- 분리막 표면에 쌓인 미생물 오염 층을 햇빛을 쐬어 완전 제거 - 수처리 분리막과 광촉매의 융합 기술로 차세대 분리막 신소재 개발 밑거름 수처리 분리막 기술은 바닷물을 담수로 만들 때나 하수 처리, 깨끗한 수돗물을 생산하는 정수 공정에서 다양하게 사용되고 있다. 일종의 필터인 분리막을 사용하여 오염물질을 여과하는 방식인 분리막 공정은 수질을 크게 개선할 수 있는 기술로서 최근 문제가 되었던 수돗물 유충 사태를 원천적으로 방지할 수 있는 대안으로 꼽힌다. 그러나 수처리 분리막을 일주일 정도 사용하면 분리막 표면에 미생물이 쌓이고 이 미생물들이 자라서 필터 성능이 크게 떨어진다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진)은 물자원순환연구센터 변지혜 박사, 홍석원 단장 연구팀이 수처리용 분리막의 고질적인 문제로 알려진 미생물에 의한 표면 오염을 햇빛을 쐬면 스스로 세척되는 분리막 소재를 개발했다고 밝혔다. 이 분리막 소재를 이용하면 10분 가량 빛을 쐬어도 분리막을 다시 사용할 수 있기 때문에 분리막 관리에 드는 비용이 상당폭 절감될 것으로 예상된다. 수처리 분리막은 물 여과 후에 오염물질이 표면에 쌓이므로 주기적인 세척이 필수적이다. 현재는 분리막을 적어도 일주일에 한 번 정도 6시간 이상 화학 약품을 이용해 세척하기 때문에 유지 비용이 상당히 많이 들고 분리막이 약품에 의해 손상되기도 하는 문제가 있었다. KIST 연구진은 이러한 문제점을 해결하기 위해 가시광선에 반응하는 광촉매를 수처리 분리막 표면에 단단하게 고정했다. 이렇게 표면처리를 거친 분리막은 가시광선을 쐬었을 때 표면의 오염 물질을 완전하게 분해하여 손쉽게 분리막을 세척할 수 있었다. 특히 분리막 표면에 쌓인 고농도 대장균 및 황색포도상구균 같은 박테리아와 박테리오파지 등의 바이러스를 최대 1시간 만에 99.9% 제거하는 우수한 성능을 나타내었다. 개발된 분리막은 미생물뿐만 아니라 염료 등의 유기 오염물질과 중금속까지도 처리할 수 있었고, 10회 이상 반복 테스트에도 성능이 유지되는 장점을 나타냈다. KIST 변지혜 박사는 “본 연구는 자연광을 이용하는 광촉매 기술과 수처리 분리막 기술을 결합하여 수처리 공정의 효율이 향상될 수 있음을 보여주었다.”라며 “이러한 연구결과를 바탕으로 수처리 분리막 시장을 선도할 수 있는 차세대 분리막 신소재 개발에 힘쓸 것”이라고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영) 지원을 받아 KIST 미래원천 국가기반기술개발사업으로 수행되었으며, 이번 연구결과는 국제학술지인 ‘Applied Catalysis B:Environmental (IF: 16.683, JCR 분야 상위 0.943%) 최신 호에 게재되었다. * (논문명) Hydrophilic Photocatalytic Membrane via Grafting Conjugated Polyelectrolyte for Visible-light-driven Biofouling Control - (제 1저자) 한국과학기술연구원 정은후 박사과정 - (제 1저자, 교신저자) 한국과학기술연구원 변지혜 선임연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 홍석원 책임연구원 <그림설명> [그림 1] 햇빛으로 재생할 수 있는 수처리 분리막 [그림 2] 고농도 미생물 오염수 여과 후 자연광 처리로 분리막의 물 투과 성능이 완전히 회복됨을 보여줌

- 고해상 실시간 측정으로 오염물질 장거리 이동이 고농도 미세먼지 원인임을 규명 - 오염원 규명을 통해 미세먼지 비상 저감조치의 효용성 증명 가을<span class="s1" style="letter-spacing: -0.1px; font-size: 14pt; font-variant-numeric: normal; font-variant-east-asian: normal; font-stretch: normal; line-height: normal; font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; color: rgb(0, 0, 0);" helvetica="" neue";"="">, <span style="letter-spacing: -0.1px; font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; font-size: 14pt; color: rgb(0, 0, 0);" apple="" sd="" gothic="" neo";="" font-size:="" 14pt;"="">겨울철만<span class="s1" style="letter-spacing: -0.1px; font-size: 14pt; font-variant-numeric: normal; font-variant-east-asian: normal; font-stretch: normal; line-height: normal; font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; color: rgb(0, 0, 0);" helvetica="" neue";"=""> <span style="letter-spacing: -0.1px; font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; font-size: 14pt; color: rgb(0, 0, 0);" apple="" sd="" gothic="" neo";="" font-size:="" 14pt;"="">되면<span class="s1" style="letter-spacing: -0.1px; font-size: 14pt; font-variant-numeric: normal; font-variant-east-asian: normal; font-stretch: normal; line-height: normal; font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; color: rgb(0, 0, 0);" helvetica="" neue";"=""> <span style="letter-spacing: -0.1px; font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; font-size: 14pt; color: rgb(0, 0, 0);" apple="" sd="" gothic="" neo";="" font-size:="" 14pt;"="">어김없이<span class="s1" style="letter-spacing: -0.1px; font-size: 14pt; font-variant-numeric: normal; font-variant-east-asian: normal; font-stretch: normal; line-height: normal; font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; color: rgb(0, 0, 0);" helvetica="" neue";"=""> <span style="letter-spacing: -0.1px; font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; font-size: 14pt; color: rgb(0, 0, 0);" apple="" sd="" gothic="" neo";="" font-size:="" 14pt;"="">찾아오는<span class="s1" style="letter-spacing: -0.1px; font-size: 14pt; font-variant-numeric: normal; font-variant-east-asian: normal; font-stretch: normal; line-height: normal; font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; color: rgb(0, 0, 0);" helvetica="" neue";"=""> <span style="letter-spacing: -0.1px; font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; font-size: 14pt; color: rgb(0, 0, 0);" apple="" sd="" gothic="" neo";="" font-size:="" 14pt;"="">고농도<span class="s1" style="letter-spacing: -0.1px; font-size: 14pt; font-variant-numeric: normal; font-variant-east-asian: normal; font-stretch: normal; line-height: normal; font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; color: rgb(0, 0, 0);" helvetica="" neue";"=""> <span style="letter-spacing: -0.1px; font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; font-size: 14pt; color: rgb(0, 0, 0);" apple="" sd="" gothic="" neo";="" font-size:="" 14pt;"="">미세먼지는<span class="s1" style="letter-spacing: -0.1px; font-size: 14pt; font-variant-numeric: normal; font-variant-east-asian: normal; font-stretch: normal; line-height: