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저산소증과 나노플라스틱의 동시 노출이 담수 물벼룩의 산화 스트레스 매개 시스템에 나타내는 네가티브 시너지 효과
생명과학과 이재성 교수 연구팀 (이요섭 [공동 제1저자; 석박통합과정], 김덕현 [공동 제1저자; 박사])은 해양 탈산소화 (ocean deoxygenation)와 나노플라스틱 (nanoplastics) 동시 노출이 동물성 플랑크톤 물벼룩 (Daphnia magna)의 산화스트레스 (oxidative stress)와 항산화 효소 (antioxidant enzyme)량을 증가시키는 데 있어서 시너지 효과를 나타낸다는 사실을 규명하였다. 연구팀은 물벼룩을 모델 생물로 활용하여 저산소증 (hypoxia)과 나노플라스틱 노출 시 생리적 반응과 산화 스트레스의 메커니즘을 분석하였다. 실험을 통해 저산소증과 나노플라스틱이 단독으로 작용할 때보다 동시 노출 시 활성 산소종 (reactive oxygen species)과 항산화 효소 활성도가 더 크게 증가했음을 보여줌으로써 훨씬 높은 수준의 산화 스트레스가 나타났음을 규명하였다. 또한 이러한 스트레스가 물벼룩의 생식과 성장에 심각한 영향을 미치며, 단일 요인에 노출되었을 때보다 더 높은 생식 능력 저하와 성장 장애를 유발하였음을 관찰하였다. 분자 수준 분석 결과, 동시 노출 조건에서 HIF-1α (Hypoxia-Inducible Factor 1-α), NF-κB (Nuclear Factor Kappa B), 및 MAPK (Mitogen-Activated Protein Kinase) 경로가 복합적으로 활성화되었으며, 이는 저산소증 및 나노플라스틱의 동시 노출이 복잡한 분자적 관계를 통해 생리적 영향을 증폭시키는 과정을 보여준다는 점을 확인하였다. 이러한 분자 경로를 통해 물벼룩의 생리학적 기능 손상 및 산화 스트레스 조절 메커니즘을 포함하여 전반적인 생체 기능이 더욱 악화되었다는 결론을 도출하였다. 환경 스트레스 요인은 단독으로도 생태계에 큰 영향을 미치지만, 여러 요인이 동시에 작용할 때 복합적인 영향이 더욱 심각하게 나타날 수 있다. 본 연구는 산소가 부족한 환경 (예, hypoxia)에서 나노플라스틱 오염으로 인해 산화스트레스 등 수중 생태계에 미치는 부정적인 영향이 증폭될 수 있음을 시사한다. 이재성 교수는 “민물 생태계에서 핵심 역할을 하는 물벼룩의 생식 능력과 성장 저하가 이어지는 문제는 생태계 안정성에 심각한 위협이 된다”며 “저산소증과 나노플라스틱 노출이라는 환경 요인의 동시 작용이 생물학적 시스템에 어떻게 중대한 영향을 미치는지에 대한 통찰을 제공하며, 이러한 복합적 요인을 종합적으로 고려하여야 한다”고 강조했다. 본 연구는 이재성 교수의 한국연구재단 중견연구과제와 김덕현 박사의 기초연구과제로부터 지원받아 수행되었으며, 연구 결과는 환경과학 분야의 학술지 Marine Pollution Bulletin (담수 및 해양생물학 분야 JCR 상위 4.20%, 5/119)에 4월 3일(수)에 온라인 게재되었다. * 논문명: Combined exposure to hypoxia and nanoplastics leads to negative synergistic oxidative stress-mediated effects in the water flea Daphnia magna * DOI: https://doi.org/10.1016/j.marpolbul.2024.116306 [그림 1] 물벼룩 Daphnia magna와 동시 노출에 의한 분자적인 영향에 대한 모식도 [그림 2] 동시 노출에 따른 in vivo 결과 및 산화스트레스의 형광 발현도 [그림 3] 동시 노출에 따른 시그널링 및 유전자 네트워크 변화 및 모식도
- No. 302
- 2025-01-15
- 2319
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난모세포의 유전체 안정성 유지 기전 규명
융합생명공학과 오정수 교수 연구팀은 난모세포의 유전체 안정성을 유지하는 새로운 기전을 규명했다고 밝혔다. 연구팀은 상동재조합 복구기전(Homologous Recombination; HR)에 의해 조절되는 BRCA1-PLK1-CIP2A 연결고리를 발견함으로써, 난모세포에서 손상된 염색체가 끊어지지 않고 효율적으로 복구될 수 있는 메커니즘을 밝혀냈다. 이 기전은 난자의 유전체를 보호하고, 난자의 질을 높이는 데 중요한 역할을 하는 것으로 평가된다. 오정수 교수는 “이번 연구는 난자의 유전체 안정성을 유지하는 새로운 경로를 제시함으로써, 향후 난임 치료나 생식 세포 연구에 기여할 것으로 기대된다”고 밝혔다. 연구팀은 이 발견이 난자의 건강과 관련된 다양한 질병 연구에도 중요한 단서를 제공할 것이라고 덧붙였다. 이번 연구는 생명과학 분야에서 난자의 유전체 안정성 유지 메커니즘을 이해하는 데 중요한 기여를 하였으며, 향후 생식의학 및 유전학 분야에서의 응용 가능성을 제시하고 있다. 이번 연구는 한국연구재단이 지원하는 대학중점연구소 사업의 지원을 받아 수행되었으며 연구결과는 핵산 연구분야의 저명한 국제학술지인 ‘Nucleic Acids Research’에 12월 9일자로 온라인 공개됐다. ※ 저널명: Nucleic Acids Research (IF 16.6, JCR 생화학 및 분자생물학 분야 상위 2%) ※ 논문명: Novel BRCA1-PLK1-CIP2A axis orchestrates homologous recombination-mediated DNA repair to maintain chromosome integrity during oocyte meiosis ※ DOI: 10.1093/nar/gkae1207 ※ 저자: Crystal Lee (제1저자), Jeong Su Oh (교신저자)
