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[줄기세포의 이동, 정착, 재생까지 제어하는 차세대 액티브 저비용 드레싱의 모식도] 아주대학교 김문석(응용화학과, 대학원 분자과학기술학과) 교수와 최상돈(첨단바이오융합대학, 대학원 분자과학기술학과) 교수 연구팀이 몸속 줄기세포의 이동부터 정착, 조직 재생까지 단계적으로 유도할 수 있는 '액티브 드레싱(Active Dressing)' 기반 플랫폼을 개발했다.이번 기술은 단순히 세포를 전달하는 수준을 넘어, 체내 미세 환경에서 줄기세포의 행동을 정밀하게 제어할 수 있는 새로운 재생 의공학 전략으로서의 가능성을 보여줬다.기존의 줄기세포 치료는 몸 밖에서 배양한 세포를 질환 치료에 직접 적용하는 방식을 주로 사용했다. 하지만 외부에서 배양된 줄기세포(외인성)의 질환 치료는 타인의 줄기세포 활용으로 인한 환자 거부감, 세포치료 안전성, 환자맞춤형 세포 생산의 어려움, 막대한 비용 발생의 문제점이 있다. 한편 몸 안에는 이미 내인성 줄기세포가 존재하며, 질환이 발생하면 *화학주성인자(Chemoattractant)를 통해 이를 질환 부위로 이동시켜 손상된 조직을 치료하는 자가재생치료 메커니즘이 존재하고 있다. 연구팀은 이런 외부 배양 줄기세포 활용 치료 한계를 극복하기 위해 먼저 화학주성인자 단백질(SDF1) 구조로부터 AI를 활용하여 화학주성인자(SDF1) 모방 액티브 펩타이드(SMP)를 발굴하였다. 이 펩타이드는 기존 SDF1 단백질 화학주성인자보다 몸 안에서 훨씬 안정적이며 생산 비용도 200분의 1 이하로 경제적이다. 또한 SMP 화학주성인자를 통해 몸안의 내인성 줄기세포를 질환 부위로 오랜 시간 동안 지속해서 이동시키기 위하여 **클릭 화학 기반 가교 반응을 활용한 히알루론산 드레싱을 설계했다. [이예진 제1저자 겸 아주대 대학원 분자과학기술학과 석사과정, 김문석 교수, 최상돈 교수] 이 드레싱은 생체에 안전한 히알루론산을 쉽고 정교하게 결합하는 '클릭 화학' 기술을 적용하여 드레싱으로 제조되었다. 상처 부위에서 SMP 화학주성인자 방출을 오랜 시간 유지시켜 내인성 줄기세포를 기존 방식 대비 약 10배 이상 많이 이동하도록 유도했다. 동물 실험 결과, 이 플랫폼은 외부에서 주입한 줄기세포뿐만 아니라 체내에 원래 존재하던 줄기세포까지 동시에 상처 부위로 유도하는 '줄기세포 이중 리크루팅(dual recruitment)' 효과를 보였다. 이를 통해 세포의 초기 유입과 장기적인 조직 재생 과정이 연속적으로 강화되어, 혈관 형성과 조직 구조 회복이 크게 향상된 것으로 나타났다. 또한 연구팀은 줄기세포 활성화-이동 및 혈관 형성의 특정 신호 전달 경로 규명을 통해 전체 재생 메커니즘을 규명했다. 이는 개발된 플랫폼이 단순한 드레싱 전달체를 넘어 조직 재생 과정을 체계적으로 설계할 수 있는 정교한 기술임을 입증한 것이다. 이번 기술은 향후 당뇨성 궤양이나 만성 창상 등 치료가 어려운 질환에 활용될 수 있으며, 정밀 제어 기반 재생 치료 기술의 새로운 방향을 제시할 것으로 기대된다. 연구는 한국연구재단의 '미래도전연구지원' 사업의 지원을 받아 수행됐으며, 이예진(분자과학기술학과 석사과정) 학생과 김영훈(분자과학기술학과) 석사가 제 1저자로 그리고 난치성 질환 치료제용 의료소재를 개발하는 (주)메디폴리머도 연구에 참여했다. 해당 연구 결과는 'SDF1 모방 펩타이드(SMP)가 함유된 클릭 가교 히알루론산 드레싱을 이용한 외인성 및 내인성 줄기세포의 시너지적 모집으로 상처 치유 촉진'이라는 제목으로 화학공학 분야의 국제 학술지인 <케미컬 엔지니어링 저널(Chemical Engineering Journal)> 4월호에 게재되었다.*화학주성인자(Chemoattractant) : 세포가 화학물질의 농도 기울기를 따라 이동하도록 유도하는 물질**클릭 가교 반응 : 클릭 가교 반응은 특정 작용기 간의 선택적, 빠른 반응성을 이용하여 물질 사슬을 서로 연결하는 방법으로 부산물이 거의 없으며, 높은 효율과 정밀한 구조 제어가 가능해 약물전달체 제조 반응 분야에서 주목받고 있음
