- 빛으로 동작하는 페로브스카이트 광-논리소자 개발 - 하나의 광-논리소자로 5개의 기본 논리연산을 모두 구현 가능 최근 인공지능, 자율주행 자동차, 드론, 메타버스 기술이 미래 먹거리 산업으로 주목받으면서 수많은 정보를 빠르게 계산하고 처리할 수 있는 컴퓨터에 대한 수요가 폭발적으로 증가하고 있다. 그런데 오늘날 컴퓨터의 두뇌 역할을 하는 전자식 반도체 논리소자는 초고속 데이터 계산 및 처리능력에 한계가 있으며, 에너지 소모가 크고 열이 많이 발생하는 단점이 있다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진)는 센서시스템연구센터 박유신 박사 연구팀이 광주과학기술원(GIST, 총장 김기선) 신소재공학부 정건영 교수 연구팀과 함께 유·무기 페로브스카이트 소재를 이용해 빛으로 동작하는 초고속, 고효율 광-논리소자를 개발했다고 밝혔다. 광-논리소자는 물리적으로 에너지 손실이 작은 빛을 입력 신호로 이용하고, 전기 공급 없이 빛 에너지만으로 동작할 수 있어 초고속·고효율의 특성을 가진다. 연구진은 두 층의 페로브스카이트 박막을 샌드위치처럼 쌓아 올린 적층형 페로브스카이트 광-논리소자를 구현하고, 여기에 파장과 세기가 다른 두 개의 빛을 입력하면 원하는 이진수 한 개 혹은 두 개의 이진수에 적용되는 연산으로, 정해진 규칙에 따라 결과값을 도출하는 체계를 의미한다. 논리연산이 가능함을 입증했다. 페로브스카이트 광-논리소자는 빛을 이용해 광전류의 극성을 자유자재로 바꿀 수 있으므로 같은 입력값에 대해 한 가지 이상의 논리연산 결과 값을 만들어 내는 것이 가능하다. 따라서 하나의 소자에서 오직 한 개의 논리연산만 할 수 있었던 기존 논리소자에 비해, 연구진이 개발한 것은 하나의 소자로 AND, OR, NAND, NOR, NOT의 5가지의 서로 다른 기본 논리연산을 모두 구현할 수 있다. 하나의 소자가 다섯 개 소자만큼의 기능을 하므로 높은 공간효율성과 집적도를 가지는 광-프로세서 개발이 가능하다. KIST 박유신 박사는 “빛을 입력하여 전기신호를 출력하는 페로브스카이트 광-논리소자는 향후 초소형·저전력 범용성 광센서 플랫폼으로 활용이 기대된다”고 밝혔다. GIST 정건영 교수는 “본 연구를 통해 개발한 광-논리소자는 5가지 기본 논리연산을 하나의 소자로 구현한 광 컴퓨팅 연구개발의 성과이며, 차세대 광통신, 광네트워크, 헬스케어 연구개발에 크게 기여할 수 있을 것이다”라고 기대했다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 임혜숙)의 지원으로 KIST 기본사업, 한국연구재단 중견연구자지원사업을 통해 수행되었으며, 연구결과는 국제 학술지 ‘Nature Communications’ (IF 14.919, JCR 분야 상위 4.86%) 최신호에 게재되었다. * (논문명) Perovskite Multifunctional Logic Gates via Bipolar Photoresponse of Single Photodetector - (제 1저자) 한국과학기술연구원(KIST) 김우철 박사후연구원 - (제 1저자) 퍼듀대학교(Purdue University) 김형훈 박사후연구원 - (교신저자) 광주과학기술원(GIST) 정건영 교수 - (교신저자) 한국과학기술연구원(KIST) 박유신 선임연구원 그림 설명 [그림 1] 페로브스카이트 광-논리소자의 모식도와 OR, AND, NAND, NOR, NOT의 논리연산 결과 [그림 2] 페로브스카이트 광-논리소자를 활용한 광컴퓨터용 광-프로세서 칩의 컨셉 아트

- 빛으로 동작하는 페로브스카이트 광-논리소자 개발 - 하나의 광-논리소자로 5개의 기본 논리연산을 모두 구현 가능 최근 인공지능, 자율주행 자동차, 드론, 메타버스 기술이 미래 먹거리 산업으로 주목받으면서 수많은 정보를 빠르게 계산하고 처리할 수 있는 컴퓨터에 대한 수요가 폭발적으로 증가하고 있다. 그런데 오늘날 컴퓨터의 두뇌 역할을 하는 전자식 반도체 논리소자는 초고속 데이터 계산 및 처리능력에 한계가 있으며, 에너지 소모가 크고 열이 많이 발생하는 단점이 있다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진)는 센서시스템연구센터 박유신 박사 연구팀이 광주과학기술원(GIST, 총장 김기선) 신소재공학부 정건영 교수 연구팀과 함께 유·무기 페로브스카이트 소재를 이용해 빛으로 동작하는 초고속, 고효율 광-논리소자를 개발했다고 밝혔다. 광-논리소자는 물리적으로 에너지 손실이 작은 빛을 입력 신호로 이용하고, 전기 공급 없이 빛 에너지만으로 동작할 수 있어 초고속·고효율의 특성을 가진다. 연구진은 두 층의 페로브스카이트 박막을 샌드위치처럼 쌓아 올린 적층형 페로브스카이트 광-논리소자를 구현하고, 여기에 파장과 세기가 다른 두 개의 빛을 입력하면 원하는 이진수 한 개 혹은 두 개의 이진수에 적용되는 연산으로, 정해진 규칙에 따라 결과값을 도출하는 체계를 의미한다. 논리연산이 가능함을 입증했다. 페로브스카이트 광-논리소자는 빛을 이용해 광전류의 극성을 자유자재로 바꿀 수 있으므로 같은 입력값에 대해 한 가지 이상의 논리연산 결과 값을 만들어 내는 것이 가능하다. 따라서 하나의 소자에서 오직 한 개의 논리연산만 할 수 있었던 기존 논리소자에 비해, 연구진이 개발한 것은 하나의 소자로 AND, OR, NAND, NOR, NOT의 5가지의 서로 다른 기본 논리연산을 모두 구현할 수 있다. 하나의 소자가 다섯 개 소자만큼의 기능을 하므로 높은 공간효율성과 집적도를 가지는 광-프로세서 개발이 가능하다. KIST 박유신 박사는 “빛을 입력하여 전기신호를 출력하는 페로브스카이트 광-논리소자는 향후 초소형·저전력 범용성 광센서 플랫폼으로 활용이 기대된다”고 밝혔다. GIST 정건영 교수는 “본 연구를 통해 개발한 광-논리소자는 5가지 기본 논리연산을 하나의 소자로 구현한 광 컴퓨팅 연구개발의 성과이며, 차세대 광통신, 광네트워크, 헬스케어 연구개발에 크게 기여할 수 있을 것이다”라고 기대했다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 임혜숙)의 지원으로 KIST 기본사업, 한국연구재단 중견연구자지원사업을 통해 수행되었으며, 연구결과는 국제 학술지 ‘Nature Communications’ (IF 14.919, JCR 분야 상위 4.86%) 최신호에 게재되었다. * (논문명) Perovskite Multifunctional Logic Gates via Bipolar Photoresponse of Single Photodetector - (제 1저자) 한국과학기술연구원(KIST) 김우철 박사후연구원 - (제 1저자) 퍼듀대학교(Purdue University) 김형훈 박사후연구원 - (교신저자) 광주과학기술원(GIST) 정건영 교수 - (교신저자) 한국과학기술연구원(KIST) 박유신 선임연구원 그림 설명 [그림 1] 페로브스카이트 광-논리소자의 모식도와 OR, AND, NAND, NOR, NOT의 논리연산 결과 [그림 2] 페로브스카이트 광-논리소자를 활용한 광컴퓨터용 광-프로세서 칩의 컨셉 아트

- 빛으로 동작하는 페로브스카이트 광-논리소자 개발 - 하나의 광-논리소자로 5개의 기본 논리연산을 모두 구현 가능 최근 인공지능, 자율주행 자동차, 드론, 메타버스 기술이 미래 먹거리 산업으로 주목받으면서 수많은 정보를 빠르게 계산하고 처리할 수 있는 컴퓨터에 대한 수요가 폭발적으로 증가하고 있다. 그런데 오늘날 컴퓨터의 두뇌 역할을 하는 전자식 반도체 논리소자는 초고속 데이터 계산 및 처리능력에 한계가 있으며, 에너지 소모가 크고 열이 많이 발생하는 단점이 있다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진)는 센서시스템연구센터 박유신 박사 연구팀이 광주과학기술원(GIST, 총장 김기선) 신소재공학부 정건영 교수 연구팀과 함께 유·무기 페로브스카이트 소재를 이용해 빛으로 동작하는 초고속, 고효율 광-논리소자를 개발했다고 밝혔다. 광-논리소자는 물리적으로 에너지 손실이 작은 빛을 입력 신호로 이용하고, 전기 공급 없이 빛 에너지만으로 동작할 수 있어 초고속·고효율의 특성을 가진다. 연구진은 두 층의 페로브스카이트 박막을 샌드위치처럼 쌓아 올린 적층형 페로브스카이트 광-논리소자를 구현하고, 여기에 파장과 세기가 다른 두 개의 빛을 입력하면 원하는 이진수 한 개 혹은 두 개의 이진수에 적용되는 연산으로, 정해진 규칙에 따라 결과값을 도출하는 체계를 의미한다. 논리연산이 가능함을 입증했다. 페로브스카이트 광-논리소자는 빛을 이용해 광전류의 극성을 자유자재로 바꿀 수 있으므로 같은 입력값에 대해 한 가지 이상의 논리연산 결과 값을 만들어 내는 것이 가능하다. 