방광암 조기 진단, 이제 집에서도 간편하게 - 집에서 간편하게 사용할 수 있는 소변용 방광암 진단 키트 개발 기존 소변 검사법에서 진단되기 어려운 초기 방광암까지도 진단 가능 방광암은 조기 발견 시 완치율이 90% 이상으로 매우 높은 편이지만, 재발률이 70%에 달해 지속적인 관리가 필요하다. 특히 늦게 발견될 경우, 방광 제거 수술 후 인공 방광을 이식하거나 소변 주머니를 사용하는 대수술이 필요해 환자의 삶의 질이 크게 저하된다. 그러나 현재 사용되는 소변 검사 키트는 민감도가 낮고, 요도에 관을 삽입해 방광 내부를 검사하는 방광경 검사는 고통과 부담이 크기 때문에 환자에게 간편하고 정확한 진단 기술이 요구된다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 오상록) 생체분자인식연구센터 정영도 박사 연구팀은 고려대학교 의과대학 비뇨의학과 강석호 교수 연구팀과 공동으로 집에서도 간편하게 사용할 수 있는 소변용 방광암 진단 키트를 개발했다고 밝혔다. 이 진단 키트는 소변의 전처리 없이도 방광암 바이오마커를 높은 정확도로 검출할 수 있다. 연구팀은 물과 기름이 층을 이루는 원리를 활용해 방광암 바이오마커를 검출하는 새로운 진단 키트를 설계했다. 소변에서 방광암 바이오마커를 검출하기 어려웠던 이유는 소변 내 바이오마커의 농도가 낮고 혈뇨와 같은 불순물이 신호를 방해했기 때문이다. 반면, 이번에 개발된 진단 키트는 바이오마커와 결합된 필름이 파괴되며 발생하는 부력 있는 신호 전달체가 기름층으로 이동해 신호를 발생시키는 방식으로 작동한다. 이를 통해 혈뇨와 같은 불순물이 신호에 간섭하지 않도록 설계됐으며 신호 증폭 효과를 극대화해 바이오마커를 정확히 검출할 수 있다. 연구팀은 고려대학교 비뇨의학과에서 환자 80명과 정상인 25명을 대상으로 이중맹검(double blindness)으로 임상시험을 진행한 결과, 개발된 진단 키트의 민감도가 88.8%에 달하는 것을 확인했다. 이는 기존 상용화된 검사법의 민감도가 20%에 불과했던 것에 비해 크게 향상된 결과다. 특히 기존 검사법으로는 조기 방광암 진단이 거의 불가능했으나, 이번에 개발된 키트는 초기 방광암도 높은 정확도로 검출할 수 있었다. 개발된 진단 키트는 비침습적이고 간편한 소변 검사를 통해 방광암을 조기에 진단할 수 있는 혁신적인 방법이다. 이를 통해 불필요한 방광경 검사를 줄이고 조기 발견으로 환자의 생존율을 높이는 것은 물론, 삶의 질까지 보호할 수 있을 것으로 기대된다. 연구팀은 이번 성과를 바탕으로 종합 검진 센터에서 대량으로 신속하게 사용할 수 있는 방식과 가정에서 간편히 사용할 수 있는 제품개발을 목표로 연구를 이어갈 계획이다. KIST 정영도 박사는 “간단한 방광암 진단 키트를 개발해 불필요한 방광경 검사를 줄이고자 한 이번 연구에서 방괌암 조기 진단의 가능성을 확인했다”고 밝혔다. 고려대학교 강석호 교수는 “이번 연구는 KIST와 고려대 간 임상중개연구를 통해 이루어진 성과로 방광암뿐만 아니라 다양한 질환의 조기 진단 기술 개발에도 새로운 길을 열 것으로 기대된다”라고 말했다. 특히, KIST 정영도 박사와 고려대의대 강석호 교수가 한국기계연구원의 이동진 박사와 함께 창업 예정인 ‘플로트바이오사이언스’는 균일한 대량 생산이 가능한 소변용 방광암 조기 진단 키트 사업화를 추진하고 있으며 2024년 NST 융합 창업 챌린지에서 예비융합창업팀으로 선정됐다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 유상임)의 지원을 받아 KIST 주요사업 및 연구재단사업(2023R1A2C100438911)으로 수행됐다. 이번 연구 성과는 국제 학술지 「Nature Biomedical Engineering」 (IF 27.7, JCR 분야 0.4%)에 게재됐다. * 논문명 : Diagnosis of early-stage bladder cancer via unprocessed urine samples at the point of care [그림 1 연구진이 개발한 소변용 방광암 진단 키트 (BLOOM)의 사용법 (A) 필름이 놓인 용기에 소변을 넣고, 기름을 넣고 기다렸다 기름층에서 발생하는 빛을 스마트폰 카메라로 촬영하면 진단이 되는 간단한 사용법 (B) 방광암 환자 소변과 정상인 소변을 넣은 용기에서의 시간에 따른 필름과 기름층에서의 신호 변화 (C) BLOOM 방광암 진단을 위한 스마트폰용 앱 [그림 2] 연구진이 개발한 소변용 방광암 진단 키트 (BLOOM)의 진단 원리 방광암 환자 소변에 존재하는 효소 바이오마커가 하이드로젤 필름을 부수면, 필름 안의 물에 뜨는 신호전달체가 방출되어 물에 떠 기름층으로 이동하고, 이동한 후에 기름층에서 형광 신호를 내게 된다. 정상인 소변에는 효소 바이오마커가 부족하여 하이드로젤이 충분히 부서지지 않아서, 신호전달체의 방출이 없거나 부족하여 신호가 나지 않게되어 정상인과 방광암 환자를 구분할 수 있다.