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- 작성일2026-07-20
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- 안정성 우수한 차세대 친환경 배터리 '아연이온전지'의 수명 문제 해결 - 공정 간단해 실제 산업계 적용 기대 아주대학교 응용화학과 연구진이 배터리의 수명과 안정성을 동시에 높일 수 있는 새로운 기술을 개발하는 데 성공했다. 1분 이내의 간단한 공정만으로 배터리 성능을 획기적으로 개선할 수 있다는 점에서, 안전하게 오래 사용 가능한 차세대 배터리 개발에 중요한 전환점이 될 것으로 기대된다.윤태광 교수(응용화학과·대학원 분자과학기술학과) 공동 연구팀은 아연 금속 표면을 새롭게 설계하는 기술을 개발, 배터리 수명과 안정성을 크게 향상시키는데 성공했다고 밝혔다.이번 연구 성과는 '급속 마이크로파 식각 및 폴리도파민 보호를 통한 초단시간 아연 음극 표면 재구성 기반 장수명 수계 아연이온전지 구현(Second-Scale Surface Reconstruction of Zn Anodes via Rapid Microwave Etching Coupled With Polydopamine Protection for Practical Long-Life Aqueous Zinc-Ion Batteries)'이라는 제목의 논문으로 <어드밴스드 에너지 매터리얼즈(Advanced Energy Materials)>에 3월 게재됐다. 이번 연구에는 아주대 윤태광 교수(응용화학과·대학원 분자과학기술학과)와 이준우 교수(응용화학과·대학원 분자과학기술학과), 건국대 윤기로 교수(첨단융합공학부 재료공학과)가 함께 참여했다. 아주대 대학원 분자과학기술학과 석사과정의 이용균·김은서 학생은 제1저자로 함께 했다. 최근 전기차가 보편화되고 친환경 신재생 에너지에 대한 관심이 높아지면서, '에너지 저장장치(Energy Storage System, ESS)' 역시 주목을 받고 있다. 에너지 저장장치는 생산된 전력을 저장했다가 필요할 때 공급, 에너지 효율을 높일 수 있는 도구로 배터리(Battery) 역시 에너지 저장장치 중 하나다. 배터리 기술과 관련해서는 안전성과 자원 공급의 불안정성이 중요한 이슈로 떠오르고 있다. 현재 전기차와 스마트폰, 노트북 등에 널리 사용되고 있는 리튬이온전지(Li-ion Battery)는 가연성 유기 전해질을 사용하기 때문에 화재 위험이 있으며, 리튬(Li)이라는 금속이 특정 국가에 편중되어 있어 공급 불안정성이 존재한다. 윤태광 교수 공동 연구팀이 개발한 수계 아연이온전지(Zinc Aqueous Battery) 금속 전극 설계 모식도이에 비해 아연이온전지(Zinc Aqueous Battery)는 물 기반 전해질을 사용해 화재 위험이 낮고 안전성이 뛰어나다. 또한 아연이라는 자원이 비교적 풍부하고 저렴하다는 점에서, 아연이온전지는 차세대 친환경 배터리로 주목받고 있다. 하지만 반복적인 충전과 방전 과정에서 수명이 빠르게 감소하는 문제가 있어 이를 해결하는 기술의 개발이 중요한 과제로 여겨져 왔다.연구팀은 배터리 성능을 떨어뜨리는 원인에 주목, 아연 배터리의 경우 충전과 방전을 반복할 때 금속이 뾰족하게 자라나는 '덴드라이트(Dendrite)' 현상과 물과의 반응으로 생기는 부반응 때문에 수명이 짧아진다는 점을 발견했다. 이러한 문제를 해결하기 위해 연구팀은 두 가지 아이디어를 결합했다. 먼저 전자레인지 등의 작동에 활용되는 전자기파(마이크로파)를 이용해 아연 표면을 단 1분 만에 미세한 구멍 구조로 만들었다. 이 구조는 전류가 고르게 흐르도록 도와 금속이 한쪽으로 뾰족하게 자라는 것을 막는다. 