따라서 하나의 소자에서 오직 한 개의 논리연산만 할 수 있었던 기존 논리소자에 비해, 연구진이 개발한 것은 하나의 소자로 AND, OR, NAND, NOR, NOT의 5가지의 서로 다른 기본 논리연산을 모두 구현할 수 있다. 하나의 소자가 다섯 개 소자만큼의 기능을 하므로 높은 공간효율성과 집적도를 가지는 광-프로세서 개발이 가능하다. KIST 박유신 박사는 “빛을 입력하여 전기신호를 출력하는 페로브스카이트 광-논리소자는 향후 초소형·저전력 범용성 광센서 플랫폼으로 활용이 기대된다”고 밝혔다. GIST 정건영 교수는 “본 연구를 통해 개발한 광-논리소자는 5가지 기본 논리연산을 하나의 소자로 구현한 광 컴퓨팅 연구개발의 성과이며, 차세대 광통신, 광네트워크, 헬스케어 연구개발에 크게 기여할 수 있을 것이다”라고 기대했다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 임혜숙)의 지원으로 KIST 기본사업, 한국연구재단 중견연구자지원사업을 통해 수행되었으며, 연구결과는 국제 학술지 ‘Nature Communications’ (IF 14.919, JCR 분야 상위 4.86%) 최신호에 게재되었다. * (논문명) Perovskite Multifunctional Logic Gates via Bipolar Photoresponse of Single Photodetector - (제 1저자) 한국과학기술연구원(KIST) 김우철 박사후연구원 - (제 1저자) 퍼듀대학교(Purdue University) 김형훈 박사후연구원 - (교신저자) 광주과학기술원(GIST) 정건영 교수 - (교신저자) 한국과학기술연구원(KIST) 박유신 선임연구원 그림 설명 [그림 1] 페로브스카이트 광-논리소자의 모식도와 OR, AND, NAND, NOR, NOT의 논리연산 결과 [그림 2] 페로브스카이트 광-논리소자를 활용한 광컴퓨터용 광-프로세서 칩의 컨셉 아트

- 빛으로 동작하는 페로브스카이트 광-논리소자 개발 - 하나의 광-논리소자로 5개의 기본 논리연산을 모두 구현 가능 최근 인공지능, 자율주행 자동차, 드론, 메타버스 기술이 미래 먹거리 산업으로 주목받으면서 수많은 정보를 빠르게 계산하고 처리할 수 있는 컴퓨터에 대한 수요가 폭발적으로 증가하고 있다. 그런데 오늘날 컴퓨터의 두뇌 역할을 하는 전자식 반도체 논리소자는 초고속 데이터 계산 및 처리능력에 한계가 있으며, 에너지 소모가 크고 열이 많이 발생하는 단점이 있다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진)는 센서시스템연구센터 박유신 박사 연구팀이 광주과학기술원(GIST, 총장 김기선) 신소재공학부 정건영 교수 연구팀과 함께 유·무기 페로브스카이트 소재를 이용해 빛으로 동작하는 초고속, 고효율 광-논리소자를 개발했다고 밝혔다. 광-논리소자는 물리적으로 에너지 손실이 작은 빛을 입력 신호로 이용하고, 전기 공급 없이 빛 에너지만으로 동작할 수 있어 초고속·고효율의 특성을 가진다. 연구진은 두 층의 페로브스카이트 박막을 샌드위치처럼 쌓아 올린 적층형 페로브스카이트 광-논리소자를 구현하고, 여기에 파장과 세기가 다른 두 개의 빛을 입력하면 원하는 이진수 한 개 혹은 두 개의 이진수에 적용되는 연산으로, 정해진 규칙에 따라 결과값을 도출하는 체계를 의미한다. 논리연산이 가능함을 입증했다. 페로브스카이트 광-논리소자는 빛을 이용해 광전류의 극성을 자유자재로 바꿀 수 있으므로 같은 입력값에 대해 한 가지 이상의 논리연산 결과 값을 만들어 내는 것이 가능하다. 따라서 하나의 소자에서 오직 한 개의 논리연산만 할 수 있었던 기존 논리소자에 비해, 연구진이 개발한 것은 하나의 소자로 AND, OR, NAND, NOR, NOT의 5가지의 서로 다른 기본 논리연산을 모두 구현할 수 있다. 하나의 소자가 다섯 개 소자만큼의 기능을 하므로 높은 공간효율성과 집적도를 가지는 광-프로세서 개발이 가능하다. KIST 박유신 박사는 “빛을 입력하여 전기신호를 출력하는 페로브스카이트 광-논리소자는 향후 초소형·저전력 범용성 광센서 플랫폼으로 활용이 기대된다”고 밝혔다. GIST 정건영 교수는 “본 연구를 통해 개발한 광-논리소자는 5가지 기본 논리연산을 하나의 소자로 구현한 광 컴퓨팅 연구개발의 성과이며, 차세대 광통신, 광네트워크, 헬스케어 연구개발에 크게 기여할 수 있을 것이다”라고 기대했다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 임혜숙)의 지원으로 KIST 기본사업, 한국연구재단 중견연구자지원사업을 통해 수행되었으며, 연구결과는 국제 학술지 ‘Nature Communications’ (IF 14.919, JCR 분야 상위 4.86%) 최신호에 게재되었다. * (논문명) Perovskite Multifunctional Logic Gates via Bipolar Photoresponse of Single Photodetector - (제 1저자) 한국과학기술연구원(KIST) 김우철 박사후연구원 - (제 1저자) 퍼듀대학교(Purdue University) 김형훈 박사후연구원 - (교신저자) 광주과학기술원(GIST) 정건영 교수 - (교신저자) 한국과학기술연구원(KIST) 박유신 선임연구원 그림 설명 [그림 1] 페로브스카이트 광-논리소자의 모식도와 OR, AND, NAND, NOR, NOT의 논리연산 결과 [그림 2] 페로브스카이트 광-논리소자를 활용한 광컴퓨터용 광-프로세서 칩의 컨셉 아트

- 빛으로 동작하는 페로브스카이트 광-논리소자 개발 - 하나의 광-논리소자로 5개의 기본 논리연산을 모두 구현 가능 최근 인공지능, 자율주행 자동차, 드론, 메타버스 기술이 미래 먹거리 산업으로 주목받으면서 수많은 정보를 빠르게 계산하고 처리할 수 있는 컴퓨터에 대한 수요가 폭발적으로 증가하고 있다. 그런데 오늘날 컴퓨터의 두뇌 역할을 하는 전자식 반도체 논리소자는 초고속 데이터 계산 및 처리능력에 한계가 있으며, 에너지 소모가 크고 열이 많이 발생하는 단점이 있다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진)는 센서시스템연구센터 박유신 박사 연구팀이 광주과학기술원(GIST, 총장 김기선) 신소재공학부 정건영 교수 연구팀과 함께 유·무기 페로브스카이트 소재를 이용해 빛으로 동작하는 초고속, 고효율 광-논리소자를 개발했다고 밝혔다. 광-논리소자는 물리적으로 에너지 손실이 작은 빛을 입력 신호로 이용하고, 전기 공급 없이 빛 에너지만으로 동작할 수 있어 초고속·고효율의 특성을 가진다. 연구진은 두 층의 페로브스카이트 박막을 샌드위치처럼 쌓아 올린 적층형 페로브스카이트 광-논리소자를 구현하고, 여기에 파장과 세기가 다른 두 개의 빛을 입력하면 원하는 이진수 한 개 혹은 두 개의 이진수에 적용되는 연산으로, 정해진 규칙에 따라 결과값을 도출하는 체계를 의미한다. 논리연산이 가능함을 입증했다. 페로브스카이트 광-논리소자는 빛을 이용해 광전류의 극성을 자유자재로 바꿀 수 있으므로 같은 입력값에 대해 한 가지 이상의 논리연산 결과 값을 만들어 내는 것이 가능하다. 따라서 하나의 소자에서 오직 한 개의 논리연산만 할 수 있었던 기존 논리소자에 비해, 연구진이 개발한 것은 하나의 소자로 AND, OR, NAND, NOR, NOT의 5가지의 서로 다른 기본 논리연산을 모두 구현할 수 있다. 하나의 소자가 다섯 개 소자만큼의 기능을 하므로 높은 공간효율성과 집적도를 가지는 광-프로세서 개발이 가능하다. KIST 박유신 박사는 “빛을 입력하여 전기신호를 출력하는 페로브스카이트 광-논리소자는 향후 초소형·저전력 범용성 광센서 플랫폼으로 활용이 기대된다”고 밝혔다. GIST 정건영 교수는 “본 연구를 통해 개발한 광-논리소자는 5가지 기본 논리연산을 하나의 소자로 구현한 광 컴퓨팅 연구개발의 성과이며, 차세대 광통신, 광네트워크, 헬스케어 연구개발에 크게 기여할 수 있을 것이다”라고 기대했다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 임혜숙)의 지원으로 KIST 기본사업, 한국연구재단 중견연구자지원사업을 통해 수행되었으며, 연구결과는 국제 학술지 ‘Nature Communications’ (IF 14.919, JCR 분야 상위 4.86%) 최신호에 게재되었다. * (논문명) Perovskite Multifunctional Logic Gates via Bipolar Photoresponse of Single Photodetector - (제 1저자) 한국과학기술연구원(KIST) 김우철 박사후연구원 - (제 1저자) 퍼듀대학교(Purdue University) 김형훈 박사후연구원 - (교신저자) 광주과학기술원(GIST) 정건영 교수 - (교신저자) 한국과학기술연구원(KIST) 박유신 선임연구원 그림 설명 [그림 1] 페로브스카이트 광-논리소자의 모식도와 OR, AND, NAND, NOR, NOT의 논리연산 결과 [그림 2] 페로브스카이트 광-논리소자를 활용한 광컴퓨터용 광-프로세서 칩의 컨셉 아트

