2014년, KAIST를 빛낸 연구성과를 소개합니다(1)
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2014년, KAIST를 빛낸 연구성과를 소개합니다(1)
  • 전철호, 권민성, 김하정 기자
  • 승인 2014.12.02 13:35
  • 댓글 0
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[바이오및뇌공학과] 초소형 현미경 개발해 내시경에 접목

▲ 정기훈 교수 제공

정기훈 교수팀이 내시경 장비로 활용할 수 있는 초소형 현미경을 개발했다. 정 교수팀의 연구는광학 분야의 세계적 학술지인 <옵틱스 익스프레스(Optics Express)> 3월 5일 자 온라인판에 게재되었다.

여태까지 내시경 조직 검사를 하려면 관찰하려는 부위를 뗀 후 현미경으로 조사해야 했다. 관찰하려는 부위를 바로 조사하려면 내시경에 OCT 등 최신 영상 기술을 접목해야 하는데, 이때 사용되는 광섬유 스캐너로 현미경을 제작하는 데 한계가 있었기 때문이다. 광섬유 스캐너는 빛을 방출한 후 반사되는 빛을 감지해 3차원 구조를 파악하는데, 이 때문에 간섭 현상에 취약해 내시경에 활용하기 힘들다. 따라서 기존의 조직 검사는 결과를 확인하려면 많은 시간을 기다려야 했다.

정기훈 교수팀은 MEMS(Microelectromechanical Systems)를 이용해 이를 해결했다. MEMS로 만든 실리콘 보조 구조물로 광섬유 스캐너의 안정성을 높인 것이다. 정기훈 교수팀이 제작한 현미경은 크기가 작을 뿐만 아니라 분해능도 뛰어나 암세포, 정상 세포, 염증 세포 등을 구별할 수 있다.

이번 기술의 개발은 조직 검사의 효율도 높였다. 현미경의 정확도가 높아 추가적인 조직 검사 횟수를 줄일 수 있 고, 정확한 부분을 수술할 수 있어 합병증을 감소시킬 수 있기 때문이다. 이 기술을 사용하면 우리나라도 일본 업체가 독점하고 있던 내시경 장비 분야에 참여할 수 있을 것으로 기대된다.

 

[생명화학공학과] 담체의 '스필오버 현상' 규명해

▲ 최민기 교수 제공

생명화학공학과에서 최민기 교수팀이 스필오버 현상을 규명했다. 이는 <네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)> 온라인판에 게재되었다.

탄화수소를 가공할 때 수소화 촉매는 수소화-탈수소화 반응을 촉진한다. 담체(supporting material)에 수소화 촉 매를 뿌리면 잘게 쪼개지는데, 이때 수소 분자가 분해되면서 생긴 수소 라디칼과 유기물이 만나 수소화 반응이 일어난다.

여태까지는 수소화-탈수소화 반응이 촉매인 금속 표면에서만 일어난다고 알려졌었다. 하지만 수소 라디칼이 담체 표면에서도 반응하는 등 예상치 못한 현상이 발견되자, 학계에서는 이를 스필오버 현상이라고 이름 붙이고 그 원인을 규명하려 했다. 그렇지만 스필오버 현상으로 수소화된 유기물과 금속 표면에서 수소화된 유기물은 차이가 없어 스필오버 현상을 연구하기 힘들었다.

최 교수팀은 스필오버 현상을 관찰하기 위해 담체 안에 금속을 넣었다. 그러면 유기물은 담체 속으로 들어갈 수 없으므로, 수소화-탈수소화 반응이 일어나려면 담체 안에서 수소 라디칼이 흘러나와 유기물과 반응해야 한다. 따라서 이 방법으로 스필오버 현상에 의해 수소화된 유기물만을 관찰할 수 있다.

또한, 최 교수팀은 스필오버 현상의 원인으로 담체의 하이드록시기(-OH)를 꼽았다. 수소 라디칼이 산소 원자와 계속 반응하며 담체를 따라 이동할 수 있어 금속 위로 이동하지 않아도 된다는 것이다.

