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Research Highlights
- 신소재/IT융합 정성준 교수팀, 진공 속 한 방울의 과학, 디스플레이의 미래를 그리다
- [POSTECH · 삼성디스플레이, 진공도에 따른 고분자 액적 건조 거동 메커니즘 규명]
신소재공학과 정성준 교수, 김성주 박사 연구팀은 삼성디스플레이 강동진 박사와의 공동 연구를 통해 진공에서의 고분자 액적(방울) 증발 메커니즘 규명에 성공했다. 이 연구는 차세대 고품질 디스플레이 생산을 위한 발판을 마련했다는 평가를 받으며 국제 학술지인 ‘어드밴스드 사이언스(Advanced Science)’ 온라인판에 최근 게재됐다.
스마트폰, 컴퓨터, 태블릿 등 전자기기 핵심 부품인 디스플레이 산업 경쟁이 날로 치열해지고 있다. 최근에는 고분자를 용액 상태로 만든 다음 건조시켜 박막 형태의 디스플레이를 생산하는 ‘고분자 용액 공정’이 비용 절감과 대형화에 유리해 주목을 받고 있다. 공기 중의 불순물을 최소하하고, 고품질의 얇은 디스플레이를 빠르게 생산하려면 진공 상태에서 이 공정을 진행해야 하는데, 이에 대한 학문적 연구는 전무한 상황이다.
POSTECH 연구팀은 고속 카메라 촬영 기술을 이용해 진공 정도가 액적 건조에 미치는 영향을 분석했다. 그 결과, 일반적인 대기압 조건에서는 보지 못한 새로운 액적 증발 패턴이 나타났다. 액적은 ‘일정한 접촉 반경(Constant Contact Radius, CCR)’을 유지하며 건조되는 단계, 둥근 모양을 유지한 채 점점 크기가 줄어드는 ‘일정한 접촉각(Constant Contact Angle, CCA)’, 도토리처럼 윗부분이 뾰족해지며 크기가 작아지는 ‘증가하는 접촉각(Constant Contact Angle, ICA), 테이프가 붙었다가 떨어지듯 액적의 테두리가 이동하는 ‘스틱 앤 슬립(Stick & Slip)’ 모드 등 네 가지 뚜렷한 건조 단계를 보였다.
이를 바탕으로 연구팀은 방울 주변의 압력 변화가 액적 내부 분자 확산과 표면 장력에 영향을 미쳐 박막 균일성까지 결정짓는다는 사실을 밝혀냈다. 또한, 가장 균일한 박막을 생산하기 위한 최적의 진공 조건을 찾아내어 매우 빠른 속도로 정밀하게 박...
2025-02-10
- 3D 바이오프린팅으로 만든 위암 모델, 환자 맞춤형 항암치료의 새 시대 열까
- [POSTECH · 美 잭슨랩, 위암 환자 약물 반응성 평가 및 예측하는 체외 플랫폼 개발]
기계공학과·생명과학과·IT융합공학과·융합대학원 장진아 교수 연구팀이 미국 잭슨랩 유전체의학연구소(The Jackson Laboratory for Genomic Medicine) 찰스 리(Charles Lee) 교수 연구팀과의 공동 연구를 통해 암 환자의 약물 반응을 정확하게 예측할 수 있는 3D 위암 모델 개발에 성공했다. 이번 연구는 환자 조직의 특성을 유지하면서 각 환자에 따른 약물 반응을 평가하고, 예측할 가능성을 제시하며, 국제 학술지인 ‘어드밴스드 사이언스(Advanced Science)’에 최근 게재됐다.
암 치료의 가장 큰 난제는 ‘종양의 이질성’이다. 마치 동일한 레시피로 요리해도 맛이 다르게 나오는 것처럼 같은 암이라도 환자마다 종양의 특성이 달라 약물에 대해 전혀 다른 반응을 보인다. 현재까지는 암 조직을 동물 모델에 이식하여 약물 반응을 관찰하는 PDX*1 모델이나 암세포 유전자를 분석해 약물의 효과를 예측하는 방법이 주로 사용됐다. 하지만 이 방법들은 시간과 비용이 많이 들고, 모든 환자에게 적용하기에는 한계가 있었다.
