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Research Highlights
- 기계 조동우 교수팀, 신장 출혈과 회복 돕는 지혈 밴드, 해답은 신장에 있었다
- [POSTECH·대구한의대, 신장 유래 기질로 신장 지혈과 회복 돕는 소재 개발]
기계공학과 조동우 교수, 융합대학원 시스템생명공학부 통합과정 김재윤 씨, 기계공학과 박사과정 Tugce Sen(투우체 센) 씨 연구팀은 최근 대구한의대 반려동물보건학과 이재연 교수팀과의 연구를 통해 신장 내 출혈 부위를 빠르게 지혈하고, 창상 회복도 돕는 소재를 개발했다. 이 연구는 생체재료 분야 국제 학술지 ‘바이오머티리얼즈(Biomaterials)’ 온라인판에 게재됐다.
신장은 노폐물 제거와 혈압 조절 등 여러 기능을 수행하는 중요한 장기다. 자각 증상이 없어 침묵의 장기로 불리지만 신장에 생긴 종양을 조기에 발견하는 경우 부분 신장 절제술로 이를 제거할 수 있다. 그런데, 수술 도중 과다 출혈과 감염, 조직 손상과 같은 합병증이 나타날 수 있으며, 신장 기능 저하와 고혈압 등 만성 질환이 발생할 가능성이 커 수술 치료와 회복에 어려움이 많았다.
연구팀은 이번 연구에서 신장용 지혈 소재를 제작하기 위해 신장에서 유래한 탈세포화 세포외기질(이하 dECM*1)을 사용했다. dECM은 실제 몸속의 단백질과 인자들을 포함하고 있어 고유한 미세환경을 잘 재현하고, 생체적합성도 비교적 매우 높다. 이러한 강점으로 조직공학 분야에서는 인공장기를 제작하거나 여러 조직을 복구하는 등 다양한 연구에서 널리 사용되고 있다.
먼저, 연구팀은 신장에서 유래한 dECM의 조성을 분석해 그 내부에 지혈 관여 인자들이 존재함을 확인했다. 그리고, 신장 유래 dECM에 화학적 가교제를 섞어 다공성 구조의 스펀지 소재인 ‘크라이오겔(Cryogel)’을 만드는 데 성공했다.
연구팀의 겔은 표면적이 매우 큰 다공성 구조로 이루어져 혈액을 잘 흡수했다. 그리고, 이 겔을 적용한 동물 실험에서도 부분 신장 절제술 4주 후 조직 손상과 괴사 면적이 대조군 및 기존 젤라틴(gelatin) 스펀지에 비해 최대 3배 더 적었다. 또, 연구팀은 신장용 겔을 만드는 과정에서 가교제 농도에 따라 생...
2024-04-25
- 생명 김종경 교수팀, 비만으로 인한 염증과 대사기능 장애, 세포 단위로 낱낱이 파헤치다
- [POSTECH·서울대·연세대·美WSU·부산대, 지방조직 염증반응 조절 메커니즘 밝혀]
최근 생명과학과 김종경 교수 · 통합과정 정유진 씨 연구팀이 서울대 약대 이윤희 교수 · 최철준 씨, 연세대 의대 현영민 교수 · 박경민 씨, 미국 웨인 주립대(WSU) 그라네만(Granneman) 교수팀, 부산대 약대 정영석 교수팀과의 공동 연구를 통해 비만으로 인한 조직 내 염증과 대사기능 이상을 조절하는 메커니즘을 밝히는 데 성공했다. 이번 연구는 최근 국제 학술지 중 하나인 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)’에 게재됐다.
세계보건기구(WHO)에 따르면 2022년 기준 세계 비만 인구는 전체 인구 중 약 16%다. 비만은 전 세계적으로 빠르게 증가하고 있는 질환 중 하나이며, 당뇨와 고혈압, 동맥경화 등 여러 대사질환의 주요 원인으로 꾸준하게 지목되고 있다.
영양분을 과다하게 섭취하는 경우 지방조직 안으로 다양한 종류의 대식세포*1가 유입되는데, 그중에는 조직 내 사멸한 세포를 제거하며, 조직 항상성을 유지하는 대식세포가 있는 반면, 염증반응을 유발하는 염증성 대식세포도 존재한다. 비만 환자의 경우, 이러한 염증성 대식세포가 빠르게 증가해 염증반응과 대사기능에 심각한 문제가 발생했다.