여기에 더해, 홍합 접착 성분에서 착안한 '폴리도파민(polydopamine, PDA)'이라는 얇은 보호막을 입혀 물과의 불필요한 반응을 줄였다. 즉 '구조를 바꾸고 보호막을 씌우는 방식'으로 배터리를 안정화한 것.연구팀의 새로운 방식을 적용한 배터리는 실제로 기존보다 훨씬 안정적인 성능을 보였다. 높은 출력 조건에서도 500시간 이상 안정적으로 작동했으며, 1500번 이상 충전과 방전을 반복한 뒤에도 약 70% 이상의 성능을 유지했다. 연구팀의 새로운 기술은 또한 복잡한 장비나 공정이 필요하지 않고, 짧은 시간 안에 제작할 수 있어 실제 산업 현장에서의 적용 가능성도 높다. 연구팀은 실제 이 기술을 적용한 배터리로 소형 전자기기를 구동하는 데도 성공했다.이번 연구는 단순히 배터리의 성능을 높인 것을 넘어, 안전하고 오래 사용할 수 있는 배터리를 만드는 새로운 방법을 제시했다는 점에서 의미가 크다. 이에 앞으로 전기차나 에너지저장장치(ESS) 등 다양한 분야에 활용될 수 있을 것으로 기대된다. 윤태광 교수는 "이번 연구를 통해 배터리 사용 시 가장 문제가 되어 왔던 수명과 안정성 이슈를 동시에 개선해냈다"며 "간단한 공정으로 우수한 성능을 구현할 수 있어 실제 적용 가능성도 높다"라고 설명했다.이번 연구는 과학기술정보통신부·한국연구재단 G-Hub 프로그램 등의 지원을 받아 수행됐다.한편 윤태광 교수팀은 최근 성균관대 장지수 교수팀, 충북대 김한슬 교수팀과의 공동연구를 통해 대기 중 온실기체를 흡착하는 과정에서 전기를 스스로 만들어내는 신개념 에너지 소자인 '가스전지(Gas Capture and Electricity Generator, GCEG)'를 개발, 해당 연구 내용은 <에너지 앤 이바이론멘탈 사이언스(Energy & Environmental Science)>의 대표 표지 논문으로 4월 게재됐다. 이는 지구가 뜨거워지는 원인인 온실기체를 단순히 가두는 수준을 넘어, 유용한 에너지원으로 탈바꿈시킨 혁신적인 성과다.(왼쪽) 연구팀이 개발한 새 아연 배터리의 충·방전 반복에 따른 성능 변화 그래프. 1 A g⁻¹ 조건에서 500회 이상 충·방전을 반복한 이후에도 약 69.5%의 용량을 유지하며, 안정적인 쿨롱 효율을 보임. (오른쪽) 실제 제작된 파우치형 아연 배터리로 소형 전자기기를 구동하는 모습. 간단한 공정으로 제작된 배터리가 실제 기기 구동에 적용 가능함을 확인함* 위 사진 : 왼쪽부터 윤태광 교수, 이준우 교수, 대학원 분자과학기술학과 석사졸업생 이용균, 김은서
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- 작성일2026-07-20
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- '스펀지 구조' 나노 소재 구멍 원하는 대로 설계- 흡착·분리·촉매 특성 우수 '나노 다공성 소재'의 속도·효율 ↑아주대 황종국 교수팀이 내부에 다양한 크기의 구멍을 가진 '스펀지 구조'의 나노 다공성 소재에서 기공 크기를 독립적으로 제어할 수 있는 원천기술을 개발했다. 기공 구조를 정밀하게 설계할 수 있게 되면 차세대 배터리를 비롯해 촉매 및 수처리 필터 등 다양한 에너지·환경 분야의 고성능 소재 개발에 폭넓게 활용될 것으로 기대된다.황종국 아주대 교수(화학공학과, 사진)와 이진우 한국과학기술원(KAIST) 교수(생명화학공학과), 진형민 충남대 교수(유기재료공학과) 공동 연구팀은 고분자 블렌드의 상분리 현상을 이용해 나노 다공성 소재의 거대기공과 메조기공을 각각 독립적으로 제어할 수 있는 합성 전략을 개발했다고 밝혔다. 해당 연구 내용은 ‘단일중합체 기반 이중 상분리 공정을 통한 계층적 거대-메조다공성 산화물 및 탄소 소재 합성(Hierarchical macro–mesoporous oxides and carbon materials via homopolymer-assisted dual phase separation)’이라는 제목으로 화학공학 분야 국제 저명 학술지인 <케미칼 엔지니어링 저널(Chemical Engineering Journal)>에 4월 게재됐다.