보도자료
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하이브리드 광다이오드 소자로 차세대 나노 반도체 기반 이미지 센서 개발
- 1, 2차원 반도체 혼합 구조의 하이브리드 광다이오드 소자 개발 - 개발한 광다이오드 소자로 차세대 나노반도체 기반 이미지 센서 구현 일반적으로 광다이오드 소자는 우리가 일상생활에 사용하는 디지털 카메라 또는 휴대폰 카메라의 이미지 센서 픽셀을 구성하는 필수 요소 중의 하나이다. 카메라에 사용되는 이미지 센서의 경우 광다이오드 소자에서 가시광의 빛을 감지하여 전기 신호로 변환하고 구동회로 칩을 통해 이러한 신호를 처리하는 방식으로 이루어져있으며, 최종적으로 우리가 촬영하는 사진이나 동영상을 디스플레이를 통해 볼 수 있게 해준다. 최근 국내 연구진이 2개의 차원을 혼합한 하이브리드 광다이오드 소자를 개발하여 차세대 나노 반도체 기반 이미지 센서를 구현했다고 밝혔다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 광전소재연구단 박민철, 황도경 박사팀은 연세대학교 물리학과 임성일 교수 연구팀과의 공동연구를 통해 2차원 텅스텐 디셀레나이드*(Tungsten diselenide, WSe2) 나노시트 반도체와 1차원 산화아연 (ZnO) 산화물 나노선 반도체의 차원 혼합 이중 접합 구조를 제작하고, 이를 이용하여 자외선에부터 근적외선까지 빛을 감지할 수 있는 광다이오드 소자 개발에 성공하였다. *텅스텐 디셀레나이드 : 텅스텐 디셀레나이드(Tungsten diselenide, WSe2)는 칼코겐화물의 일종이며 다양한 표면에 코팅되어서 저전력 소자, 저렴하고 유연한 디스플레이, 센서, 유연 전자소자에 사용가능한 2차원 적층 결정 구조를 가지고 있는 나노 반도체 소재 저차원 나노 반도체 소재는 차세대 반도체 시대를 준비하는 미래 반도체 소재의 유력한 후보군으로서 이를 적용한 소자 연구에 대한 관심이 급증하고 있다. 특히 2차원 원자막 반도체 소재의 경우 단일층 또는 다층형태의 나노시트를 구성할 수 있어 흥미로운 물리·화학적 특성을 구현해 낼 수 있다. 또한 결함이 없는 표면을 형성하기 때문에 기존 벌크 소재나 박막 소재로는 구현이 어려운 차원 혼합을 통한 이종 접합 구조를 용이하게 구현할 수 있어 다양한 전자 소자 및 광소자로써의 응용이 가능하다. KIST 연구진이 사용한 2차원 소재(텅스텐 디셀레나이드(WSe2))의 경우 광응답 특성이 우수하며 홀 이동도가 우수한 p형 반도체 소재이며, 1차원 산화아연(ZnO) 나노선은 현재 가장 유망한 1차원 나노 반도체 중 하나로 우수한 전자 이동도를 가지고 있어 고성능 전자 소자 응용이 가능한 n형 반도체 소재이다. 연구진은 단결정 벌크에서 박리한 2차원 나노시트와 화학기상증착법으로 합성된 1차원 ZnO 나노선 소재와의 차원 혼합 이종 접합 구조(pn형)를 형성하여 광다이오드 소자를 개발하였다. 연구진은 제작된 하이브리드 광다이오드 소자를 이미지 센서 픽셀로 사용하여, “뽀로로” 관련 내용이 기사에 인용될 경우, 반드시 ㈜아이코닉스의 사전 승인 부분을 언급해 주시기 바랍니다. 국내 인기 어린이 애니메이션의 “뽀로로” 캐릭터 이미지를 ㈜아이코닉스의 사전승인과 협조를 받아 이미지화하는데 성공하였다. KIST 황도경 박사는 “이번 연구를 통해 1, 2차원 저차원 반도체 소재의 하이브리드 소자를 개발하여 자외선에서 근적외선에 이르는 빛을 감지하는 광다이오드 기본 소자를 구현했다.”고 말했으며, 박민철 박사는 “이번 연구는 새로 개발한 소자를 이용, 성공적인 2차원 이미지화를 구현하였으며, 향후 나노 스케일의 반도체 픽셀을 기반으로 하는 차세대 이미지 센서 소자의 상용화에 기여할 것으로 기대한다.”고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 유영민)의 지원으로 KIST 기관고유사업, 중견연구자지원사업, Giga KOREA 사업으로 수행되었으며, 국제학술지 ‘Advanced Functional Materials’(IF : 12.124)에 11월 3일(금)자 온라인 게재되었다. <그림자료> <그림> 1차원 나노선-2차원 나노시트 하이브리드 광다이오드 이미지 센서 소자 (a) 완성된 하이브리드 광다이오드 소자의 모식도 (b) 광다이오드 소자의 청색광 응답 특성 (c) 하이브리드 광다이오드 이미지 센서 구현 모식도 및 실제로 얻어진 애니메이션 캐릭터 ‘뽀로로’ 이미지
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- 작성자광전소재연구단 박민철, 황도경 박사팀
- 작성일2017.11.15
- 조회수18692
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2차원 新물질로 손쉽게 광대역의 극초단 레이저 발생시킨다
- 2차원 신물질(MXene, 맥신)을 이용한 광대역 극초단 레이저 발생 기술 - 초정밀 물질가공, 초고속 광통신 등 첨단 응용분야에 활용 기대 최근 2차원 물질에 대한 연구는 그래핀을 넘어 다양한 형태의 2차원 물질들로 확산되는 경향을 보이고 있다. 지난해 KIST 구종민 박사팀이 美 드렉셀(Drexel) 대학교와의 공동연구를 통해 전자파차폐용으로 개발했던 ‘MXene’(Science, VOL.353, 2016)이라 불리는 2차원 나노물질은 최근 제조된 2차원 물질 중 가장 뛰어난 전자적 특성과 친수성 표면 화학기능기, 고분자 물질과의 혼합 용이성에 기인하여 슈퍼커패시터의 전극 물질, 전자파 차단 소재, 다공성 박막 소재 등 다양한 응용 연구들이 진행되고 있다. 