- No. 301
- 2025-01-09
- 4907
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광역학 항암치료 광촉매 개발
화학과 이진용 교수 연구팀(공동 제1저자 임종현 박사)는 Mingle Li (선전 대학교), Joseph Fox (델라웨어 대학교), Marc Vendrell (에든버러 대학교), 김종승(고려대학교) 교수가 이끄는 연구팀과 공동연구를 통해 조절 가능한 생체 광촉매 작용(bioorthogonally activatable photoredox catalysis)을 기반으로 암세포 내에서 정밀하게 작용할 수 있는 새로운 광촉매 시스템 PC-Tz를 개발했다. 해당 연구는 “Bioorthogonal Activation of Deep Red Photoredox Catalysis Inducing Pyroptosis”라는 제목으로 2024년 12월 1일에 Journal of the American Chemical Society (IF: 14.4)에 온라인 게재되었다. 전통적인 광역학 치료는 암 치료에 있어 중요한 기술로 자리 잡았지만, 저산소증 환경에서의 낮은 활성화 효율과 생체 적합성의 한계로 인해 치료 효과가 제한적이었다. 본 연구는 이러한 문제를 해결하고자 새롭고 정교한 생체 광촉매 기술을 제시했다. PC-Tz 시스템은 1,2,4,5-테트라진(tetrazine) 구조를 통해 광촉매 활성화를 억제하다가, 세포 내 trans-cyclooctene (TCO)와의 선택적 반응을 통해 촉매 활성을 복구하는 독창적인 접근 방식을 채택했다. 이 연구에서 개발된 PC-Tz 시스템은 선택적으로 활성화되는 메커니즘에 따라 암세포의 니코틴아마이드 아데닌 다이뉴클레오타이드(NADH) 산화 반응을 촉진하여 저산소증 환경에서도 미토콘드리아 전자전달계(ETC)를 효과적으로 조작할 수 있었다. 이진용 교수팀은 이러한 PC-Tz 시스템에 대해 범밀도함수이론(DFT) 계산과 시간 의존 범밀도함수이론(TD-DFT) 계산을 활용하여 PC-Tz 와 TCO의 결합이 광촉매 활성화에 미치는 영향을 규명하였다. 또한 극성연속모델(CPCM)을 이용하여 TCO 결합 전후 PC-Tz의 구조적 변화를 최적화하여, 광조사로 인한 에너지 상태 변화와 반응 메커니즘을 규명하였다. 본 연구에서 개발된 새로운 광촉매 시스템을 통해 정밀한 생체 광촉매 설계의 새로운 방향성을 제시하여 암 치료를 위한 광제어 치료법 발전에 기여할 것으로 기대된다. *논문명:Bioorthogonal Activation of Deep Red Photoredox Catalysis Inducing Pyroptosis.
- No. 300
- 2025-01-03
- 2687
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파운드리 10옹스트롬 이하 기술인 단결정 2D 반도체 채널 3D C-FET 기술 개발
박진홍 교수 연구팀은 MIT의 김지환 교수팀, 삼성종합기술원(SAIT) 김상원 박사팀과 함께 10옹스트롬(1나노미터) 이하 기술 노드에 고려되고 있는 단결정 2D 반도체* 채널 기반 3D C-FET** 반도체 소자 기술을 개발했다고 밝혔다. 연구팀은 지난해 네이처(Nature) 저널에 ‘비에피택셜(non-epitaxial) 방법을 이용하여 2D 단일결정 물질을 성장시키는 새로운 기술’을 발표한 데 이어, 이번에는 ‘저온 집적 공정을 통해 기존 2D 평면 반도체의 집적도 한계를 극복한 3D C-FET 반도체 소자 기술’을 선보였다. 이 기술들은 모두 차세대 2D 반도체를 기반으로 하며, 파운드리 반도체 집적 기술의 혁신적인 도약을 이뤘다는 평가를 받고 있다. * 2D 반도체: 두께가 원자 단위 수준으로 매우 얇은 2차원 형태의 반도체 물질. 뛰어난 전기적 특성과 초박형 구조로 인해 1나노미터 이하의 고성능 및 고밀도 집적 소자 구현에 유리한 특징을 가짐. ** 3D C-FET: 3차원으로 적층된 n-FET과 p-FET을 전기적으로 연결한 구조의 트랜지스터. 기존 2D 평면 소자보다 집적도를 크게 높이고 전력 효율을 개선할 수 있는 기술. 2031년 10옹스트롬 기술 노드에 도입될 핵심 기술로 예상됨. 기존의 3D 반도체 기술은 실리콘 웨이퍼를 관통하는 TSV(Through-Silicon Via)를 이용한 방식이 주류를 이루었으나 TSV 방식은 웨이퍼 간 정렬 오류, 높은 공정 비용, 그리고 TSV가 차지하는 칩 면적 손실 등 여러 가지 문제가 있었다. 이를 해결하기 위해 연구팀은 웨이퍼 간 물리적 연결 없이 단결정 전이금속 디칼코제나이드(TMD) 채널을 직접 성장시키는 ‘모노리식(Monolithic) 3D 집적 방식’으로 접근하였다. 이 방식은 소자의 성능을 극대화하면서 물리적 연결을 최소화해 공정 효율성과 집적도를 동시에 개선할 수 있다. 특히 이번 연구에서는 상부 단결정 2D 반도체 소자 제작에 있어 기존의 700℃ 이상의 고온 공정 대신 385℃ 이하의 저온 공정을 적용하였다. 