normal; font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; color: rgb(0, 0, 0);" helvetica="" neue";"=""> <span style="letter-spacing: -0.1px; font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; font-size: 14pt; color: rgb(0, 0, 0);" apple="" sd="" gothic="" neo";="" font-size:="" 14pt;"="">국내<span class="s1" style="letter-spacing: -0.1px; font-size: 14pt; font-variant-numeric: normal; font-variant-east-asian: normal; font-stretch: normal; line-height: normal; font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; color: rgb(0, 0, 0);" helvetica="" neue";"=""> <span style="letter-spacing: -0.1px; font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; font-size: 14pt; color: rgb(0, 0, 0);" apple="" sd="" gothic="" neo";="" font-size:="" 14pt;"="">대기의<span class="s1" style="letter-spacing: -0.1px; font-size: 14pt; font-variant-numeric: normal; font-variant-east-asian: normal; font-stretch: normal; line-height: normal; font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; color: rgb(0, 0, 0);" helvetica="" neue";"=""> <span style="letter-spacing: -0.1px; font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; font-size: 14pt; color: rgb(0, 0, 0);" apple="" sd="" gothic="" neo";="" font-size:="" 14pt;"="">정체<span class="s1" style="letter-spacing: -0.1px; font-size: 14pt; font-variant-numeric: normal; font-variant-east-asian: normal; font-stretch: normal; line-height: normal; font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; color: rgb(0, 0, 0);" helvetica="" neue";"=""> <span style="letter-spacing: -0.1px; font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; font-size: 14pt; color: rgb(0, 0, 0);" apple="" sd="" gothic="" neo";="" font-size:="" 14pt;"="">및<span class="s1" style="letter-spacing: -0.1px; font-size: 14pt; font-variant-numeric: normal; font-variant-east-asian: normal; font-stretch: normal; line-height: normal; font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; color: rgb(0, 0, 0);" helvetica="" neue";"=""> <span style="letter-spacing: -0.1px; font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; font-size: 14pt; color: rgb(0, 0, 0);" apple="" sd="" gothic="" neo";="" font-size:="" 14pt;"="">외부로부터의<span class="s1" style="letter-spacing: -0.1px; font-size: 14pt; font-variant-numeric: normal; font-variant-east-asian: normal; font-stretch: normal; line-height: normal; font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; color: rgb(0, 0, 0);" helvetica="" neue";"=""> <span style="letter-spacing: -0.1px; font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; font-size: 14pt; color: rgb(0, 0, 0);" apple="" sd="" gothic="" neo";="" font-size:="" 14pt;"="">오염물질<span class="s1" style="letter-spacing: -0.1px; font-size: 14pt; font-variant-numeric: normal; font-variant-east-asian: normal; font-stretch: normal; line-height: normal; font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; color: rgb(0, 0, 0);" helvetica="" neue";"=""> <span style="letter-spacing: -0.1px; font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; font-size: 14pt; color: rgb(0, 0, 0);" apple="" sd="" gothic="" neo";="" font-size:="" 14pt;"="">유입<span class="s1" style="letter-spacing: -0.1px; font-size: 14pt; font-variant-numeric: normal; font-variant-east-asian: normal; font-stretch: normal; line-height: normal; font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; color: rgb(0, 0, 0);" helvetica="" neue";"=""> <span style="letter-spacing: -0.1px; font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; font-size: 14pt; color: rgb(0, 0, 0);" apple="" sd="" gothic="" neo";="" font-size:="" 14pt;"="">등<span class="s1" style="letter-spacing: -0.1px; font-size: 14pt; font-variant-numeric: normal; font-variant-east-asian: normal; font-stretch: normal; line-height: normal; font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; color: rgb(0, 0, 0);" helvetica="" neue";"=""> <span style="letter-spacing: -0.1px; font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; font-size: 14pt; color: rgb(0, 0, 0);" apple="" sd="" gothic="" neo";="" font-size:="" 14pt;"="">다양한<span class="s1" style="letter-spacing: -0.1px; font-size: 14pt; font-variant-numeric: normal; font-variant-east-asian: normal; font-stretch: normal; line-height: normal; font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; color: rgb(0, 0, 0);" helvetica="" neue";"=""> <span style="letter-spacing: -0.1px; font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; font-size: 14pt; color: rgb(0, 0, 0);" apple="" sd="" gothic="" neo";="" font-size:="" 14pt;"="">원인이<span class="s1" style="letter-spacing: -0.1px; font-size: 14pt; font-variant-numeric: normal; font-variant-east-asian: normal; font-stretch: normal; line-height: normal; font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; color: rgb(0, 0, 