최근 국내 연구진이 맥신 소재를 이용하여 극초단 레이저 펄스를 발생시켜 첨단 응용분야에 사용될 수 있는 기술을 개발했다고 밝혔다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 센서시스템연구센터 전영민 박사팀은 美 드렉셀(Drexel) 대학교 및 서울시립대 연구진과 공동연구를 통해 새로운 2차원 나노물질인 맥신(MXene)을 이용하여 넓은 대역과 펨토초(femto second, 10-15)대의 극초단 레이저 펄스를 발생시킬 수 있는 기술을 개발하였다. 1000조 분의 1초의 짧은 펄스 폭을 지니는 펨토초 레이저는 펄스폭이 매우 짧고 순간적으로 강한 에너지를 전달할 수 있어 초정밀 물질가공, 초정밀 안과수술, 테라헤르츠빔 발생, 초고속 광통신 등 다양한 첨단 응용 분야에 활용될 수 있다. 맥신 2차원 물질은 티타늄과 같은 중금속 원자와 탄소 원자의 이중 원소로 이뤄진 얇은 판 모양의 나노 물질로, 초고속 포화흡수체로 작용하여 빛을 매우 빠른 속도로 스위칭할 수 있어 펨토초대의 짧은 펄스를 만들 수 있다. 또한 기존 2차원 물질과 달리 에너지 갭이 없는 금속성 2차원 물질이기 때문에 근적외선 및 중적외선 영역을 포함하는 매우 넓은 파장 영역대의 레이저 빛을 발생시킬 수 있는데, 본 연구진은 이를 실험적으로 입증하였다. 게다가 맥신 2차원 물질은 표면에 다량의 친수기(*물과 친화성이 강한 원자단)를 가지고 있어 고분자와 혼합이 용이하여 산화에 강한 필름형태의 복합 물질을 제조하기 쉬우며, 혼합 상태에서도 우수한 펄스 레이저 발생 특성을 보였다. KIST 전영민 센터장은 “최근에 개발된 맥신 2차원 물질은 수퍼커패시터 전극 물질, 전자파 차단 소재, 나노다공성막 등의 응용에 대한 연구가 진행되어 왔으나 레이저 광학분야로의 적용은 전무한 실정이었다.”라고 말하며, “이번 연구를 통해 맥신의 뛰어난 광학 응용 잠재성을 확인하였으며, 후속 연구를 통하여 새로운 차세대 광학소자의 개발 연구를 이어나갈 계획이다.”라고 밝혔다. 이번 연구는 과학기술정보통신부(장관 유영민)의 지원으로 KIST 기관고유사업과 글로벌 프론티어사업으로 수행되었으며, 연구 결과는 재료과학 분야의 권위있는 국제학술지인 ‘Advanced Materials’(IF : 19.791) 10월 25일자 표지 논문(Inside Back Cover)으로 선정되어 게재되었다. <그림자료> <그림 1> (위) 맥신 2차원 물질 기반의 펨토초대 펄스 레이저 시스템 (아래, 좌) 펨토초대 펄스폭을 가지는 레이저의 자기상관법에 의한 펄스폭 측정 (아래, 우) 출력된 펄스 레이저빔의 전기 스펙트럼 <그림 2> (좌) 중적외선(1875 nm) 펄스 레이저빔이 발생하는 것을 입증하는 광학 스펙트럼 (우) 펌프 파워 변화(194에서 230 mW으로)에 따른 레이저빔의 출력특성(위 곡선에서 아래 곡선)
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- 작성자센서시스템연구센터 전영민 박사팀
- 작성일2017.11.09
- 조회수17065
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차세대 ‘리튬-황’ 이차전지, 수명·성능 향상 기술 개발
- 새로운 인공 고체-전해질 물질로 전극 안정화, 고성능 리튬-황 전지 구현 - 향후 드론, 자율주행차등 에너지 저장시스템에 적용 기대 리튬-황(Lithium-Sulfur battery)전지는 이론적으로 리튬이온전지보다 대략 8배 높은 에너지밀도를 가져 제대로 구현이 된다면 리튬이온전지를 상회할 수 있다고 기대되는 2차전지이다. 하지만 황(octa-sulfur)을 양극으로, 리튬 금속을 음극으로 하는 리튬-황전지의 구현에는 많은 제약이 있어 상용화에 어려움을 겪고 있다. 최근 연구진이 기존의 액체 전해질 사용시 발생하는 문제를 해결한 새로운 인공 고체-전해질 중간물질(ASEI, artificial solid-electrolyte interphase)을 사용하여 리튬-황 전지의 성능과 수명 특성을 획기적으로 향상시켰다고 밝혔다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 녹색도시기술연구소 에너지융합연구단 조원일 박사팀은 ‘무인 이동체’를 구동을 위한 차세대 전지 기술을 개발해왔으며, 이번에 새로운 물질을 개발하여 전지의 이온 보호막으로 사용, 리튬 음극과 황 양극의 안정화를 끌어내어 고성능 리튬-황 전지 기술을 개발했다. 기존의 리튬-황 전지의 단점은 양극으로 사용하는 황의 낮은 전기전도도와 반응생성물인 부도체(Li2S)와 추가적으로 발생하는 반응생성물인 리튬폴리설파이드(LPS, Li2Sn 2<n<8)라 불리는 중간 종의 형성에 있다. 이 물질들은 전극 물질의 손실과 낮은 재이용율 문제를 일으켜 그 결과로 전지의 용량이 빠르게 감소하거나, 충·방전 수명이 짧아지며, 화학적 단락이 발생하게 된다. 또 다른 문제는 충·방전 시 음극인 리튬의 높은 반응성과 불균일한 전착이 과열, 전해액 분해, 리튬 손실을 야기한다. 충전과정에서 리튬이온의 불균일한 전착은 분리막을 꿰뚫게 되는 이른바 ‘덴드라이트’(Dendrite, 수상돌기) 성장이 일어나 많은 열과 스파크를 일으켜 가연성 유기물인 전해액의 발화를 일으키는 심각한 안전문제를 가져온다. KIST 연구진은 리튬-황 전지의 양극과 음극 모두에서 일어나는 전기화학공정을 안정화시키기 위해 방어막 역할을 하는 새로운 인공 고체-전해질 중간물질(ASEI)을 제조하여, 음극(-)에서 리튬의 안정한 도금을 형성하여 단점을 상쇄하는 원천적 메커니즘을 밝혔다. 유사한 개념을 적용하여 양극(+)에서의 문제도 해결하여 매우 효과적으로 황의 재이용율을 높이는 것을 고안했다. 연구진은 서로 다른 두 종류의 고체-전해질 중간상(ASEI) 설계 개념을 결합하여 제조한 고성능 리튬-황전지가 1,000회 이상의 안정적인 충·방전이 가능하며, 기존의 리튬이온전지에 비해 용량이 3배 가량 상회하는 것을 확인함으로서, 전지의 오랜 수명과 고출력을 구현하는데 성공했다. 