윤정호 전자재료연구센터 박사, 위험 자극 알리는 반도체 전자소자 개발 <p class="se-text-paragraph se-text-paragraph-align-justify " id="SE-d32a9069-775d-4761-b319-a916c8746fae" style="border: 0px; font-variant-numeric: inherit; font-variant-east-asian: inherit; font-stretch: inherit; font-size: 0px; line-height: 1.8; font-family: se-nanumgothic, " \\b098눔고딕",="" nanumgothic,="" sans-serif,="" meiryo;="" vertical-align:="" baseline;="" word-break:="" break-word;="" overflow-wrap:="" color:="" rgb(60,="" 63,="" 69);="" background-color:="" rgb(255,="" 255,="" 255);="" text-align:="" justify="" !important;"="">약한 자극엔 적응, 위험한 자극엔 고통 느껴...인간과 유사 <p class="se-text-paragraph se-text-paragraph-align-justify " id="SE-cd45c806-3c48-44d1-a40d-62578d77819c" style="border: 0px; font-variant-numeric: inherit; font-variant-east-asian: inherit; font-stretch: inherit; font-size: 0px; line-height: 1.8; font-family: se-nanumgothic, " \\b098눔고딕",="" nanumgothic,="" sans-serif,="" meiryo;="" vertical-align:="" baseline;="" word-break:="" break-word;="" overflow-wrap:="" color:="" rgb(60,="" 63,="" 69);="" background-color:="" rgb(255,="" 255,="" 255);="" text-align:="" justify="" !important;"="">"인공피부·장기 및 휴머노이드 로봇 개발 도움 될 것" <p class="se-text-paragraph se-text-paragraph-align-justify " id="SE-2f430890-9111-4715-a9f4-0f68c88b3b4b" style="border: 0px; font-variant-numeric: inherit; font-variant-east-asian: inherit; font-stretch: inherit; font-size: 0px; line-height: 1.8; font-family: se-nanumgothic, " \\b098눔고딕",="" nanumgothic,="" sans-serif,="" meiryo;="" vertical-align:="" baseline;="" word-break:="" break-word;="" overflow-wrap:="" color:="" rgb(60,="" 63,="" 69);="" background-color:="" rgb(255,="" 255,="" 255);="" text-align:="" justify="" !important;"=""> <p class="se-text-paragraph se-text-paragraph-align-justify " id="SE-5f966aae-1bbe-4cc6-9204-6192c398b131" style="border: 0px; font-variant-numeric: inherit; font-variant-east-asian: inherit; font-stretch: inherit; font-size: 0px; line-height: 1.8; font-family: se-nanumgothic, " \\b098눔고딕",="" nanumgothic,="" sans-serif,="" meiryo;="" vertical-align:="" baseline;="" word-break:="" break-word;="" overflow-wrap:="" color:="" rgb(60,="" 63,="" 69);="" background-color:="" rgb(255,="" 255,="" 255);="" text-align:="" justify="" !important;"="">KIST에서 연구원 생활을 시작하며 '뉴로모픽 컴퓨팅' 연구에 남다른 열정을 보였던 윤정호 전자재료연구센터 박사가 사람처럼 위험한 자극을 알아차리는 똑똑한 전자소자를 개발하는데 성공했다. <p class="se-text-paragraph se-text-paragraph-align-justify " id="SE-0c00f852-e754-44ba-b3ae-dc893b57aee9" style="border: 0px; font-variant-numeric: inherit; font-variant-east-asian: inherit; font-stretch: inherit; font-size: 0px; line-height: 1.8; font-family: se-nanumgothic, " \\b098눔고딕",="" nanumgothic,="" sans-serif,="" meiryo;="" vertical-align:="" baseline;="" word-break:="" break-word;="" overflow-wrap:="" color:="" rgb(60,="" 63,="" 69);="" background-color:="" rgb(255,="" 255,="" 255);="" text-align:="" justify="" !important;"=""> <p class="se-text-paragraph se-text-paragraph-align-justify " id="SE-1fd7fbca-a5d2-4bcf-95d5-614a067cc6f3" style="border: 0px; font-variant-numeric: inherit; font-variant-east-asian: inherit; font-stretch: inherit; font-size: 0px; line-height: 1.8; font-family: se-nanumgothic, " \\b098눔고딕",="" nanumgothic,="" sans-serif,="" meiryo;="" vertical-align:="" baseline;="" word-break:="" break-word;="" overflow-wrap:="" color:="" rgb(60,="" 63,="" 69);="" background-color:="" rgb(255,="" 255,="" 255);="" text-align:="" justify="" !important;"="">인간의 감각(▲시각 ▲청각 ▲미각 ▲촉각 ▲후각)중 외부자극을 인지하고 추론하는데 필요한 데이터를 데이터베이스화 할 수 있는 반도체 센서시스템을 구현한 만큼 인체 감각모사 휴머노이드, 인공피부, 인공장기 등 개발을 앞당길 수 있을 것으로 기대된다. <p class="se-text-paragraph se-text-paragraph-align-justify " id="SE-e8dece78-a687-455f-9f39-49fdcf047f72" style="border: 0px; font-variant-numeric: inherit; font-variant-east-asian: inherit; font-stretch: inherit; font-size: 0px; line-height: 1.8; font-family: se-nanumgothic, " \\b098눔고딕",="" nanumgothic,="" sans-serif,="" meiryo;="" vertical-align:="" baseline;="" word-break:="" break-word;="" overflow-wrap:="" color:="" rgb(60,="" 63,="" 69);="" background-color:="" rgb(255,="" 255,="" 255);="" text-align:="" justify="" !important;"=""> <p class="se-text-paragraph se-text-paragraph-align-justify " id="SE-e868f23d-4703-4f76-9ed7-902463b4aa28" style="border: 0px; font-variant-numeric: inherit; font-variant-east-asian: inherit; font-stretch: inherit; font-size: 0px; line-height: 1.8; font-family: se-nanumgothic, " \\b098눔고딕",="" nanumgothic,="" sans-serif,="" meiryo;="" vertical-align:="" baseline;="" word-break:="" break-word;="" overflow-wrap:="" color:="" rgb(60,="" 63,="" 69);="" background-color:="" rgb(255,="" 255,="" 255);="" text-align:="" justify="" !important;"="">실험실에서 본 위험한 자극을 알리는 반도체 전자소자는 눈으로 확인하기 어려울 정도로 작았다. 