KIST, 모듈형 로봇 가구 oOoBOT(오봇)으로 국제 로봇디자인 대회 최고상 수상 - 제16회 ICSR, Innovative Prototypes 부문 최종 우승 초소형 주거공간, 재난 구호, 아동 성장 지원 등 다양한 응용 가능성 한국과학기술연구원(KIST, 원장 오상록)은 곽소나 박사 연구팀이 2024년 10월 23일부터 26일까지 덴마크 오덴세에서 개최된 국제 소셜 로봇 학술대회(International Conference on Social Robotics 2024, 이하 ICSR 2024)의 로봇디자인 대회에서 모듈형 로봇 가구 시스템 oOoBOT(오봇)으로 Innovative Prototype 부문 최고상을 수상했다고 밝혔다. 올해로 16회를 맞은 ICSR은 소셜 로봇 분야의 저명 학술지인 International Journal of Social Robotics와 연계된 대표적인 국제 학술대회로, 이번 대회에서는 전 세계 주요 연구 기관의 팀들이 참여하여 치열한 경합을 벌였다. 로봇디자인대회는 Innovative Ideas, Innovative Prototypes, Innovative Solutions 세 부문으로 나뉘어 진행되었으며, 최종 후보로는 펜실베이니아대학교(University of Pennsylvania), 오리건주립대학교(Oregon State University) 등 전 세계 유수의 연구팀이 이름을 올렸다. 최종 후보로 선정된 팀들은 학회 기간 동안 발표와 시연을 통해 작품의 혁신성과 실용성을 선보였으며, 심사위원단의 종합 평가를 거쳐 최종 우승팀이 결정됐다. KIST 연구팀은 Innovative Prototypes 부문에서 최종 우승을 차지하며, 모듈형 로봇 가구 시스템 oOoBOT의 혁신성을 세계적으로 인정받았다. oOoBOT은 초소형 주거 환경에서 공간 활용도를 극대화할 수 있도록 설계된 다기능 로봇 가구 시스템으로, 현대 사회에서 점차 증가하고 있는 1인 가구 및 초소형 주거 공간의 요구를 충족하기 위해 개발되었다. 이 시스템은 사용자의 필요와 상황에 따라 테이블, 의자, 수납함, 카트 등으로 변형이 가능하며, 필요에 따라 크기와 형태를 자유롭게 조정할 수 있다. 특히, 사용하지 않을 때는 최소화된 상태로 수납할 수 있어 제한된 공간에서도 효율적인 사용이 가능하다. 이러한 설계는 공간 부족 문제를 해결하는 데 있어 매우 효과적이며, 거주자의 다양한 활동을 지원함으로써 생활의 질을 향상시킨다. oOoBOT은 초소형 주거 공간에 적합한 솔루션일 뿐만 아니라 다양한 사용자층에게 맞춤형 서비스를 제공할 수 있는 유연성을 가지고 있다. 젊은 직장인과 학생 등 1인 가구뿐만 아니라 신체적·인지적 지원이 필요한 독거 노인에게도 적합하며, 사용자의 요구와 상황에 따라 다양한 역할을 수행할 수 있다. 예를 들어, 독거 노인의 경우 의자나 테이블을 보조 장치로 활용하거나 필요한 물건을 손쉽게 이동할 수 있도록 카트 형태로 변형할 수 있다. 이외에도 oOoBOT은 재난 구호 환경에서 그 가능성을 더욱 발휘한다. 임시 주거 시설에서는 침대, 테이블, 수납함 등 다양한 가구로 변형 가능하며, 조립과 설치가 간편해 긴급 상황에서도 신속하게 대응할 수 있다. 또한, 성장기 아동의 신체 발달에 맞춰 높이와 크기를 조정할 수 있어 학습 환경을 최적화하며, 아동의 발달을 효과적으로 지원할 수 있다. 이러한 다기능성과 적응성은 다양한 환경과 상황에서 oOoBOT이 실질적인 도움을 제공할 수 있음을 보여준다. 곽소나 박사는 “oOoBOT은 초소형 주거 문제를 해결할 혁신적 해법으로, 청년과 1인 가구뿐만 아니라 다양한 사용자층에게 새로운 공간 활용 방법을 제공할 수 있다”며 “자원의 효율적 사용과 지속 가능한 설계로 환경친화적인 주거 환경을 구축하는 데 기여하고자 한다”고 밝혔다. 강다현 박사는 “앞으로 재난 구호, 아동 성장 지원 등 다양한 용도로 확대 적용할 수 있도록 추가 연구를 이어갈 계획”이라고 덧붙였다. 본 연구는 산업통상자원부(장관 안덕근)의 로봇산업기술개발사업(2MRE620)의 지원으로 수행됐다. [그림 1] oOoBOT(오봇) 변형(축소와 확장)과 이동을 통해 상황에 적합한 서비스를 제공하는 로봇 가구 [그림 2] 용도와 물건 개수에 따라 변형하는 oOoBOT(오봇) oOoBOT은 필요에 따라 테이블, 의자, 카트 등으로 변형하며, 상황에 맞게 가용 공간을 유연하게 조정 [그림 3] 사람 수에 따른 oOoBOT(오봇) 배열 사용자 수에 맞추어 테이블의 크기와 의자의 개수를 다르게 배열