0);" helvetica="" neue";"=""> <span style="letter-spacing: -0.1px; font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; font-size: 14pt; color: rgb(0, 0, 0);" apple="" sd="" gothic="" neo";="" font-size:="" 14pt;"="">알려져<span class="s1" style="letter-spacing: -0.1px; font-size: 14pt; font-variant-numeric: normal; font-variant-east-asian: normal; font-stretch: normal; line-height: normal; font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; color: rgb(0, 0, 0);" helvetica="" neue";"=""> <span style="letter-spacing: -0.1px; font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; font-size: 14pt; color: rgb(0, 0, 0);" apple="" sd="" gothic="" neo";="" font-size:="" 14pt;"="">있다<span class="s1" style="letter-spacing: -0.1px; font-size: 14pt; font-variant-numeric: normal; font-variant-east-asian: normal; font-stretch: normal; line-height: normal; font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; color: rgb(0, 0, 0);" helvetica="" neue";"="">. <span style="letter-spacing: -0.1px; font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; font-size: 14pt; color: rgb(0, 0, 0);" apple="" sd="" gothic="" neo";="" font-size:="" 14pt;"="">현재는<span class="s1" style="letter-spacing: -0.1px; font-size: 14pt; font-variant-numeric: normal; font-variant-east-asian: normal; font-stretch: normal; line-height: normal; font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; color: rgb(0, 0, 0);" helvetica="" neue";"=""> <span style="letter-spacing: -0.1px; font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; font-size: 14pt; color: rgb(0, 0, 0);" apple="" sd="" gothic="" neo";="" font-size:="" 14pt;"="">실제<span class="s1" style="letter-spacing: -0.1px; font-size: 14pt; font-variant-numeric: normal; font-variant-east-asian: normal; font-stretch: normal; line-height: normal; font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; color: rgb(0, 0, 0);" helvetica="" neue";"=""> <span style="letter-spacing: -0.1px; font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; font-size: 14pt; color: rgb(0, 0, 0);" apple="" sd="" gothic="" neo";="" font-size:="" 14pt;"="">측정을<span class="s1" style="letter-spacing: -0.1px; font-size: 14pt; font-variant-numeric: normal; font-variant-east-asian: normal; font-stretch: normal; line-height: normal; font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; color: rgb(0, 0, 0);" helvetica="" neue";"=""> <span style="letter-spacing: -0.1px; font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; font-size: 14pt; color: rgb(0, 0, 0);" apple="" sd="" gothic="" neo";="" font-size:="" 14pt;"="">통해<span class="s1" style="letter-spacing: -0.1px; font-size: 14pt; font-variant-numeric: normal; font-variant-east-asian: normal; font-stretch: normal; line-height: normal; font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; color: rgb(0, 0, 0);" helvetica="" neue";"=""> <span style="letter-spacing: -0.1px; font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; font-size: 14pt; color: rgb(0, 0, 0);" apple="" sd="" gothic="" neo";="" font-size:="" 14pt;"="">어떤<span class="s1" style="letter-spacing: -0.1px; font-size: 14pt; font-variant-numeric: normal; font-variant-east-asian: normal; font-stretch: normal; line-height: normal; font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; color: rgb(0, 0, 0);" helvetica="" neue";"=""> <span style="letter-spacing: -0.1px; font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; font-size: 14pt; color: rgb(0, 0, 0);" apple="" sd="" gothic="" neo";="" font-size:="" 14pt;"="">성분<span class="s1" style="letter-spacing: -0.1px; font-size: 14pt; font-variant-numeric: normal; font-variant-east-asian: normal; font-stretch: normal; line-height: normal; font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; color: rgb(0, 0, 0);" helvetica="" neue";"="">, <span style="letter-spacing: -0.1px; font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; font-size: 14pt; color: rgb(0, 0, 0);" apple="" sd="" gothic="" neo";="" font-size:="" 14pt;"="">근원지에<span class="s1" style="letter-spacing: -0.1px; font-size: 14pt; font-variant-numeric: normal; font-variant-east-asian: normal; font-stretch: normal; line-height: normal; font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; color: rgb(0, 0, 0);" helvetica="" neue";"=""> <span style="letter-spacing: -0.1px; font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; font-size: 14pt; color: rgb(0, 0, 0);" apple="" sd="" gothic="" neo";="" font-size:="" 14pt;"="">의하여<span class="s1" style="letter-spacing: -0.1px; font-size: 14pt; font-variant-numeric: normal; font-variant-east-asian: normal; font-stretch: normal; line-height: normal; font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; color: rgb(0, 0, 0);" helvetica="" neue";"=""> <span style="letter-spacing: -0.1px; font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; font-size: 14pt; color: rgb(0, 0, 0);" apple="" sd="" gothic="" neo";="" font-size:="" 14pt;"="">미세먼지가<span class="s1" style="letter-spacing: -0.1px; font-size: 14pt; font-variant-numeric: normal; font-variant-east-asian: normal; font-stretch: normal; line-height: normal; font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; color: rgb(0, 0, 0);" helvetica="" neue";"=""> <span style="letter-spacing: -0.1px; font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; font-size: 14pt; color: rgb(0, 0, 0);" apple="" sd="" gothic="" neo";="" font-size:="" 14pt;"="">형성되었는지에<span class="s1" style="letter-spacing: -0.1px; font-size: 14pt; font-variant-numeric: normal; font-variant-east-asian: normal; font-stretch: normal; line-height: normal; font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; color: rgb(0, 0, 0);" helvetica="" neue";"=""> <span style="letter-spacing: -0.1px; font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; font-size: 14pt; color: rgb(0, 0, 0);" apple="" sd="" gothic="" neo";="" font-size:="" 14pt;"="">관한<span class="s1" style="letter-spacing: -0.1px; font-size: 14pt; font-variant-numeric: normal; font-variant-east-asian: normal; font-stretch: normal; line-height: normal; font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; color: rgb(0, 0, 0);" helvetica="" neue";"=""> <span style="letter-spacing: -0.1px; font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; font-size: 14pt; color: rgb(0, 0, 0);" apple="" sd="" gothic="" neo";="" font-size:="" 14pt;"="">연구는<span class="s1" style="letter-spacing: -0.1px; font-size: 14pt; font-variant-numeric: normal; font-variant-east-asian: normal; font-stretch: normal; line-height: normal; font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; color: rgb(0, 0, 0);" helvetica="" neue";"=""> <span style="letter-spacing: -0.1px; font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; font-size: 14pt; color: rgb(0, 0, 0);" apple="" sd="" gothic="" neo";="" font-size:="" 14pt;"="">부족하여<span class="s1" style="letter-spacing: -0.1px; font-size: 14pt; font-variant-numeric: normal; font-variant-east-asian: normal; font-stretch: normal; line-height: normal; font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; color: rgb(0, 0, 0);" helvetica="" neue";"=""> <span style="letter-spacing: -0.1px; font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; font-size: 14pt; color: rgb(0, 0, 0);" apple="" sd="" gothic="" neo";="" font-size:="" 14pt;"="">대부분이<span class="s1" style="letter-spacing: -0.1px; font-size: 14pt; font-variant-numeric: normal; font-variant-east-asian: normal; font-stretch: normal; line-height: normal; font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; color: rgb(0, 0, 0);" helvetica="" neue";"=""> <span style="letter-spacing: -0.1px; font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; font-size: 14pt; color: rgb(0, 0, 0);" apple="" sd="" gothic="" neo";="" font-size:="" 14pt;"="">기상관측에<span class="s1" style="letter-spacing: -0.1px; font-size: 14pt; font-variant-numeric: normal; font-variant-east-asian: normal; font-stretch: normal; line-height: normal; font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; color: rgb(0, 0, 0);" helvetica="" neue";"=""> <span style="letter-spacing: -0.1px; font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; font-size: 14pt; color: rgb(0, 0, 0);" apple="" sd="" gothic="" neo";="" font-size:="" 14pt;"="">판단을<span class="s1" style="letter-spacing: -0.1px; font-size: 14pt; font-variant-numeric: normal; font-variant-east-asian: normal; font-stretch: normal; line-height: normal; font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; color: rgb(0, 0, 0);" helvetica="" neue";"=""> <span style="letter-spacing: -0.1px; font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; font-size: 14pt; color: rgb(0, 0, 0);" apple="" sd="" gothic="" neo";="" font-size:="" 14pt;"="">의존하고<span class="s1" style="letter-spacing: -0.1px; font-size: 14pt; font-variant-numeric: normal; font-variant-east-asian: normal; font-stretch: normal; line-height: normal; font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; color: rgb(0, 0, 0);" helvetica="" neue";"=""> <span style="letter-spacing: -0.1px; font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; font-size: 14pt; color: rgb(0, 0, 0);" apple="" sd="" gothic="" neo";="" font-size:="" 14pt;"="">있다<span class="s1" style="letter-spacing: -0.1px; font-size: 14pt; font-variant-numeric: normal; font-variant-east-asian: normal; font-stretch: normal; line-height: normal; font-family: 나눔고딕코딩, NanumGothicCoding, sans-serif; color: rgb(0, 0, 0);" helvetica="" neue";"="">.？ 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진)은 환경복지연구센터 김화진 박사팀이 고해상 실시간 측정분석기(HR-ToF-AMS)를 이용, 실시간으로 미세먼지의 구성성분을 측정해 2019년 3월의 고농도 미세먼지가 장거리 이동의 영향이었음을 밝혔다. 