이 작은 전자소자가 어떻게 사람의 몸에서 발생하는 신호를 모방하고 구현할 수 있을까. 그 비밀을 윤 박사를 만나 풀어봤다. <p class="se-text-paragraph se-text-paragraph-align-justify " id="SE-e868f23d-4703-4f76-9ed7-902463b4aa28" style="border: 0px; font-variant-numeric: inherit; font-variant-east-asian: inherit; font-stretch: inherit; font-size: 0px; line-height: 1.8; font-family: se-nanumgothic, " \\b098눔고딕",="" nanumgothic,="" sans-serif,="" meiryo;="" vertical-align:="" baseline;="" word-break:="" break-word;="" overflow-wrap:="" color:="" rgb(60,="" 63,="" 69);="" background-color:="" rgb(255,="" 255,="" 255);="" text-align:="" justify="" !important;"=""> 우리 뇌, 작은 자극 인지하지 않아 효율적? "그대로 모사" "인간의 감각은 시간이 지남에 따라 순응해요. 코를 찌르던 냄새, 안경 혹은 벨트의 불편함이 익숙해지는 것처럼요. 아픈 건 아프다 느끼고, 약한 자극에는 적응하는 시스템 구현을 해야 사람 같은 신경시스템을 완벽하게 구현할 수 있다고 생각했습니다." <p class="se-text-paragraph se-text-paragraph-align-justify " id="SE-6eee5817-9c60-4f21-b1e8-6bf776bcb2c2" style="border: 0px; font-variant-numeric: inherit; font-variant-east-asian: inherit; font-stretch: inherit; font-size: 0px; line-height: 1.8; font-family: se-nanumgothic, " \\b098눔고딕",="" nanumgothic,="" sans-serif,="" meiryo;="" vertical-align:="" baseline;="" word-break:="" break-word;="" overflow-wrap:="" color:="" rgb(60,="" 63,="" 69);="" background-color:="" rgb(255,="" 255,="" 255);="" text-align:="" justify="" !important;"=""> <p class="se-text-paragraph se-text-paragraph-align-justify " id="SE-c305f028-2f54-4a92-8cb0-796aeddde27c" style="border: 0px; font-variant-numeric: inherit; font-variant-east-asian: inherit; font-stretch: inherit; font-size: 0px; line-height: 1.8; font-family: se-nanumgothic, " \\b098눔고딕",="" nanumgothic,="" sans-serif,="" meiryo;="" vertical-align:="" baseline;="" word-break:="" break-word;="" overflow-wrap:="" color:="" rgb(60,="" 63,="" 69);="" background-color:="" rgb(255,="" 255,="" 255);="" text-align:="" justify="" !important;"="">뉴로모픽 컴퓨팅은 인간의 뇌를 모사하는 알고리즘이다. CPU와 메모리간 데이터를 처리하며 에너지 소모가 많은 컴퓨터와 달리 인간의 뇌처럼 전력소모가 적다는게 장점이다. <p class="se-text-paragraph se-text-paragraph-align-justify " id="SE-f5c75dd9-9cb7-4816-92dd-9b91a16ee493" style="border: 0px; font-variant-numeric: inherit; font-variant-east-asian: inherit; font-stretch: inherit; font-size: 0px; line-height: 1.8; font-family: se-nanumgothic, " \\b098눔고딕",="" nanumgothic,="" sans-serif,="" meiryo;="" vertical-align:="" baseline;="" word-break:="" break-word;="" overflow-wrap:="" color:="" rgb(60,="" 63,="" 69);="" background-color:="" rgb(255,="" 255,="" 255);="" text-align:="" justify="" !important;"=""> <p class="se-text-paragraph se-text-paragraph-align-justify " id="SE-77b5632a-4843-4c2c-aca4-c98af339c142" style="border: 0px; font-variant-numeric: inherit; font-variant-east-asian: inherit; font-stretch: inherit; font-size: 0px; line-height: 1.8; font-family: se-nanumgothic, " \\b098눔고딕",="" nanumgothic,="" sans-serif,="" meiryo;="" vertical-align:="" baseline;="" word-break:="" break-word;="" overflow-wrap:="" color:="" rgb(60,="" 63,="" 69);="" background-color:="" rgb(255,="" 255,="" 255);="" text-align:="" justify="" !important;"="">윤 박사는 KIST에 근무하기 전부터 뉴로모픽 컴퓨팅을 위한 소재와 소자기술을 연구 개발했다. 2018년 인간 피부에서 아픔을 느끼는 통각수용계 모사 반도체 전자소자를 세계 최초로 발표해 주목을 받은 바 있다. 