친환경 합성화학의 새로운 장 열다! 전이금속 없이 유기실란 합성 성공 - KIST, 친환경적이고 경제적인 유기실란 합성법 개발 금속 촉매 없는 혁신적인 합성법 개발로 화학 산업의 지속가능성 높여 유기실란은 규소와 탄소가 결합돼 이루어진 실리콘 화합물로, 의약품 개발, 신소재 제조, 반도체 재료 등에 핵심 원료로 폭넓게 활용된다. 그러나 유기실란 합성 시 실란의 반응성을 높이기 위해 전이금속을 사용하거나 공기와 수분에서 불안정한 중간체 합성이 필수적이었다. 이러한 기존 방식은 합성 후 금속 촉매 폐기물이 발생해 환경적, 경제적 부담이 있었다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 오상록) 화학생명융합연구센터 한서정 박사 연구팀은 고온, 고압이 아닌 온화한 조건에서 전이금속 없이도 유기실란 화합물을 합성하는 반응을 개발했다고 밝혔다. 이번 연구는 기존과 달리 고가의 리튬, 니켈, 팔라듐과 같은 금속 촉매를 전혀 사용하지 않아 환경 보호와 생산비용 절감을 동시에 실현할 수 있는 혁신적인 합성법을 제시했다. 연구팀은 유기실란을 합성하기 위해 분자 구조 자체를 활용해 실란의 반응성을 높이는 방법을 개발했다. 이를 위해 아라인, 포스파이트, 플루오로실란의 삼성분 짝지음 반응을 활용함으로써 금속 촉매 없이 분자 구조만으로 실란을 활성화하는 데 성공했다. 특히, 플루오로실란의 실리콘과 플루오린 결합은 강력한 결합 세기 때문에 반응성이 낮아 이를 활성화하는 게 매우 어렵다. 이를 해결하기 위해 분자 내에 포스포늄 루이스산을 도입해 플루오라이드 이온과 상호 작용하게 함으로써 강한 실리콘과 플루오린 결합을 활성화해 실란의 반응성을 높였다. 연구팀이 개발한 합성법은 실험실 수준을 넘어 산업적 활용이 가능한 그램 스케일(gram-scale)에서도 유기실란 화합물을 안정적으로 합성하는 것으로 확인됐다. 또한, 이 방법으로 합성한 유기실란을 용도에 맞게 물리적, 화학적 성질을 개선하는 데 필요한 산화반응 및 치환반응에서도 안정적인 성능을 보였다. 이번 연구는 친환경성과 경제성을 동시에 충족하는 합성 기술을 통해 화학 산업의 지속가능성을 한 단계 끌어올릴 것으로 기대된다. 특히, 폐수와 폐기물 처리 과정에서 환경 오염의 주요 원인으로 지목되는 금속 촉매를 사용하지 않는 장점이 있다. 또한, 매장량이 한정적이어서 가격 변동성이 큰 금속 자원에 대한 의존도를 낮출 수 있어 환경 보호와 생산 비용 절감이라는 두 가지 과제를 동시에 해결했다는 점에서 의의가 있다. KIST 한서정 박사는 "이번 합성법은 고가의 금속 촉매를 대체함으로써 제조 비용을 크게 절감하고, 대량 생산에도 적합한 기술로 검증돼 산업적 활용 가능성을 입증했다"라며, "이 기술은 의약품, 농업, 신소재 등 다양한 산업 분야에서 활용될 수 있으며 지속가능한 화학 산업으로의 전환을 앞당길 중요한 발판이 될 것"이라고 말했다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 유상임)의 지원을 받아 KIST 주요사업 및 국가신약개발사업 (RS-2022-DD123827), 창의형 융합연구사업 (CAP23011-100) 등으로 수행됐다. 이번 연구 성과는 국제 학술지 「Angewandte Chemie International Edition」 (IF 16.1, JCR 분야 5.8%)에 게재됐으며 Back Cover 이미지로 선정됐다. * 논문명 : Cleavage of the Robust Silicon–Fluorine σ-Bond Allows Silicon–Carbon Bond Formation: Synthetic Strategies Toward Ortho-Silyl Aryl Phosphonates [그림 1] 삼성분 짝지음 반응 도식 삼성분 짝지음 반응의 진행 방식을 그림으로 표현함 [그림 2] 오쏘-실릴아릴 포스포네이트의 X-ray 구조 합성한 오쏘-실리아릴 포스포네이트와 그 X-ray 구조 [그림 3] Angewandte Chemie International Edition Back Cover 이미지 Angewandte Chemie International Edition의 최근 호 Back Cover 표지로 선정된 이미지

한국과학기술연구원(KIST)과 (주)케이알엠(KRM)은 도심 환경 사족 순찰로봇 기술개발 협력을 위해 양해각서(MOU)를 지난 2024년 12월 12일 체결했다. 이번 양해각서의 주요 내용은 ▷사족로봇용 자율주행 및 상황인식 기술, 관제 플랫폼 기술, IoT센서 연계를 위한 응용 서비스 기술 등이다.