이러한 저온 공정은 이미 제작된 소자나 배선의 손상을 방지하면서도 상부 소자를 3D 모노리식 방식으로 제작할 수 있는 환경을 제공했다. 연구팀은 이를 통해 단결정 n-FET 소자를 이미 제작된 단결정 p-FET 위에 직접 집적하는 데 성공하였다. 개발된 수직 CMOS 소자는 기존 2D 평면 CMOS 소자에 비해 집적 밀도를 2배 이상 향상시켰으며, TSV 기술을 대체할 수 있는 새로운 접근 방식을 제시하였다. 박진홍 교수는 “이번 연구는 기존 TSV 기술을 넘어서는 혁신적인 기술적 진전을 이뤄낸 사례”라며, “모노리식 3D 집적 방식으로 저온 공정에서 단결정 소자를 직접 성장시켜 3D C-FET 반도체 집적 기술을 실현한 것은 반도체 산업에서 중요한 기술적 도약”이라고 밝혔다. 또한 그는 “이 기술은 차세대 반도체 소자의 집적도 향상뿐만 아니라, 에너지 효율을 극대화하는 데 기여할 수 있을 것으로 기대된다”며 “향후 인공지능, 데이터 센터, IoT 등 다양한 첨단 기술 분야에서 이 기술이 중요한 역할을 할 것”이라고 덧붙였다. 이번 연구 결과는 지난 18일 네이처(Nature)에 게재되었으며, 해당 기술은 반도체 소자의 집적도 향상과 제조 공정 혁신을 통해 무어의 법칙(Moore's Law)의 한계를 극복할 수 있는 중요한 열쇠가 될 전망이다. 이번 연구결과 (2024년 12월) ※ 논문명: Growth-based monolithic 3D integration of single-crystal 2D semiconductors ※ 저널: Nature (IF: 50.5) ※ 논문링크: https://doi.org/10.1038/s41586-024-08236-9 지난 연구결과 (2023년 2월) ※ 논문명: Non-epitaxial single-crystal 2D material growth by geometric confinement ※ 저널: Nature (IF: 50.5) ※ 논문링크: https://doi.org/10.1038/s41586-022-05524-0 ▲ 기존 3D 반도체 집적 기술 및 본 연구팀이 개발한 3D 반도체 집적 기술의 비교 ▲ 단결정 2D TMD 저온 성장 기술 모식도 및 단결정 3D C-FET 반도체 소자
- No. 299
- 2024-12-27
- 6434
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병원균 행동 모방 차세대 항암면역치료제 개발
성균나노과학기술원(SAINT) 임용택 교수 연구팀은 감염 후 체내에서 유도되는 항바이러스 면역반응에서 아이디어를 얻어, 병원균의 동력학적 행동을 모방한 차세대 항암 면역치료제를 개발했다. 이 연구는 병원균이 면역세포를 자극할 때 나타나는 톨-유사수용체 자극 신호의 순차적 전달에 의한 시너지 효과(synergistic effect)와 병원균의 자가증식(self-replication)을 통한 지속적 면역반응을 모방함으로써 기존 면역치료제의 효능을 혁신적으로 향상시켰다. 이 연구 성과는 나노바이오 공학 및 소재 분야의 세계적인 학술지 'Advanced Materials (IF=27.4, 2024년 10월 9일)'와 'Advanced Functional Materials (IF=18.5, 2024년 11월 3일)'에 각각 온라인 게재되었다. 바이러스는 체내 감염 후 자가증식을 통해 7-14일 동안 항원과 감염신호를 전달하는데, 이 과정은 감염된 환자에게 병원균에 대한 면역력을 형성시키며, 이후 재감염을 방지한다. 그러나 기존 항암면역치료제는 이러한 바이러스의 동력학적 특성을 모방하지 못해, 투여 후 1-2일 내 체내에서 대부분 소멸하면서 충분한 면역반응을 유도하지 못하고, 그 결과 암의 전이나 재발을 효과적으로 억제하지 못하는 한계를 보였다. 연구팀은 기존의 톨 유사수용체-7/8 아고니스트 (Toll-like receptor 7/8 agonist) 기반 항암 면역치료제의 한계를 극복하기 위해, 생체부착성 타닌산을 활용하여 림프절 부착 및 침투가 가능한 신규 항암 면역치료제 ’생체부착형 면역 도메인 (Bioadhesive Immune Niche Domain; BIND)’을 개발했다. 이 항암 면역치료제는 바이러스의 자가증식의 동력학적 행태를 모방하여 7-14일 동안 림프절 내에서 백신 전달이 점진적으로 증가하도록 설계되었다. 또한, 바이러스의 림프절 침투 메커니즘을 재현해 콜라겐과의 접촉을 통해 림프절 내부로 용이하게 침투함으로써 항원 특이적 T 세포의 효과적 생성을 유도했다. 연구 결과, 흑색종 피부암 모델에서 이 항암 면역치료제는 기존 mRNA 항암 치료제 대비 월등히 높은 항암 효능을 보였다. 임용택 교수 연구팀은 또한 소아결핵 및 방광암 치료에 쓰이는 생병원균 기반의 BCG 백신의 부작용에 주목하였는데, BCG 백신 널리 사용되고 있긴 하지만 염증과 2차 감염 등의 부작용이 자주 일어나며 지속적인 치료효과가 부족하다는 점을 발견했다. 이를 극복하기 위하여 Microbacterium 균으로부터 톨 유사수용체-2를 자극할 수 있는 세포벽 골격(Cell-Wall Skeleton)을 추출하였으며, 이를 시간차를 두고 톨 유사수용체-7/8을 자극하는 t-TLR-7/8a와 제형화하여 '재조합된 합성 나노병원균 (Reconstituted Synthetic Nanopathogen; RSnP)'를 제조했다. RSnP는 단독으로도 방광암 모델의 치료에 있어서 뛰어난 효과를 보였으며, Treg 고갈 항체인 anti-CCR8과 병용치료 시 기존에 치료가 어려웠던 큰 크기의 종양에서도 대부분 완전관해를 발생시키는 탁월한 효과를 보였다. 