아주대 황종국·한국과학기술원(KAIST) 이진우·충남대 진형민 교수가 공동 교신저자로 참여했고, 박종윤 아주대 석박사 통합과정생(에너지시스템학과)이 제1저자로 함께 했다. 다공성 소재(Porous Material)는 마치 '스펀지' 같은 구조로, 물질을 저장하거나 이동시키는 데 유리한 특성을 갖는다. 이러한 구조에서는 구멍(기공, pore)의 크기와 연결 방식에 따라 물질의 이동 속도와 반응 효율이 크게 달라진다.이러한 특성을 바탕으로 산업계·학계에서는 다공성 소재를 ▲흡착·분리 ▲촉매 ▲에너지 저장 등에 활용하고 있다. 정수기 필터나 탈취제 등에 쓰이는 활성탄, 제습제나 건조제로 흔히 쓰이는 실리카겔 등이 우리 일상 속에서 볼 수 있는 다공성 소재다. 공동 연구팀의 연구 성과를 설명하는 이미지. 두 종류의 고분자를 혼합한 이성분계 고분자 블렌드(그림 왼쪽)의 상분리 현상을 이용해 거대기공과 메조기공이 함께 존재하는 탄소 소재를 합성했다(그림 오른쪽). 오른쪽 그림에서 파란색 실선으로 표시된 영역은 메조기공을 나타내며, 핑크색 점선으로 표시된 영역은 거대기공을 의미한다특히 머리카락 굵기의 수만 분의 1 수준(1~100nm)에서 물질을 제어하는 나노 소재 분야에서는 기공 크기에 따라 물질 이동과 반응 특성이 크게 달라진다. 거대기공(Macroporous)과 메조기공(Mesoporous)이 각각 다른 기능을 수행하는 것. 기공의 크기가 50nm 이상인 거대기공은 물질이 빠르게 이동할 수 있는 통로 역할을 하고, 기공 크기가 2~50nm 범위인 메조기공은 반응이 일어나는 활성 표면을 제공한다. 따라서 두 종류의 기공 구조를 동시에 정밀하게 설계하는 것이 고성능 소재 개발의 핵심 요소다.그러나 기존 합성 기술에서는 여러 주형을 단계적으로 사용하는 복잡한 공정이 필요하거나, 각 기공의 크기를 개별적으로 조절하기 어려운 문제가 있었다. 이러한 한계로 인해 기공 구조를 독립적으로 조절할 수 있으면서도 공정이 단순한, 새로운 합성 기술이 필요하다는 요구가 많았다.공동 연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 서로 다른 두 종류의 고분자를 혼합한 이성분계 고분자(Binary Polymer) 블렌드의 '자기조립(Self-assembly) 현상'에 주목했다. 서로 다른 고분자를 섞으면 특정 조건에서 스스로 정교한 나노 구조를 형성하는데, 이를 '자기조립 현상'이라 한다. 연구팀은 이러한 자기조립 특성과 무기 소재 합성 과정을 결합해 새로운 설계 원리를 정립하고, 이를 통해 기공 크기와 화학 조성을 비교적 간단하게 제어할 수 있는 합성 기술을 개발했다. 또한 이 합성법으로 제조한 탄소 소재를 차세대 2차 전지인 포타슘이온전지(K-ion battery)의 음극에 적용한 결과, 높은 에너지 저장 용량과 우수한 안정성을 동시에 확보할 수 있음을 확인했다. 이는 기공 구조를 독립적으로 설계함으로써 이온 이동 경로와 반응 활성 면적을 동시에 최적화한 결과다.황종국 교수는 "이번 연구는 다공성 소재에서 서로 다른 크기의 기공을 독립적으로 설계할 수 있는 새로운 합성 원리를 제시했다는 점에서 의미가 있다"라며 "이러한 구조 제어 기술은 차세대 나트륨 이온 배터리를 비롯해 전기화학 촉매 및 정수·수처리 필터 소재 등 다양한 에너지·환경 분야에 적용될 수 있다"라고 말했다.이번 연구는 교육부 G-LAMP 사업과 한국전력공사 전력연구원·사외공모 기초 개별연구의 지원을 받아 수행됐다.공동 연구진이 개발한 새로운 다공성 소재의 주사전자현미경(SEM) 이미지. 노란색 점선으로 표시된 영역이 거대기공으로, 약 수십에서 수백 나노미터 크기의 비교적 큰 기공들이 불균일하게 분포되어 있으며, 입자 내부에 넓은 빈 공간 형태로 존재한다. 하얀색 실선으로 표시된 영역은 메조기공으로, 약 수 나노미터에서 수십 나노미터 크기의 작은 기공들이 규칙적으로 배열된 형태를 보인다. 특히 확대된 이미지(오른쪽 그림)에서는 일정한 간격을 가지는 점 배열 형태로 나타난다. 연구진은 이와 같이 기공의 크기와 화학 조성을 비교적 간단하게 제어할 수 있는 새로운 전략을 개발했다