특히 이 결과는 중국과학원(CAS) 연구진과 공동으로 측정하고 비교하여 중국의 오염물질이 국내에 유입된다는 것을 과학적으로 증명하여 발표한 것으로, 국제적인 정책 수립 시 근거로 활용할 수 있을 것으로 기대된다. KIST 김화진 박사팀은 고해상 실시간 측정분석기를 이용하여 2개월에 걸쳐 3분 단위로 중국과 서울 시내의 대기 중 미세먼지의 화학적 구성성분을 측정하고, 약 이틀간의 시간차를 두고 측정값을 비교하여 어떤 오염원이 주로 미세먼지에 영향을 주는지를 분석했다. 해당 기간 동안 유기 성분, 질산염, 황산염 등이 중국에서 이동해 오는 오염물질임을 명확히 밝혀냈으며, 장거리 이동오염 물질인 납이 이동해 오는 것 또한 실시간 분석을 통하여 밝혀냈다. 연구진이 측정 분석을 수행한 2019년 3월은 고농도 미세먼지 농도가 100μg/m3 가 3일 이상 지속되는 등 매우 심각한 상황이어서 비상저감 조치 등이 시행된 바 있다. 그럼에도 불구하고 정책의 가시적인 효과를 확인할 수 는 없었는데, 오염원 분석을 통하여 자동차 2부제 시행의 효과가 있음을 밝혔다. 당시 고농도 미세먼지의 원인은 장거리 이동에 의한 사례였기 때문에 비상저감 조치가 전체적인 농도 감소에 절대적인 영향을 주지는 못하였으나, 자동차에 기인한 농도 감소에는 기여한 것으로 분석결과 나타났다. 이 결과는 향후 정책 수립을 하는데 있어서 가이드가 될 수 있을 것으로 보인다. KIST 김화진 박사는 “이번 한-중 공동연구를 통해 오염물질의 장거리 이동 영향을 밝히는 한편, 이와 동시에 어떤 오염물질이 이동해 올 수 있는지를 밝힐 수 있었다. 고농도 미세먼지 정책 수립에 참고가 될 수 있겠으나 고농도 미세먼지 현상이 항상 장거리 이동에 의해서만 발생하는 것이 아니므로 좀 더 다양한 케이스의 원인에 대한 실시간 측정을 통한 원인 분석 및 메커니즘 규명이 필요하다.”라고 말하며 “미세먼지는 우리나라만의 문제가 아닌 동아시아 전체의 문제이므로 국제적인 협력연구가 반드시 필요하다.”라고 밝혔다. 본 연구는 미세먼지 국가전략 프로젝트와 대기환경복합대응연구사업으로 수행되었으며, 이번 연구결과는 대기과학 분야 국제 저널인 ‘Atmospheric Chemistry and Physics’ (IF: 5.414, JCR 분야 상위 9.14%) 최신 호에 게재되었다. * (논문명) Measurement report: Characterization of severe spring haze episodes and influences of long-range transport in the Seoul metropolitan area in March 2019 - (제 1저자, 교신저자) 한국과학기술연구원 김화진 선임연구원 - (공동저자) University of California Davis, Dr. Qi Zhang - (공동저자) 중국과학원 Dr. Yele Sun <그림설명> [그림 1] 해외로부터 장거리 이동해 온 미세먼지 성분 [그림 2] 고농도 기간 국내 비상저감조치 정책으로 인하여 자동차 배출에 기인한 미세먼지 (vehicle emitted OA) 농도가 줄어드는 것 또한 보여줌 [그림 3] KIST 연구진이 중국과의 공동 측정을 통하여, 국내 고농도 미세먼지 발생시 중국의 미세먼지중, 질산염, 황산염, 유기성분중 장거리 이동 유기오염원이 국내에 이틀 간격으로 영향을 미친다는 결과를 발표함 같은기간 국내 비상저감조치 정책으로 인하여 자동차 배출에 기인한 미세먼지 농도는 줄어드는 것 또한 보여줌 [그림 4] 장거리이동에 의하여 납이 이동하여 고농도 미세먼지 기간 국내에 영향을 미치는 것을 실시간 측정과 분석을 통하여 보여줌

- 3세대 전기자동차용 안전한 소재 설계를 위한 발판 마련 - 전극 소재의 열분해 메커니즘 규명 및 실시간 분석 플랫폼 구축 최근 전기자동차 배터리의 화재 사고가 끊이지 않고 있다. 전기 자동차의 배터리 팩의 경우 스마트폰 등의 소형 모바일 기기와 달리 수백 개의 배터리 셀로 구성되기 때문에 배터리의 불안정성은 인적, 물적 피해를 초래하는 매우 중요한 문제이다. 화재의 원인을 밝혀내려는 다양한 노력이 진행 중인 가운데 국내 연구진이 배터리의 열적 불안정성을 평가할 수 있는 새로운 분석기법을 개발했다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진)은 에너지저장연구단 장원영 박사, 전북분원 탄소융합소재연구센터 김승민 박사 공동연구팀이 투과전자현미경을 이용하여 배터리 양(+)극 소재의 열 안정성을 평가할 수 있는 실시간 분석 플랫폼을 구축하고, 이를 통하여 전기 자동차용 하이-니켈계 양(+)극 소재의 미세한 화학조성의 변화에 따른 열분해 메커니즘의 변화를 규명했다고 밝혔다. 배터리의 양극은 충전용량, 즉 전기자동차의 주행거리를 결정짓는 핵심적인 부분이다. 양극 소재는 니켈·코발트·알루미늄 또는 니켈·망간·코발트 등의 여러 성분을 적정 비율로 배합하여 제작하는데, 기업 및 학계 연구진들은 전기자동차의 주행거리를 늘리기 위해 새로운 구성 비율을 찾으려 노력하고 있다. 양극소재에는 니켈 금속이 들어가는데, 니켈이 많이 포함될수록 더 큰 충전용량을 확보할 수 있다. 또한, 니켈은 함께 구성되는 코발트보다 상대적으로 저렴하여 전기자동차 보급에 필수적인 배터리 단가를 낮추는 효과도 있다. 하지만 니켈은 그 충전용량이 큰 만큼 외부 환경에 쉽게 반응하려는 성질이 있어 배터리의 안정성이 낮아지는 치명적인 단점을 갖고 있다. 최근 개발 중인 3세대 전기자동차용 양극 소재는 니켈 함량을 80% 이상으로 높이고 있어서, 이로 인한 안정성 저하를 필수적으로 개선해야 한다. 배터리의 화재는 주로 충전된 산화물계 양극 소재와 발화성 액체 전해질의 격렬한 발열 반응에서 기인하기 때문에, 연구진은 전해질과 맞닿아 있는 양극 표면에 초점을 맞춰 다양한 투과전자현미경 분석기법(전자에너지 분광분석법, 전자회절 분석법 등)을 활용하여 온도의 상승에 따른 전극 구조의 결정구조, 구성성분의 화학적 변화를 면밀히 관찰·분석하였다. 그 결과, NCA(니켈·코발트·알루미늄) 양극 소재에서의 화학 조성에 따른 배터리 열적 안정성 저하 원인과 배터리의 안전성 확보를 위한 구성 원소의 역할을 규명할 수 있었다. KIST 연구진은 NCA 양극 소재에서의 알루미늄 대비 니켈의 증가는 용량의 향상을 보이지만, 실제 상한 충전상태(총 리튬 이온의 67% 반응)에서 열 안정성이 크게 저하되는 것을 관찰하였다. 이를 분석한 결과, 실제 산화/환원반응에 참여하지 않는 알루미늄 원소가 부족해 충전 과정 중, 열 안정성을 저하시킬 수 있는 새로운 상(O1 Phase)을 형성하게 하고, 불안정해진 새로운 상의 표면 구조가 결국 저하된 열 안정성의 원인임을 밝혔다. KIST 장원영 박사는 “최근 전 세계적으로 잇따른 전기 자동차의 화재가 발생하고 있으며, 발화 원인이 배터리인 경우가 많았다. 본 연구를 통하여 고성능 양극 소재 개발에 있어서 열 안정성을 확보할 수 있는 화학조성 설계의 중요성을 확인했다.”고 밝혔다. KIST 전북분원 김승민 박사는 “발열 반응의 시발점인 양극 소재 자체의 열적 안정성을 확보하는 것은 전기 자동차 대중적 보급에 매우 중요한 역할을 한다. 이번에 개발한 고도 분석기법을 통하여 향후에는 미량 원소의 혼입에 따른 영향을 파악하여, 안정성이 확보된 고성능 양극소재를 개발할 수 있을 것”이라고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영) 지원으로 KIST 주요사업과 한국연구재단 중견연구자지원사업으로 수행되었으며, 연구결과는 에너지 분야 국제학술지 ‘Nano Energy’ (IF:16.602, JCR 분야 상위 4.29%) 최신호에 게재될 예정이다. * (논문명) Different Thermal Degradation Mechanisms: Role of Aluminum in Ni-rich Layered Cathode Materials - (제 1저자) 한국과학기술연구원 조은미 박사후연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 장원영 책임연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 김승민 책임연구원 <그림설명> [대표 이미지] KIST 연구진이 전기차용 양극소재로 널리 쓰이는 NCA (니켈·코발트·알루미늄)에서의 배터리 화재의 위험성을 줄여줄 수 있는 알루미늄 원소의 역할을 그린 예상도 [그림 1] 실제 상한 충전상태에서의 NCA양극 소재의 화학 조성에 따른 열안정성 차이 원인 규명 [그림 2] NCA 양극 소재에서의 니켈과 알루미늄의 교환으로 인한 전지성능과 열안정성과의 상충적 관계