본 연구를 주도한 KIST 조원일 박사는 “이번 연구는 가까운 시일 내에 리튬금속을 음극으로 하는 차세대 이차전지의 상용화를 앞당기게 될 것”이라 말하며, “이번 개발한 리튬-황 전지는 가볍고 에너지 출력이 높아 향후 드론, 자율주행차와 에너지저장시스템(ESS)등에 적용될 것으로 기대한다.”고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 유영민)지원으로 ‘무인이동체 사업단’ 사업과 KIST 기관고유사업으로 수행되었으며, 연구결과는 에너지 분야의 국제학술지 ‘Nano Energy’ (IF:12.34)에 10월 7일(목) 온라인 게재되었다. <n<8)라 안전문제를="" 심각한="" 일으키는="" 발화를="" 전해액의="" 유기물인="" 가연성="" 스파크를="" 열과="" 많은="" 일어나="" 성장이="" 수상돌기)="" ‘덴드라이트’(dendrite,="" 이른바="" 되는="" 꿰뚫게="" 분리막을="" 전착은="" 리튬이온의="" 충전과정에서="" 야기한다.="" 손실을="" 리튬="" 분해,="" 전해액="" 과열,="" 전착이="" 불균일한="" 반응성과="" 높은="" 리튬의="" 음극인="" 시="" 문제는="" 다른="" 또="" 된다.="" 발생하게="" 단락이="" 화학적="" 짧아지며,="" 수명이="" 충·방전="" 감소하거나,="" 빠르게="" 용량이="" 전지의="" 결과로="" 그="" 일으켜="" 문제를="" 재이용율="" 낮은="" 손실과="" 물질의="" 전극="" 물질들은="" 이="" 있다.="" 형성에="" 종의="" 중간="" 불리는="" div="" 가져온다.?<=""> <그림설명> <그림 1> 인조 고체-전해질 중간상을 적용한 고성능 리튬-황전지 개념도 </n<8)라>
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- 작성자에너지융합연구단 조원일 박사팀
- 작성일2017.10.24
- 조회수23056
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팽창 입자를 이용한 맞춤형 형태의 입자 제조 기술
- 열팽창 입자를 이용한 고분자 입자의 형상 및 밀도 제어 기술 - 정밀한 나노패턴 구현 가능, 다양한 플랫폼으로 활용 기대 다양한 형태를 가지는 마이크로(μ(micro), 100만분의 1미터) 크기의 입자들은 전자파 차폐 및 열전도성 복합체용 기능성 필러 소재나, 지능형 약물 전달 및 질병 진단용 바이오 소재, 차세대 광전 소자 응용을 위한 광자 결정 소재 등 다양한 분야에 응용될 수 있다. 하지만, 고분자 입자의 모양 및 밀도를 응용 용도에 맞게 맞춤형으로 제조하는 기술은 아직 개발되지 못하고 있어 그 응용에 제약이 따르고 있었다. 최근 국내 연구진이 열팽창성 고분자 입자를 이용해 다양하고 복잡한 형태를 가지는 중공형(中空形) 고분자 입자를 손쉽게 제조할 수 있는 기술을 구현했다고 밝혔다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 물질구조제어연구센터 구종민 박사 연구팀은 美 펜실베니아대(University of Pennsylvania)의 슈 양(Shu Yang) 교수팀과의 공동 연구를 통해 열팽창성 고분자 입자를 사용하여 충진(Packing)과 재밍*(Jamming) 공정을 통한 다양한 형태의 마이크로 입자와 매우 낮은 밀도를 가져 가벼운 중공 형태의 고분자 입자 제조 기술을 개발하였다고 밝혔다. * 재밍 (Jamming) : 과립, 유리질, 거품, 에멀젼, 복합 유체 등의 재료가 그 밀도가 증가함에 따라 점도가 증가하는 현상 KIST 구종민 박사팀은 기존의 입자 제조의 문제점을 극복하기 위해 먼저 가열된 조건에서 스스로 팽창하는 특성을 가지는 팽창성 고분자 입자를 제조하였다. 연구진은 제조된 팽창성 입자를 원하는 형상의 주형(mold) 내에 결합(docking)시킨 후, 이를 가열하여 팽창시킴으로써 원하는 형태의 입자를 만들어내는 제조 공정을 활용하여 형태 및 밀도를 자유롭게 제어할 수 있는 마이크로 입자 제조 기술을 개발하였다. 연구진이 개발한 기술은 주형의 틀 형태 뿐 아니라 결합(docking)한 입자의 개수, 열팽창 온도 등의 조건을 적절히 제어하여 고분자 입자의 형태와 밀도를 자유롭게 구현 가능하다. KIST 구종민 박사는 “본 연구로부터 개발된 마이크로 입자의 제조 기술은 형태 및 밀도 제어가 용이할 뿐 아니라 입자의 표면에 정밀한 나노 패턴 구현과 같은 부가적 기능을 부여할 수 있는 플랫폼 기술로써 매우 뛰어난 확장성을 가진다.”고 밝혔다. 또한 구종민 박사팀은 전자파를 99.9%차단하는 신개념복합소재 개발(Nanoscale, 2017)에 성공하여 이번 연구결과와 연계한 고분자 중공 입자들을 전자파 차폐 및 열전도성 고분자 복합체의 최적 충진을 위한 필러 소재로써 적용하기 위한 후속 연구에 박차를 가하고 있다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 유영민)지원으로 KIST 기관고유사업, KU-KIST 스쿨(고려대-KIST융합대학원) 운영사업, 한국연구재단의 중견연구자사업을 통해 수행되었으며, 본 연구 결과는 국제 과학 저널인 ‘Nature Communications’(IF : 12.124)에 9월 28일자 온라인 판에 게재되었다. <그림설명> <그림 1> 열팽창성 입자의 도킹 및 팽창을 통한 입자 형태 제어 열팽창성 입자를 다양한 형태의 몰드 내에 도킹시키고, 온도를 높여 입자를 팽창시켜 다양한 형태의 고분자 중공입자를 제조하였다. 몰드의 형태 및 팽창 온도 (압력), 입자 개수를 조절하여 형상과 밀도를 제어한다. <그림 2> 열팽창 공정을 통한 마이크로 입자 표면에 나노 패턴 구현 열팽창성 고분자 입자의 형태 다양화 뿐 아니라, 이들의 팽창 공정을 이용하여 입자 표면에 다양한 나노 패턴을 전사하였다.
