size: 14pt; font-variant-numeric: normal; font-variant-east-asian: normal; font-stretch: normal; line-height: normal; font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; color: rgb(0, 0, 0);" helvetica="" neue";"=""> <span style="letter-spacing: -0.1px; font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; font-size: 14pt; color: rgb(0, 0, 0);" apple="" sd="" gothic="" neo";="" font-size:="" 14pt;"="">미세먼지는<span class="s1" style="letter-spacing: -0.1px; font-size: 14pt; font-variant-numeric: normal; font-variant-east-asian: normal; font-stretch: normal; line-height: normal; font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; color: rgb(0, 0, 0);" helvetica="" neue";"=""> <span style="letter-spacing: -0.1px; font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; font-size: 14pt; color: rgb(0, 0, 0);" apple="" sd="" gothic="" neo";="" font-size:="" 14pt;"="">국내<span class="s1" style="letter-spacing: -0.1px; font-size: 14pt; font-variant-numeric: normal; font-variant-east-asian: normal; font-stretch: normal; line-height: normal; font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; color: rgb(0, 0, 0);" helvetica="" neue";"=""> <span style="letter-spacing: -0.1px; font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; font-size: 14pt; color: rgb(0, 0, 0);" apple="" sd="" gothic="" neo";="" font-size:="" 14pt;"="">대기의<span class="s1" style="letter-spacing: -0.1px; font-size: 14pt; font-variant-numeric: normal; font-variant-east-asian: normal; font-stretch: normal; line-height: normal; font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; color: rgb(0, 0, 0);" helvetica="" neue";"=""> <span style="letter-spacing: -0.1px; font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; font-size: 14pt; color: rgb(0, 0, 0);" apple="" sd="" gothic="" neo";="" font-size:="" 14pt;"="">정체<span class="s1" style="letter-spacing: -0.1px; font-size: 14pt; font-variant-numeric: normal; font-variant-east-asian: normal; font-stretch: normal; line-height: normal; font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; color: rgb(0, 0, 0);" helvetica="" neue";"=""> <span style="letter-spacing: -0.1px; font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; font-size: 14pt; color: rgb(0, 0, 0);" apple="" sd="" gothic="" neo";="" font-size:="" 14pt;"="">및<span class="s1" style="letter-spacing: -0.1px; font-size: 14pt; font-variant-numeric: normal; font-variant-east-asian: normal; font-stretch: normal; line-height: normal; font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; color: rgb(0, 0, 0);" helvetica="" neue";"=""> <span style="letter-spacing: -0.1px; font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; font-size: 14pt; color: rgb(0, 0, 0);" apple="" sd="" gothic="" neo";="" font-size:="" 14pt;"="">외부로부터의<span class="s1" style="letter-spacing: -0.1px; font-size: 14pt; font-variant-numeric: normal; font-variant-east-asian: normal; font-stretch: normal; line-height: normal; font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; color: rgb(0, 0, 0);" helvetica="" neue";"=""> <span style="letter-spacing: -0.1px; font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; font-size: 14pt; color: rgb(0, 0, 0);" apple="" sd="" gothic="" neo";="" font-size:="" 14pt;"="">오염물질<span