다수의 사용자가 원격으로 제어하는 무인 실험실, ‘OCTOPUS’ AI 자동화 시스템 개발 - 병렬 스케줄링을 통해 기존 시스템 대비 소재 개발 시간 5배 이상 단축 - 무인실험실 협력체계 구축을 통해 효율성과 확장성 개선, 글로벌 연구 기대 신소재 개발은 설계부터 상용화까지 막대한 시간과 비용이 소요되는 작업이다. 최근에는 인공지능(AI)과 로봇 기술을 접목하여 화학 실험을 자동으로 설계하고 수행하는 완전 자동화 무인 실험실에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 이 무인 실험실은 전 과정에서 사람의 개입 없이도 365일 24시간 지속적으로 소재 개발 연구를 수행할 수 있도록 설계된다. 그러나 기존 무인 실험실은 여전히 사람이 상주하며 실험을 관리해야 하고, 여러 사용자가 동시에 다양한 실험을 수행하지 못한다는 한계를 가지고 있었다. 이러한 점은 실험의 효율성과 확장성 측면에서 큰 제약으로 작용해왔다. 한국과학기술연구원(KIST) 이관영·한상수·김동훈 박사 연구팀이 소재 개발 분야에서 혁신적인 도약을 가져올 원격 제어 시스템 ‘OCTOPUS’를 개발했다고 발표했다. 이 시스템은 연구자가 실험실에 직접 가지 않고도 로봇을 활용해 화학 실험을 원격으로 설계하고 진행할 수 있게 돕는다. 특히, 여러 사용자가 동시에 실험을 수행할 수 있는 환경을 제공하여 신소재 개발의 속도와 효율성을 크게 향상시킬 수 있도록 설계됐다. OCTOPUS는 AI와 자동화 기술을 접목하여 연구자가 필요할 때 언제든지 실험을 시작할 수 있으며, 실험 장비들을 자동으로 관리함으로써 자원과 시간을 효율적으로 사용할 수 있다. 이를 통해 기존에는 사람이 상주하며 직접 관리하던 무인 실험실의 한계를 극복했다. 또한, 병렬 실험 수행이 가능한 스케줄링 기능을 통해 실험 생산성을 극대화했다. 예를 들어, 기존 선입선출 방식으로 13시간이 걸리던 화학 실험이 OCTOPUS의 병렬 스케줄링 덕분에 단 2시간 만에 완료될 수 있었다. OCTOPUS의 또 다른 강점은 실험 중 장비 간 충돌을 방지하는 안전 관리 기능과 최적화된 스케줄링을 통해 여러 연구자가 동시에 실험을 진행하더라도 안정적이고 효율적으로 실험을 수행할 수 있도록 한다는 것이다. 이는 실험실 자원의 활용도를 극대화하고 복잡한 실험 절차를 더욱 원활하게 처리할 수 있게 한다. OCTOPUS는 전 세계 연구실 간 데이터 연결을 지원하여 하나의 실험실에서 진행된 데이터를 다른 연구실에서도 즉시 활용할 수 있다. 이로써 국내외 대학, 연구소, 기업 간 협력이 강화되고, 글로벌 소재 연구의 속도와 효율성이 획기적으로 높아질 전망이다. KIST 한상수 박사는 "OCTOPUS를 활용한 수도권과 지방 간의 협력 체제가 구축된다면 수도권 과밀화를 완화하고 지역 균형 발전에도 기여할 수 있을 뿐 아니라 글로벌 협력 연구에도 기여할 것"이라고 말했다. 김동훈 박사는 "OCTOPUS는 무인 실험실의 산업화에 중요한 촉진제가 될 것이며, 반도체, 배터리, 디스플레이, 촉매 등 다양한 산업 분야로 확장될 것으로 기대한다"고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 유상임)의 지원으로 한국연구재단 나노및소재기술개발사업(NRF-2022M3H4A7046278) 및 국가전략기술소재개발사업(RS-2024-00450102) 지원으로 수행되었으며, 연구 결과는 재료과학 분야 국제저널인 「Nature Communications」* 최신호에 게재됐다. * (논문명) OCTOPUS: operation control system for task optimization and job parallelization via a user-optimal scheduler [그림 1] ‘OCTOPUS’의 기대효과 표현 OCTOPUS는 AI와 자동화 기술 덕분에 연구자가 필요할 때 언제든지 원격으로 실험을 시작할 수 있으며, 실험실 내 다양한 장비들을 자동으로 관리하여 연구자가 실험에 소요되는 시간과 자원을 더욱 효율적으로 사용할 수 있다. 또한 국내·외 대학/연구소/기업 간 물리적 거리와 공간에 구애받지 않고 유기적으로 협력할 수 있어 글로벌 소재 연구의 속도와 효율성 또한 크게 높아질 수 있어서 향후 AI 로봇 기반의 무인 실험실의 산업화 전반에 확장에 기여 가능하다. [그림 2] 기존 방법론 대비 병렬 스케쥴링의 정량적 효율성 비교 그림

KIST-TTA 협력으로 양자 신산업 창출을 견인 - KIST-한국정보통신기술협회, 전략적 협력을 위한 양해각서(MOU) 체결 - 양자 신산업 창출을 견인하는 산·학·연·관 협력체계 조성 공동 노력 한국과학기술연구원(KIST, 원장 오상록)은 양자 신산업 창출을 견인하는 산·학·연·관 협력체계 조성을 위해 한국정보통신기술협회(TTA, 회장 손승현)와 협력을 강화하는 양해각서(MOU)를 12월 11일 체결했다고 밝혔다. 이번 양해각서의 주요 내용은 ▲양자과학기술 기반 미래신산업 창출을 위한 양자과학기술 생태계 조성 ▲양자과학기술 표준 개발 및 융합·활용 촉진 ▲AI·로봇·에너지·국방·재난안전 등 국가연구개발사업 상호협력 및 공동 연구 추진 ▲국가연구개발사업 시험인증에 따른 산학연 R&D 기술 상용화 촉진 ▲국내외 최신 연구 정보 및 동향 공유 ▲연구시설·장비 공동 활용 등이다. 특히 KIST와 TTA는 양자테스트베드 사업에 함께 참여 중이며, 시험·인증기관과 연구기관의 공식적인 기술 신뢰성 검증 채널 구축으로 산학연 R&D 기술 상용화 촉진에 많은 성과가 기대 되고 있다. KIST가 주관기관으로 수행 중인 초격차 1000+ 스타트업 프로젝트 표준화 프로그램에 협력하여 국내외 양자기술 표준화를 주도할 계획이다. 오상록 KIST 원장은 “이번 업무협약을 통한 양 기관의 협력이 성공적인 연구 성과로 이어지길 바란다”며, “앞으로 KIST의 첨단과학 연구 역량을 바탕으로 TTA와 함께 국민께 도움이 되는 연구를 수행하겠다”고 말했다. 손승현 TTA회장은 “이번 협약이 TTA와 KIST의 유기적인 협력관계 구축으로 이어져 양 기관이 상호 발전하는 계기가 되길 바란다”라며, “TTA는 ICT 표준 및 시험인증 기관으로서 앞으로도 양자과학기술의 국가 경쟁력 향상을 위해 노력하겠다”고 말했다. [사진1] (좌측부터) 손승현 한국정보통신기술협회장, 오상록 KIST 원장이 업무협약식을 마치고 기념촬영을 하고 있다. [사진2] 협약식에 참석한 기관의 주요 관계자들이 업무협약식을 마치고 기념촬영을 하고 있다.