해당 연구는 연 40회 이상 피인용 되고 있다. <p class="se-text-paragraph se-text-paragraph-align-justify " id="SE-f3727d3f-2958-4c3b-b480-103ae3984bbf" style="border: 0px; font-variant-numeric: inherit; font-variant-east-asian: inherit; font-stretch: inherit; font-size: 0px; line-height: 1.8; font-family: se-nanumgothic, " \\b098눔고딕",="" nanumgothic,="" sans-serif,="" meiryo;="" vertical-align:="" baseline;="" word-break:="" break-word;="" overflow-wrap:="" color:="" rgb(60,="" 63,="" 69);="" background-color:="" rgb(255,="" 255,="" 255);="" text-align:="" justify="" !important;"=""> <p class="se-text-paragraph se-text-paragraph-align-justify " id="SE-d6dad67a-0741-420a-a58a-e0cd02b21770" style="border: 0px; font-variant-numeric: inherit; font-variant-east-asian: inherit; font-stretch: inherit; font-size: 0px; line-height: 1.8; font-family: se-nanumgothic, " \\b098눔고딕",="" nanumgothic,="" sans-serif,="" meiryo;="" vertical-align:="" baseline;="" word-break:="" break-word;="" overflow-wrap:="" color:="" rgb(60,="" 63,="" 69);="" background-color:="" rgb(255,="" 255,="" 255);="" text-align:="" justify="" !important;"="">이번 연구는 2018년 후속연구다. 지난 연구가 단순히 아픔만 끼는 반도체 전자 소자였다면, 이번엔 사람의 피부처럼 약한 자극에는 적응해 아프다 느끼지 않고 위험한 자극에는 고통을 느껴 반응한다. <p class="se-text-paragraph se-text-paragraph-align-justify " id="SE-0b55b768-27e7-4532-8146-8e166bc31607" style="border: 0px; font-variant-numeric: inherit; font-variant-east-asian: inherit; font-stretch: inherit; font-size: 0px; line-height: 1.8; font-family: se-nanumgothic, " \\b098눔고딕",="" nanumgothic,="" sans-serif,="" meiryo;="" vertical-align:="" baseline;="" word-break:="" break-word;="" overflow-wrap:="" color:="" rgb(60,="" 63,="" 69);="" background-color:="" rgb(255,="" 255,="" 255);="" text-align:="" justify="" !important;"=""> 그가 통증에 관심 갖는 이유는 효율적인 뇌의 활동과도 연관이 있다. 윤 박사는 "우리 뇌는 무시할 정도의 자극은 인지하지 않는다. 작은 통증에도 다 반응하면 효율적으로 작동하기 어렵다. 이를 모방하고 싶었다"며 "이 외에도 헬스케어 측면에서 중요한 것 중 하나가 사람을 고통으로부터 지켜주는 것으로 생각해 고통 감지 센서시스템을 개발하게됐다"고 설명했다. <span style="font-size: 16px; font-style: inherit; font-variant-ligatures: inherit; font-variant-caps: inherit; background-color: rgb(255, 255, 255); color: rgb(60, 63, 69); font-family: se-nanumgothic, " \\b098눔고딕",="" nanumgothic,="" sans-serif,="" meiryo;"=""> 자극전달의 핵심, 은에 주목하다 <span style="background-color: rgb(255, 255, 255); color: rgb(60, 63, 69); font-family: se-nanumgothic, " \\b098눔고딕",="" nanumgothic,="" sans-serif,="" meiryo;="" font-size:="" 16px;="" font-style:="" inherit;="" font-variant-ligatures:="" font-variant-caps:="" text-align:="" justify;"=""> 윤 박사는 고통감지 전자소자를 개발하기 위해 인간의 뇌 작용 및 신경시스템 작동 관련 논문을 다양하게 찾았다. 그리고 온도의 경우 사람은 50도 이상을 강한 통증으로, 50도 이하는 약한 자극으로 인식한다는 것을 확인했다. 이 감각을 그대로 고통감지 전자소자에 적용했다. <p class="se-text-paragraph se-text-paragraph-align-justify " id="SE-9c3521ed-68a4-4b9f-90bd-d898fb199ae3" style="border: 0px; font-variant-numeric: inherit; font-variant-east-asian: inherit; font-stretch: inherit; font-size: 0px; line-height: 1.8; font-family: se-nanumgothic, " \\b098눔고딕",="" nanumgothic,="" sans-serif,="" meiryo;="" vertical-align:="" baseline;="" word-break:="" break-word;="" overflow-wrap:="" color:="" rgb(60,="" 63,="" 69);="" background-color:="" rgb(255,="" 255,="" 255);="" text-align:="" justify="" !important;"=""> <p class="se-text-paragraph se-text-paragraph-align-justify " id="SE-6eab5961-820e-4f32-84e2-0c8e69386ea0" style="border: 0px; font-variant-numeric: inherit; font-variant-east-asian: inherit; font-stretch: inherit; font-size: 0px; line-height: 1.8; font-family: se-nanumgothic, " \\b098눔고딕",="" nanumgothic,="" sans-serif,="" meiryo;="" vertical-align:="" baseline;="" word-break:="" break-word;="" overflow-wrap:="" color:="" rgb(60,="" 63,="" 69);="" background-color:="" rgb(255,="" 255,="" 255);="" text-align:="" justify="" !important;"="">그렇다면 자극은 어떻게 전달할까. 그는 전기적 자극에 의해 쉽게 이동하는 '은'에 주목하고, 은 입자의 양을 조절해 외부 자극 정도를 전달했다. <p class="se-text-paragraph se-text-paragraph-align-justify " id="SE-d60051d7-3ed3-4d82-b1cf-8a0fe6ba3f3a" style="border: 0px; font-variant-numeric: inherit; font-variant-east-asian: inherit; font-stretch: inherit; font-size: 0px; line-height: 1.8; font-family: se-nanumgothic, " \\b098눔고딕",="" nanumgothic,="" sans-serif,="" meiryo;="" vertical-align:="" baseline;="" word-break:="" break-word;="" overflow-wrap:="" color:="" rgb(60,="" 63,="" 69);="" background-color:="" rgb(255,="" 255,="" 255);="" text-align:="" justify="" !important;"=""> 윤 박사에 따르면 약한 자극에는 그만큼 적은 양의 은 입자가 이동을 하게 되는데, 그때 나노 크기 실선 형태의 약한 필라멘트가 형성되고, 마치 백열전구의 필라멘트처럼 발열이 발생해 전기회로가 끊어진다. 