2010 KAIST를 빛낸 올해의 연구성과를 소개합니다(2)
상태바
2010 KAIST를 빛낸 올해의 연구성과를 소개합니다(2)
  • 박진현, 배수정, 양지훈 기자
  • 승인 2010.11.29 02:22
  • 댓글 0
이 기사를 공유합니다

생명화학공학과, 생명과학과, 신소재공학과, 항공우주공학전공

[생명화학공학과] 미세 구조 제작 가능한 나노패터닝 기술 개발 성공해


기존 나노 패턴 형성은 결점이 많아

생명화학공학과 정희태 교수팀은 원하는 모양과 크기로 나노 패턴을 쉽게 제작할 수 있는 기술을 개발했다. 이 기술은 차세대 반도체, 디스플레이와 나노 전자 소자개발에 필요하다. 이번 연구 결과는 ‘나노 레터스(Nano Letters)’ 온라인 판에 게재되었다.

일반적으로 나노 패턴을 형성하기 위해서는 가속된 이온을 이용해 물질층에 물리적으로 충격을 주어물질층의 깎아내야 한다. 그런데 이 과정에는 물질이 사방으로 퍼져 만들려는 나노 패턴에 심각한 결점이 나타날 수 있는 문제점이 있다. 이 때문에 연구원들은 이 현상을 최소화시키기 위해 노력해왔다.

▲ (a)기존 나노패터닝 기술, 이온충격시 2차 스퍼터링 현상이 일어남 (b)새로운 나노패터닝 기술, 이탈되는 입자들이 옆면에 흡착된다 / 정희태 교수 제공

결점을 역으로 이용한 새로운 방법

정 교수팀은 기존의 사고방식에서 벗어나 2차 스퍼터링 현상을 이용해 나노 패턴을 형성했다. 미리 구조체를 만들어 물질이 깎일 때 사방으로 퍼져 나가는 물질이 이 구조체에 흡착되도록 했다. 이 방법을 통해 선 모양과 컵 모양, 실린더 모양, 삼각 터널 모양 등의 나노 패턴을 새길 수 있게 되었다.

이렇게 제작된 패턴은 웨이퍼와 유리 기판, 수정, 금속판에서 공정할 수 있다. 또한, 정 교수팀은 높은 성능을 갖는 투명전극을 제작해 이를 태양 전지에 응용함으로써 다양한 전기적 나노소자에 응용할 수 있음을 증명했다.


경제적이고 활용도가 높은 신기술

이번 연구는 10nm급 패턴을 제작할 수 있는 신기술로 거의 모든 금속과 무기물에 적용할 수 있다. 또한, 기존의 패터닝 방법과 비교해 낮은 공정 비용이 드는 간단한 실험 공정으로 고해상도 패턴을 대면적에 균일하게 제작할 수 있는 장점이 있다.

정 교수는 "10nm급의 고해상도 미세패턴 제작기술은 미래산업 전반에 걸쳐 매우 중요한 기술로, 그동안 나노 분야에서 극복해야 할 핵심과제였다"라며 "이번 연구는 이러한 문제점을 비교적 간단한 방법으로 극복해 앞으로 태양광 발전과 반도체, 바이오소자의 효율 증대 등에 적용 가능한 기술"이라고 연구 의의를 설명했다.

 

 [생명과학과] 차세대 신약 ‘siRNA’으로 암세포 치료 가능해져

siRNA는 단백질을선택적으로 억제

생명과학과 박태관 교수팀은 차세대 신약으로 주목받고 있는 siRNA(Small Interfering RNA)를 보다 실용적이고 효율적으로 암 치료에 이용하기 위한 연구를 하고 있다. 이 연구에 대한 논문은 지난 3월 과학 학술지인 ‘네이처 머티어리얼스 (Nature Ma-terials)’에 게재된 바 있다.

박 교수팀이 이용한 siRNA는 20여개의 핵산으로 이루어진 이중 가닥의 RNA 분자이다. 상보적인 염기서열을 가진 mRNA와 결합하면, 이 mRNA를 분해하는 복합체가 유도된다. 따라서 세포 내에 존재하는 특정 mRNA가 단백질로 발현되지 못하게 된다.

박 교수팀은 이를 이용해 세포 내에 존재하는 특정 단백질을 선택적으로 억제함으로써 다양한 유전자 관련 질병의 치료제로도 활용될 수 있다.
 

새로운 siRNA 전달 시스템, 단백질 발현 저해 효과 높여

siRNA는 안전한 방법으로 세포 내에 주입하기 어려운 단점이 있다. 이 단점을 해결하기 위해 박 교수팀은 siRNA를 양이온성 전달체와 이온결합을 시켜 나노 크기의 입자를 형성하는 방법을 연구했다. 그러나 siRNA의 분자량이 작고 구조가 뻣뻣해 양이온성 전달체와 결합하는 데 어려움이 있었다. 이를 극복하기 위해 박 교수팀은 siRNA를 자가결합시켜 분자량과 유연성이 증가된 다중 siRNA를 합성했다. 합성된 다중 siRNA는 기존의 siRNA에 비해 양이온성 고분자와 효과적, 안정적으로 결합했다. 따라서 나노 크기의 입자 형성이 용이해져 세포 내 전달 효율이 증가했다. 또한, 다중 siRNA가 암에 효과적이라는 사실이 암 동물 모델을 이용해 siRNA의 단백질 발현 저해 효과를 확인한 실험 결과 확인되었다.