심혈관 질환의 스텐트 시술 부작용, 새로운 레이저 패터닝 기술만으로 해결한다. - 약물 부작용 없이 혈관 내 세포 반응을 제어하는 혁신적 스텐트 표면 기술 - 레이저 가공 기술을 활용한 금속 소재 정밀 패턴 가공 및 빠른 실용화 가능 한국과학기술연구원(KIST, 원장 오상록) 생체재료연구센터 전호정 센터장, 한형섭 박사, KIST유럽연구소 전인동 박사 공동연구팀은 레이저 패터닝 기술로 혈관 내피세포의 성장을 촉진하고 평활근 세포의 탈분화를 억제하는 새로운 스텐트 표면처리 기술을 개발했다. 이 기술은 세포 종류별로 나노 패턴에 대한 반응 차이를 조절할 수 있으며 화학적 코팅 방식과 함께 활용 시 더 큰 혈관 회복 효과를 기대할 수 있다고 밝혔다. 우리나라가 초고령 사회로의 진입을 앞둔 가운데, 고령 인구의 혈관질환 발생이 늘어나고 있다. 이에 따라 좁아지거나 막힌 혈관을 확장해 혈류를 원활히 하는 관 모양의 의료기기인 치료용 스텐트의 중요성이 커지고 있다. 그러나 기존 금속 스텐트의 경우, 혈관 확장을 물리적으로 유지하지만 1개월 후 평활근 세포의 과도한 증식으로 재협착이 발생할 수 있다. 이를 해결하기 위해 약물 방출형 스텐트가 가장 많이 사용되고 있으나 혈관 재내피화를 억제해 혈전이 쌓일 위험을 높여 환자가 혈전용해제를 복용해야 하는 불편함이 있었다. 이러한 단점을 극복하기 위해 스텐트 표면에 단백질이나 핵산 등 활성 분자를 코팅하는 방식의 연구가 활발히 진행 중이다. 그러나 이러한 활성 분자들은 개별적인 기능만을 수행하기 때문에 혈관 내피세포를 빠르게 증식시키는 데 한계가 있다. 연구팀은 평활근 세포의 성장은 억제하면서 혈관 내피화를 촉진하기 위해 나노초 레이저 텍스처링 기술로 니켈-티타늄 합금 표면에 나노‧마이크로 주름 패턴을 형성했다. 스텐트 시술로 손상된 혈관 내벽에서 평활근 세포가 혈관 안으로 이동하는 과정에서 형태가 변하게 되는데, 레이저로 만든 주름 패턴은 평활근 세포의 길쭉한 형태를 유지할 수 있어 재협착을 방지한다. 또한, 주름 패턴의 영향으로 세포 간의 부착이 증가해 혈관 내벽을 재형성하는 재내피화까지 촉진할 수 있었다. 연구진은 혈관 기능의 회복 효과를 검증하기 위해 혈관 세포 및 태아 동물 뼈를 활용한 신생혈관 분석을 수행했다. 레이저 텍스처링으로 가공된 금속 표면이 혈관 내피세포의 증식 환경을 조성하면서 평활근 세포의 탈분화 반응과 과도한 증식이 효과적으로 억제됐다. 특히, 주름 표면 위에서 평활근 세포가 자라는 정도가 약 75% 감소했으며, 신생혈관 생성 정도는 2배 이상 증가하는 것을 확인했다. 이번에 개발한 표면 패턴 기술은 금속 스텐트는 물론 생분해성 스텐트에도 적용할 수 있을 것으로 기대된다. 생분해성 스텐트에 적용하면 녹기 전에 재협착을 예방하고 내피화를 촉진해 환자의 치료를 돕고 합병증 위험을 줄일 수 있다. 레이저 패터닝 기술을 실제 치료 현장에 적용하기 위해 장기적 안전성과 효능 검증에 대한 임상시험을 추진할 계획이다. KIST 전호정 센터장은 “이번 연구는 표면 패턴을 통해 약물 없이도 혈관 세포 반응을 선택적으로 제어할 가능성을 확인한 연구”라며, “산업용으로 널리 활용되는 나노초 레이저를 사용해 스텐트 표면을 빠르고 정밀하게 가공할 수 있어 실용화와 공정 효율성을 높이는 데 장점이 있다”라고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 유상임) 지원으로 KIST 주요사업과 미래유망융합기술파이오니아사업(RS-2023-00302145)으로 수행됐다. 이번 연구 결과는 국제 학술지 「Bioactive Materials」 (IF: 18.0, JCR 분야 상위 0.9%)에 게재됐다. * (논문명) Exploring the potential of laser-textured metal alloys: Fine-tuning vascular cells responses through in vitro and ex vivo analysis [그림 1] 금속 스텐트가 삽입된 혈관의 모식도 확장된 스텐트는 막힌 혈관 벽을 물리적으로 확장시키기에, 금속 표면과 혈관 구성 세포 간의 상호작용에 따라 치유가 촉진되거나 부작용이 발생할 수 있음 [그림 2] 나노초 레이저 텍스처링 조건에 따른 금속 표면의 나노/마이크로 구조 제어 파장 1064 nm, 펄스폭 4 ns, 펄스 반복횟수 800 kHz의 레이저를 0.5 m/s의 속도로 의료용 금속 표면에 조사를 하게 되면 반복 횟수에 따라 나노미터에서부터 마이크로미터 거칠기의 주름을 갖는 표면 구조를 생성할 수 있음 [그림 3] 나노초 레이저 텍스처링된 금속 표면에서의 탈분화 및 증식이 억제되는 평활근 세포 나노초 레이저 텍스처링 조건에 따른 금속 표면의 나노/마이크로 구조 제어를 통해 일반 금속 스텐트와 혈관 구성세포간의 상호작용을 제어할 수 있음. 평활근 세포의 탈분화를 억제하여 이동 및 증식을 억제할 수 있음 [그림 4] 태아 마우스 중족골 분석을 통해 나노초 레이저 텍스처링된 금속 표면에서의 신생혈관 형성 분석 나노초 레이저 텍스처링 조건에 따른 금속 표면의 나노/마이크로 구조 제어를 통해 일반 금속 스텐트와 혈관 구성세포간의 상호작용을 제어할 수 있음. 신생혈관 형성을 촉진함