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- 작성자물질구조제어연구센터 구종민 박사팀
- 작성일2017.10.24
- 조회수17187
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리튬이온전지 대체할 고성능 소듐이온전지 안티몬 복합소재 개발
- 친환경 실리콘 오일을 이용한 고성능 소듐이온전지 안티몬 복합소재 구현 - 리튬이온전지 대체할 높은 용량의 차세대 이차전지 시스템 기대 리튬이온전지(LIB, Lithum-ion battery)는 높은 에너지 밀도와 출력 밀도를 나타내 지난 20년 이상 동안 휴대기기와 같은 소형기기의 동력원뿐만 아니라 최근 하이브리드 자동차와 전기자동차의 대형 전력 저장용으로 그 이용범위가 확대되고 있다. 하지만 점점 고갈되고 있는 리튬 원료로 인해 리튬이온전지 대신 새로운 차세대 이차전지 시스템에 대한 개발이 화두이다. 리튬이온전지를 대체할 이차전지로는 자원이 풍부하여 저렴하고 친환경적이며 높은 용량을 가지는 소듐이온전지(SIB, Sodium-ion battery)의 음극 소재 개발에 대한 관심이 높아지고 있는데, 최근 국내 연구진이 간단한 합성방법을 통해 높은 전지용량을 가지는 소듐이온전지용 음극 복합소재를 개발했다고 밝혔다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 녹색도시기술연구소 에너지융합연구단 최원창 박사팀은 소듐이온전지의 음극용 소재로 기존에 보고된 합성법보다 더욱 저렴하고 간단한 방법을 통해 고성능의 안티몬(antimony) 입자들이 박혀있는 실리콘옥시카바이드 복합체를 합성하는데 성공했다. 연구진은 복합체 음극물질을 구현하는 동시에, 충·방전 도중에 발생하는 안티몬 소재의 부피팽창을 억제할 수 있는 더욱 견고하고 탄성력을 지니는 복합물질을 개발하는데 성공하였다. 연구진이 개발한 음극용 복합체는 합성 시 별도의 추가 화학물질 첨가 없이, 실리콘 오일과 안티몬 파우더만을 이용하여, 실리콘옥시카바이드 소재 안에 안티몬 입자가 골고루 분산되어 있는 복합소재로, 간단하게 합성할 수 있어 향후 안티몬뿐만 아닌 다양한 소듐이차전지용 합금계 음극 복합체 개발에 도움이 될 전망이다. 소듐(나트륨) 자원은 리튬과 달리 광물뿐만 아니라 해수에 다량 함유되어 있어 자원이 고갈될 염려가 없고, 리튬과 비슷한 화학성질을 지녀 소듐이온전지를 개발하려는 연구가 활발하게 진행되었다. 그러나 소듐이온은 리튬이온보다 원자번호가 크고 이온반경이 크기 때문에, 현재 리튬이온전지의 상용 음극으로 사용되는 흑연 소재를 소듐이온전지의 음극 소재로 적용이 불가능하다는 단점이 있었다. 최근 학계의 발표에 따르면, 안티몬 소재는 기존 리튬이온전지 상용 음극소재인 탄소계 음극물질보다 2배 정도 높은 용량을 가지고 있어 리튬이온전지 및 소듐이온전지의 유망한 음극소재로 주목 받고 있지만, 전지의 충·방전 과정 중 발생하는 안티몬 소재의 물리적인 부피 팽창으로 인한 소재의 열화가 심각하다는 단점이 있었다. 본 연구팀은 이러한 문제점들을 해결하기 위해, 액체 형태인 실리콘 오일 안에 고체 형태의 안티몬 나노입자를 분산시킨 후, 한 번의 열처리 공정을 통하여 실리콘옥시카바이드/안티몬 복합소재를 합성하였다. 이 복합소재는 실리콘 오일 자체의 높은 점도를 활용하였기 때문에, 추가적인 화학물질 없이 열처리만으로 실리콘 옥시카바이드 소재 내에 안티몬 나노입자가 잘 분산된 복합소재의 구현이 가능하였다. 연구진은 개발한 복합소재를 소듐이온전지의 음극소재로서 적용하였을 때, 안티몬 입자의 부피 팽창 혹은 입자간 뭉침을 효과적으로 억제하여 250회 이상 전지의 충·방전 시 97% 성능을 유지하는 것을 확인했다. KIST 최원창 박사는 “본 연구의 실리콘 오일을 이용한 복합체 합성법은 안티몬 뿐만 아닌 다른 합금계 음극소재에 적용 가능하여, 다양한 이차전지 복합 음극소재를 개발 할 수 있다” 고 말했다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 유영민) 지원으로 KIST 기관고유사업(녹색도시기술플래그십연구사업)으로 수행되었으며, 국제학술지 ‘Advanced Functional Materials’(IF:12.124)에 9월 13일자 온라인 게재되었다. <그림설명> <그림 1> 안티몬 나노입자들이 박힌 실리콘옥시카바이드 복합체 합성 모식도 Step I. 실리콘 오일이 본연적으로 가지는 높은 점도(걸죽한 특성) 특성에 착안하여, 추가적인 화학물질 없이 30분 정도의 교반(stirring)만으로, 그림처럼 실리콘 오일안에 안티몬 전구체 파우더가 잘 분산된 상태 Step II 및 Step III. 상기 실리콘 오일안에 안티몬 전구체 파우더가 잘 분산된 상태 그대로, 간단히 대기 분위기의 400도 온도에서 6시간 동안 열처리(step II)를 수행한 후에, 이어서 900도에서 7시간 열처리를 하여 복합소재 구현. 최종 산물은, 나노 사이즈의 안티몬 나노입자들이 촘촘히 박힌 실리콘옥시카바이드 복합체임. <그림 2> <안티몬 나노입자들이 박힌 실리콘옥시카바이드 복합체의 투과전자현미경 이미지
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- 작성자에너지융합연구단 최원창 박사팀
- 작성일2017.09.25
- 조회수22913
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손상된 척수, 주사형 젤(gel)로 재생한다