연구팀은 동물실험과 단일핵 전사체 분석, 생체 이미징 등을 활용해 염증을 일으키는 대식세포에서 선택적으로 발현되는 단백질인 TM4SF19를 분석했다.
실험 결과, 고지방식이를 한 동물 모델의 지방조직에서 TM4SF19가 증가했다. 연구팀은 이 단백질이 각종 가수분해 효소를 포함하고 있는 리소좀(lysosome)*2의 펌프(V-ATPase*3)를 막아 리소좀의 pH 조절에 관여해 대식세포가 수명을 다한 지방세포를 제거하는 포식 메커니즘이 제한된다는 사실을 처음으로 밝혔다.
또한, 반대로 TM4SF19가 없는 대식세포의 경우 사멸한 지방세포를 훨씬 더 잘 제거해 고지방식이로 인한 체중증가를 막고, 조직 염증반응과 인슐린 저항...
2024-04-24
- 반도체 20년 난제 해결한 POSTECH 노용영 교수, 세계 최고 학술지 Nature 논문 게재
- [텔루륨-셀레늄 복합 산화물로 고성능 비정질 p형 산화물 반도체 개발 성공]
화학공학과 노용영 교수 · Ao Liu(아오 리우) 박사(포항공과대학교 박사후 연구원, 現 중국 전자과기대 교수), Huihui zhu(휘휘 주) 박사(포항공과대학교 박사후 연구원, 現 중국 전자과기대 교수) 연구팀은 한국표준과학연구원 김용성 박사, 포항가속기연구소 김민규 박사와의 공동 연구를 통해 텔루륨(Tellurium)-셀레늄(Selenium) 복합 산화물 반도체 소재를 개발하고, 고성능 · 고안정성 p형 박막 트랜지스터(이하 TFT*1) 구현에 성공했다. 이 연구는 과학 분야 세계 최고 학술지인 ‘Nature(네이처)’에 현지 시간으로 지난 10일 온라인 게재됐다.
휴대폰과 PC, 자동차 등 사람들이 사용하는 거의 모든 전자기기에는 반도체가 사용된다. 반도체는 크게 결정질(crystalline)과 비정질(amorphous) 반도체로 나눌 수 있는데, 결정질 반도체가 원자나 분자가 규칙적으로 배열된 구조를 가진 반면, 비정질 반도체는 그렇지 않다. 그로 인해, 비정질 반도체는 제작 공정이 단순하고 비용도 저렴하다는 장점이 있지만 결정질 반도체에 비해 전기적 성능이 떨어졌다.
특히, 그중에서도 p형 비정질 반도체*2에 대한 연구는 상당히 더딘 편이다. n형 비정질 반도체*3는 인듐갈륨아연산화물(이하 IGZO)을 기반으로 OLED 디스플레이 분야 및 메모리 분야에서 널리 사용되고 있지만 p형 소재들은 아직 내재적인 결함이 많아 전자기기와 집적 회로의 핵심인 n-p형 상보성 양극성 반도체(CMOS*4) 발전에 제동이 걸린 상황이다. 학계에서도 20년 동안 성과가 나오지 않다 보니 고성능 비정질 p형 반도체 소자 개발은 거의 불가능한 도전으로 여겨졌다.
그런데, 노용영 교수 연구팀이 이 ‘불가능’을 ‘가능’으로 바꿨다.
연구팀은 이번 연구에서 산소가 부족한 상황에서 희토류 금속인 텔루륨 산화물의 전하량이 높아진다는 현상을 밝혀냈다. 이는 산소가 부분적으로 결...
2024-04-23
- 화공 김진곤 교수팀, 고무처럼 죽죽 늘어나는 에너지 저장 소자, 레이저 기술로 완성하다
- [POSTECH · 한국생산기술연구원, 레이저 기술로 신축성 에너지 저장 소자 개발]
화학공학과 김진곤 교수 · 김건우 박사, 한국생산기술연구원(KITECH) 양찬우 박사 · 박성주 석사 공동 연구팀은 신축성이 우수한 소형 에너지 저장 소자를 개발하는 데 성공했다. 이번 연구는 전자 공학 분야 세계적인 학술지인 ‘npj 플렉시블 일렉트로닉스(npj Flexible Electronics)’에 게재됐다.