이러한 특성을 기반으로 반복되는 외부의 약한 자극은 시간이 지남에 따라 흐르는 전류량을 줄여 추가 신호를 발생하지 않도록 할 수 있다. <span style="font-size: 16px; font-style: inherit; font-variant-ligatures: inherit; font-variant-caps: inherit; background-color: rgb(255, 255, 255); color: rgb(60, 63, 69); font-family: se-nanumgothic, " \\b098눔고딕",="" nanumgothic,="" sans-serif,="" meiryo;="" text-align:="" justify;"=""> <span style="font-size: 16px; font-style: inherit; font-variant-ligatures: inherit; font-variant-caps: inherit; background-color: rgb(255, 255, 255); color: rgb(60, 63, 69); font-family: se-nanumgothic, " \\b098눔고딕",="" nanumgothic,="" sans-serif,="" meiryo;"=""> 반도체 전자소자를 연구개발하는 데 필요한 장비 윤박사팀이 연구개발하는 반도체 전자소자는 눈에 보이지 않을 정도로 작아 연구개발에 장비를 필요로 한다. 반면, 많은 양의 은 입자가 소자에 포함되면 두껍고 강한 필라멘트에 의해 전기회로가 만들어지고 열이 발생해도 쉽게 끊어지지 않는다. 이런 원리를 이용해 강한 자극이 가해질 때는 지속해서 고통을 느낄 수 있도록 신호를 발생시키는 것이다. <p class="se-text-paragraph se-text-paragraph-align-justify " id="SE-1835b4a0-d916-4090-bccd-987b9d7daa91" style="border: 0px; font-variant-numeric: inherit; font-variant-east-asian: inherit; font-stretch: inherit; font-size: 0px; line-height: 1.8; font-family: se-nanumgothic, " \\b098눔고딕",="" nanumgothic,="" sans-serif,="" meiryo;="" vertical-align:="" baseline;="" word-break:="" break-word;="" overflow-wrap:="" color:="" rgb(60,="" 63,="" 69);="" background-color:="" rgb(255,="" 255,="" 255);="" text-align:="" justify="" !important;"=""> 그는 "인체나 휴머노이드 등에 적용할 인공신경시스템은 외부환경에 빨리 적용하는 것이 중요해 전압 하에서 빠른 이동이 필요하다. 은 입자는 전기적 자극에 의해 쉽게 이동하는 성질을 가져 뇌에 전달하는 생체 신호 강도 조절에 용이할 것으로 봤다"면서 "구리도 은과 비슷한 성질을 가진다. 상용화를 위해서는 경제적인 부분이 중요하기 때문에 추후 구리를 사용해 연구도 해볼 수 있을 것"이라고 말했다. <span style="font-size: 16px; font-style: inherit; font-variant-ligatures: inherit; font-variant-caps: inherit; background-color: rgb(255, 255, 255); color: rgb(60, 63, 69); font-family: se-nanumgothic, " \\b098눔고딕",="" nanumgothic,="" sans-serif,="" meiryo;="" text-align:="" justify;"=""> 종합연구소 KIST에서 더 많은 기회 찾을 것 <span style="background-color: rgb(255, 255, 255); color: rgb(60, 63, 69); font-family: se-nanumgothic, " \\b098눔고딕",="" nanumgothic,="" sans-serif,="" meiryo;="" font-size:="" 16px;="" font-style:="" inherit;="" font-variant-ligatures:="" font-variant-caps:="" text-align:="" justify;"=""> "뉴로모픽 컴퓨팅 연구에서 뇌의 뉴런이나 시냅스 등을 모사하는 연구가 주로 이뤄지는데 왜 신경시스템을 연구하느냐 의문을 가진 분들도 있었어요. 하지만 외부자극들을 데이터베이스화하는 기술도 뉴로모픽 컴퓨팅 연구에 포함된다고 생각해요. 모든 감각을 종합적으로 잘 전달하는 소자를 개발해야 완벽하고 빠른 인간의 뇌를 모사할 수 있지 않을까요." <p class="se-text-paragraph se-text-paragraph-align-justify " id="SE-500e622c-ad7a-4464-aaf4-a13d04d006d2" style="border: 0px; font-variant-numeric: inherit; font-variant-east-asian: inherit; font-stretch: inherit; font-size: 0px; line-height: 1.8; font-family: se-nanumgothic, " \\b098눔고딕",="" nanumgothic,="" sans-serif,="" meiryo;="" vertical-align:="" baseline;="" word-break:="" break-word;="" overflow-wrap:="" color:="" rgb(60,="" 63,="" 69);="" background-color:="" rgb(255,="" 255,="" 255);="" text-align:="" justify="" !important;"=""> 그는 "약한 자극에 순응하는 시스템을 만드는 것은 쉬운 일이 아니었다"고 회상했다. 무엇보다 열을 전기적 신호로 바꿔 외부신호에 반응하는 시스템에 적합한 열전소자를 찾는데도 많은 시간이 걸렸다. 뉴로모픽 컴퓨팅 연구에서 주로 다뤄지는 뉴런과 시냅스 모사연구가 아닌 신경시스템 연구에 의문을 갖는 사람도 많아 주변 설득도 쉽지 않았다. 하지만 그는 모든 감각을 종합적으로 전달하는 소자야말로 인간의 뇌를 모사한 뉴로모픽 컴퓨팅 실현을 가능하게 할 것으로 기대했다. <span style="font-size: 16px; font-style: inherit; font-variant-ligatures: inherit; font-variant-caps: inherit; background-color: rgb(255, 255, 255); color: rgb(60, 63, 69); font-family: se-nanumgothic, " \\b098눔고딕",="" nanumgothic,="" sans-serif,="" meiryo;="" text-align:="" justify;"=""> <span style="font-size: 16px; font-style: inherit; font-variant-ligatures: inherit; font-variant-caps: inherit; background-color: rgb(255, 255, 255); color: rgb(60, 63, 69); font-family: se-nanumgothic, " \\b098눔고딕",="" nanumgothic,="" sans-serif,="" meiryo;="" text-align:="" justify;"=""> <span style="font-size: 16px; font-style: inherit; font-variant-ligatures: inherit; font-variant-caps: inherit; background-color: rgb(255, 255, 255); color: rgb(60, 63, 69); font-family: se-nanumgothic, " \\b098눔고딕",="" nanumgothic,="" sans-serif,="" meiryo;="" text-align:="" justify;"=""> 위험한 자극을 알리는 반도체 전자소자를 개발한 윤 박사. <span style="font-size: 16px; font-style: inherit; font-variant-ligatures: inherit; font-variant-caps: inherit; background-color: rgb(255, 255, 255); color: rgb(60, 63, 69); font-family: se-nanumgothic, " \\b098눔고딕",="" nanumgothic,="" sans-serif,="" meiryo;="" text-align:="" justify;"=""> 윤 박사는 앞으로 KIST에서 하고 싶은 연구가 많다. 현재 진행 중인 외부자극뿐 아니라 뇌의 시냅스와 뉴런을 모사하기 위한 소자 개발 등 뉴로모픽 컴퓨팅 연구를 지속하고 싶다. 