뿐만 아니라, 전신 독성 분석 결과 대조군과 유사한 정도로 낮은 독성을 보여 (Virulence-Free) 높은 임상적용 가능성을 가지고 있음을 시사했다. 논문명: Transformable Gel-to-Nanovaccine Enhances Cancer Immunotherapy via Metronomic-Like Immunomodulation and Collagen-Mediated Paracortex Delivery (Advacned Materials; IF=27.4, Oct 09, 2024) 저자: 진승모 (제 1 저자, 박사 후 연구원), 조주희 (공저자, 연구원), 곽예진 (공저자, 석박사통합과정), 박세현 (공저자, 박사과정), 최진호 (공저자, 박사과정), 신홍식 (공저자, 박사과정), 임용택 (교신저자, 성균관대 교수) 논문명: Virulence-Free Reconstituted Synthetic Nanopathogen Empowered by Timely-Activating TLR Agonist Promotes Heterologous Cancer Immunotherapy with Depletion of Tumor-Specific Treg Cells (Advanced Functional Materials; IF=18.5, Nov 03, 2024) 저자: 이상남 (제 1 저자, 박사 후 연구원), 박세현 (공저자, 박사과정), 최진호 (공저자, 박사과정), 허장훈 (공저자, 석박사통합과정), 임용택 (교신저자, 성균관대 교수)
- No. 298
- 2024-12-23
- 2929
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지방간에 제2형 당뇨병까지 있다면, 심혈관 질환 위험 4배 이상 높아져
비알콜성 지방간이 심할수록 심혈관 질환 발생 위험이 증가하고, 특히 제2형 당뇨병 환자의 경우 그 위험도가 더욱 높아진다는 연구 결과가 발표되어 주의를 기울여야 할 것으로 보인다. 그동안 많은 연구에서 지방간과 당뇨병 사이의 연관성을 밝혀냈지만, 비알콜성 지방간과 당뇨병을 모두 보유한 환자의 심혈관 질환 위험에 대한 대규모 추적 관찰 연구는 구체적으로 보고된 바 없었다. 이에 성균관의대 강북삼성병원(원장 신현철) 내분비내과 박철영 교수 연구팀은 2009년 건강보험 공단 자료를 이용하여 약 7만 7천 명의 성인을 대상으로 당뇨병과 지방간 지수(fatty liver index)에 따른 심혈관 질환 발생 위험을 분석했다. 연구팀은 ▲당뇨병 없는 지방간 없는 그룹 ▲당뇨병 없는 1단계 지방간 그룹 ▲당뇨병 없는 2단계 지방간 그룹 ▲당뇨병 있는 지방간 없는 그룹 ▲당뇨병 있는 1단계 지방간 그룹 ▲당뇨병 있는 2단계 지방간 그룹으로 나누고 심혈관 질환 발생 위험을 5년간 추적 관찰했다. 그 결과, 당뇨병과 지방간 둘 다 없는 그룹 대비 ▲당뇨병 없는 1단계 지방간 그룹에서는 1.19배 ▲당뇨병 없는 2단계 지방간 그룹에서는 1.38배 ▲당뇨병 있는 지방간 없는 그룹에서는 3.2배 ▲당뇨병 있는 1단계 지방간 그룹 3.8배 ▲당뇨병 있는 2단계 지방간 그룹에서는 4.5배 위험도가 증가했다. 강북삼성병원 내분비내과 박철영 교수는 “심혈관 질환 발병률 및 사망률은 지방간의 심각성에 따라 증가했는데, 이는 지방간이 간 질환뿐 아니라 여러 질환 발병에 영향을 끼친다는 것을 보여주는 연구 결과”라고 밝혔다. 이어 “지방간 수준이 낮더라도 당뇨병이 있기만 해도 사망률이 높게 증가했다”며 “당뇨병 환자의 심혈관 질환 및 사망 위험을 줄이기 위해서는 지방간 선별 및 예방이 필요한 것을 시사한다”고 말했다. 한편 이번 연구는 세계적인 의학 학술지인 국제영국의학저널(BMJ) 최신 호에 게재됐다. * BMJ - JCR IF 기준 MEDICINE , GENERAL & INTERNAL 분야 169 개 저널 중 4 위 * IF(상위 107.7 (2.4%)
- No. 297
- 2024-12-19
- 3548
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코르크 활용을 통한 생분해성 플라스틱 시대의 도약
기계공학부 서종환 교수 연구팀이 와인 Stopper로 사용되는 코르크에서 추출한 수베린 유도체를 활용하여 생분해성 플라스틱(PLA)의 한계를 극복하는 혁신적 접근법을 제시하며, 지속 가능한 친환경 플라스틱 연구에 새로운 길을 열었다. 대표적인 친환경 고분자 소재로 잘 알려진 PLA는 옥수수, 사탕수수, 감자 등과 같은 농작물에서 추출한 포도당을 발효과정을 거쳐 만든 플라스틱으로, 필름, 섬유, 포장재, 3D 프린팅 등 다양한 형태로 가공, 활용되며 오일기반의 기존 플라스틱을 대체할 후보로 고려되고 있다. 그러나 특유의 취성(brittleness)로 인해 충격에 약하고, 높은 점도(shear viscosity)와 낮은 유리전이온도(Tg)로 인하여 가공 공정에서 균일한 성형과 고품질 제품 생산이 어렵다. 