폴더블 (foldable)과 롤러블 (rollable)을 넘어, 이제 스트레쳐블 (stretchable) IT 기기를 사용하는 시대가 오고 있어 부피가 작으면서 신축성을 가진 에너지 저장 소자의 개발은 불가피하다. 이러한 목적으로 마이크로 슈퍼커패시터*1 (micro supercapacitor, 이하 MSC)가 이러한 전자 기기를 구동하는 에너지 공급원으로 각광 받고 있다. 그러나, 현재까지는 MSC 집전체에 고체 금속인 금(Au)을 사용해야 하기 때문에 변형이 아주 제한되어 있다. 한편, 매우 높은 전도성을 가지면서 액체의 특성으로 인해 변형이 용이한 갈륨-인듐 합금 액체 금속 (EGaIn)을 MSC 집전체로 이용할 수 있지만, EGaIn의 액체 특성으로 인하여 정밀한 집전체 패턴 제작이 매우 어려운 한계점이 있다. 본 연구팀은 레이저의 강한 에너지를 이용하여 EGaIn을 손쉽고 정밀하게 패턴화 하여 MSC의 집전체로 성공적으로 적용하였다.
이렇게 제작된 MSC는 1,000번 이상 자유자재로 늘이고 줄여도 에너지 저장 성능이 변하지 않았다. 또한, 이 소자는 비틀거나 접거나 구겨도 안정적인 에너지 공급이 가능하다는 것을 보여주었다.
김진곤 교수는 “레이저 기술은 정밀한 작업이 가능하면서 공정 속도도 매우 빨라 신축성이 우수한 에너지 저장 소자를 개발하고 상용화에 할 수 있을 것으로 판단한다”고 전했다.
한편, 이 연구는 과학기술정보통신부 창의후속연구사업, 한국생산기술연구원의 제품생산 유연성 확보를 위한 뿌리공정기술 개발사업의 지원...
2024-04-19
- 화학 황승준 교수팀, 4전자 산화환원 활성 가능한 친환경 촉매 개발
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화학과 황승준 교수 연구팀이 주족원소*1인 인(P)을 기반으로 한 촉매*2의 리간드*3 협동 반응성을 통해 4전자 산화환원 촉매 시스템을 구현했다고 밝혔다.
화학반응에서의 가용 전자 수는 반응 메커니즘과 생성물을 좌우하는 중요한 요소이다. 전자 수가 많을수록 화합물을 만들기에 유용한데, 여기에는 반응을 매개할 수 있는 촉매가 꼭 필요하다. 현재 널리 이용되고 있는 전이금속*4 기반 촉매는 지각 내 매장량이 적고 독성이 있어, 양적으로 풍부한 원소를 기반으로 한 친환경적이면서도 안전한 촉매 개발이 필요한 실정이다.
연구팀은 전이금속 대신 매장량이 많고 친환경적인 주족원소 인(P)을 활용, ‘기하구조 변형’과 ‘인-리간드 산화환원 협동과정’ 등 두 가지 핵심 전략을 사용해 4전자 산화환원 반응*5을 구현했다. 기존 연구에 따르면 주족원소 화합물의 경우 기하구조를 평면 형태로 바꾸면 원자간 상호작용 변화로 인해 전이금속과 유사한 반응성을 나타낼 수 있음이 밝혀진 바 있다.
이에 연구팀은 먼저 기존의 2전자 산화환원 반응성인 화합물의 기하구조를 평면화해 반응성을 높였다. 여기에 전자를 저장할 수 있는 산화환원 활성 리간드를 도입해 전자적 교류가 가능한 형태의 촉매를 설계함으로써, 추가적인 2전자를 리간드로부터 받아와 총 4전자 산화환원 반응을 구현해 낼 수 있었다. 연구팀 설명에 따르면 현재까지 균일계 촉매*6 시스템에서 단일 원소 중심의 4전자 산화환원 반응은 보고된 바가 거의 없다.
따라서 본 연구에서 구현한 4전자 산화환원 반응성에 대한 새로운 접근법은 기존에 정체되어 있던 주족원소 촉매에서의 다전자 산화환원 반응 연구에 중요한 이정표가 될 것으로 기대된다.
연구를 주도한 황승준 교수는 “산소의 4전자 환원 반응은 연료전지의 핵심 반응으로, 에너지 변환 촉매로의 활용 가능성도 기대할 수 있다”며, “후속 연구를 통해 구체적인 구조분석을 진행할 계획”이라고 말했다.
과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 신진연구(우...
2024-04-18