물에 떠 있는 미세 플라스틱, 수상 드론으로 잡는다 - 친수 톱니 기술 접목 수상 드론 이용한 미세 플라스틱 회수 기술 개발 양식장, 가정용 수처리 등 확장 가능성으로 다양한 활용 기대 최근 수돗물과 생수병은 물론, 강, 호수, 바다 등에서 미세 플라스틱이 검출되며 그 심각성이 널리 알려졌다. 기존의 수처리용 필터링 기술은 크기와 모양이 다양한 미세 플라스틱을 효과적으로 걸러 내기 어렵고, 쉽게 막히는 문제가 있다. 게다가 필터가 막히지 않더라도 작은 입자를 회수하려면 필터망을 매우 촘촘하게 설계해서 차압이 크게 발생하게 되어, 필터 효율이 지나치게 낮아지는 문제가 발생한다. 더욱이 미세플라스틱 오염이 심해지고 있는 호수, 강이나 바다와 같은 열린 공간에서는 사용할 수 없다는 단점을 가져서 실효성이 많이 떨어졌다. 한국과학기술연구원(KIST) 극한소재연구센터 김성진·문명운 박사 연구팀은 새로운 차원의 미세 플라스틱 제거 기술을 개발해, 문제 해결에 중요한 전환점을 제시했다. 이들은 물의 표면장력을 활용한 친수성 톱니 구조를 기반으로 미세 플라스틱을 효율적으로 제거할 수 있는 수상 드론 기술을 구현했다. 연구팀이 개발한 기술의 핵심은 친수성 톱니 구조에 있다. 이 구조는 물과의 친화력으로 인해 톱니 구조 사이에 형성되는 물막(Water bridge)을 생성하며, 물의 표면장력을 극대화시켜 미세 플라스틱을 톱니 사이에 부착시키는 역할을 한다. 이 원리를 활용하면 1마이크로미터(μm)에서 최대 4mm 크기까지 다양한 크기와 밀도의 미세 플라스틱을 걸러낼 수 있다. 이를 통해 기존의 필터링 기술이 크기와 모양의 한계로 인해 효과적으로 작동하지 못했던 문제를 개선하며, 필터의 막힘 현상 없이 안정적인 제거가 가능해진다. 이 기술은 다양한 미세 플라스틱(Expanded Polystyrene, Polypropylene, Polyethylene 등)을 대상으로 80% 이상의 회수 효율을 보였다. 특히, 수상 드론에 친수성 톱니 구조를 접목해 바다, 호수, 강 등 넓은 수역에서도 실시간으로 미세 플라스틱을 제거할 수 있다. 드론은 가정용 로봇청소기처럼 자율적으로 이동하며 수질을 정화할 수 있어, 기존 고정형 시스템의 한계를 넘어선 활용성을 보여준다. 문명운 박사는 "이번 기술은 수상 드론뿐만 아니라 양식장 수처리 필터와 같은 고정형 시스템에도 적용 가능하다"며, "가정용 수처리 필터 장치로 확장해 개인이 일상에서 사용할 수 있는 형태로도 개발할 수 있다"고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 유상임)의 지원을 받아 KIST 주요사업 및 해양경찰청사업(KIMST-20210584)으로 수행됐다. 이번 연구 성과는 국제 학술지 「Advanced science」 (IF 14.3, JCR 분야 8.2%)에 최신 호에 게재됐다. * (논문명) Capillary skimming of floating microplastics via a water-bridged ratchet [그림 1] MP (MP, 마이크로 플라스틱) 볼에 대한 친수성 톱니의 스키밍 메커니즘 인접한 오목한 meniscus의 존재는 치리오스 효과를 유발하여 MP 볼이 자발적으로 톱니 쪽으로 끌리게 만듭니다. 도식에서는 물 meniscus의 주기적인 변형과 함께 MP 볼의 스키밍 과정을 보여줍니다. 스키밍된 MP 볼은 이후 모세관 접착력에 의해 물로 연결된 톱니 내에 (water bridge에 의해) 단단히 고정됩니다. [그림 2] 다양한 유형의 MP 회수를 위한 톱니 드럼의 프로토타입 (A) 실험 이미지에서는 P = H = 6mm, 드럼 직경이 60mm인 톱니 구조 드럼을 사용한 MP 스키밍 과정을 보여줍니다. 이 드럼은 밀리미터 크기의 PE 펠릿과 마이크로미터 크기의 PE 입자를 스키밍합니다. (B) 톱니 구조 드럼이 수조 오른쪽에 위치한 모든 MP를 제거한 후, MP가 i) 크기 2-4 mm의 PE 펠릿이든, ii) 1-2000 μm 범위의 PE 입자(C)이든 관계없이 이를 왼쪽으로 방출하는 모습을 보여줍니다. (D) 톱니 구조 드럼이 다섯 가지 다른 MP에 대해 세 가지 드럼 회전 속도에서 보이는 회수율을 나타냅니다. [그림 3] 친수 톱니 기술이 접목된 수상 드론 (해양 로봇 청소기 프로토타입) 연속 이미지는 톱니 드럼이 장착된 실험실 규모의 프로토타입이 전진하면서 다양한 크기의 MP를 스키밍하는 모습을 보여줍니다. (아래, 왼쪽 이미지) 개방된 바다를 항해하기 위한 수상 드론형 해양 로봇 청소기. (아래, 오른쪽 이미지) 선착장이나 해안가와 가까운 지역을 수동으로 청소하기 위한 핸드-헬드 (수동형,휴대용) 타입.

