우리얘기

형상기억합금(SMA)을 이용한 스마트 공구 클램핑 시스템

형상기억합금(shape memory alloy, SMA)는 일정한 온도가 되면 본래의 형상으로  되돌아가는 성질이 있어, 고온에서 기억된 형상을 저온에서 변형시켜 가열하면 본래의 형상으로 되돌아가는 특수금속입니다.

공작기계 공구를 정확하고 빠르게 교환 장착할 수 있는 '형상기억합금  이용 공구 클램핑 시스템'이 국내 최초로 개발됐습니다.

■ 한국기계연구원 초정밀시스템연구실 박종권 박사팀은 링 형상의 형상기억합금(SMA Ring)을 초소형 공구 클램핑 장치에 적용해 공구를 매우 정밀하고 견고하게 장착하고 교환할 수 있는 스마트 공구 클램핑 시스템을 개발했습니다.
 
이번 기술 개발로 공구를 장착하는 구성 요소와 시스템이 단순해지면서 공구를 5초 안에 교환할 수 있게 됐습니다.

기존 공구를 탈착하기 위해 200℃ 이상 가열하는 데에 1분 이상의 시간이 걸렸고, 콜렛(collet)이나 바이스(vice) 등의 부가적 작동부품 뿐만 아니라 고가의 클램핑-언클램핑 시스템도 필요했습니다.

SMA 클램핑 장치 가열 냉각

클램핑 힘 실험 결과

이번에 개발된 클램핑 시스템은 공구의 직경이 최소 0.5㎜로, 30만 rpm에 이르는 고속회전에서도 안정된 가공 상태를 보여 고속회전이 필요한 소형 마이크로 가공 분야에 응용될 수 있습니다.

또한 밀링이나 드릴링 등의 가공 시에 탈착 반복 정밀도가 기존보다 3배 이상 향상됐습니다.

또 기존 방식과 달리 가공에 따라 온도가 높아질수록 파악력이 더욱 커지는 장점도 있습니다.

이번 기술개발 성과는 기술가치 23억 원, 연매출 200억 원, 세후 영업이익 20억 원에 이를 것으로 추정됩니다.

박종권 박사는 이번에 개발된 시스템을 기반으로 단시간 내에 공구 교환이 가능한 ATC(자동 공구 교환장치)도 개발 중입니다.

SMA 공구 클램핑 시스템 프로토 타입

<형상기억합금(SMA)을 이용한 스마트 공구 클램핑 시스템> SMA 클램핑 원리(SMA; Shape Memory Alloys) 단일방향성 형상기억합금을 통해 클램핑 및 언클램핑의 양방향성 동작을 구현하기 위해서 상대적으로 외경이 큰 공구홀더와 내경이 작은 형상기억합금 링 사이의 직경 차이를 이용한 끼워 맞춤 구조가 핵심이 된다. 저온에서 확대 소성변형된 형상기억합금이 공구홀더에 끼워진 뒤 고온의 오스테나이트 상이 되면 형상기억합금 링의 원형 내경보다 큰 직경의 공구홀더로 인해 형상 복원이 제지되고 그 결과 복원응력이 발생하게 된다. 이 복원응력에 의해 공구홀더는 수축되는 탄성변형이 이루어져 삽입된 공구를 클램핑하게 된다. 반대로 형상기억합금이 다시 냉각되어 마르텐사이트 상으로 변해가면 복원응력은 줄어들고 자체 탄성도 떨어지게 된다. 그 결과 형상기억합금의 복원력이 공구홀더 자체의 탄성력보다 작게 되어 공구홀더는 초기 형상으로 점점 회복되고 삽입된 공구는 언클램핑 상태가 된다.

해외에서 대규모 지진 발생할 때 지진파 움직임이 국내 지하수위 변동에 영향을 미친다는 연구 결과가 나왔습니다.

한국지질자원연구원 하규철 박사팀은 2011년 3월 동일본 지진 발생 시 지진파 변동과 비슷한 패턴으로 제주도 지하수위가 변동되는 것을 관측했습니다.

일본 진앙지와 제주도까지의 거리는 약 1500km로, 이번 연구를 통해 먼 거리 해외 지진이 국내 지하수 변동에도 영향을 미친다는 것이 입증됐습니다.

규모 9.0인 동일본 지진 발생 3분 후, 제주도 지하수위 변동이 관측 됐고, 변동 폭은 3~192.4cm였습니다.

이 때 지하수질 변동도 관측 됐습니다.

15개 관측소 중 9개 관측소에서 0.01℃~1.2℃의 온도변화가 있었고, 3개 관측소에서는 지하수 전기전도도 변화가 20μS/cm에서 35,500μS/cm로 관측됐습니다.