class="s1" style="letter-spacing: -0.1px; font-size: 14pt; font-variant-numeric: normal; font-variant-east-asian: normal; font-stretch: normal; line-height: normal; font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; color: rgb(0, 0, 0);" helvetica="" neue";"=""> <span style="letter-spacing: -0.1px; font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; font-size: 14pt; color: rgb(0, 0, 0);" apple="" sd="" gothic="" neo";="" font-size:="" 14pt;"="">유입<span class="s1" style="letter-spacing: -0.1px; font-size: 14pt; font-variant-numeric: normal; font-variant-east-asian: normal; font-stretch: normal; line-height: normal; font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; color: rgb(0, 0, 0);" helvetica="" neue";"=""> <span style="letter-spacing: -0.1px; font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; font-size: 14pt; color: rgb(0, 0, 0);" apple="" sd="" gothic="" neo";="" font-size:="" 14pt;"="">등<span class="s1" style="letter-spacing: -0.1px; font-size: 14pt; font-variant-numeric: normal; font-variant-east-asian: normal; font-stretch: normal; line-height: normal; font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; color: rgb(0, 0, 0);" helvetica="" neue";"=""> <span style="letter-spacing: -0.1px; font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; font-size: 14pt; color: rgb(0, 0, 0);" apple="" sd="" gothic="" neo";="" font-size:="" 14pt;"="">다양한<span class="s1" style="letter-spacing: -0.1px; font-size: 14pt; font-variant-numeric: normal; font-variant-east-asian: normal; font-stretch: normal; line-height: normal; font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; color: rgb(0, 0, 0);" helvetica="" neue";"=""> <span style="letter-spacing: -0.1px; font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; font-size: 14pt; color: rgb(0, 0, 0);" apple="" sd="" gothic="" neo";="" font-size:="" 14pt;"="">원인이<span class="s1" style="letter-spacing: -0.1px; font-size: 14pt; font-variant-numeric: normal; font-variant-east-asian: normal; font-stretch: normal; line-height: normal; font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; color: rgb(0, 0, 0);" helvetica="" neue";"=""> <span style="letter-spacing: -0.1px; font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; font-size: 14pt; color: rgb(0, 0, 0);" apple="" sd="" gothic="" neo";="" font-size:="" 14pt;"="">알려져<span class="s1" style="letter-spacing: -0.1px; font-size: 14pt; font-variant-numeric: normal; font-variant-east-asian: normal; font-stretch: normal; line-height: normal; font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; color: rgb(0, 0, 0);" helvetica="" neue";"=""> <span style="letter-spacing: -0.1px; font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; font-size: 14pt; color: rgb(0, 0, 0);" apple="" sd="" gothic="" neo";="" font-size:="" 14pt;"="">있다<span class="s1" style="letter-spacing: -0.1px; font-size: 14pt; font-variant-numeric: normal; font-variant-east-asian: normal; font-stretch: normal; line-height: normal; font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; color: rgb(0, 0, 0);" helvetica="" neue";"="">. <span style="letter-spacing: -0.1px; font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; font-size: 14pt; color: rgb(0, 0, 0);" apple="" sd="" gothic="" neo";="" font-size:="" 