3대 실명 질환 황반변성, 주사 대신 점안제 형태의 글로벌 혁신신약 개발 - 점안 투여가 가능한 건성 황반변성 치료제 개발로 환자의 투약 편의성 개선 - 글로벌 임상시험을 목표로 제약사와의 협력 연구를 적극적으로 추진할 계획 65세 이상 노인층에서 가장 흔한 실명의 원인인 황반변성은 황반에 이상이 생겨 시력이 감소하고 사물이 왜곡돼 보이는 질환이다. 전체 황반변성 환자의 90%는 건성으로 시력 손상 정도는 경미하나, 이중 약 30%는 10년 이내에 심각한 시력 손상을 동반하는 습성으로 진행된다. 건성 황반변성 치료제는 2023년 최초로 FDA 승인을 받은 두 종류의 주사제가 전부이며, 안구 주사에 따른 합병증 우려와 함께 시력 회복에 대한 효과가 기대만큼 크지 않다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 오상록) 천연물신약사업단 서문형 박사팀은 점안 투여가 가능한 새로운 건성 황반변성 치료 물질을 개발했다고 밝혔다. 안구점안제는 안과 의약품 시장에서 가장 선호되는 약물 전달 형태이지만, 안구 후방의 망막에 문제가 발생하는 건성 황반변성 치료를 위한 점안제 개발은 특히 어려운 것으로 알려져 있다. 연구팀은 기존 주사제 중심의 치료 방식을 개선하고자 황반변성의 주요 발병 원인으로 알려진 톨유사수용체(Toll-like receptor, TLR)의 염증 신호에 주목했다. 먼저 자연계에 존재하는 톨유사수용체 신호전달 단백질과 구조가 유사한 수만 개의 단백질로부터 펩타이드 서열을 추출해 19만 개 이상의 방대한 펩타이드 약물 라이브러리를 구축했다. 이후 신호전달 단백질에만 특이적으로 결합할 수 있는 펩타이드를 빠르게 탐색할 수 있는 기술을 활용해 톨유사수용체의 신호전달 단백질 간의 상호작용을 억제하는 후보 펩타이드를 발굴하는 데 성공했다. 연구진은 펩타이드를 건성 황반변성이 유도된 쥐의 눈에 점안 투여하며 치료 효과를 검증했다. 펩타이드가 처리된 그룹은 정상 쥐와 유사한 수준으로 망막 세포를 보호할 뿐만 아니라 망막 변형이 현저히 감소했다. 그 결과, 펩타이드 기반 새로운 점안제가 건성 황반변성 치료에서 기존 주사제를 대체할 수 있음을 보였다. 이번에 개발된 치료제는 점안제 형태이기 때문에 환자들에게 치료의 편의성과 순응도를 높이며 반복적인 침습적 치료로 인한 부작용과 비용 부담을 줄일 수 있다. 또한, 환자들에게 비침습적이고 안전한 치료 옵션을 제공함으로써 치료 효과와 환자 만족도를 동시에 높일 수 있다. 이는 노인성 황반변성뿐만 아니라 관련 안과 질환의 치료 접근성을 획기적으로 개선하는 데 기여할 것으로 기대된다. KIST 서문형 박사는 “임무 중심 연구를 위해 9월에 출범한 KIST 천연물신약사업단은 노인성 질환, 특히 암과 안과 질환 치료를 위한 글로벌 신약 개발을 목표로 한다”라며 "건성 황반변성 혁신신약의 글로벌 임상시험 추진을 위해 국내외 제약사와 협력 연구를 진행할 계획”이라고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 유상임)의 지원을 받아 KIST 주요사업 및 우수신진연구사업(2021R1C1C1003843)으로 수행됐다. 이번 연구 성과는 국제 학술지 「Advanced Science」 (IF 14.3, JCR 분야 6.5%)에 표지논문(Inside back cover)으로 선정됐다. * 논문명 : Massively Parallel Screening of Toll/Interleukin-1 Receptor (TIR)-Derived Peptides Reveals Multiple Toll-Like Receptors (TLRs)-Targeting Immunomodulatory Peptides [그림 1] 톨유사수용체의 신호전달 단백질을 활용한 대규모 펩타이드 라이브러리 구축과 스크리닝, 세포 및 동물모델에서의 효능 검증 과정 모식도. [그림 2] 황반변성의 진행과 증상. 황반변성이 진행됨에 따라 망막 밑에 드루젠이라는 노폐물이 쌓여 시세포 기능이 서서히 저하된다. 물체 중심이 보이지 않는 중심 암점과 사물이 휘어 보이는 변형시는 황반변성의 대표적인 증상이다. [그림 3] 건성 황반변성마우스 모델에서의 펩타이드 치료 효능. (A) 건성 황반변성이 유도된 마우스에 펩타이드 치료제를 점안 투여하여 치료 효능을 평가하였다. (B) 황반변성이 유도된 마우스(대조군)에서는 검은 색의 드루젠이 쌓이고 망막세포상피의 위축과 변형이 관찰되는 반면, 펩타이드 투여군에서는 정상 마우스 수준으로 망막이 보호되고 있음을 확인할 수 있다. [그림 4] 서문형 박사 연구팀이 개발한 건성 황반변성 치료용 펩타이드 점안제 [그림 5] 저널 속표지(Inisde back cover) 이미지