동일본 지진 진앙 위치 및 지하수위 변동 그래프

이런 수질변화는 지진에 의해 서로 다른 수질이 혼합되어 발생한 것으로 추정됩니다.

이번 연구는 제주도 지하수 관측공에 자동수위관측기를 장착, 1분 단위로 변동을 측정해 지진파와의 상관관계를 밝혀낸 것입니다.

이번 연구에서는 지하수질 변동을 알 수 있는 온도와 전기전도도 측정도 실시되었습니다.

관측 시간이 1시간 단위였던 기존 연구는 지하수위 변동만 파악했을을 뿐 지진과의 연관성을 찾기에는 미흡했습니다.

지진파는 수 초~수 분 내 측정되고, 지하수위 변화는 지진 발생 후 30분 이내 발생할 가능성이 크기 때문입니다.

앞서 2010년 6월에 발생한 인도네시아 수마트라 지진발생 때에도 제주도 지하수위 변동이 관측된바 있습니다.

규모 7.7인 인도네시아 수마트라 지진의 경우, 지진 발생 약 10분 후 제주도 지하수위는 지진파와 비슷한 진동형태로 변동하는 모습을 보였고, 변동 수위는 1.4~2.4cm 범위였습니다.

인도네시아 지진 진앙지와 제주도는 약 4600km 떨어져 있습니다.

인도네시아 수마트라 진앙 위치

한국지질자원연구원은 이번 연구결과를 바탕으로 국내외 지진에 따른 지하수 변동 관련 연구를 강화할 예정입니다.

동일본 지진 이후 대규모 지진 발생에 대한 우려가 높아지는 가운데 이 연구가 지하 암반 투수성 등 수리지질 조건의 변화를 관측함으로써 지진 예측 기술에 적용 될 수 있을 전망입니다.

교육과학기술부는 이달의 과학기술자상 5월 수상자로 방랑하는 구상성단으로 이루어진 우주의 거대구조를 세계 최초로 발견한 이명균 서울대 교수를 선정했습니다.

이 교수는 외부은하 천문학분야의 권위자로, 은하의 형성과 진화, 외부 은하에 있는 구상성단과 은하 거리 측정 연구로 학계의 큰 주목을 받았습니다.

최근에는 지금까지 이론적으로만 예측됐던 구상성단으로 이루어진 우주의 거대구조를 발견하고 검증함으로써 우주의 거대 구조 형성과 진화를 연구하는 데 매우 중요한 단서를 제공했습니다.

이 교수는 고성능 망원경으로 하늘의 1/4를 관측한 슬로운 전천 탐사자료를 분석해 처녀자리 은하단에 있는 구상성단 지도를 최초로 완성했고, 구상성단이 은하단 중심부에서 멀리까지 퍼져있다는 점과 구상성단 대부분이 우주에서 최초로 태어난 천체라는 가능성을 제시했습니다.

이 같은 연구는 통상 공동연구를 수반하는 방대한 과제지만, 이 교수는 박사후연구원 1명과 대학원생 1명의 소규모 연구팀으로도 훨씬 우수한 장비를 보유한 해외 대규모 연구팀보다 먼저 성과를 얻었고, 이는 세계 최고 권위 과학전문지 사이언스 지 2010년 8월호에 게재되기도 했습니다.

또 이 교수는 지난 20년 간 구상성단, 은하 및 은하단의 연구 등을 수행하여 과학인용색인(SCI) 등재 국제학술지에 100여 편의 논문을 발표했습니다.

이에 대한 공로로 1998년 한국천문학회 학술상을 수상했고, 2009년에는 한국과학기술한림원 정회원으로 선임되었습니다.

(왼쪽) 처녀자리 은하단의 구상 성단 지도. 붉은 색일수록 구상 성단이 많이 있음을 나타낸다. 가로 폭은 1000만 광년에 해당한다. 구상 성단으로 이루어진 거대 구조가 여러 개 보인다. 붉은 색 영역의 중심부에는 무거운 은하들이 있다 (옆의 글자는 은하들의 이름을 나타낸다). 붉은 색 영역에 있는 구상 성단들은 무거운 은하에 묶여 있으나, 녹색 또는 밝은 하늘색에 있는 구상 성단들은 대부분이 은하와 은하 사이를 떠돌고 있는 방랑자 구상 성단들이다. 이 방랑자 구상 성단으로 이루어진 거대한 구조는 처음으로 발견되었다. 작은 네모(M49)를 확대하여 보면 오른쪽 위 사진처럼 보인다. (출처: 서울대학교 이명균 교수 연구진).