14pt;"="">현재는<span class="s1" style="letter-spacing: -0.1px; font-size: 14pt; font-variant-numeric: normal; font-variant-east-asian: normal; font-stretch: normal; line-height: normal; font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; color: rgb(0, 0, 0);" helvetica="" neue";"=""> <span style="letter-spacing: -0.1px; font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; font-size: 14pt; color: rgb(0, 0, 0);" apple="" sd="" gothic="" neo";="" font-size:="" 14pt;"="">실제<span class="s1" style="letter-spacing: -0.1px; font-size: 14pt; font-variant-numeric: normal; font-variant-east-asian: normal; font-stretch: normal; line-height: normal; font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; color: rgb(0, 0, 0);" helvetica="" neue";"=""> <span style="letter-spacing: -0.1px; font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; font-size: 14pt; color: rgb(0, 0, 0);" apple="" sd="" gothic="" neo";="" font-size:="" 14pt;"="">측정을<span class="s1" style="letter-spacing: -0.1px; font-size: 14pt; font-variant-numeric: normal; font-variant-east-asian: normal; font-stretch: normal; line-height: normal; font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; color: rgb(0, 0, 0);" helvetica="" neue";"=""> <span style="letter-spacing: -0.1px; font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; font-size: 14pt; color: rgb(0, 0, 0);" apple="" sd="" gothic="" neo";="" font-size:="" 14pt;"="">통해<span class="s1" style="letter-spacing: -0.1px; font-size: 14pt; font-variant-numeric: normal; font-variant-east-asian: normal; font-stretch: normal; line-height: normal; font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; color: rgb(0, 0, 0);" helvetica="" neue";"=""> <span style="letter-spacing: -0.1px; font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; font-size: 14pt; color: rgb(0, 0, 0);" apple="" sd="" gothic="" neo";="" font-size:="" 14pt;"="">어떤<span class="s1" style="letter-spacing: -0.1px; font-size: 14pt; font-variant-numeric: normal; font-variant-east-asian: normal; font-stretch: normal; line-height: normal; font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; color: rgb(0, 0, 0);" helvetica="" neue";"=""> <span style="letter-spacing: -0.1px; font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; font-size: 14pt; color: rgb(0, 0, 0);" apple="" sd="" gothic="" neo";="" font-size:="" 14pt;"="">성분<span class="s1" style="letter-spacing: -0.1px; font-size: 14pt; font-variant-numeric: normal; font-variant-east-asian: normal; font-stretch: normal; line-height: normal; font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; color: rgb(0, 0, 0);" helvetica="" neue";"="">, <span style="letter-spacing: -0.1px; font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; font-size: 14pt; color: rgb(0, 0, 0);" apple="" sd="" gothic="" neo";="" font-size:="" 14pt;"="">근원지에<span class="s1" style="letter-spacing: -0.1px; font-size: 14pt; font-variant-numeric: normal; font-variant-east-asian: normal; font-stretch: normal; line-height: normal; font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; color: rgb(0, 0, 0);" helvetica="" neue";"=""> <span style="letter-spacing: -0.1px; font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; font-size: 14pt; color: rgb(0, 0, 