- 테라헤르츠파 기술과 메타물질을 결합한 초고감도 영상기술 개발 - 향후 다양한 극미량 질병 원인 물질 진단 기술 응용 기대 국내 연구진이 조영제 없이도 생체 내부를 촬영한 영상을 통해 질병을 모니터링 할 수 있는 기술을 개발했다. PET, CT, 형광현미경 등을 이용해 생체 내부를 촬영하기 위해서는 촬영 대상이 잘 보이도록 하는 조영제 사용이 필수적이다. 하지만 조영제는 연관검색어가 ‘부작용’일 정도로 위험성을 갖고 있으며, 몸 속에서 생체 조직과 반응하여 조직을 변형시켜 어떠한 증상을 일으킬지 모른다는 문제가 있었다. 한국과학기술연구원(원장 윤석진)은 센서시스템연구센터 서민아 박사 연구팀이 테라헤르츠(THz, 1012Hz) 전자기파를 이용하여, 조영제 없이도 생체 내에 미량만 존재하는 물질을 검출할 수 있는 새로운 방식의 이미징 기술을 개발했다고 밝혔다. 연구팀은 이 기술을 이용하여 치매 원인 물질로 알려진 ‘아밀로이드 플라크’ 단백질을 모니터링할 수 있었다. 테라헤르츠 전자기파는 X-ray나 방사선처럼 고에너지를 갖고 있지 않아 생체조직을 변형시키지 않을 수 있는 장점이 있으며, 별도의 조영제 없이도 생체 내부를 관찰할 수 있어 안전한 차세대 이미징 기술에 응용할 수 있을 것으로 기대되고 있다. 하지만, X-ray나 가시광선보다 파장이 길기 때문에 매우 작거나 극미량의 물질은 관찰하는데는 어려움이 있었다. 또한, 테라헤르츠파는 생체 내 수분에 흡수되어 사라지기 때문에 관찰한 정보를 수집할 수 없다는 어려움도 있었다. KIST 연구팀은 자연계에 존재하지 않는 성질을 인위적으로 만들어낸 인공물질인 메타물질을 개발하여 위와 같은 어려움들을 극복해냈다. 메타물질을 활용하여 대상 물질의 광학적 특성을 바꾸면 특정 파장에서 금속을 플라스틱처럼 보이게 할 수도 있고, 눈에 보이지 않도록 할 수도 있다. 서민아 박사팀은 테라헤르츠파의 민감도를 높이고, 생체 내부의 물과 만나 흡수되지 않도록 수분과 만날경우 그 경계면에서 반사되어 돌아오도록 하는 새로운 메타물질을 설계, 개발했다. 그 결과, 기존 테라헤르츠파 기술로 영상화가 어려운 극미량의 생체 조직의 선명한 영상을 촬영하였다. 형광물질이나 방사성동위원소와 같은 조영제를 사용하지 않고도 기존 영상장치와 유사한 수준의 영상을 얻을 수 있게 된 것이다. 연구진은 이 기술을 활용하여 뇌 속에 극미량만 존재하고, 치매의 원인 물질로 알려진 ‘아밀로이드 플라크’ 단백질을 관찰하였다. 기존의 영상 진단 방법에서는 영상의 명암 차이를 통한 상대적인 비교만 할 수 있었으나, 테라헤르츠파는 분자들의 상태에 민감하기 때문에 아밀로이드 단백질이 축적된 양까지도 정량적으로 분석할 수 있었다. KIST 서민아 박사는 “인체 내 다양한 질병 원인 물질을 조영제 없이 직접 검출함으로써, 치매뿐만 아니라 다양한 질병 진단 기술 개발에 적용할 수 있을 것으로 전망한다.”라며 “예를 들어 인체 내 암조직 등을 조영제 없이 선명한 경계면을 확인하는 영상기술로도 활용할 수 있을 것”이라고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영) 지원으로 KIST 주요사업 및 한국연구재단 중견연구자지원사업, 글로벌프론티어사업을 통해 수행되었으며, 연구결과는 분석화학 분야 국제학술지인 ‘Biosensors and Bioelectronics’ (IF:10.257, JCR 분야 상위 0.581%) 최신호에 게재되었다. * (논문명) Label-free brain tissue imaging using large-area terahertz metamaterials - (제 1저자) 한국과학기술연구원 이상훈 박사후연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 서민아 책임연구원 <그림설명> [그림 1] 전자기파 파장별 스펙트럼과 테라헤르츠 정의 [그림 2] 메타물질을 이용한 고민감도 비표지 테라헤르츠 생체 이미징 기술 모식도 [그림 3] 테라헤르츠 메타물질을 이용한 생쥐모델의 뇌에서 노화에 따른 아밀로이드 플라크 응집 정도 모니터링 (좌) 메타물질을 이용한 정상(wildtype, 왼쪽)과 치매모델(APP/PS1, 오른쪽) 쥐 뇌의 비표지 테라헤르츠 이미지, 정상보다 치매 모델 쥐 뇌에서 월령에 따라 아밀로이드 플라크 양이 증가함을 확인할 수 있음

- 투명유리창이지만 앞면과 뒷면의 반사색상이 다른 ‘광학야누스 효과’ - 경고 알림, 정보 암호화 가능, 간단한 제조방법으로 상용화 가능성↑ 영화 속 범죄 피의자를 조사하는 장면에서 안에서는 밖에 보이지 않지만, 밖에서는 안이 보이는 취조실의 스마트 유리를 본 적이 있을 것이다. 그렇다면, 앞면과 뒷면이 서로 다른 색인 투명한 유리는 만들 수 없을까? 앞면의 색이 붉은색이라면 뒷면에서 봤을 때도 그 색이 투과되어 붉은색이 보일 수밖에 없어 큰 어려움이 따른다. 국내 연구진이 유리 양면에 서로 다른 이미지와 색을 표기할 수 있는 유리를 개발했다. 그럴 뿐만 아니라, 외부 환경에 따라 원하는 정보를 한쪽 면에만 나타나거나 사라지게 할 수 있어 유해 가스에 반응하여 경고 문구가 나타나는 유리로 활용할 수 있다. 한국과학기술연구원 (KIST, 원장 윤석진)은 센서시스템연구센터 유용상 박사팀이 경북대학교(경북대, 총장 김상동) 전자공학부 이승열 교수팀과의 공동연구를 통해 양면에 다른 색이나 이미지를 표현할 수 있고, 외부 환경에 따라 색이 변화하는 투명 유리를 개발했다고 밝혔다. KIST-경북대 공동연구팀은 머리카락의 1/1000 두께인 30나노미터 수준의 초박막 금속- 유전체(誘電體) : 전기적 유도 작용을 일으키는 물질 유전체-금속 구조를 이용했다. 이 구조의 상부 금속층과 하부 금속층을 구성하는 나노층의 구성비를 다르게 제작하여, 유리의 양면 색상이 다르게 보이는 ‘광학야누스 효과’를 구현하였다. 연구팀은 여기에서 멈추지 않고 한발 더 나아가 가스나 각종 용액 등 유체가 금속층 사이로 스며들 수 있게 했다. 이를 통해 외부 환경에 반응하여 색이나 이미지, 메시지, 심볼 등의 정보를 나타내거나 사라지게 할 수 있었다. 연구진이 개발한 초박막형 양면 반전 유리 기술은 고비용의 장비를 이용하지 않고 단순한 증착 공정을 통해 나노구조를 만들 수 있어 제작 단가를 획기적으로 절감하여 상용화를 위한 응용 가능성도 주목을 받고 있다. 또한, 염료를 사용하지 않고도 다양한 색상을 표현할 수 있는 응용기술이기 때문에, 오랜 기간이 지나면 색이 바래는 기존의 컬러 유리와는 달리 반영구적으로 색상을 유지할 수 있다. 여기서 구현된 색은 공작새의 깃털처럼 보는 각도에 따라 다른 화려한 색을 보여 인테리어용 컬러필터로도 활용할 수 있다. KIST 유용상 박사는 “이번 성과는 양면 반전형 정보를 제공하는 유리창 기술로, 정보의 불균형 배분을 가능하게 하는 신기술이다. 관찰하는 면에 따라 보이는 이미지가 다른 이 기술은 광학 스위치, 광소자 저장기기로도 응용 가능성 매우 크다.”라며, “외부가스, 액체, 온도, 습도에 따른 색상변화를 일으키는 유리창 제작과 같은 형태로 바로 적용할 수 있어 수소의 유출을 감지할 수 있는 수소저장용 유리 창고 및 수소 센서로 사용하기 위한 추가 실험이 진행 중이다.”라고 밝혔다. 이번 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영)의 지원을 받아 KIST의 주요사업으로 수행되었으며, 연구 결과는 광학 분야의 권위지인 ‘Light: Science and Applications’ (IF: 14.09, JCR 분야 최상위 1.9%) 최신 호에 게재되었다. * (논문명) Asymmetric Optical Camouflage: Tuneable reflective colour accompanied by optical Janus effect - (제 1저자) 한국과학기술연구원 김태현 학생연구원 - (제 1저자) 한국과학기술연구원 유의상 박사후연구원 - (제 1저자) 경북대학교 배영규 석사과정 - (교신저자) 경북대학교 이승열 조교수 - (교신저자) 한국과학기술연구원 유용상 선임연구원 <그림설명> [그림1] KIST-경북대 공동연구진이 개발한 양면 반전 이미징 반사형 광학야누스 기판 모식도 [그림2] 광학 야누스 원리로 제작된 전후 상이색상의 양면 반전 이미징 기판의 노출 액체의 특성에 따른 정보 암호화 사진 [앞면 (상)과 뒷면 (하)]

- 회전하며 직진하는 빛의 특성을 이용한 근적외선 광트랜지스터 개발 - 고성능·저비용 암호화 소자 개발로 복제·도감청 원천 차단 스마트폰과 가전, 드론, 무인자동차 등이 실시간으로 데이터를 주고받는 사물인터넷(IoT) 기술은 이용자와 자산의 안전에 직결되는 만큼 더욱 강력한 보안 솔루션이 필요하다. 이에 따라 해킹에 노출되기 쉬운 소프트웨어 기반의 키 방식을 보완할 ‘물리적 복제 방지 기능(Physical Unclonable Function, PUF)’이 주목받고 있다. 하드웨어 기반의 PUF 반도체 칩은 인간의 홍채나 지문처럼 고유의 물리적 코드를 갖고 있다. 제조공정에서 생성되는 미세구조의 편차를 키 값으로 갖기 때문에 PUF로 생성되는 보안 키는 랜덤하게 생성되어 고유성을 지니며 복제가 불가능하다. 하지만 더 높은 수준의 안전성을 위해 키가 생성되는 조합의 수를 늘리려면 하드웨어의 구조도 바꿔야 하는 한계가 노출된 바 있다. 이런 가운데, 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진) 광전소재연구단 임정아, 주현수 박사팀은 부산대학교 고분자공학과 안석균 교수팀과 공동연구를 통해 하드웨어 구조 변경 없이도 빛의 회전(편광) 특성을 이용해 PUF의 보안성능을 크게 강화할 수 있는 암호화 소자를 개발했다고 밝혔다. 빛이 전파될 때는 전후좌우 다양한 방향으로 진동하면서 나아가게 되는데, 연구진은 원을 그리며 나선형으로 나아가는 빛인 원편광(Circularly polarized light) : 시계방향 또는 반시계 방향으로 회전하면서 진행하는 빛 원편광을 암호화에 활용했다. 원편광을 활용하기 위해, 빛의 회전 방향에 따라 소자에 도달하는 빛의 양이 조절되는 콜레스테릭 액정(Cholesteric liquid crystal) : 액정분자가 나선 축을 따라 꼬이면서 주기적인 층을 이루며 배열한 나선구조의 액정 콜레스테릭 액정 필름을 근적외선을 감지하는 성능이 우수한 유기 광트랜지스터(Phototransistor) : 전류/전압과 함께 빛의 기본 특성(파장, 강도 등)을 감지하여 신호 증폭 스위치 역할을 하는 소자 광트랜지스터에 결합하였다. 이렇게 결합된 광트랜지스터는 액정 나선구조의 방향과 같은 방향으로 회전하는 빛은 반사시키고, 반대 방향의 빛은 투과시켜 시계방향 또는 반시계 방향으로 진행하는 빛의 회전 방향을 구분해서 감지할 수 있다. 