본 연구에서는 코르크에서 추출한 탈중합 수베린 유도체(DSD)를 재중합하여 가소제(pDSD)로 사용, PLA의 고분자 사슬 간 상호작용을 완화하여 유연성을 높이고, 인장 인성을 10배이상 증가시키는데 성공하였다. pDSD를 첨가한 PLA는 점도가 낮아지고, 용융 유동 지수(MFI)가 기존보다 약 3배 이상 증가되어 사출 성형, 필름 제조 및 적층 제조(3D printing) 등 다양한 가공 공정에서 효율성과 품질을 대폭 향상시키는 효과를 기대할 수 있다. 또한 결정화 속도와 균일성이 개선되어 다양한 구조용 부품에 응용할 수 있는 가능성을 열었다. 해당 연구는 기존 PLA의 기계적 물성의 증가 뿐 아니라 생분해 속도 또한 더 빨라서 환경 친화적 특성을 보존하는 소재의 개발이라는 것에 그 의미가 더해진다. 본 연구는 태국 치앙마이대학교와의 공동 연구를 통해 확대되고 있으며, 친환경 생분해성 플라스틱 소재의 산업적 상용화를 목표로 하고 있다. 특히, 친환경 일회용품, 의료용 소재 및 화장품 용기와 같이 우리 실생활 다양한 곳에서 활용될 잠재력을 인정받고 있다. 서종환 교수는 “지속 가능한 미래를 위한 혁신적이고 실용적인 솔루션 개발에 전념하고 있으며, 세계적인 연구 협력을 통해 기술적 한계를 뛰어넘는 성과를 지속적으로 창출해 나갈 수 있을 것으로 기대된다”라고 밝혔다. 관련논문: Yoon, Hyejung, et al. "Plasticizing effect of depolymerized suberin derivatives from natural cork and potato periderm in poly (lactic acid)(PLA) for improved toughness and processability." Industrial Crops and Products 209 (2024): 117990. Fig.1 (a) Suberin composition from exodermis of the cork tree, (b) suberin domain between primary cell wall and cell membrane, and (c) schematic illustrations of the DSDs polycondensation Fig. 2 (a) stress-train curves determined from tensile tests for the neat PLA and pDSDs/PLA blends, (b) melt flow index for the neat PLA and pDSDs/PLA blends, and (c) degree of disintegration for the neat PLA and 5 wt% pDSDs/PLA blends determined from biodisintegration test over a span of 14 weeks inset photographs of the specimen taken at intervals of 0, 4, 8, and 12 weeks.
- No. 296
- 2024-12-13
- 4842
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딥러닝 기반 ESG 연구
경제학과 류두진 교수가 방정석 금융연구원 조사역 및 유진영 시안교통-리버풀大 교수와 공저한 논문은 사회과학 연구주제(ESG와 금융시장)에 이공학방법론(기계학습/딥러닝)을 융합한 연구로, 환경(Environmental), 사회(Social), 지배구조(Governance)와 관련된 기업의 논란(Controversies)이 다양한 투자자의 거래 행동에 어떤 영향을 미치는지 빅데이터를 통해 분석한다. 심층학습(deep-learning) 기반 자연어 처리(natural language processing) 기법을 활용해 수많은 뉴스 기사를 체계적으로 수집하고 분석하여 ESG의 각 세부 논란 유형별로 정교하게 분류한 뒤, 투자자별로 매도/매수 경향성 및 비정상 거래 활동의 행태를 조사하였다. 분석결과 ESG 논란은 E/S/G 세부 유형에 상관없이 전반적으로 투자자들의 거래 활동을 증가시키는 것으로 나타났다. 그러나 투자자의 논란 기사에 대한 반응의 강도와 방향은 ESG의 각 요소에 따라 달랐고, 특히, 외국인이나 개인투자자와는 달리, 국내 기관 투자자는 논란이 있는 주식을 적극적으로 매도하는 경향이 있음을 보였다. 본 ESG에 관한 융복합 연구는 경제학과 방정석 학석사연계과정 졸업생이 류두진 교수가 센터장인 SKKU Global Finance Research Center(GFRC)의 학부연구생 때 시작한 연구로, 당시 유진영 교수가 본교에서 학/석/박사과정을 마친 직후 GFRC에서 연구원으로 재직하는 동안 공동작업으로 작성되었다. 국내시장을 분석한 연구로는 드물게, Business/Finance 분야 2023년 상위 1% SSCI 학술지인 Finance Research Letters에 게재되었다. 게재 정보는 다음과 같다. Bang, J., Ryu, D., Yu, J. (2023). ESG controversies and investor trading behavior in the Korean market. Finance Research Letters, 54 (Jun.), 103750.
- No. 295
- 2024-12-09
- 4161
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외부 요인이 영향을 미칠 때에도 이익을 공정하게 분배하려면?