0);" apple="" sd="" gothic="" neo";="" font-size:="" 14pt;"="">의하여<span class="s1" style="letter-spacing: -0.1px; font-size: 14pt; font-variant-numeric: normal; font-variant-east-asian: normal; font-stretch: normal; line-height: normal; font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; color: rgb(0, 0, 0);" helvetica="" neue";"=""> <span style="letter-spacing: -0.1px; font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; font-size: 14pt; color: rgb(0, 0, 0);" apple="" sd="" gothic="" neo";="" font-size:="" 14pt;"="">미세먼지가<span class="s1" style="letter-spacing: -0.1px; font-size: 14pt; font-variant-numeric: normal; font-variant-east-asian: normal; font-stretch: normal; line-height: normal; font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; color: rgb(0, 0, 0);" helvetica="" neue";"=""> <span style="letter-spacing: -0.1px; font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; font-size: 14pt; color: rgb(0, 0, 0);" apple="" sd="" gothic="" neo";="" font-size:="" 14pt;"="">형성되었는지에<span class="s1" style="letter-spacing: -0.1px; font-size: 14pt; font-variant-numeric: normal; font-variant-east-asian: normal; font-stretch: normal; line-height: normal; font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; color: rgb(0, 0, 0);" helvetica="" neue";"=""> <span style="letter-spacing: -0.1px; font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; font-size: 14pt; color: rgb(0, 0, 0);" apple="" sd="" gothic="" neo";="" font-size:="" 14pt;"="">관한<span class="s1" style="letter-spacing: -0.1px; font-size: 14pt; font-variant-numeric: normal; font-variant-east-asian: normal; font-stretch: normal; line-height: normal; font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; color: rgb(0, 0, 0);" helvetica="" neue";"=""> <span style="letter-spacing: -0.1px; font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; font-size: 14pt; color: rgb(0, 0, 0);" apple="" sd="" gothic="" neo";="" font-size:="" 14pt;"="">연구는<span class="s1" style="letter-spacing: -0.1px; font-size: 14pt; font-variant-numeric: normal; font-variant-east-asian: normal; font-stretch: normal; line-height: normal; font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; color: rgb(0, 0, 0);" helvetica="" neue";"=""> <span style="letter-spacing: -0.1px; font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; font-size: 14pt; color: rgb(0, 0, 0);" apple="" sd="" gothic="" neo";="" font-size:="" 14pt;"="">부족하여<span class="s1" style="letter-spacing: -0.1px; font-size: 14pt; font-variant-numeric: normal; font-variant-east-asian: normal; font-stretch: normal; line-height: normal; font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; color: rgb(0, 0, 0);" helvetica="" neue";"=""> <span style="letter-spacing: -0.1px; font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; font-size: 14pt; color: rgb(0, 0, 0);" apple="" sd="" gothic="" neo";="" font-size:="" 14pt;"="">대부분이<span class="s1" style="letter-spacing: -0.1px; font-size: 14pt; font-variant-numeric: normal; font-variant-east-asian: normal; font-stretch: normal; line-height: normal; font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; color: rgb(0, 0, 0);" helvetica="" neue";"=""> <span style="letter-spacing: -0.1px; font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; font-size: 