그 결과, 소자의 물리적 크기를 바꾸지 않고도 암호화 키 생성에 사용되는 조합의 수를 증가시켜 해킹과 도·감청 등을 원천 차단할 수 있는 PUF 소자를 제작하는 데 성공했다. 개발한 소자는 근적외선을 흡수하는 고분자반도체의 높은 흡광도와 트랜지스터에 의한 신호 증폭, 그리고 콜레스테릭 액정 필름의 적층으로 인해 생긴 광학적 간섭효과로 인해 기존의 나노패터닝 기반 근적외선 원편광 감응 광트랜지스터보다 최소 30배 이상 우수한 고감도를 보였다. 또한, 기존 가시광선 원편광만을 감지할 수 있던 유기 광트랜지스터 소자들과는 달리 연구진이 개발한 광트랜지스터는 광통신, 양자컴퓨팅 등 차세대 광전소자에 사용되는 근적외선 영역의 원편광을 감지할 수 있어 향후 적용 범위가 넓을 것으로 기대된다. KIST 임정아 박사는 “이번 연구는 원편광 감응 반도체 소자를 이용하여 보안성능이 강화된 암호화 소자를 구현했다는 점에서 그 의의를 찾을 수 있다.”라며 “복잡한 나노패터닝 공정없이 간단한 용액공정으로 고감도 근적외선 원편광 감응 소자의 제작이 가능함을 보였고, 근적외선을 활용했기 때문에 향후 다양한 차세대 광전소자 시스템에 활용될 수 있을 것으로 기대한다.”라고 밝혔다. 부산대학교 안석균 교수는 “이번 결과는 콜레스테릭 액정 고분자 고유의 카이랄 성을 암호화 보안기술에 접목시킨 최초의 연구성과로 액정 고분자의 새로운 응용분야를 제시하였다는 점에서도 중요한 의미가 있다”라고 덧붙였다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영) 지원 아래 KIST 주요사업 및 한국연구재단 전략과제, 개인기초과제 및 소재융합혁신기술개발사업으로 수행되었으며, 소재 분야의 국제학술지 ‘Advanced Functional Materials’ (IF: 16.836, JCR 분야 상위 4.678%) 최신 호에 연구 결과가 게재되었다. * (논문명) High-Performance Circularly Polarized Light-Sensing Near-Infrared Organic Phototransistors for Optoelectronic Cryptographic Primitives - (제 1저자) 한국과학기술연구원 한혜미 박사후연구원 - (제 1저자) 부산대학교 이유진 학부연구생(現 Texas A&M 대학교 박사과정) - (교신저자) 한국과학기술연구원 임정아 책임연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 주현수 선임연구원 - (교신저자) 부산대학교 안석균 부교수 <그림설명> [그림 1] (a)　본 연구진이 개발한 카이랄 액정 네트워크 필름이 결합된 근적외선 원편광 감응 광트랜지스터 소자의 모습 (b) 본 연구진이 개발한 카이랄 액정 네트워크 필름을 갖는 물리적 복제 방지 기능 (PUF) 어레이의 POM 사진 [그림 2] (a) 본 연구진이 개발한 근적외선 원편광 감응 광트랜지스터의 소자구조, 사용된 물질의 분자구조와 카이랄 액정 네트워크 필름의 모습(오) (b) 본 연구진이 개발한 카이랄 액정 네트워크 필름 형성에 대한 모식도 [그림 3] 근적외선 원편광 감응 광트랜지스터 개발의 주요 전략에 관한 모식도 근적외선 감응 고이동도의 공액고분자 합성 및 근적외선 원편광 반사 콜레스테릭 액정 네트워크 필름 제조(상단), 근적외선 원편광 감응 광트랜지스터 어레이의 광감응 특성 및 원편광 빛을 사용하는 광전자 암호화 소자로의 응용결과를 보여주는 그림(하단)

- 유전자 가위와 진화의 원리 이용, 바이오 디젤 원료 생산 수율 2배 향상된 미생물 개발 - 온실가스 저감을 통한 기후변화 대응과 미세먼지 저감 기대 화석연료를 사용하는 자동차, 특히 경유차가 내뿜는 배기가스는 미세먼지와 온실가스의 주요 원인으로 알려져 있다. 디젤이 아닌 바이오디젤을 사용하면 온실가스에 의한 기후변화 대응 및 미세먼지 저감에 효과적이지만, 현재와 같이 팜유, 대두유 같은 식물성 기름 또는 폐식용유를 화학적으로 처리하여 생산하는 방식은 원료수급이 원활하지 않은 문제점이 있었다. 이에 식량 작물 원료가 아닌 농사 또는 벌목 과정에서 부산물로 생성되는 목질계 바이오매스를 이용하여 바이오연료를 개발하려는 노력이 활발하다. 목질계 바이오매스는 경제적이고 지속가능한 원료로, 미생물 대사과정을 거치는 동안 친환경 수송용 연료로 전환될 수 있다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진) 청정에너지연구센터 이선미 박사팀은 버려지는 농업부산물, 폐지, 택배박스 등 목질계 바이오매스로부터 바이오디젤 원료를 생산할 수 있는 신규 미생물을 개발했다고 밝혔다. 이 미생물은 기존대비 2배의 생산 수율을 보였다. 이 미생물은 목질계 바이오매스에 포함된 당 성분을 먹이로 하여 대사하는 과정에서 바이오 디젤 원료를 생산할 수 있다. 목질계 바이오매스에 포함된 당은 일반적으로 약 65~70%의 포도당과 약 30~35%의 자일로스로 구성된다. 자연계에 존재하는 미생물들은 포도당을 이용하여 디젤원료를 만드는데 효과적지만 자일로스는 이용할 수 없어 디젤원료 생산 수율을 제한하는 한계를 가지고 있었다. KIST 연구팀은 이를 해결하기 위하여 포도당뿐만 아니라 자일로스도 효과적으로 이용하여 디젤원료를 생산할 수 있는 신규 미생물을 개발하였다. 특히 미생물이 디젤원료를 생산하는데 필수적인 보조효소의 공급을 방해하지 않도록 유전자 가위를 이용하여 대사경로를 재설계했고, 그중에서 능력이 우수한 개체만을 선택하여 재배양하는 방식 등 진화의 과정을 실험실에서 효과적으로 통제하는 공법을 통해 자일로스 이용능력을 향상시켰다. 이를 통해 목질계 바이오매스 유래 자일로스를 포함한 당 성분을 모두 사용하여 디젤원료를 생산할 수 있는 가능성을 확인하였으며, 보조효소 문제가 있는 대사경로를 활용한 기존의 연구와 비교하여 생산수율을 2배 가까이 향상시켰다. KIST 이선미 박사는 “바이오디젤은 기존 디젤차량 운행을 제한하지 않으면서 온실가스와 미세먼지를 줄일 수 있는 효과적인 대체 연료로, 바이오디젤 생산의 경제성을 높일 수 있는 핵심기술을 확보하였다.”라고 말하며, “잦은 태풍과 이상기후와 같이 이제 기후변화가 피부로 와닿고 있는 시점에서 가장 빠르고 효과적으로 기후변화에 대응할 수 있는 바이오연료 보급 확대가 이루어진다면 관련 산업 확대 및 기술 개발이 더욱 속도를 낼 수 있을 것으로 기대한다.”라고 밝혔다. 이선미 박사는 2019년, 목질계 바이오매스를 이용하여 가솔린 대체 바이오연료를 만드는 미생물을 개발한 바 있다.(※GCB Bioenergy. 2020;12:90-100) 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영)지원으로 KIST 주요사업과 한국에너지기술평가원 신재생에너지연구사업으로 수행되었으며, 연구결과는 ‘Global Change Biology Bioenergy’ (JCR 분야 상위 0.55%) 최신 호에 게재되었다. * (논문명) High­yield lipid production from lignocellulosic biomass using engineered xylose­utilizing Yarrowia lipolytica - (제 1저자) 한국과학기술연구원 김지원 학생연구원 - (제 1저자) 한국과학기술연구원 육상도 인턴연구원(現,일리노이대학교 박사과정) - (교신저자) 한국과학기술연구원 이선미 책임연구원 <그림설명> [그림1] 목질계 바이오매스를 원료로 미생물을 이용하여 바이오연료를 생산하는 개념도 [그림2] 목질계 바이오매스를 원료로 바이오디젤 원료를 생산하기 위한 미생물 개발 [그림 3] 디젤 원료 생산 균주 내 도입 된 이성화효소 기반의 자일로스 대사경로 [그림 4] 개발된 지질생산 효모균주(YSXI)와 야생종(WT)과의 자일로스 이용 능력 및 지질 생산 능력 비교 평가 결과

- 생산 공정 단계, 시간, 비용 대폭 줄이면서도 기존 임상 제품 보다 코팅 성능 우월 - 금속, 고분자 소재 표면에 인공뼈 합성과 코팅을 동시에 구현 인구 노령화와 함께 현대 사회로 발전하면서 골질환이 급증하고 있으며, 골질환 치료를 위한 치과용/정형외과용 임플란트의 사용이 증가하고 있다. A.D. 1세기경 로마시대에 철을 치아 대용으로 사용했을 정도로 임플란트의 역사는 오래되었다. 하지만 오랜 역사에도 불구하고 체내 뼈조직과 결합이 빨리 이루어지지 않아 헐거워지거나 염증이 생겨 2차 수술을 해야 하는 등의 문제가 발생한다. 뼈와 동일한 성분으로 이루어진 인공뼈를 임플란트 소재에 코팅하여 이러한 문제를 해결하기 위한 방법이 시도되고 있다. 기존의 인공뼈 코팅 방법들은 인공뼈 물질을 제작하기 위한 별도의 합성 공정 과정과 장시간의 코팅 공정 시간이 필요하다. 또한, 모재와 인공뼈 코팅층 간의 결합력이 약하여 쉽게 손상되거나 뜯겨 나가는 경우가 많아 실제 임상에서 환자에게 사용될 수 있을 만큼 강한 코팅 방법은 부족한 상황이었다. 그런 가운데, 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진) 생체재료연구센터 전호정 박사팀은 생체 이식용 재료 표면에 기존보다 세 배 이상 우수한 결합강도를 갖는 세라믹 인공뼈 코팅 기술을 개발했다고 밝혔다. KIST 연구진은 하루 이상의 시간과 수십 단계의 공정이 필요했던 기존 인공뼈 코팅을 단 하나의 공정만으로 한 시간 이내에 구현 가능한 기술을 개발했다. 이 공정 기법을 이용하면 인공뼈 코팅을 위한 원료 물질을 합성하는 별도의 과정도 필요하지 않고, 고가의 장비와 부수적인 열처리 과정 없이 나노초 레이저(nanosecond laser) 장비 하나만으로 코팅할 수 있다. 그 뿐만 아니라 현재 임상에서 사용되고 있는 소수의 인공뼈 코팅 기법들보다 더 강한 결합력을 갖는 코팅층을 형성할 수 있다. 