- 면역세포와 상호작용하여 조직재생을 유도하는 하이드로젤 개발 - 의료용 생체재료로써 혁신 신약 시장 개척 기대 교통사고나 뇌졸중 등으로 인해 중추신경계가 손상되면 이차적인 신경변성이 일어나 신경조직에 결손이 생기고 물혹(낭포성 공동)이 발생하는데, 이는 신경회로의 재생을 억제하고 줄기세포의 생착을 방해하는 등 회복에 큰 저해요소가 되고 있다. 이러한 낭포성 공동의 생성을 억제하기 위해 다양한 생체재료들이 개발되었지만, 고형의 물질들은 불규칙한 형태의 손상부위를 효과적으로 메워주지 못하고 젤 타입의 물질들은 조직 내 강도나 지속성의 문제로 인한 기능 수행에 한계가 있었다. 최근 국내연구진이 중추신경계 손상 후 물혹(낭포성 공동)이 생기는 것을 억제하는 신개념의 하이드로젤(hydrogel)*을 개발하여, 척수 손상 시 중추신경계 조직의 재생을 유도하는 새로운 치료법을 제시하였다. * 하이드로젤(hydrigel) : 물이 기본 성분으로 들어 있는 젤리 모양의 물질 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 의공학연구소 생체재료연구단 송수창 박사팀은 아주대학교 뇌과학과 김병곤 교수팀과의 공동연구를 통해 면역세포를 젤(gel) 내에 머물게 하여 물혹(낭포성 공동)의 생성을 억제하는 주입형 하이드로젤 개발에 성공했다. 연구진은 개발한 하이드로젤이 외상 후 발생하는 물혹을 억제하여 2차 손상으로부터 신경세포들을 보호하고 재생을 돕는 것이 가능하다고 밝혔다. KIST 송수창 박사팀은 첫째, 불규칙한 손상부위를 메우기 위한 온도감응성 하이드로젤의 적용, 둘째로 조직 내 지속성 문제를 해결하는 빠른 조직 재생효과를 유도하기 위한 면역시스템이라는 두 가지 측면에서 접근하였다. 연구진은 상온에서는 액상을 유지하지만 체온에서는 증가된 온도로 인해 고형의 젤로 변화하는 온도감응성 폴리포스파젠 하이드로젤이라는 물질을 사용했다. 또한 면역 기능을 조절하는 대식세포**를 효과적으로 잡아주는 물질(이미다졸(imidazole)) 그룹을 하이드로젤에 도입함으로써, 하이드로젤 내에 대식세포가 효과적으로 머물게 하여 생성된 섬유성 세포외기질단백질이 하이드로젤 부위를 채워줌으로써 조직결손을 메우는 시스템을 개발할 수 있었다. ** 대식세포 : 혈액, 림프, 결합 조직에 있는 백혈구로 세포로 침입한 병원균이나 손상된 세포를 포식하여 면역기능 유지에 중요한 역할을 한다. KIST 송수창 박사는 “개발된 하이드로젤은 생체 적합성이 뛰어나면서도 물혹을 효과적으로 막아주고, 중추신경계 손상으로 인한 2차적 신경변성을 막아 신경계 손상 환자들의 증상을 완화할 수 있다.”라고 말하며, “또한 이 기술은 각종 다른 조직재생 인자들과 함께 사용되어 신경변성 억제를 넘어선 신경재생을 유도하는 시스템으로 적용될 수 있을 것으로 전망한다”고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 유영민) 지원으로 한국연구재단 바이오의료기술개발사업 “줄기세포 및 유전자 전달을 위한 다기능 온도감응성 하이드로젤 개발”과제(총괄과제책임자, KIST 송수창 박사) 및 KIST 기관고유사업의 지원으로 이루어졌으며, 본 연구결과는 국제학술지 ‘Nature Communications’ (IF : 12.124) 9월 14일(화) 온라인 판에 게재되었다. <그림설명> <그림 1> 척수손상 모델에서의 주입형 하이드로젤의 도입 및 조직재생 유도과정 <그림 2> 하이드로젤 주입 후의 공동의 생성 억제 효과 및 그에 따른 행동능력 증가
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- 작성자생체재료연구단 송수창 박사팀
- 작성일2017.09.25
- 조회수21567
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새로운 실리콘 음극재 개발로 배터리를 부피팽창 없이 오래 쓴다
- 실리콘 나노입자를 내장(embedding)한 음극재로 부피 팽창 억제 - 500회 이상의 안정적인 충·방전 가능, 기존 흑연 음극재 성능 뛰어넘어 리튬이온전지는 1990년대 소니(SONY)에 의해 최초로 상용화되어 현재 휴대폰, 노트북의 소형 전원에서 에너지저장시스템(ESS, Energy Storage Systems) 등의 대용량 전원까지 활용되고 있으며, 그 수요가 증가하고 있다. 이에 리튬이온전지의 성능(에너지밀도)을 증대시키기 위해 양극 소재에 대한 개발이 활발히 진행되어 고용량의 양극 소재가 적용되고 있으나, 음극 소재는 상용화 후 30년 가까이 지난 지금까지도 흑연 소재 음극재(약 370mAh/g)를 사용하고 있어 한계에 가까워진 실정이다. 최근 국내 연구진이 흑연 음극재를 대체할 실리콘 기반의 음극재를 개발하여 리튬이온전지의 성능(에너지 밀도)과 수명 특성을 획기적으로 향상시켰다고 밝혔다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 녹색도시기술연구소 에너지융합연구단 정훈기 박사 연구팀은 기존 실리콘 기반 음극재 상용화의 기술적 장벽이었던 부피 팽창 문제를 획기적으로 해결하는 방법으로 단단한 다공성 구형 탄소 구조체에 실리콘 나노입자를 내장(embedding)시킨 음극재를 개발하였다. 이론적으로 실리콘 기반 음극재는 상용화된 흑연계 음극재보다 10배 이상의 높은 용량을 가진다고 알려져 있으며, 세계적으로 활발한 연구가 진행되고 있다. 그러나 실리콘 음극재는 충전과 방전을 반복함에 따라 약 4배 정도의 부피 변화를 동반하고 심지어 입자가 부서지거나 전극이 벗겨짐으로 인해 전지 성능을 급격히 감소시키는 문제가 상용화에 걸림돌이 되어왔다. 그동안 리튬이온전지로의 상용화를 위해 실리콘 음극재의 부피팽창을 억제하는 연구로는 전도성 소재의 표면 코팅, 다공성 실리콘 입자 기술 등 많은 공정을 거치는 방법으로 고성능과 안정된 충·방전 성능을 구현해왔다. 