14pt; color: rgb(0, 0, 0);" apple="" sd="" gothic="" neo";="" font-size:="" 14pt;"="">기상관측에<span class="s1" style="letter-spacing: -0.1px; font-size: 14pt; font-variant-numeric: normal; font-variant-east-asian: normal; font-stretch: normal; line-height: normal; font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; color: rgb(0, 0, 0);" helvetica="" neue";"=""> <span style="letter-spacing: -0.1px; font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; font-size: 14pt; color: rgb(0, 0, 0);" apple="" sd="" gothic="" neo";="" font-size:="" 14pt;"="">판단을<span class="s1" style="letter-spacing: -0.1px; font-size: 14pt; font-variant-numeric: normal; font-variant-east-asian: normal; font-stretch: normal; line-height: normal; font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; color: rgb(0, 0, 0);" helvetica="" neue";"=""> <span style="letter-spacing: -0.1px; font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; font-size: 14pt; color: rgb(0, 0, 0);" apple="" sd="" gothic="" neo";="" font-size:="" 14pt;"="">의존하고<span class="s1" style="letter-spacing: -0.1px; font-size: 14pt; font-variant-numeric: normal; font-variant-east-asian: normal; font-stretch: normal; line-height: normal; font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; color: rgb(0, 0, 0);" helvetica="" neue";"=""> <span style="letter-spacing: -0.1px; font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; font-size: 14pt; color: rgb(0, 0, 0);" apple="" sd="" gothic="" neo";="" font-size:="" 14pt;"="">있다<span class="s1" style="letter-spacing: -0.1px; font-size: 14pt; font-variant-numeric: normal; font-variant-east-asian: normal; font-stretch: normal; line-height: normal; font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; color: rgb(0, 0, 0);" helvetica="" neue";"="">.? 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진)은 환경복지연구센터 김화진 박사팀이 고해상 실시간 측정분석기(HR-ToF-AMS)를 이용, 실시간으로 미세먼지의 구성성분을 측정해 2019년 3월의 고농도 미세먼지가 장거리 이동의 영향이었음을 밝혔다. 특히 이 결과는 중국과학원(CAS) 연구진과 공동으로 측정하고 비교하여 중국의 오염물질이 국내에 유입된다는 것을 과학적으로 증명하여 발표한 것으로, 국제적인 정책 수립 시 근거로 활용할 수 있을 것으로 기대된다. KIST 김화진 박사팀은 고해상 실시간 측정분석기를 이용하여 2개월에 걸쳐 3분 단위로 중국과 서울 시내의 대기 중 미세먼지의 화학적 구성성분을 측정하고, 약 이틀간의 시간차를 두고 측정값을 비교하여 어떤 오염원이 주로 미세먼지에 영향을 주는지를 분석했다. 해당 기간 동안 유기 성분, 질산염, 황산염 등이 중국에서 이동해 오는 오염물질임을 명확히 밝혀냈으며, 장거리 이동오염 물질인 납이 이동해 오는 것 또한 실시간 분석을 통하여 밝혀냈다. 연구진이 측정 분석을 수행한 2019년 3월은 고농도 미세먼지 농도가 100μg/m3 가 3일 이상 지속되는 등 매우 심각한 상황이어서 비상저감 조치 등이 시행된 바 있다. 그럼에도 불구하고 정책의 가시적인 효과를 확인할 수 는 없었는데, 오염원 분석을 통하여 자동차 2부제 시행의 효과가 있음을 밝혔다. 당시 고농도 미세먼지의 원인은 장거리 이동에 의한 사례였기 때문에 비상저감 조치가 전체적인 농도 감소에 절대적인 영향을 주지는 못하였으나, 자동차에 기인한 농도 감소에는 기여한 것으로 분석결과 나타났다. 이 결과는 향후 정책 수립을 하는데 있어서 가이드가 될 수 있을 것으로 보인다. KIST 김화진 박사는 “이번 한-중 공동연구를 통해 오염물질의 장거리 이동 영향을 밝히는 한편, 이와 동시에 어떤 오염물질이 이동해 올 수 있는지를 밝힐 수 있었다. 고농도 미세먼지 정책 수립에 참고가 될 수 있겠으나 고농도 미세먼지 현상이 항상 장거리 이동에 의해서만 발생하는 것이 아니므로 좀 더 다양한 케이스의 원인에 대한 실시간 측정을 통한 원인 분석 및 메커니즘 규명이 필요하다.”라고 말하며 “미세먼지는 우리나라만의 문제가 아닌 동아시아 전체의 문제이므로 국제적인 협력연구가 반드시 필요하다.”라고 밝혔다. 본 연구는 미세먼지 국가전략 프로젝트와 대기환경복합대응연구사업으로 수행되었으며, 이번 연구결과는 대기과학 분야 국제 저널인 ‘Atmospheric Chemistry and Physics’ (IF: 5.414, JCR 분야 상위 9.14%) 최신 호에 게재되었다. * (논문명) Measurement report: Characterization of severe spring haze episodes and influences of long-range transport in the Seoul metropolitan area in March 2019 - (제 1저자, 교신저자) 한국과학기술연구원 김화진 선임연구원 - (공동저자) University of California Davis, Dr. Qi Zhang - (공동저자) 중국과학원 Dr. Yele Sun <그림설명> [그림 1] 해외로부터 장거리 이동해 온 미세먼지 성분 [그림 2] 고농도 기간 국내 비상저감조치 정책으로 인하여 자동차 배출에 기인한 미세먼지 (vehicle emitted OA) 농도가 줄어드는 것 또한 보여줌 [그림 3] KIST 연구진이 중국과의 공동 측정을 통하여, 국내 고농도 미세먼지 발생시 중국의 미세먼지중, 질산염, 황산염, 유기성분중 장거리 이동 유기오염원이 국내에 이틀 간격으로 영향을 미친다는 결과를 발표함 같은기간 국내 비상저감조치 정책으로 인하여 자동차 배출에 기인한 미세먼지 농도는 줄어드는 것 또한 보여줌 [그림 4] 장거리이동에 의하여 납이 이동하여 고농도 미세먼지 기간 국내에 영향을 미치는 것을 실시간 측정과 분석을 통하여 보여줌