또한, 이 공정을 사용할 경우에 금속 표면뿐만 아니라 기존의 공정으로는 구현하지 못하였던 정형외과용 플라스틱 임플란트 등 고분자 소재 표면에도 강한 코팅을 구현할 수 있는 장점이 있다. 전호정 박사팀은 공정 단계와 시간을 단축 하면서도 강력한 코팅을 구현하기 위해, 뼈의 주 성분인 칼슘과 인으로 이루어진 용액 속에 코팅 하고자 하는 재료를 위치시키고 레이저를 조사하는 방법을 사용했다. 이때 레이저의 초점 영역에 국소적으로 온도가 증가하면서 칼슘과 인 성분이 반응하여 세라믹 인공뼈(하이드록시아파타이트)가 합성되고 동시에 코팅층이 형성되었다. 이 방법은 기존의 코팅법들이 재료 표면에 코팅 하고자 하는 성분을 쌓아 올리는 방식과는 다르게, 레이저에 의해 인공뼈 성분의 합성이 일어나면서 동시에 재료의 표면이 녹는점 이상으로 가열되어 녹은 후 합성된 채로 다시 굳기 때문에 코팅 결합력을 극도로 증가시킬 수 있었다. KIST 전호정 박사는 “나노초레이저를 이용한 하이드록시아파타이트 코팅 기법은 현재 생체재료로 많이 사용되고 있는 티타늄, PEEK와 같은 생체비활성 소재의 표면을 간단한 방법으로 생체활성화 시킬 수 있는 기술로, 골융합을 필요로하는 다양한 의료기기로 확대 적용이 가능하게 하는 게임 체인저 역할을 할 수 있을 것으로 기대된다.”고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영) 지원으로 KIST 주요사업과 한국연구재단 중견연구자지원사업으로 수행되었으며, 이번 연구결과는 기능성 재료 분야 국제 저널인 ‘Advanced Functional Materials’ (IF: 16.836, JCR 분야 상위 3.981%) 최신 호에 게재되었다. * (논문명) Robust hydroxyapatite coating by laser-induced hydrothermal synthesis - (제 1저자) 한국과학기술연구원 엄승훈 학생연구원 - (제 1저자) 한국과학기술연구원 정용우 학생연구원(現, LASERVAL) - (교신저자) 한국과학기술연구원 전호정 책임연구원 <그림설명> [그림 1] KIST 연구진이 레이저를 이용하여 인골 뼈를 세계 최고속 수준으로 구현한 방법과 이로 인해 형성된 코팅층의 구조를 보여주는 모식도 [그림 2] 레이저를 이용한 인공뼈의 합성과 코팅이 동시에 일어나는 원리를 나타낸 모식도 [그림 3] 코팅 방법에 따른 인공뼈 코팅 강도 비교표

- 해마 속 과립세포의 위치정보를 기억하는 장소세포가 공간을 기억하도록 변화 - 해마의 역할을 이해함으로써, 기억 관련 네트워크 모델링 해마 손상 관련 뇌질환 이해 새로운 도시를 방문하면 모든 게 낯설게 느껴지고 건물들과 주변 지표들을 확인해가며 길을 잃지 않도록 신경을 쓰게 된다. 하지만 점차 익숙해지면 주변 지표들을 굳이 일일이 확인하지 않아도 길을 헤매는 일은 없어진다. 이런 학습을 통한 공간 기억이 생기는 원리를 국내 연구진이 밝혔다. 뇌의 영역 중 해마는 주변 환경과 자신의 위치 정보를 제공하며 새로운 사실을 학습하고 기억하는 기능을 하는 중요한 기관이다. 알츠하이머와 같은 뇌질환이 진행될 때 가장 먼저 손상되는 곳이기도 하다. 세포의 활동을 통해 위치를 인지할 수 있는 장소 세포 발견 이후 뇌의 위치추적 메커니즘이 점차 규명되었으며 공간의 탐색과 기억에 대한 많은 연구들이 발표되었다. 하지만 공간에 익숙해지면서 기억하게 되는 장소 세포가 어떻게 생성 되며 변화 하는지는 밝혀지지 않았었다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진)은 뇌과학운영단 세바스쳔 로열 박사팀이 해마 속 과립세포가 이끼세포 등 다양한 신경 네트워크를 통해 장소를 학습하게 되는 원리를 규명했다고 밝혔다. KIST 세바스쳔 로열 박사팀은 해마의 장소 정보 입력이 시작되는 부위로 알려진 치아이랑의 뇌 세포를 관찰하여 새로운 환경을 학습하면서 장소 세포가 생성되는 과정을 연구 하였다. 공간훈련장치인 트레드밀에서 실험용 생쥐를 27일 동안 훈련하며 치아이랑을 구성하는 뇌세포인 이끼세포와 과립세포의 변화를 관찰하였다. 장소를 기억하는 여러 특성을 갖고 있는 과립세포를 관찰한 결과, 새로운 공간에 놓였을 때 과립세포 내에 존재하는 장소세포는 사물의 위치 정보를 나타내거나 일정한 간격의 거리의 정보를 나타냈다. 점차 공간에 익숙해지고 학습된 후에는 사물의 위치 정보와 거리 정보를 나타내는 세포들은 소멸되고 특정 장소를 나타내는 장소세포들이 점차 늘어났다. KIST 연구진은 이러한 학습에 따른 점진적 세포 활동의 변화를 신경망 모델중 하나인 경쟁학습 모델을 통해 재현하였고, 이끼세포 또한 과립세포와 상호작용을 통해 장소 기억에 관여함을 밝혔다. 이끼세포 자신은 공간 학습에 따른 큰 변화는 없었지만 이끼세포의 활동이 과립세포가 사물 위치 정보에서 공간의 위치기억으로 변화하는데 큰 역할을 한다고 밝혔다. KIST 세바스쳔 로열 박사는 “해마의 역할을 이해하는데 크게 공헌함으로써 인공지능 기반의 신경공학에 기여할 뿐 아니라 기억 상실, 알츠하이머, 인지장애와 같은 해마의 손상과 관련된 뇌질환을 이해하고 치료 예방하는데 새로운 방향을 제시할 수 있을 것이다.”라고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영) 지원으로 KIST 주요사업으로 수행되었으며, 연구결과는 ‘Nature Communications’ (IF: 12.12, JCR 분야 상위 7.75%) 최신호에 게재되었다. * (논문명) Place cell maps slowly develop via competitive learning and conjunctive coding in the dentate gyrus - (제 1저자) 한국과학기술연구원 김소연 박사후연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 세바스쳔 로열 <그림설명> [그림1] 트레드밀 학습 중 세포 활동 기록 [그림2] 트레드밀 학습을 위한 컴퓨터 모델

- 집속 초음파 기술에서 주변 조직을 파괴하는 2차 미세 기포 생성 원리 규명 - 타겟 생체 조직만을 정밀하게 제거할 수 있는 기반 마련 초음파 에너지를 신체 내 원하는 타겟 위치에 모아 고열을 발생 시키면 외과적 수술 없이 조직을 태워 괴사 시킬 수 있다. 현재 이러한 방법은 자궁근종, 전립선비대증, 전립선암, 전이성 골종양 등에서 종양을 열을 이용해 파괴하는 치료 방법으로 임상에서 다양하게 사용되고 있다. 하지만 고열을 통해 조직을 태우다보니 열확산 현상에 의해서 종양 주변 조직까지도 태울 수 있는 문제가 있다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진)은 바이오닉스연구센터 박기주 박사팀은 2019년에 기존 초음파 기술보다 수십 배 더 강력한 수십 메가파스칼(MPa)의 음향 압력 세기를 갖는 초음파, 즉 고강도 집속초음파를 이용하면 열에 의한 신체의 손상없이 칼로 자른 듯 종양을 깨끗하게 파괴할 수 있음을 확인하고, 그 원리를 밝혀낸 바 있다.(※Ultrasonics Sonochemistry. 2019, 53, 164-177) 열을 이용하지 않고 물리적으로 조직을 파괴하는 이 기술에서 강력한 초음파를 받은 목표 지점에는 수증기 기포가 생겨나는데, 발생되는 1차 기포의 운동에너지에 의해서 목표한 종양 조직을 물리적으로 파괴할 수 있다. 하지만 목표 지점뿐만이 아니라 그 주변에서도 순차적으로 주변에 2차로 여러 미세 기포들이 동시 다발적으로 생성되어 원치 않는 부위까지 파괴될 수 있어 이들의 생성 원인을 파악하고 발생 위치를 정확히 예측해야 할 필요가 있었다. KIST 연구팀은 후속연구를 통해 집속초음파를 이용하여 종양조직을 제거 할 때 생성되는 2차 미세 기포의 발생 원리를 밝히기 위해 수학 모델을 개발 하고, 초음파에 의해 생긴 1차 수증기 기포가 초음파 진행에 미치는 영향을 연구했다. 그 결과, 수증기 기포에 의해서 전방위로 퍼져나가는 초음파와 지속적으로 입사되는 집속 초음파의 간섭이 그 원인이고 간섭되는 범위에서 2차 기포가 발생한다는 사실을 밝혀냈다. 초고속카메라를 이용하여 촬영한 결과와 비교하였더니, 초음파가 간섭되는 범위와 2차 미세기포가 실제 생성되는 위치가 일치하는 것을 확인하였다. 이 연구 결과는 2차 미세 기포가 생성되는 원리를 설명 하는 것뿐만 아니라, 그 범위를 예측함으로써 보다 안전하게 타겟 조직만을 정밀하게 제거 할 수 있는 가능성을 제시하였다. KIST 박기주 박사는 “이번 연구는 초음파 초점에서 수증기 기포 발생 후에 초음파 산란효과에 의해서 미세 기포들이 순차적으로 생성된다는 것을 규명한 것으로, 개발된 수학 모델을 이용하면 기포의 발생 위치 및 파괴되는 종양 조직의 범위를 사전에 예측 하는 것이 가능할 전망이다.”라고 말하며, “개발하고 있는 초음파 기술이 외과적인 수술 없이 종양조직만의 물리적 파쇄가 가능한 초정밀 집속 초음파 수술 기술로 발전되어 향후 임상에서 적용되길 기대한다.”라고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영) 지원으로 KIST 주요사업 및 국가과학기술연구회 창의형융합연구사업 지원으로 수행되었으며, 연구결과는 음향(Acoustics) 분야 권위지인 ‘Ultrasonics Sonochemistry’ (IF: 6.513, JCR 분야 상위 1.562%) 최신호에 게재되었다. * (논문명) The interaction of shockwaves with a vapour bubble in boiling histotripsy: The shock scattering effect - (제 1저자, 교신저자) 한국과학기술연구원 박기주 선임연구원 <그림설명> [그림1] 고강도 집속초음파 기반 생체조직 파쇄 기술 개념도 [그림2] 2차 미세기포 생성 메커니즘 및 그 형상