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- 작성일2026-06-10
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(좌측부터) 김의겸 교수, 박지범 학생(제1저자), 이유성 학생(공동저자)아주대학교 김의겸 교수(기계공학과) 연구팀이 그동안 로봇이 하기 가장 어려운 작업으로 꼽혔던 ‘케이블링(배선 작업)’을 정밀하게 수행할 수 있는 로봇손(gripper, 그리퍼) 기술을 개발했다.그동안 가전제품이나 자동차 제조 공정에서 전선을 연결하는 작업은 전선 특유의 유연성 때문에 자동화가 어려워 대부분 사람의 손에 의존해 왔다. 이번 연구를 통해 로봇도 정교한 배선 작업이 가능함을 보여 제조 현장에서의 활용을 기대할 수 있게 됐다. 딱딱한 물체를 옮기는 로봇은 이미 공장에 많다. 하지만 전선처럼 형태가 쉽게 변하는 물체는 로봇이 잡는 강도나 위치를 조금만 잘못 조절해도 꼬이거나 미끄러지기 일쑤다. 이 때문에 ‘케이블링’은 로봇 공학계에서 오랫동안 풀지 못한 숙제로 남아 있었다.김의겸 교수 연구팀은 이 문제를 해결하기 위해 ‘최소 자유도(degree of freedom, DOF) 메커니즘’을 적용한 새로운 로봇 손(그리퍼)을 설계했다. 이는 로봇의 관절과 움직임을 복잡하게 만드는 대신, 꼭 필요한 핵심 움직임만으로 정교한 기능을 구현한 것이다. 덕분에 로봇은 구조가 단순해져 제작 비용이 저렴해지면서도, 전선을 평평하게 잡는 방식(평행 파지)과 손가락 끝으로 꼬집듯 잡는 방식(핀치 파지)을 모두 자유자재로 구사할 수 있게 됐다.김 교수팀의 로봇은 비싼 ‘촉각 센서’를 따로 달지 않고도 로봇이 전선의 상태를 알아차릴 수 있다. 연구팀은 외부에서 가하는 힘을 로봇 손의 내부 모터에 흐르는 전류 변화를 분석해 외부에서 가해지는 힘을 정확히 측정해내는 ‘내재적 센싱(Internal Sensing)’ 기술을 성공적으로 적용했다. 로봇은 모터의 힘만으로 전선을 놓치지 않았는지, 지금 얼마나 세게 잡고 있는지, 전선의 어느 부분을 건드리고 있는지를 실시간으로 파악한다. 통상 로봇들은 마찰력이 커서 미세한 감지가 불가능했지만, 연구팀은 로봇 손의 설계를 효율화해 이를 가능하게 만들었다.이번 연구 결과는 기계공학 및 로봇 제어 분야에서 세계적으로 권위 있는 학술지인 <IEEE/ASME Transactions on Mechatronics> 3월호 온라인판에 게재됐다. 해당 저널은 관련 분야(Mechanical Engineering) 최상위권 학술지다.김의겸 교수는 “로봇 공학의 난제였던 케이블링 작업을 로봇으로 구현한 사례는 세계적으로도 매우 드문 성과”라며 “산업 현장에서 배선 작업 등 섬세한 작업의 자동화에 기여할 수 있기를 바란다”고 밝혔다.논문의 제1저자인 박지범 학생(석박통합과정)도 “이 기술이 실제 제조 현장에 적용되어 우리나라 산업 발전에 기여하기를 희망한다”고 전했다.한편, 이번 연구는 산업통상자원부의 로봇산업핵심기술개발사업과 한국연구재단 우수신진연구사업의 지원을 받아 수행되었다.[영상보기]
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- 작성일2026-06-10
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- 작성일2026-05-18
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