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- 작성자환경복지연구센터 김화진 박사팀
- 작성일2020.11.05
- 조회수22050
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화재, 폭발 위험 없는 전기차 배터리 생산을 위한 전극소재 열분석 기법 개발
- 3세대 전기자동차용 안전한 소재 설계를 위한 발판 마련 - 전극 소재의 열분해 메커니즘 규명 및 실시간 분석 플랫폼 구축 최근 전기자동차 배터리의 화재 사고가 끊이지 않고 있다. 전기 자동차의 배터리 팩의 경우 스마트폰 등의 소형 모바일 기기와 달리 수백 개의 배터리 셀로 구성되기 때문에 배터리의 불안정성은 인적, 물적 피해를 초래하는 매우 중요한 문제이다. 화재의 원인을 밝혀내려는 다양한 노력이 진행 중인 가운데 국내 연구진이 배터리의 열적 불안정성을 평가할 수 있는 새로운 분석기법을 개발했다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진)은 에너지저장연구단 장원영 박사, 전북분원 탄소융합소재연구센터 김승민 박사 공동연구팀이 투과전자현미경을 이용하여 배터리 양(+)극 소재의 열 안정성을 평가할 수 있는 실시간 분석 플랫폼을 구축하고, 이를 통하여 전기 자동차용 하이-니켈계 양(+)극 소재의 미세한 화학조성의 변화에 따른 열분해 메커니즘의 변화를 규명했다고 밝혔다. 배터리의 양극은 충전용량, 즉 전기자동차의 주행거리를 결정짓는 핵심적인 부분이다. 양극 소재는 니켈·코발트·알루미늄 또는 니켈·망간·코발트 등의 여러 성분을 적정 비율로 배합하여 제작하는데, 기업 및 학계 연구진들은 전기자동차의 주행거리를 늘리기 위해 새로운 구성 비율을 찾으려 노력하고 있다. 양극소재에는 니켈 금속이 들어가는데, 니켈이 많이 포함될수록 더 큰 충전용량을 확보할 수 있다. 또한, 니켈은 함께 구성되는 코발트보다 상대적으로 저렴하여 전기자동차 보급에 필수적인 배터리 단가를 낮추는 효과도 있다. 하지만 니켈은 그 충전용량이 큰 만큼 외부 환경에 쉽게 반응하려는 성질이 있어 배터리의 안정성이 낮아지는 치명적인 단점을 갖고 있다. 최근 개발 중인 3세대 전기자동차용 양극 소재는 니켈 함량을 80% 이상으로 높이고 있어서, 이로 인한 안정성 저하를 필수적으로 개선해야 한다. 배터리의 화재는 주로 충전된 산화물계 양극 소재와 발화성 액체 전해질의 격렬한 발열 반응에서 기인하기 때문에, 연구진은 전해질과 맞닿아 있는 양극 표면에 초점을 맞춰 다양한 투과전자현미경 분석기법(전자에너지 분광분석법, 전자회절 분석법 등)을 활용하여 온도의 상승에 따른 전극 구조의 결정구조, 구성성분의 화학적 변화를 면밀히 관찰·분석하였다. 그 결과, NCA(니켈·코발트·알루미늄) 양극 소재에서의 화학 조성에 따른 배터리 열적 안정성 저하 원인과 배터리의 안전성 확보를 위한 구성 원소의 역할을 규명할 수 있었다. KIST 연구진은 NCA 양극 소재에서의 알루미늄 대비 니켈의 증가는 용량의 향상을 보이지만, 실제 상한 충전상태(총 리튬 이온의 67% 반응)에서 열 안정성이 크게 저하되는 것을 관찰하였다. 이를 분석한 결과, 실제 산화/환원반응에 참여하지 않는 알루미늄 원소가 부족해 충전 과정 중, 열 안정성을 저하시킬 수 있는 새로운 상(O1 Phase)을 형성하게 하고, 불안정해진 새로운 상의 표면 구조가 결국 저하된 열 안정성의 원인임을 밝혔다. KIST 장원영 박사는 “최근 전 세계적으로 잇따른 전기 자동차의 화재가 발생하고 있으며, 발화 원인이 배터리인 경우가 많았다. 본 연구를 통하여 고성능 양극 소재 개발에 있어서 열 안정성을 확보할 수 있는 화학조성 설계의 중요성을 확인했다.”고 밝혔다. KIST 전북분원 김승민 박사는 “발열 반응의 시발점인 양극 소재 자체의 열적 안정성을 확보하는 것은 전기 자동차 대중적 보급에 매우 중요한 역할을 한다. 이번에 개발한 고도 분석기법을 통하여 향후에는 미량 원소의 혼입에 따른 영향을 파악하여, 안정성이 확보된 고성능 양극소재를 개발할 수 있을 것”이라고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영) 지원으로 KIST 주요사업과 한국연구재단 중견연구자지원사업으로 수행되었으며, 연구결과는 에너지 분야 국제학술지 ‘Nano Energy’ (IF:16.602, JCR 분야 상위 4.29%) 최신호에 게재될 예정이다. * (논문명) Different Thermal Degradation Mechanisms: Role of Aluminum in Ni-rich Layered Cathode Materials - (제 1저자) 한국과학기술연구원 조은미 박사후연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 장원영 책임연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 김승민 책임연구원 <그림설명> [대표 이미지] KIST 연구진이 전기차용 양극소재로 널리 쓰이는 NCA (니켈·코발트·알루미늄)에서의 배터리 화재의 위험성을 줄여줄 수 있는 알루미늄 원소의 역할을 그린 예상도 [그림 1] 실제 상한 충전상태에서의 NCA양극 소재의 화학 조성에 따른 열안정성 차이 원인 규명 [그림 2] NCA 양극 소재에서의 니켈과 알루미늄의 교환으로 인한 전지성능과 열안정성과의 상충적 관계
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- 작성자에너지저장연구단 장원영 박사팀
- 작성일2020.11.03
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