POSTECH·잭슨랩 유전체의학연구소 연구팀은 이러한 한계를 극복하기 위해 3D 바이오프린팅 기술을 이용했다. 연구팀은 환자의 위암 조직 조각, 위에서 유래한 탈세포화 세포외기질(ECM)*2 하이드로젤로 바이오잉크를 만들어 암세포와 주변 조직(간질세포) 사이의 상호작용을 재현했다. 또, 여기에 위 섬유아세포*3를 함께 배양해 종양을 둘러싼 미세환경을 더욱 정교하게 구현했다.
연구팀의 3D 위암 모델은 환자 고유의 위 조직 특성을 유지하면서 기존 PDX 모델에 비해 암의 발생과 성장, 약물 반응 관련 유전자 발현 패턴이 실제 환자와 유사했으며, 항암제 효과 및 예후 예측 실험에서 높은 정확성을 보였다. 특히, 이 모델은 조직을 채취한 후 2주 이내에 신속한 평가가 가능하다는 장점이 있다.
장진아 교수는...
2025-02-07
- 환경 이형주 교수팀, 기후 변화가 키운 보이지 않는 적, 오존의 역습
- [POSTECH, 기후 변화에 따른 기상 조건의 변화가 오존 농도 추세에 미친 영향 규명]
최근 환경공학부 이형주 교수, 통합과정 신민영 씨 연구팀이 오존 농도와 초과 일수에 기상 조건 변화가 미치는 영향을 분석하여 기후 변화가 오존 대기오염에 미치는 영향을 명확히 밝혀냈다. 이 연구는 환경 및 화학 분야 국제 학술지인 ‘케모스피어(Chemosphere)’에 게재됐다.
오존(O₃)은 대기 중에서 눈에 보이지 않는 가스이지만, 호흡기와 심혈관 건강을 위협하는 대표적인 오염물질이다. 주로 차량 배기가스와 공장에서 배출된 오염물질이 햇빛과 반응해 생성되며 국내 오존 농도는 수십 년 꾸준히 증가해왔다. 하지만 단순히 배출량 증가만으로는 이 현상을 설명할 수 없다. 오존 농도는 기온, 습도, 바람 속도 등 기상 조건의 영향을 크게 받기 때문이다.
POSTECH 연구팀은 ‘기상 조건 변화가 오존 농도에 미치는 영향’을 분석하기 위한 실험을 설계했다. 2001년부터 2019년까지 서울 25개 구에서 수집된 20여 년간의 데이터를 분석한 결과 기온 상승 등 기상 조건의 변화로 인해 평균적인 오존 농도가 1.6ppb(ppb, 10억분의 1) 증가한 것으로 나타났다.
또한, 기상 조건 변화는 오존 초과 일수의 발생 패턴에도 변화를 불러왔다. 초과 일수의 첫 발생일은 평균적으로 매년 2.7일 빨라졌다. 마지막 발생일은 2.3일 늦어지면서 초과 일수 발생 기간이 89일 늘어났으며, 초과 일수의 발생 확률은 3.8년 더 빨리 증가했다.
일반적으로 오존의 농도는 무더운 여름철에 주로 문제가 된다고 알려져 있으나, 연구에 따르면 봄과 가을에도 오존 농도가 크게 증가할 수 있으며 이는 일상적인 건강 관리에 큰 영향을 미칠 수 있다.
이형주 교수는 “지금까지 오존 대기오염은 여름철 문제로 인식됐으나 봄과 가을에도 오존 대기오염의 위험이 존재하며, 기후 변화로 대기질 관리가 더 어려워질 것”이라며 “오존 농도 증가를 가속하는 기후 변화에 대응하기 위해 선...
2025-02-07
- 화학/융합 김원종 교수팀, 트로이 목마, 암세포 안에 항체 공장 짓다
- [POSTECH, 종양 내에서 항체 생산하고 폭발적으로 방출하는 항암 치료법 개발]
‘트로이의 목마’는 적진 한가운데로 은밀하게 침투해 내부에서 적을 무너뜨리는 전략으로 유명하다. POSTECH(포항공과대학교) 연구팀이 이와 같은 전략을 활용해 종양 내에 ‘항체 공장’을 짓고, 이를 통해 암을 치료하는 혁신적인 방법을 찾았다.