발생 현장에서 바로 처리하는 하폐수 처리 장치 개발 - 연속흐름식으로 수중 유기물을 빠르게 분해하여 무기물화, 바로 방류 가능 장치에서 과산화수소를 자체 대량 생산, 현장에서 바로 산화제로 이용 기존의 하·폐수 처리 방식은 발생지에서 관로를 통해 대규모 처리장으로 중앙집중적으로 모은 후 대량으로 처리하는 구조다. 그러나 농어촌과 같은 소규모 분산 지역에서는 이러한 방식으로 하·폐수를 처리하기에는 어려움이 있다. 소규모 비점 오염원에 설치되는 간이 처리 장치들은 주로 소독이나 탁도 개선에 그쳐, 하·폐수 속 난분해성 유기물의 분해는 제대로 이루어지지 않는다. 또한 산업 폐수를 자체 처리하는 사업장에서도 처리 효율이 낮아 독성이 높은 폐수는 종말처리장으로 재이송해야 하는 경우가 많다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 오상록) 극한소재연구센터 김상훈 박사, 물질구조제어연구센터 김종민 박사, 계산과학연구센터 한상수 박사 공동 연구팀은 하·폐수를 오염현장에서 방류 수준까지 처리할 수 있는 전기화학적 장치를 개발했다. 특히, 난분해성 물질을 빠르게 무기물로 완전 분해해 자체 방류가 가능하도록 했다. 기존 연구 방법은 주로 전기화학적으로 강력한 산화제인 과산화수소 발생을 위한 전극 소재 개발에 초점을 맞췄던 반면, 이번 연구에선 고효율적인 전극 소재 개발과 더불어 폐수를 장치 내에서 순환시키면서 다량의 과산화수소를 발생시키고, 잘 섞이게 하는 유동식 반응기(flow cell) 방식을 도입해, 현장에서 난분해성 유기물을 산화·분해하는 방식을 통해 빠르게 무기물화했다. 이는 기존의 처리조 방식보다 훨씬 효율적으로 유기물을 완전 분해할 수 있는 구조다. 기존 수중의 유해한 유기물을 산화 처리하는 방식에서는 유기물들이 완전 분해되기까지 여러 단계를 거쳐야 하고, 그 중간 생성물들의 독성이 여전히 남아있는 경우가 많았다. 수중 유기물을 완전 분해해서 무기물화가 되어야 독성이 없어지고 방류가 가능한 수준이 되는데, 이를 나타내는 지표를 총유기탄소(TOC, Total Organic Carbon)라 한다. 환경부에서도 48년 만인 작년부터 하폐수 방류기준에 총유기탄소량을 추가하여 좀 더 엄격한 하폐수 처리 기준을 내세우고 있다. KIST 연구팀이 개발한 소규모 전기화학적 장치는 중앙집중식 처리가 어려운 하·폐수를 현장에서 직접 효과적으로 처리할 수 있는 기술이며, 총유기탄소량을 짧은 시간 안에 효과적으로 낮출 수 있다. 연구진은 실제로 50pm의 비스페놀A의 총 유기탄소량을 2시간 만에 93% 낮추는 우수한 완전분해 성능을 입증했다. KIST 김상훈 박사는 “개발한 장치는 연속적이고 반복적인 흐름 방식으로 구성되어 기존 방식보다 높은 완전 분해 효율을 보이며, 이 장치와 처리 방식에 대한 특허가 출원 중이다. 이 기술의 상용화를 위해 기술 이전도 추진할 계획이다.”라고 말했다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 유상임)의 지원을 받아 KIST 주요사업, 우수신진 (RS‐2023‐00209940), 나노소재기술개발사업 (NRF-2022M3H4A7046278) 및 환경부(장관 한화진) 환경기술개발사업(2021002800005)으로 수행됐다. 이번 연구 성과는 국제 학술지 「Applied Catalysis B:Environment and Energy (IF: 20.2 JCR 분야 상위 0.6%)」최신 호에 게재됐다. * 논문명 : Higher-valent nickel oxides with enhanced two-electron oxygen reduction in advanced electro-Fenton system for organic pollutants degradation [그림 1] 기존 전기-펜톤 방식과 유동식 반응기 기반의 전기-펜톤 방식 비교 모식도 기존 저류조 형태 수처리 방식(왼쪽)의 경우 과산화수소 생성을 위한 산소(반응물)가 저농도의 용존 산소인 반면, 유동식 반응기 기반 방식의 경우(오른쪽) 고농도의 산소 가스가 직접적으로 주입되는 방식이기에 높은 과산화수소 생성 특성을 보임. 또한 전해질이 순환하는 방식이기 때문에 전극에서 생성된 과량의 과산화수소의 분산을 유도하여 효율적으로 유기물 제거가 가능함. [그림 2] 유동식 반응기를 이용한 고효율 및 안정적인 실시간 전기화학적 과산화수소 생산 특성 환원전극에서 촉매 1 kg, 시간당 약 219 Kg에 이르는 과산화수소 (pH=14 & 100 mA/cm2 기준) 생산되는 특성 결과. 내구성 평가에서도 과산화수소 특성이 유지되고 있음을 보여줌. [그림 3] 전기-펜톤 공정을 통한 총유기탄소량 저감량 비교 본 연구(맨 오른쪽)에서 제시한 유동식 반응기 장치의 총유기탄소저감량이 타 문헌에서 보고된 접근법보다 월등히 높음을 알 수 있음.