또 전문분야이기도 한 차세대 메모리 반도체 관련 연구도 하고 싶다. <p class="se-text-paragraph se-text-paragraph-align-justify " id="SE-1bff0b4b-899f-497c-a53f-1ef8686f491c" style="border: 0px; font-variant-numeric: inherit; font-variant-east-asian: inherit; font-stretch: inherit; font-size: 0px; line-height: 1.8; font-family: se-nanumgothic, " \\b098눔고딕",="" nanumgothic,="" sans-serif,="" meiryo;="" vertical-align:="" baseline;="" word-break:="" break-word;="" overflow-wrap:="" color:="" rgb(60,="" 63,="" 69);="" background-color:="" rgb(255,="" 255,="" 255);="" text-align:="" justify="" !important;"=""> 윤 박사는 "뉴로모픽 컴퓨팅 연구를 하면서 융합연구의 중요성을 절실히 느끼고 있다. 뇌를 모사하기 위해 인간 신체, 여러 감각을 전기적 신호로 바꾸는 센서 연구 등이 통합적으로 필요하기 때문"이라며 "종합연구가 가능한 KIST에서 그 기회를 찾을 것"이라고 말했다.<span style="font-size: 16px; font-style: inherit; font-variant-ligatures: inherit; font-variant-caps: inherit; background-color: rgb(255, 255, 255); color: rgb(60, 63, 69); font-family: se-nanumgothic, " \\b098눔고딕",="" nanumgothic,="" sans-serif,="" meiryo;="" text-align:="" justify;"="">

- 유사 구조를 갖는 바이러스를 비표지식으로 구별 가능한 분석 기술 - 코로나-19와 같은 유행성 전염병과 파생된 변종 검출 및 특정 가능 현재 일반적으로 활용되고 있는 SARS-CoV-2 검출법으로는 PCR검사와 신속항원검사가 있다. PCR검사는 정확성이 높으나 4시간 이상의 긴 검사시간이 소요되고, 신속항원검사는 검출시간이 20분 내로 짧지만 비슷한 단백질 구조를 갖는 시료들을 구별하기 어려워 정확도가 낮다는 한계가 있다. SARS-CoV-2가 포함된 베타코로나바이러스 속(genus)의 바이러스들은 82% 이상의 유사한 아미노산 배열을 보유하고 있어 이를 신속하게 검출할 진단 기술의 개발이 시급하다. 테라헤르츠 전자기파는 주파수 대역이 매우 넓어 생체분자의 고유 진동에 민감한 분광법에 활용할 경우 DNA, 아미노산, 단위체와 같은 생체시료들의 미세한 고유 정보 및 차이점까지 해석이 가능한 특성을 가진다. 그러나 테라헤르츠파는 극미량 존재하는 바이오 시료와의 낮은 상호작용 확률, 신호 증폭 기술의 부재 등의 측정 환경적 어려움으로 인하여 미량의 생체 내 시료를 직접 검출하기에 많은 어려움이 있었다. 연구진은 이를 극복하기 위하여 전자기파의 특정 대역 신호를 증폭시키는 메타물질을 이용하여 시료의 고유 정보가 반영된 테라헤르츠 광신호를 미량에서도 민감하게 측정할 수 있는 생체 분자 진단 플랫폼을 개발하였다. 우선 테라헤르츠 대역에서 우수한 흡수율을 갖는 아미노산을 특정한 후, 해당 신호를 증폭할 테라헤르츠 메타물질을 개발했다. 그리고 테라헤르츠 신호 변화를 면밀하게 관찰하기 위하여 메타물질 표면에 시료를 균일하게 분산시킨 후 시료의 광학 상숫값을 분석함으로써 수 분 이내로 단위체의 검출 및 전하량, 극성, 소수성 지표와 같은 시료 특성 및 양을 추론할 수 있었다. 또한, 아미노산 단위의 변화를 감지하여 유사한 구조를 갖는 변이 바이러스들을 특정하는데도 활용할 수 있었다. KIST 서민아 박사는 “향후 발생할 전염병과 그 변이들을 추적하는 진단 기술 개발에 테라헤르츠 분석법이 적용 가능할 것으로 전망 한다”고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 임혜숙) 지원으로 중견연구자지원사업과 글로벌프론티어사업 및 KIST 주요사업으로 수행되었으며, 연구결과는 분석화학 분야 상위 국제 학술지인 ‘Biosensors and Bioelectronics’ (IF: 10.618, JCR 분야 상위 2.87%) 최신 호에 게재되었다. * (논문명) Detection and discrimination of SARS-CoV-2 spike protein-derived peptides using THz metamaterials - (공동제1저자) 한국과학기술연구원 이수현 박사후연구원 - (공동제1저자) 한국과학기술연구원 이연경 학생연구원(박사과정) - (공동교신저자) 한국과학기술연구원 송현석 선임연구원 - (공동교신저자) 한국과학기술연구원 & 고려대학교 KU-KIST 융합대학원 서민아 책임연구원 그림 설명 [그림1] 테라헤르츠 메타물질을 이용한 SARS-CoV-2 단위체 검출 및 아미노산 단위 분석 고민감도 메타물질을 적용하여 SARS-CoV-2의 스파이크 단백질 내 수용체 결합 영역에 있는 핵심 단위체를 검출함. 표면처리기법과 건조방식의 최적화로 핵심 단위체를 나노갭에 균일하게 분산시켜 유사한 아미노산 배열을 갖는 SARS-CoV의 핵심 단위체로부터 구별함.

- 유사 구조를 갖는 바이러스를 비표지식으로 구별 가능한 분석 기술 - 코로나-19와 같은 유행성 전염병과 파생된 변종 검출 및 특정 가능 현재 일반적으로 활용되고 있는 SARS-CoV-2 검출법으로는 PCR검사와 신속항원검사가 있다. PCR검사는 정확성이 높으나 4시간 이상의 긴 검사시간이 소요되고, 신속항원검사는 검출시간이 20분 내로 짧지만 비슷한 단백질 구조를 갖는 시료들을 구별하기 어려워 정확도가 낮다는 한계가 있다. SARS-CoV-2가 포함된 베타코로나바이러스 속(genus)의 바이러스들은 82% 이상의 유사한 아미노산 배열을 보유하고 있어 이를 신속하게 검출할 진단 기술의 개발이 시급하다. 테라헤르츠 전자기파는 주파수 대역이 매우 넓어 생체분자의 고유 진동에 민감한 분광법에 활용할 경우 DNA, 아미노산, 단위체와 같은 생체시료들의 미세한 고유 정보 및 차이점까지 해석이 가능한 특성을 가진다. 그러나 테라헤르츠파는 극미량 존재하는 바이오 시료와의 낮은 상호작용 확률, 신호 증폭 기술의 부재 등의 측정 환경적 어려움으로 인하여 미량의 생체 내 시료를 직접 검출하기에 많은 어려움이 있었다. 연구진은 이를 극복하기 위하여 전자기파의 특정 대역 신호를 증폭시키는 메타물질을 이용하여 시료의 고유 정보가 반영된 테라헤르츠 광신호를 미량에서도 민감하게 측정할 수 있는 생체 분자 진단 플랫폼을 개발하였다. 우선 테라헤르츠 대역에서 우수한 흡수율을 갖는 아미노산을 특정한 후, 해당 신호를 증폭할 테라헤르츠 메타물질을 개발했다. 그리고 테라헤르츠 신호 변화를 면밀하게 관찰하기 위하여 메타물질 표면에 시료를 균일하게 분산시킨 후 시료의 광학 상숫값을 분석함으로써 수 분 이내로 단위체의 검출 및 전하량, 극성, 소수성 지표와 같은 시료 특성 및 양을 추론할 수 있었다. 또한, 아미노산 단위의 변화를 감지하여 유사한 구조를 갖는 변이 바이러스들을 특정하는데도 활용할 수 있었다. KIST 서민아 박사는 “향후 발생할 전염병과 그 변이들을 추적하는 진단 기술 개발에 테라헤르츠 분석법이 적용 가능할 것으로 전망 한다”고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 임혜숙) 지원으로 중견연구자지원사업과 글로벌프론티어사업 및 KIST 주요사업으로 수행되었으며, 연구결과는 분석화학 분야 상위 국제 학술지인 ‘Biosensors and Bioelectronics’ (IF: 10.618, JCR 분야 상위 2.87%) 최신 호에 게재되었다. * (논문명) Detection and discrimination of SARS-CoV-2 spike protein-derived peptides using THz metamaterials - (공동제1저자) 한국과학기술연구원 이수현 박사후연구원 - (공동제1저자) 한국과학기술연구원 이연경 학생연구원(박사과정) - (공동교신저자) 한국과학기술연구원 송현석 선임연구원 - (공동교신저자) 한국과학기술연구원 & 고려대학교 KU-KIST 융합대학원 서민아 책임연구원 그림 설명 [그림1] 테라헤르츠 메타물질을 이용한 SARS-CoV-2 단위체 검출 및 아미노산 단위 분석 고민감도 메타물질을 적용하여 SARS-CoV-2의 스파이크 단백질 내 수용체 결합 영역에 있는 핵심 단위체를 검출함. 표면처리기법과 건조방식의 최적화로 핵심 단위체를 나노갭에 균일하게 분산시켜 유사한 아미노산 배열을 갖는 SARS-CoV의 핵심 단위체로부터 구별함.