현재 암 치료 임상 연구에 적용하기 위해 실험용 쥐를 이용한 암 동물 모델을 마련해 임상실험을 진행하고 있다. 이번 연구는 기존의 siRNA가 가지는 전달 문제를 극복하고 실제 임상에 적용 가능한 새로운 개념의 siRNA 전달 시스템을 구축했다는데 의의가 있다.



[신소재공학과] 세계 최소형 전기화학식 이산화탄소 센서 개발에 성공

이산화탄소 센서 개발, 상용화 단계

신소재공학과 박종욱 교수의 고체소자연구실에서 자체 개발한 신소재를 이용해 전기화학식 이산화탄소 계측기를 개발하는데 성공했다. 이 계측기는 세계 최소형의 전기화학식 이산화탄소 센서이다. 박 교수팀은 대기 중에 있는 이산화탄소와 선택적으로 반응하는 전극 보조물질를 이용해 전기 화학 반응으로 발생하는 전압 상태를 이산화탄소 농도로 환산하는 독창적인 원리를 적용했다.

박 교수팀은 이산화탄소 농도 측정에 사용될 수 있도록 하는 최적의 감지물질을 합성하는 데 중점을 두었다. 그리고 개발한 물질을 특성화시켜 전기화학식 센서에 최적화되도록 센서 구조를 고안했다.

이 연구로, 박 교수팀은 전기화학적으로 작동하는 세계 최소형의 이산화탄소 센서를 개발했다. 박 교수팀은 개발한 센서를 이용해 ‘Air Watch’ 계열 제품과 ‘가스 카메라’를 제작했고, 현재 상용화 단계에 있다.
 

가스 센서 연구에서는 최고의 기술력

센서는 시스템을 구성하는 핵심부품이다. 선진국이 되기 위해서는 이러한 부품 기술의 발전이 꼭 필요하다. 박 교수는 “가스 센서의 부품 기술은 우리 연구실이 세계 최고 수준으로 보유하고 있다”라며 “앞으로 우리 실험실에서 개발된 고체 전기화학식 이산화탄소 센서가 기존의 광 방식 이산화탄소 센서를 대체하는 핵심 부품이 될 것으로 전망한다”라고 개발 의의를 밝혔다.

 

[항공우주공학전공] 사람이 없이도 날 수 있는 무인 항공기에 주목하다
“항공기뿐 아니라, 자동차에도 적용시킬 수 있어”


무인 시스템 적용한 항공기 개발이 중요해지다

최근 들어 전 세계적으로 무인 시스템이 주목받고 있다. 감시, 정찰 등의 군사적인 활용뿐 아니라 각종 재난 발생 시 효율적인 구조 활동과 환경 모니터링, 농업 등에도 사용될 수 있기 때문이다.

올 한 해 항공우주공학전공에서는 이러한 무인 시스템에 대한 연구를 활발하게 진행했다. 항공기에 고정된 날개를 지닌 헬리콥터 형태의 무인기 이외에도 쿼드로터(Quadrotor), 테일시터(Tail-Sitter), 로봇 새 등 다양한 형태의 무인기가 제작되었다. 시험 비행을 통해 그 성능 또한 과시했다. 이번에 개발한 무인 헬리콥터는 조종자가 전혀 관여하지 않는 완전 자율 비행 상태에서 해상의 조난자 검색, 정확한 목표 지점에 물건 투하 등 여러 가지 임무를 자동으로 수행할 수 있다.
 

무인 시스템, 자동차에도 적용

항공우주공학전공 한재흥 교수팀은 지난 9월 일본 고베에서 개최된 2010 세계자동화회의(World Automation Congress)에서 ‘날갯짓 비행체의 비행특성’에 관한 논문으로 최우수 논문상을 받았다.

심현철 교수팀은 무인기 개발에 사용되던 기술을 자동차 산업에도 활용해 자율 주행이 가능한 무인 자동차를 개발했다. 무인 자동차는 레이저 센서, 비전 센서 등으로 주위 상황 및 주행할 차로를 인식하며, GPS 및 관성 센서 시스템을 활용해 주행 경로 등을 파악한다.

▲ 항공우주공학전공에서 개발한 차세대 무인 자동차 / 심현철 교수 제공

무인 자동차에 탑재된 컴퓨터는 운전자를 대신해 건널목이나 주변에 주차된 차량, 도로 폭의 변화 등 다양한 도로 환경을 인식한다. 이를 통해 최적의 주행 조건을 계산해낸다.
 

 

[연구성과 목차]

· 화학과 김상규 교수팀
· 물리학과 김은성 교수팀
· 생명화학공학과 정희태 교수팀
· 생명과학과 박태관 교수팀
· 신소재공학과 박종욱 교수팀
· 항공우주공학전공 한재홍, 심현철 교수
· 산업디자인학과 배상민 교수팀
· 산업및시스템공학과 최병규 교수팀
· 건설및환경공학과 손훈 교수팀



댓글삭제
삭제한 댓글은 다시 복구할 수 없습니다.
그래도 삭제하시겠습니까?
댓글 0
0 / 400
댓글쓰기
계정을 선택하시면 로그인·계정인증을 통해
댓글을 남기실 수 있습니다.
주요기사
이슈포토