LG 배터리 경쟁사 노스볼트와 BMW의 경쟁사 벤츠가 협력하면 LG와 BMW의 이익 분배는 어떻게 해야 할까? 외부 요인이 영향을 미칠 때에도 이익을 공정하게 분배할 수 있는 방법을 밝혀낸 성균관대 SKK GSB 프랭크 휴트너 교수의 논문이 저명한 학술지 'Games and Economic Behavior'에 게재됐다. 휴트너 교수는 이 방법을 찾기 위해 라이프치히 HHL 경영대학원의 André Casajus 교수, 와세다 대학의 Yukihiko Funaki 교수와 함께 샤플리 값과 그 확장에 대한 연구를 진행했다. 샤플리 값은 여러 참여자가 협력해서 얻은 이익을 각각에게 분배하는 방법을 제시하는 개념이다. 각 참여자가 프로젝트에 얼마나 많은 가치를 더했는지를 계산해, 공평한 보상 분배를 제시한다. 다만 샤플리 값은 외부 요인이 영향을 미칠 때는 적용하기 어렵다는 단점이 있다. 외부 요인의 영향을 설명하기 위해 LG와 BMW가 LG 배터리를 BMW 차량에 사용하는 대가로 1000억원의 이익을 나누는 협상 상황을 가정해보자. 전통적인 샤플리 값은 이 이익을 50 대 50으로 나누는 것을 제안한다. 그러나 이익규모와 분배는 LG의 경쟁사 Northvolt, BMW의 경쟁사 Mercedes-Benz 간의 경쟁우위가 달라지거나 경쟁사들의 협력관계가 변할 때 달라질 수 있다. 만약 Northvolt가 Mercedes-Benz와 협력하면 LG와 BMW 사이의 예상 혜택은 800억원으로 줄어들 수 있다. 이 경우 Northvolt와 Mercedes-Benz가 BMW와 LG에 외부 영향을 미치게 돼 전통적인 샤플리 값을 적용하기 어렵다. 상황은 BMW와 Northvolt 간의 협력, Mercedes-Benz와 LG 간의 협력, 또는 Northvolt와 LG 간의 기술적 파트너십 등으로 더욱 복잡해질 수 있다. 이 논문의 저자들은 복잡한 상황을 더 잘 설명하기 위해 기존의 접근 방식을 개선하고 확장했다. 그들의 샤플리 값 일반화는 복잡한 상황에서도 공정한 분배 방법을 제공할 수 있고 외부 요소의 잠재적인 행동을 고려해 가치를 분배할 수도 있다. 원본저널: http://doi.org/10.1016/j.geb.2024.06.004
- No. 294
- 2024-12-03
- 4745
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분극장내재 이차원소재 기반 고성능 이황화텅스텐-그래핀 전극소재 개발
기계공학부/나노과학기술학과/반도체융합공학과 소속 김태성 교수와 화학공학부/나노과학기술학과/성균에너지과학기술원 소속 유필진교수, 한국기계연구원 김형우박사가 이끄는 공동연구팀이 저온플라즈마-분극장내재 이차원소재 이종접합구조를 활용하여 고효율 및 고안정성 수소생산전극 소재 개발에 성공했다고 밝혔다. 전이금속 디칼코게나이드 기반의 박막은 형상에 따라 수소이온에 대한 서로 다른 흡착에너지를 보이고 있어 형상제어 기반 수소발생전극 디자인이 연구되고 있다. 2H(반도체적 특성)형상은 금속성을 지니는 1T 형상에 비해 전하전달 능력이 떨어져, 1T 형상의 전이금속 디칼코게나이드를 만드는 연구가 요구되어 오고 있지만, 1T형상의 경우 과도한 흡착으로 인해 탈착과정에서 문제를 겪고 있어, 이를 해결하기 위한 소재특성제어 연구가 필요한 상황이었다. 이에 김태성, 유필진 교수 연구팀은 이러한 기존 이차원소재 기반의 수소생산 전극의 한계를 극복하고자, 분극장이 내재된 이종접합계면을 통한 계면 공극형성으로 황에 구속되어 있던 전자에 자유도를 주어, 표면으로의 전하전달 능력을 향상시켰고, 결과적으로 흡착된 수소이온이 빠르게 환원되어 수소기체로 변환 가능한 시스템을 개발하였다. 연구팀은 텅스텐-그래핀 이종계면을 형성하여, 최하층의 텅스텐과 그래핀 사이에 일함수 차이로 인한 분극장이 형성됨을 확인하였고, 이는 저온 플라즈마에서 아르곤에 의해 이온화된 황화수소이온이 침투하지 못하게 되는 내부 장벽과 같은 역할을 하게 된다. 따라서, 최하층에 황 공극이 유도되며 이를통해 구속되어있던 전자를 자유롭게 만들 수 있으므로 기존 이차원 박막 기반의 수소생산 전극에 비해 표면으로의 전하전달에 유리하다. 연구 결과에 따르면, 저온 플라즈마 이온 충돌반응에 따른 황화수소 이온 침투 메커니즘을 구면수차투과현미경을 통해 나노결정립 원자층 형성을 확인하였으며, X-ray photoelectron spectroscopy와 X-ray diffraction을 통해 황화수소 이온이 격자를 파고들며 비정질 WS2이 결정성을 가지는 메커니즘과 격자계면으로의 과도한 이온주입을 유도하여 in-situ 1T 격자 합성이 가능함을 밝혔다. 본 연구 성과는 소재 다학제 융합연구 분야 상위 2% 국제 학술지 ‘어드밴스드 메터리얼즈’에 2024년 9월9일 게재되었다. ※ 저널명: Advanced Materials ※ 논문명: Electron Release via Internal Polarization Fields for Optimal S-H Bonding States ※ DOI: 10.1002/adma.202411211 ※ 저자 - 교신저자: 김태성 교수(성균관대학교 기계공학부 / 나노과학기술학과 / 반도체융합공학과), 유필진 교수 (성균관대학교 화학공학/고분자공학과 / 나노과학기술학과 / 성균에너지과학기술원), 김형우 박사 (한국기계연구원) - 제1저자: 석현호 (성균관대학교 나노과학기술학과 석박통합과정), 김민준 (성균관대학교 나노과학기술학과 석박통합과정), 조진일 (성균관대학교 기계공학부) - 공동저자: 손시훈(성균관대학교 나노과학기술학과), Yonas Tsegaye Megra(성균관대학교 기계공학과), 이진형(성균관대학교 기계공학과), 남명균(성균관대학교 화학공학/고분자공학과), 김건우(포항공과대학교 화학공하과), Kubra Aydin(성균관대학교 나노과학기술학과), 유성수(성균관대학교 화학공학과), 이현정(성균관대학교 기계공학과), Vinit K. Kanade(성균관대학교 나노과학기술학과), 김무영(한국기계연구원), 문지훈(한국표준과학연구원), 김진곤(포항공과대학교 화학공학과), 석지원(성균관대학교 기계공학과)