- 유사 구조를 갖는 바이러스를 비표지식으로 구별 가능한 분석 기술 - 코로나-19와 같은 유행성 전염병과 파생된 변종 검출 및 특정 가능 현재 일반적으로 활용되고 있는 SARS-CoV-2 검출법으로는 PCR검사와 신속항원검사가 있다. PCR검사는 정확성이 높으나 4시간 이상의 긴 검사시간이 소요되고, 신속항원검사는 검출시간이 20분 내로 짧지만 비슷한 단백질 구조를 갖는 시료들을 구별하기 어려워 정확도가 낮다는 한계가 있다. SARS-CoV-2가 포함된 베타코로나바이러스 속(genus)의 바이러스들은 82% 이상의 유사한 아미노산 배열을 보유하고 있어 이를 신속하게 검출할 진단 기술의 개발이 시급하다. 테라헤르츠 전자기파는 주파수 대역이 매우 넓어 생체분자의 고유 진동에 민감한 분광법에 활용할 경우 DNA, 아미노산, 단위체와 같은 생체시료들의 미세한 고유 정보 및 차이점까지 해석이 가능한 특성을 가진다. 그러나 테라헤르츠파는 극미량 존재하는 바이오 시료와의 낮은 상호작용 확률, 신호 증폭 기술의 부재 등의 측정 환경적 어려움으로 인하여 미량의 생체 내 시료를 직접 검출하기에 많은 어려움이 있었다. 연구진은 이를 극복하기 위하여 전자기파의 특정 대역 신호를 증폭시키는 메타물질을 이용하여 시료의 고유 정보가 반영된 테라헤르츠 광신호를 미량에서도 민감하게 측정할 수 있는 생체 분자 진단 플랫폼을 개발하였다. 우선 테라헤르츠 대역에서 우수한 흡수율을 갖는 아미노산을 특정한 후, 해당 신호를 증폭할 테라헤르츠 메타물질을 개발했다. 그리고 테라헤르츠 신호 변화를 면밀하게 관찰하기 위하여 메타물질 표면에 시료를 균일하게 분산시킨 후 시료의 광학 상숫값을 분석함으로써 수 분 이내로 단위체의 검출 및 전하량, 극성, 소수성 지표와 같은 시료 특성 및 양을 추론할 수 있었다. 또한, 아미노산 단위의 변화를 감지하여 유사한 구조를 갖는 변이 바이러스들을 특정하는데도 활용할 수 있었다. KIST 서민아 박사는 “향후 발생할 전염병과 그 변이들을 추적하는 진단 기술 개발에 테라헤르츠 분석법이 적용 가능할 것으로 전망 한다”고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 임혜숙) 지원으로 중견연구자지원사업과 글로벌프론티어사업 및 KIST 주요사업으로 수행되었으며, 연구결과는 분석화학 분야 상위 국제 학술지인 ‘Biosensors and Bioelectronics’ (IF: 10.618, JCR 분야 상위 2.87%) 최신 호에 게재되었다. * (논문명) Detection and discrimination of SARS-CoV-2 spike protein-derived peptides using THz metamaterials - (공동제1저자) 한국과학기술연구원 이수현 박사후연구원 - (공동제1저자) 한국과학기술연구원 이연경 학생연구원(박사과정) - (공동교신저자) 한국과학기술연구원 송현석 선임연구원 - (공동교신저자) 한국과학기술연구원 & 고려대학교 KU-KIST 융합대학원 서민아 책임연구원 그림 설명 [그림1] 테라헤르츠 메타물질을 이용한 SARS-CoV-2 단위체 검출 및 아미노산 단위 분석 고민감도 메타물질을 적용하여 SARS-CoV-2의 스파이크 단백질 내 수용체 결합 영역에 있는 핵심 단위체를 검출함. 표면처리기법과 건조방식의 최적화로 핵심 단위체를 나노갭에 균일하게 분산시켜 유사한 아미노산 배열을 갖는 SARS-CoV의 핵심 단위체로부터 구별함.

- 유사 구조를 갖는 바이러스를 비표지식으로 구별 가능한 분석 기술 - 코로나-19와 같은 유행성 전염병과 파생된 변종 검출 및 특정 가능 현재 일반적으로 활용되고 있는 SARS-CoV-2 검출법으로는 PCR검사와 신속항원검사가 있다. PCR검사는 정확성이 높으나 4시간 이상의 긴 검사시간이 소요되고, 신속항원검사는 검출시간이 20분 내로 짧지만 비슷한 단백질 구조를 갖는 시료들을 구별하기 어려워 정확도가 낮다는 한계가 있다. SARS-CoV-2가 포함된 베타코로나바이러스 속(genus)의 바이러스들은 82% 이상의 유사한 아미노산 배열을 보유하고 있어 이를 신속하게 검출할 진단 기술의 개발이 시급하다. 테라헤르츠 전자기파는 주파수 대역이 매우 넓어 생체분자의 고유 진동에 민감한 분광법에 활용할 경우 DNA, 아미노산, 단위체와 같은 생체시료들의 미세한 고유 정보 및 차이점까지 해석이 가능한 특성을 가진다. 그러나 테라헤르츠파는 극미량 존재하는 바이오 시료와의 낮은 상호작용 확률, 신호 증폭 기술의 부재 등의 측정 환경적 어려움으로 인하여 미량의 생체 내 시료를 직접 검출하기에 많은 어려움이 있었다. 연구진은 이를 극복하기 위하여 전자기파의 특정 대역 신호를 증폭시키는 메타물질을 이용하여 시료의 고유 정보가 반영된 테라헤르츠 광신호를 미량에서도 민감하게 측정할 수 있는 생체 분자 진단 플랫폼을 개발하였다. 우선 테라헤르츠 대역에서 우수한 흡수율을 갖는 아미노산을 특정한 후, 해당 신호를 증폭할 테라헤르츠 메타물질을 개발했다. 그리고 테라헤르츠 신호 변화를 면밀하게 관찰하기 위하여 메타물질 표면에 시료를 균일하게 분산시킨 후 시료의 광학 상숫값을 분석함으로써 수 분 이내로 단위체의 검출 및 전하량, 극성, 소수성 지표와 같은 시료 특성 및 양을 추론할 수 있었다. 또한, 아미노산 단위의 변화를 감지하여 유사한 구조를 갖는 변이 바이러스들을 특정하는데도 활용할 수 있었다. KIST 서민아 박사는 “향후 발생할 전염병과 그 변이들을 추적하는 진단 기술 개발에 테라헤르츠 분석법이 적용 가능할 것으로 전망 한다”고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 임혜숙) 지원으로 중견연구자지원사업과 글로벌프론티어사업 및 KIST 주요사업으로 수행되었으며, 연구결과는 분석화학 분야 상위 국제 학술지인 ‘Biosensors and Bioelectronics’ (IF: 10.618, JCR 분야 상위 2.87%) 최신 호에 게재되었다. * (논문명) Detection and discrimination of SARS-CoV-2 spike protein-derived peptides using THz metamaterials - (공동제1저자) 한국과학기술연구원 이수현 박사후연구원 - (공동제1저자) 한국과학기술연구원 이연경 학생연구원(박사과정) - (공동교신저자) 한국과학기술연구원 송현석 선임연구원 - (공동교신저자) 한국과학기술연구원 & 고려대학교 KU-KIST 융합대학원 서민아 책임연구원 그림 설명 [그림1] 테라헤르츠 메타물질을 이용한 SARS-CoV-2 단위체 검출 및 아미노산 단위 분석 고민감도 메타물질을 적용하여 SARS-CoV-2의 스파이크 단백질 내 수용체 결합 영역에 있는 핵심 단위체를 검출함. 표면처리기법과 건조방식의 최적화로 핵심 단위체를 나노갭에 균일하게 분산시켜 유사한 아미노산 배열을 갖는 SARS-CoV의 핵심 단위체로부터 구별함.