그러나 KIST 연구진은 간단한 수열합성방법이라는 한 번의 공정만으로 단단한 구형의 다공성 탄소 입자 내에 50 나노(nm) 이하의 실리콘 나노 입자를 캡슐화 및 고정화시켜 내장함으로서 ‘실리콘 내장 탄소 복합 재료’(Silicon Nanoparticles Embedded in Micro-Carbon Sphere Framework)를 개발하였다. 연구진은 ‘실리콘 내장 탄소 복합재료’를 음극재로 이용하여, 충·방전 시 실리콘 나노 입자의 부피 팽창을 한정된 공간인 다공성 탄소 입자 기공 내에 일어나도록 유도함으로서 전극의 벗겨짐 현상 또는 부피 팽창을 억제하여 성능 저하를 최소화 시켰다. 동시에 반복되는 충·방전을 통해 실리콘 나노 입자의 부피가 팽창하면서 점점 더 작은 크기로 부서져, 다공성 탄소 기공 내에 안정적인 위치로의 재배치가 이루어지게 하여 부피팽창 없이 500회(cycle) 이상 안정적인 충·방전이 가능한 성능을 구현하였다. 또한 연구진은 개발된 실리콘 음극재가 기존의 흑연계 음극재의 성능에 비해 4배 가량 상회하는 것을 확인함으로서, 배터리의 오랜 수명과 고출력을 구현하는데 성공했다. 본 연구를 주도한 KIST 정훈기 박사는 “이번 연구는 실리콘 음극재의 구조적 안정성과 고성능을 동시에 확보한 결과”라고 말하며, “안전하고 오래 쓸 수 있는 리튬이온전지용 실리콘 음극재의 상용화를 앞당겨, 향후 고용량 리튬이온전지가 전기자동차와 에너지저장시스템(ESS)으로의 적용을 기대한다.”고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 유영민) 지원으로 KIST 영펠로우(Young Fellow) 사업, 한국연구재단의 중견연구자 지원사업(과제책임자, KIST 정훈기) 등을 통해 수행되었으며, 연구결과는 나노기술 분야의 국제학술지 ‘Nano Letters’(IF:12.712)에 8월 28일 온라인 게재되었다. <그림설명> <그림 1> 제조된 실리콘계 음극재 소재의 미세구조, 충방전시 실리콘 나노입자의 거동 분석 결과 및 모식도, 리튬이온전지 성능 특성 평가 결과
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- 작성자에너지융합연구단 정훈기 박사팀
- 작성일2017.09.21
- 조회수26462
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체온을 전기로 바꾸는 탄소나노튜브 실, 스마트기기 전원을 공급한다
- 탄소나노튜브 실로 구성된 유연한 열전소자 개발, 뛰어난 발전 밀도 보여 - 향후 열에너지를 변환하는 플렉서블, 웨어러블 열전소자에 적용 기대 열전소자는 소자 양끝의 온도 차이를 이용하여 열에너지를 전기에너지로 변환하는 소자이다. 최근 외부 온도와 체온의 온도 차이를 통해 생산되는 전력을 웨어러블 기기의 전력원으로 사용하려는 연구가 꾸준히 이루어지고 있다. 하지만, 기존의 상용화된 열전소자는 무기 반도체 재료를 기반으로 하여 무겁고, 유연하지 않아 웨어러블 기기에 적용하기가 어려웠다. 최근 국내 연구진이 탄소나노튜브 실*을 이용하여 사람의 체온으로 전기 발전을 가능케하는 유연한(flexible) 열전 소자를 개발했다고 밝혔다. *탄소나노튜브 실(Carbon Nanotube Yarn) : 두께 5 nm(나노미터, 십억 분의 1m)의 탄소나노튜브 수천가닥을 꼬아서 실 형태로 제작, 강철의 100배 정도의 강도를 지니며 첨단섬유에 사용 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 국가기반기술연구본부 광전하이브리드연구센터 김희숙, 최재유 박사 연구팀은 서울대학교 재료공학부 박종래 교수 연구팀과의 공동연구를 통해 탄소나노튜브를 실 형태로 제작한 후 별도의 금속 전극 없이 열전 소자에 적용하여 기존 열전 소자의 한계를 해결했다고 밝혔다. 연구진은 개발된 열전 소자가 의류와 같은 형태로 착용하여 전기를 발전해 낼 수 있게 디자인 되었으며, 스마트 의류 및 차세대 웨어러블 기기에 적용 가능할 것으로 기대한다고 밝혔다. 연구진이 개발한 열전소자는 기존 연구와 달리 금속 전극을 사용하지 않아 더욱 유연하고, 내부에서 발생하는 저항이 적어 높은 발전 성능을 가지게 된다. 먼저, 탄소나노튜브 실을 합성하고 n-, p- 타입으로 도핑하여 열전소자를 제작하였고, 또한 금속 전극을 추가로 도입하지 않고 탄소나노튜브 자체의 고전도성을 활용하여 전극으로 사용함으로써 소자의 저항을 낮추어 발전밀도를 향상시켰다. 본 연구에서 5도의 온도 차이로부터 10.85 마이크로 와트(μW/g)의 에너지 발전 밀도를 기록하였으며, 이 발전량은 보고된 유연 열전 재료 기반 소자 중 최고 수준의 결과이다. KIST 김희숙 박사는 “이번에 개발한 탄소나노튜브 실을 이용한 열전소자는 가볍고, 기계적 성질이 뛰어나며 높은 열전발전 성능을 보인다.”고 말하며, “이를 활용하면 향후 체온으로부터 웨어러블 디바이스에 직접 전원 공급이 가능하게 될 것”이라고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 유영민) 지원으로 KIST 기관고유사업과 국가과학기술연구회 R&D 컨버젼스 프로그램의 지원으로 수행되었으며, 연구결과는 나노재료 분야의 국제학술지 ‘ACS Nano’(IF: 13.942) 8월 23일에 온라인 게재되었다. <그림설명> <그림 1> 탄소나노튜브 실을 이용한 플렉서블 열전 모듈의 제작 과정 <그림 2> 사람의 체온을 이용한 열전 발전 모듈