‘면역관문(Immune Checkpoints)’은 T세포(면역세포)가 정상적인 세포와 암세포를 구별할 수 있도록 돕는 단백질이다. 하지만 암세포가 이를 악용해 T세포의 공격을 회피하기도 한다. 따라서 암세포의 방어 메커니즘을 차단하고, T세포가 암세포를 효과적으로 공격하도록 유도해야 하는데, 이것이 바로 ‘면역관문 억제 치료’다. 이 치료법은 최근 흑색종과 폐암 등 다양한 암에서 효과를 보였지만 일부 암에서는 T세포가 종양에 침투하지 못하거나 종양 주변의 환경이 면역세포를 억제해 치료 효과가 제한되는 문제가 있었다.
화학과·융합대학원 김원종 교수 연구팀은 이와 같은 한계를 극복하기 위해 종양 내부에서 항체를 직접 생산하고 방출하는 ‘CAPRN(Controlled Antibody Production and Releasing Nanoparticle)‘이라는 나노입자 플랫폼을 개발했다.
CAPRN은 종양이 위치한 약산성 환경에서 활성화되도록 설계된 나노입자다. 이 입자는 종양 세포에 항체를 생성할 수 있는 유전자를 전달해 종양 세포가 스스로 항체를 생산하게 만든다. 즉, 종양 자체를 면역 반응을 촉진하는 ’항체 공장‘으로 탈바꿈시켜 암세포와의 싸움을 종양 내부에서 시작하게 하는 것이다.
여기에 더해 CAPRN 안에는 광감응제가 포함되어 있어 특정 파장 빛에 반응해 활성산소를 생성하며 종양 세포를 사멸시킨다. 이 과정에서 종양 세포의 내부에 축적된 항체가 방출되고, 이 항체는 주변의 T세포를 자극해 면역 반응을 더욱 강화한다. ’항체 생산과 방출‘, ’활성산소를 통한 종양 제거‘라는 이중 메커니즘을 통해 면역 반응을...
2025-02-05
- 기계/화공/전자/융합 노준석 교수팀, 빛의 노이즈 잡고 평면 광학의 한계를 넘다
- [POSTECH 노준석 교수팀, 극자외선부터 마이크로파까지 전 파장에 적용가능한 다차원 샘플링 이론 발표]
기계공학과·화학공학과·전자전기공학과·융합대학원 노준석 교수, 기계공학과 통합과정 김석우 씨, 김주훈 씨, 김경태 씨, 정민수 씨 연구팀이 평면 광학 기술의 한계를 극복할 새로운 설계 방법을 발표했다. 이 연구는 기존 메타표면 기술에서 사용되던 샘플링 이론의 한계를 규명하고, 성능을 크게 향상시킬 수 있는 다차원 샘플링 이론을 제시했다. 이번 연구 결과는 국제 학술지 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)에 게재됐다.
평면 광학 기술은 얇은 평면에 나노/마이크로 수준의 구조체를 패터닝하여 빛을 자유롭게 제어할 수 있는 기술이다. 기존의 광학 기술은 부피가 크고 무거운 렌즈나 거울을 사용하여 빛의 경로를 조정하기 때문에 스마트폰 카메라의 돌출 (‘카툭튀’ 현상)이나 AR/VR 기기의 소형화에 제약이 있었다. 그러나 평면 광학 기술을 활용하면 수백 나노미터 두께로도 빛을 제어할 수 있어 초소형 기능성 광학 디바이스 구현이 가능하다.
평면 광학 기술을 활용한 가장 혁신적인 소자인 메타표면은 수억 개의 나노 구조체 배열을 통해 빛의 위상 분포를 샘플링함으로써 렌즈부터 홀로그램까지 다양한 기능을 수행할 수 있다. 여기서 샘플링이란 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 과정이다. 예시로 인간의 뇌는 샘플링을 통해 시각정보를 처리한다. 예를 들어 동영상을 시청할 때, 인간의 뇌는 빠르게 여러 장의 장면들을 인식, 즉, 이미지 샘플링을 통해 시각적인 정보를 인식한다. 샘플링은 범용적으로 쓰이는 기술이지만 문제점을 가지고 있다. 만약 너무 느리게 샘플링이 이루어지면 왜곡 현상이 발생할 수 있다. 대표적인 예로 ‘Wagon-wheel 효과’는 영화나 동영상에서 수레바퀴가 실제로는 앞으로 회전하고 있지만, 샘플링 속도 (프레임 속도)가 회전 속도를 충분히 따라가지 못하면 느리게 회전하거나 멈춰 있는 것처럼 보이는 현상이다. 이 에일리...
2025-02-04