스필오버 현상을 이용하면 성능이 우수한 촉매를 만들 수 있다. 실제로 최 교수팀은 반응을 선택적으로 촉진할 수 있는 촉매를 개발했다. 이 촉매를 이용하면 석유화학 공정에 획기적인 발전을 가져올 수 있다.

 

[기계공학전공] 구리 전도성 유지하는 열처리 공정 개발해

 

▲ 양민양 교수 제공

양민양 교수팀은 구리의 전도성을 떨어뜨리지 않고도 열처리를 할 수 있는 공정을 개발했다. 이 연구는 <어드 밴스드 머터리얼즈(Advanced Materials)> 9월호에 게재되었다.

구리는 비싸고 깨지기 쉬운 인듐주석산화물(ITO)을 대체할 소재로 주목 받고 있다. 나노 와이어 형태로 만든 구리를 그물망처럼 엮으면 전도성 막이 만들어져 터치스크린에 활용할 수 있기 때문이다. 하지만 구리 나노와이어 막은 나노 와이어가 겹치는 부분의 저항이 높아져 터치스크린의 민감도가 떨어지는 문제가 있다. 이 문제를 해결 하려면 겹치는 부분을 열처리해 저항을 낮추는 과정이 필요한데, 일반적인 열처리 공정으로는 구리가 산화되면서 전도성이 떨어지는 단점이 있다.

기존 열처리 공정은 기판 전체에 열을 가하는 방식이어서 수초 이내에 구리가 산화되면서 전도성을 잃는다. 양 교수팀은 전자의 진동수와 비슷한 주파수를 가진 빛을 비추면 전자가 공명하며 열에너지를 방출하는 플라즈몬 나노 융접을 이용했다. 이를 이용하면 짧은 시간에 기판 전체가 아닌 접합부에만 열이 집중되어 가열 시간이 단축되고, 기판 전체의 열손상을 최소화해 구리의 산화를 억제할 수 있다.

이러한 방법은 열에 약한 기판 위에서 쉽게 구리 나노 와이어 전극을 형성할 수 있다. 양 교수는 “이번 연구 결과는 기존 전극을 대체할 소재를 개발하는데 이용될 수 있다”라고 전했다.

 

[원자력및양자공학과] 전력 수송하는 획기적인 방법 고안

 

▲ 임춘택 교수 제공

올해 원자력및양자공학과에서는 임춘택 교수팀이 새로운 무선 전력 전송법을 개발해 전송길이, 전력량에서 신기록을 경신했다.

전자기기가 작동하려면 전기가 공급되어야 한다. 현재 전자기기는 전지를 휴대하거나 외부에서 전력을 공급받는데, 이때 장비의 휴대성이 떨어지고 외부 의존도가 크다. 전자기기에 전력을 무선으로 전달한다면 배터리 크기를 줄이고 성능, 휴대성을 비약적으로 향상시킬 수 있다.

현재 주로 연구되는 원격 무선 전력 전송법은 송신코일에서 발생시킨 자기장을 수신코일에서 전기로 변화시키는 방법이다. 기존의 시스템은 주파수 변화에 매우 민감했다. 장치가 복잡해 전력을 전달하는 공진주파수를 맞추기가 어려웠기 때문이다. 또, 온도, 습도, 사람의 접근 등에 민감해 주변 환경이 조금만 변해도 공진 주파수가 달라져 전력이 제대로 전달되지 않았다. 게다가 원형 코일을 사용했기 때문에 전력전달 효율이 낮았다.

임 교수팀은 무선 전력 전송에 쌍극자 코일 공진방식(Dipole Coil Resonance System)을 도입했다. 쌍극자 코일은 양 끝이 서로 다른 극을 이루는 선형 코일이다. 기존의 방식에서 자기장이 그냥 퍼져나갔다면, 쌍극자 코일 공진 방식에서는 자기장을 결속력 있게 전송해 장거리에서 전력 전송 효율을 높였다. 또한, 장치를 단순하게 해 부피를 줄이고 성능을 개선했다. 

 

 


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