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- 작성자광전하이브리드연구센터 김희숙, 최재유 박사팀
- 작성일2017.09.20
- 조회수21149
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전자레인지 원리로 간편히 제작한 로듐 합금 촉매, 알칼리 연료전지 성능 향상시킨다
- 기존의 백금 촉매 대체가능한 로듐 합금 촉매 개발, 연료전지 상용화 기대 - 전자레인지(극초단파)의 원리를 응용한 친환경·초간편 양산 촉매 기술 알칼리 연료전지는 수소와 산소의 전기화학 반응에 의한 전기 에너지 발생 과정에서 물만 배출하여 차세대 친환경 에너지원으로 각광받고 있다. 알칼리 연료전지는 1960년대부터 우주발사체 전원 등에 이용되어 왔으며, 에너지 발생을 위한 나노 촉매로 전기화학적 활성이 우수한 백금 및 팔라듐 기반의 합금 나노 입자를 사용하는 것이 일반적이었다. 최근 국내 연구진이 고가의 백금 대신 로듐(Rh, rhodium) 합금을 간편히 제조하여 연료전지 성능을 향상시키는데 성공했다고 밝혔다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 연료전지연구센터 유성종 박사팀은 서울대학교 기초과학연구원 나노입자연구단 성영은 교수와의 공동연구를 통해, 최근 전 세계적으로 차세대 연료전지로 각광을 받고 있는 고체 알칼리막 연료전지에 사용가능한 고성능 비백금계 로듐기반 나노 촉매를 개발했다고 밝혔다. 일반적으로 알칼리 연료전지에는 에너지 발생의 핵심 역할을 하게 되는 나노 촉매로 전기화학적 활성이 우수한 백금 및 팔라듐 기반의 합금 나노 입자를 사용해왔으나, 높은 의존도 문제와 더불어 소재 자체의 안정성에 대한 한계가 제기되어 왔다. 연료전지용 소재는 장시간 산화 환경에 노출되기 때문에 소재의 안정성 및 내구성에 대한 엄격한 수준의 소재 기술이 요구되므로 촉매 전체의 내구성을 감소시키는 백금 및 팔라듐 합금은 치명적인 단점이 있었다. 이에 연구진은 소재 안정성이 뛰어나지만 성능이 낮은 것으로 알려진 로듐에 대해 연료전지용 촉매 연구를 진행한 결과, 로듐과 주석 합금 나노 입자가 연료전지의 전기화학적 산소 환원 반응에 있어서 우수한 특성을 갖는다는 것을 밝혀냈다. 현재까지 연료전지 촉매 분야에서 로듐은 백금의 보조 촉매 수준으로 사용되어 왔으나, 나노미터(nm) 수준에서의 재료의 표면 제어 기술을 사용하게 되면 고안정성 및 고활성 연료전지용 촉매 소재로 활용 가능하다는 것이 증명되었다. 연구진은 로듐과 주석의 합금 구조가 표면의 구조 변화로 활성점이 증대되면서 이용률이 상승하여 로듐 입자 대비 10배 이상 성능이 향상되고, 기존 백금 촉매 대비 4배의 성능이 향상됨을 밝혀냈다. 특히 개발된 촉매는 기존 합성법이 적게는 12시간, 많게는 48시간 소요되던 것과 달리, 일반 가정에서 사용하는 전자레인지와 동일한 원리(극초단파, micro wave)를 이용하여 10분 내에 간편히 제조할 수 있는 기술로 개발되었다. 기존 연료전지용 소재 합성법과 달리 화학 첨가물 투입 및 추가 공정 과정이 배제되기 때문에, 신속한 소재 제조 기술 및 공정 단순화 기술 결합이 가능하였다. 그러므로 시간당 촉매 제조 생산량이 높아 향후 소재 생산 공정에 있어서도 상업적 장벽을 크게 완화시킬 것으로 전망된다. KIST 유성종 박사는 “이번 연구는 연료전지용 촉매 성능 향상 뿐 아니라 기존 연료전지용 촉매에 대한 한정적 선택 환경을 극복하고 새로운 소재의 촉매 설계가 가능해졌다는 점이 핵심”이라 말하며, “향후 차세대 에너지 변환 소재의 설계 및 제조 공정 기술 발전에 기여할 수 있을 것으로 기대한다”라고 연구 의의를 밝혔다. 이번 연구는 과학기술정보통신부(장관 유영민)의 신재생에너지핵심기술사업 한국연구재단, 산업통상자원부 지원으로 수행되었으며, 촉매 분야의 국제 학술저널인 미국화학회 촉매지(ACS Catalysis, IF : 10.614)에 9월 1일 온라인 게재되었다. <그림자료> 그림1. 로듐 합금 나노 입자 표면에서의 전기화학적 반응 모식도
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- 작성자연료전지연구센터 유성종 박사팀
- 작성일2017.09.18
- 조회수20689
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DNA 나노스위치로 생체 내 단백질 활성을 조절한다
- DNA 나노스위치 개발로 물리적 개폐를 통해 단백질의 활성을 조절 - 세포의 활성 및 정교한 조작이 가능, 신개념 세포치료제 개발 기대 세포는 외부의 물리, 화학적 신호를 인식하여 그에 따른 신호 단백질의 활성을 끊임없이 가역*(可逆, reversible)적으로 조절하면서 항상성을 유지한다. 예를 들어, 세포 주기(cell cycle)에 관여하는 단백질이 활성화 되면 세포가 분열이 시작되고, 분열이 끝난 후엔 단백질의 활성이 억제되는데, 이러한 가역반응에 문제가 생겨 세포가 끊임없이 분열되면 암을 유발하게 된다. *가역 : 화학반응에서 반응 조건에 따라 정반응과 역반응이 모두 일어날 수 있는 반응 이렇듯 단백질의 활성을 인위적, 가역적으로 조절하면 세포 내에서 일어나는 대부분의 생명현상을 원하는 대로 조절할 수 있는데, 기존에 쓰이던 가장 대표적인 방법은 외부의 물리, 화학적 자극(pH, 온도, 빛 등)에 반응할 수 있는 반응기를 원하는 단백질 내부에 삽입하는 것이나, 해당 단백질의 구조와 기능을 면밀히 파악하고 있어야만 가능하다는 한계가 있다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 의공학연구소 테라그노시스연구단 김소연 박사팀은 조절하고자 하는 단백질의 구조 및 기능과 무관하게 범용적으로 사용될 수 있는 나노스위치를 개발했다. 