- No. 293
- 2024-11-29
- 5426
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갈조류 유전체 연구로 진화와 기후 적응의 비밀 규명
이 연구는 갈조의 유전체 분석을 통해 진화 역사를 추적하며 주요 진화적 이정표를 제시하고, 잠재적 활용 가능성을 강조한다. 연구진의 획기적인 연구가 유전체 분석을 통해 갈조의 진화 여정을 밝혀냈다. 이번 연구는 다세포화로의 전환 및 종 다양화와 같은 주요 진화적 이정표를 조명하며, 갈조 유전체에 통합된 바이러스의 흔적이 이들의 진화에 영향을 미쳤음을 밝혀냈다. 또한, 갈조의 양식업, 바이오 기술, 기후변화 대응에서의 실용적 응용 가능성을 탐구하며, 탄소 포집 및 생태계 복원에 있어 갈조의 잠재력을 강조하고 기후 변화 속에서 생태적 회복력을 강화할 수 있는 귀중한 통찰을 제공한다. 지구 표면의 70% 이상을 덮고 있는 바다는 생태적 균형을 유지하고 인간 복지에 기여하는 수많은 생명체의 터전이다. 이 중 갈조(Phaeophyceae)는 연안 서식지를 유지하고 해양 생물다양성을 지원하며, 탄소 포집을 통해 기후 변화를 완화하는 데 중요한 역할을 한다. 과학계의 지속적인 관심을 받아온 갈조지만, 그 유전체 및 진화적 역사는 아직 미지의 영역으로 남아 있었다. 윤환수 교수 연구진은 44종의 갈조에 대한 포괄적인 유전체 분석을 통해 갈조의 진화 여정을 밝혀냈다. 이번 연구는 2024년 11월 20일 온라인에 공개되었으며, 2024년 11월 27일 발간된 Cell 저널 187권 24호에 게재되었다. 연구팀은 비교 유전체학에 유용한 Phaeoexplorer 데이터베이스를 구축하고, 단세포에서 다세포로의 전환과 갈조 유전체에 통합된 바이러스 서열과 같은 주요 진화적 이정표를 탐구했다. 갈조의 진화 역사에서 두 가지 주요 이정표가 밝혀졌다. 연구의 주저자인 윤환수 교수는 “약 4억 5천만 년 전, 갈조는 단세포 생물에서 단순한 다세포 생물로 전환했습니다. 이는 박테리아로부터의 수평적 유전자 전달로 이루어졌으며, 이 과정에서 알긴산과 플로로탄닌과 같은 중요한 세포벽 구성 요소를 합성할 수 있게 되었습니다. 이러한 적응은 갈조가 집단을 이루고 세포 간 의사소통을 개선하며 포식자로부터 방어할 수 있도록 하여 진화에서 중요한 단계가 되었습니다.”라고 설명했다. 이어 약 2억 년 전, 초대륙 판게아가 분리되면서 갈조는 종 다양화 과정을 거쳤다. 윤 교수는 “이 다양화 과정에서 복잡한 생활사, 구조적 혁신, 특화된 대사 경로가 개발되었으며, 이는 다양한 갈조 종의 생태적 역할을 형성하는 데 기여했습니다. 또한, 연구 결과 분석된 69개의 유전체 중 67개에서 갈조 유전체에 널리 퍼진 파이오바이러스(Phaeovirus) 서열이 발견되었으며, 이는 갈조의 진화와 다양성에 중요한 역할을 했을 가능성이 큽니다.”라고 덧붙였다. 이번 연구는 갈조의 실용적 활용 가능성에 대한 귀중한 통찰을 제공한다. 양식업에서는 미역(Undaria pinnatifida)과 다시마(Saccharina japonica)와 같은 상업적으로 중요한 종의 선택적 육종 프로그램을 지원하여 생산성과 질병 저항성을 높일 수 있다. 바이오 기술에서는 알긴산과 같은 화합물의 생합성이 건강 보조제, 생리활성 물질, 지속 가능한 생체 재료로의 응용 가능성을 열어준다. 또한, 갈조가 탄소 포집 및 생태계 복원에 있어 기후 변화 완화에 미치는 잠재력을 강조하며 생태적, 경제적 이점을 제시한다. 기후 변화가 해양 생태계에 미치는 영향을 이해하는 데에도 이번 연구는 중요한 시사점을 제공한다. 윤 교수는 “과거의 환경 변화가 갈조의 진화에 어떤 영향을 미쳤는지 분석함으로써 미래 기후 변화가 해양 생물다양성에 미칠 영향을 더 잘 예측할 수 있습니다. 이번 연구를 통해 구축된 유전체 자원은 온도 상승이나 해수면 변화와 같은 기후 스트레스에 강한 갈조를 개발하는 데 도움이 되는 특성을 식별할 수 있도록 합니다.”라고 밝혔다. 또한, 갈조 숲을 ‘블루 카본’ 저장고로 홍보하여 탄소를 자연적으로 격리하고 기후 변화 영향을 완화하며 해양 환경의 생태적 지속 가능성을 촉진하는 해결책을 제시한다. 갈조의 유전적 구성을 해독함으로써 이 연구는 해양 생태계를 더 깊이 이해하고, 생태적·경제적 잠재력을 활용하여 보다 지속 가능한 미래를 만드는 데 필요한 통찰을 제공한다. 바다는 지구의 회복력을 좌우하는 열쇠를 품고 있으며, 이번 연구는 자연의 지혜에 뿌리를 둔 지속 가능한 미래로 나아가는 로드맵을 제시하고 있다. ※ 논문제목: Evolutionary genomics of the emergence of brown algae as key components of coastal ecosystems ※ 저널: Cell ▲ 갈조류 종 분기시간 분석 결과
- No. 292
- 2024-11-25