연구진은 생체 내 DNA 나노구조체를 케이지(cage)로 이용하고, 단백질의 활성을 인위적, 가역적, 반복적으로 조절하는데 성공했다고 밝혔다. KIST 김소연 박사팀은 원하는 단백질이 정사면체 모양의 DNA 나노케이지(DNA nano cage) 안쪽에 위치하도록 DNA 염기서열을 구성하였고, 정사면체의 한 변이 외부 자극의 일종인 산도(pH) 변화에 의해 가역적으로 개폐될 수 있도록 설계함으로써, pH 변화에 따른 단백질의 외부 접근성을 조절하였다. 기존의 방법은 주로 나노 입자를 케이지로 이용하여 단백질을 가두어 두었다가 특정 신호에 의해 단백질을 물리적으로 방출하는 방식이여서, 방출된 단백질을 다시 가두는 역반응을 유도하기 어려웠다. 즉, 가역 반응을 모사할 수 없어 반복적으로 활성을 조절하는 것이 쉽지 않았다. 그러나, 이번 연구진이 개발한 나노스위치의 경우 단백질을 나노케이지 내부에 고정시킴으로써 나노케이지의 개폐를 통해 단백질의 활성을 가역적으로 조절할 수 있었다. 연구진은 개발한 DNA 나노케이지에 단백질(RNase A*)을 가두어 놓은 경우, 외부 용액에 있는 다른 단백질과의 접근성 및 RNase A 단백질의 활성이 모두 억제되었으나, 산도(pH)를 바꾸어 나노케이지를 열게 되면 억제되었던 접근성 및 단백질의 활성이 모두 증가되는 것을 확인하였다. 특히 pH를 연속적으로 바꾸어 가며 단백질의 활성을 측정한 결과, 반복적인 활성 조절이 가능함을 밝혀냈다. **RNAse A : RNA를 분해하는 효소 단백질, pH(4.0-9.0)와 온도(4-70 ℃)의 변화와 무관하게 활성을 유지하는 특성을 지님. 주로 암세포 내 RNA를 분해함으로써 암세포를 제거하는 용도로 사용 KIST 김소연 박사는 “본 연구로 개발된 DNA 나노스위치를 단분자 수준에서 작동하면, 기존에 알려지지 않은 단백질의 생물리학적 특성을 규명하는 연구에도 적용될 수 있다.”고 말하며, “개발된 DNA 나노케이지는 세포 내 전달체로도 사용이 가능하여, 세포의 움직임, 주기(cell cycle), 나아가 줄기 세포의 타입(운명)까지도 정교하게 조작하는 방법으로 응용이 가능하여 향후 신개념 세포 치료제 개발에 도움을 줄 것으로 기대한다.”고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 유영민) 지원으로 KIST 기관고유사업과 한국연구재단 이공분야 기초연구사업 등의 지원을 받아 수행되었으며, 연구결과는 미국 화학회에서 발행되는 나노 분야의 국제학술지인 ‘ACS Nano’(IF = 13.942)에 8월 28일(월) 온라인 게재되었다. <그림설명> [그림 1] pH 에 감응하는 DNA 나노 케이지를 이용한 단백질의 활성 조절 모식도. DNA 나노케이지 안쪽으로 단백질이 위치하도록 DNA 염기 가닥에 직접 공유 결합시켰다. DNA 나노케이지 정사면체의 한쪽 변을 pH에 민감한 염기서열로 구성하여, DNA 나노 케이지가 pH에 따라 개폐될 수 있게 설계함으로써, 단백질과 주변의 다른 단백질(항체)의 접근성 및 활성을 pH에 의해 가역적으로 조절할 수 있게 하였다. [그림 2] DNA 나노케이지의 pH 감응성 측정. (A) pH가 낮아져 용액이 산성을 띄게 되면 DNA 나노케이지 정사면체의 한 변을 구성하는 DNA 염기 서열 특성에 i-motif 구조가 생기면서 변이 풀리게 된다. (B) pH에 따라 DNA 나노케이지의 한쪽 변이 개폐됨을 확인하기 위해, DNA 나노케이지의 양 꼭지점에 해당하는 위치에 두 개의 형광 염료를 표지하고, 두 형광 염료의 거리를 형광 공명 에너지 전달 현상 (FRET)으로 측정하였다. pH가 낮아져 용액이 산성을 띄게 되면 i-motif 구조가 생기면서 두 형광 염료의 거리가 짧아지고, 형광 공명 에너지 전달 현상이 극대화됨을 보여준다. [그림 3] DNA 나노케이지를 이용한 단백질의 접근성 조절. (A) DNA 나노케이지 밖의 항체가 DNA 나노케이지에 갇혀있는 단백질 (RNase A, RA)과 반응할 수 있는지 여부를 확인하기 위한 단분자 풀다운 방법의 모식도. 유리 표면에 부착된 RA 특이적 항체에 의해 풀다운 된 단백질의 개수를 세기 위하여, RA 혹은 DNA 나노 케이지에 Cy3 형광 염료를 표지하였다. (B) 하얀색으로 형광을 나타내는 점들이 유리표면에 있는 항체에 의해 포획된 단백질을 나타낸다. DNA 나노케이지 안에 단백질이 위치하는 경우 (Td-IN-RA)에 용액의 pH가 높아져 산성에서 염기성으로 바뀌게 되면 DNA 케이지 안에 존재하는 단백질이 갇히게 되면서 유리판 표면위의 항체에 의해 포획되지 않으나, pH가 다시 산성으로 바뀌게 되면 DNA 케이지가 열리게 되면서 유리표면의 항체에 의해 포획됨을 나타낸다. [그림 4] DNA 나노케이지를 이용한 단백질 활성 조절 및 가역성 확인. (A) DNA 나노케이지 안에 단백질이 위치하는 경우, pH를 높여 나노케이지를 닫게 되면 (초록색 별 그래프) 단백질의 활성이 저해됨을 확인하였다. (B) 단백질의 활성을 여러번에 걸처 가역적으로 조절 가능한지 확인하기 위해 pH를 연속적으로 바꿔가면서 DNA 나노케이지 안에 있는 단백질의 활성을 측정하였다. 연속적으로 pH를 3번 이상 변화시켜도 단백질의 활성이 가역적으로 조절될 수 있음을 확인하였다.
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- 작성자테라그노시스연구단 김소연 박사팀
- 작성일2017.09.13
- 조회수20558