- 4541
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세슘 도핑을 통한 금속 유기 골격체의 선택적 무질서 조절과 고성능 산소 발생 반응 촉매 개발
화학공학/고분자공학부 이상욱 교수 연구팀(석준호 박사과정)은 동국대학교 김형상 교수, 임현식 교수와 공동연구를 통해 산소 발생 반응(OER)의 촉매 성능을 크게 향상시키는 기술적 돌파구를 마련했다. OER은 물을 분해해 수소를 생산하는 과정에서 가장 큰 에너지 소모를 요구하는 단계로, 특히 높은 과전압이 필요하다. 상용화된 촉매는 주로 귀금속(IrO2, RuO2)을 기반으로 하여 높은 성능을 보이지만, 그 희소성으로 인해 대규모 수소 생산에서 경제적 제약을 받고 있다. 이러한 귀금속 촉매의 높은 비용은 대규모로 그린 수소를 생산하는 데 큰 장애물이 되고 있다. 따라서 귀금속 촉매를 대체할 수 있는 지구상에 풍부한 금속 기반 물질을 활용한 촉매 개발이 시급하다. 특히, 금속-유기 골격체(MOF)는 전이 금속을 포함한 구조적 다양성 덕분에 저비용의 효과적인 OER 촉매 소재로 주목받고 있다. 그러나 MOF 기반 촉매의 성능을 극대화하기 위해서는 활성 금속 노드의 노출을 높이고, 구조적인 무질서를 적절히 조절하여 전기화학적 성능을 최적화할 필요가 있다. 이에 연구팀은 세슘(Ce) 도핑을 통해 MOF 기반 촉매의 결정 구조에서 선택적으로 무질서를 유도하고, 이를 통해 촉매 활성 부위를 더욱 노출시켜 OER에서의 전기화학적 성능을 대폭 향상시키는 새로운 전략을 제시하였다. 연구팀은 Ce 도핑을 통해 결정질/비결정질 이종 구조를 니켈 기반 MOF에 도입하는 새로운 전략을 성공적으로 입증했다. XRD 및 전자현미경 분석 결과, 평탄한 시트 구조는 결정질을 유지한 반면, Ce이 풍부한 영역은 비결정질 구조를 형성한 것으로 나타났다. 최적화된 NiCe-0.2 MOF/NF 촉매는 각각 10, 100, 1000 및 2000 mA/cm²의 전류 밀도에서 OER을 구동하기 위해 205, 290, 410, 450 mV의 낮은 과전압(η)을 나타냈으며, 우수한 반응 속도 상수(46.09 mV/dec)와 0.36 s⁻¹의 높은 전환 빈도(TOF@η = 330 mV)를 보이며, 기존의 결정질 Ni-MOF/NF 그리고 상용 촉매인 IrO2/NF와 비교했을 때 높은 전류 밀도에서도 뛰어난 성능을 보였으며, 약 146시간 동안 1000 mA/cm² 이상의 전류 밀도에서도 안정적인 내구성을 유지하였다. 본 연구의 교신 저자인 성균관대 이상욱 교수와 석준호 박사과정생은 밀도 범 밀도 함수 이론(DFT)에 기반한 전산모사를 통해 NiCe-0.2 MOF/NF 촉매가 국부적인 격자 결함을 형성하여 OER 촉매 성능을 향상시키는 메커니즘을 규명했다. DFT 계산 결과, Ce3+ 도핑은 결함 형성 에너지를 크게 감소시켜 구조를 결정질에서 비결정질로 변환함으로써 활성 금속 노드 부위를 더욱 노출시켰다. 또한, Ce3+은 전자 부족 상태에서 OH-과 쉽게 반응해 촉매 반응을 가속화한다. 이러한 Ce3+ 도핑 효과는 Ni-MOF/NF에서 선택적으로 무질서를 유도하고 전자 수용이 용이한 환경을 제공하여 기하학적, 전자구조적 시너지효과를 밝혀냈다. 이를 기반으로 MOF 기반 신규 소재 설계에 대한 가이드라인을 제시했다. 논문명: Cerium guided site-selective crystal disorder engineering of MIL-88B(Ni) frameworks for electrocatalysis offering high-performance water oxidation 저자정보: Nabeen K. Shrestha (제1저자, 동국대학교), Supriya A. Patil (세종대학교), 석준호 (성균관대학교), Amol S. Salunke (동국대학교), 조상은 (동국대학교), Akbar I. Inamdar (동국대학교), 박용신 (울산대학교), 교신저자로 이상욱 교수 (성균관대학교), 김형상 교수 (동국대학교), 임현식 교수 (동국대학교)가 참여했다. (총 10명) 저널: Materials Today Physics(IF: 10.0) 논문 링크: DOI: 10.1016/j.mtphys.2023.101252 그림1.다양한 양극의 산소 발생 반응(OER) 전기 촉매 성능 비교. (A) 1.0 M 수성 KOH 용액에서 1 mV/s의 속도로 측정한 선형 스윕 편극 곡선 및 (B) 이에 따른 OER 과전압 대 전류 밀도 프로파일, (C) Tafel 기울기 및 (D) 양극이 보여준 Nyquist 플롯. (D)의 삽입 이미지는 임피던스 데이터를 맞추기 위해 사용된 equivalent circuit used를 나타냄. 그림 2.Ni-MOF와 NiCe-0.2 MOF의 산소 발생 반응(OER) 촉매 활성에 대한 이론적 평가. (A) Ni-MOF와 NiCe-0.2 MOF 간의 결정 구조, 금속-산소 결합 길이 및 왜곡 지수의 차이, (B) NiCe-0.2 MOF에서 Ce³⁺ 이온에 의한 전하 이동, (C) NiCe-0.2 MOF 촉매의 제안된 흡착종 진화 메커니즘(AEM) 경로. (D) Ni-MOF 및 (E) NiCe-0.2 MOF의 활성 부위에 따른 OER 자유 에너지 다이어그램(FED) (U = 0 V, U = 0.402 V 및 U = 0.402 V+ ηOER, 알칼리성 환경). 분홍색 음영은 잠재적 결정 단계(PDS)를 나타냄.
- No. 291
- 2024-11-20
- 5021