우리 은하에 있는 구상 성단(메시에 80, M80)을 허블 우주 망원경으로 찍은 사진. 구상 성단은 축구공처럼 둥글게 보이며 약 백만 개의 별을 포함하고 있다. 이 구상 성단은 3만 광년 떨어져 있어 많은 별들이 보이지만, 처녀자리 은하단의 거리에 놓이면 하나의 별처럼 작은 점으로 보인다. (출처: 미국 the Hubble Heritage Team/AURA/NASA/STScI/ESA).

(왼쪽) 처녀자리 은하단에 있는 거대 타원 은하(메시에 49, M49)의 사진. 본 연구진이 미국 국립천문대의 4미터 망원경으로 찍은 사진. 이 은하에는 1조개의 별이 있으나, 개개의 별은 어두워서 식별할 수 없고 뿌옇게만 보인다. 각 각 별처럼 보이는 작은 점들의 대부분은 별이 아니라, 구상 성단인데 멀리 있어서 작은 점으로 보인다. 작은 원을 가까이에서 보면 오른쪽 아래 사진처럼 보인다. (출처: 서울대학교 이명균 교수 연구진).

 용  어  설  명

구상성단 (globular clusters)
약 백만 개의 별이 축구공처럼 둥글게 모여 있으며, 크기는 40광년이나 되는 성단이다.
구상 성단은 평균 나이가 120억년으로서 우주에서 나이가 가장 많은 천체이므로, 우주의 나이를 측정하거나 우주 초기의 진화 상태를 연구할 때 매우 중요한 역할을 한다.
구상 성단은 일반적으로 은하에서 발견되었다.
우리 은하는 약 160개의 구상 성단을 거느리고 있다.
구상 성단은 은하의 중심부에서 바깥까지 널리 분포한다.
우리 은하에서 구상 성단은 대부분 13만 광년 안에 분포하며, 가장 멀리 있는 구상 성단은 30만 광년까지 떨어져 있다.

은하 (galaxies)
수백억 내지 수천억 개의 별이 모여 있는 거대한 천체이다.
태양도 우리 은하에 있는 별 중의 하나이다.
은하는 우주를 이루는 기본 단위이다.
은하는 소용돌이처럼 생긴 나선 은하, 럭비공 같은 타원 은하 등 그 종류가 매우 다양하다.

은하단 (the clusters of galaxies, 또는  the  galaxy clusters)
수백 내지 수천 개의 은하가 모여 있는 엄청나게 거대한 천체이다.
처녀 자리에 있는 은하단은 가장 가까이 있는 은하단(거리는 5400만 광년)으로서 2천 개 이상의 은하를 포함하고 있으며, 봄에 가장 잘 볼 수 있다.
영어 이름은 The Virgo cluster of galaxies인데 줄여서 The Virgo cluster로 쓴다.
이때 cluster를 성단으로 번역하는 오류가 종종 있는데, 은하단이 올바른 번역이다. 

슬로운 전천 탐사 (The Sloan Digital Sky Survey)
미국 뉴멕시코 주에 있는 아파치 포인트(Apachepoint) 천문대의 2.5m 망원경과 CCD camera, 다중 천체 분광기 등으로 전 하늘의 1/4을 탐사 관측하는 과제로서, 2000년에 시작되어 현재까지 계속되고 있다.
미국 GM자동차의 사장을 지낸 알프레드 슬로운(Alfred Sloan)이 1934년에 세운 슬로운 재단의 지원을 받았다.
미국의 프린스턴 대학이 주축이 되어 미국, 영국, 일본, 중국, 한국 등이 참여하였다.
한국은 고등과학원, 서울대학교, 세종대학교, 경북대학교, 부산대학교 등에 있는 교수들로 구성된 한국과학자팀(the Korea Scientist Group)으로 이 과제에 참여하였다.
이 탐사를 통해 나온 관측 자료는 관측 후 일정한 시간이 지나면 전 세계에 공개되므로 누구나 사용할 수 있다.

처녀자리 : 
봄철에 잘 보이는 대표적인 별자리 중의 하나이다.
가장 밝은 별은 스피카(Spica)로서 1등성이라 맨 눈으로 쉽게 볼 수 있다.
북두칠성 손잡이의 연장선을 따라 가면 밝게 빛나는 별이 보인다.
이 별은 목동자리의 아크투루스(Acrturus)로서 0등성이며 밤하늘에서 세 번째로 밝은 별이다.
연장선을 따라 계속 가면 다시 밝은 별이 보이는데 이 별이 바로 스피카이다.
스피카의 오른 쪽 위로 약간 어두운 별이 있다.
이 별은 사자자리의 데네볼라(Denebola)로서 2등성이다.
처녀자리 은하단은 스피카와 데네볼라 사이에 있다. 그러나 이 은하단에 있는 은하들은 어두워서 맨눈으로는 볼 수 없다. 

<이명균 교수> ▶소속 : 서울대학교 물리천문학부 ● 학    력 ▶1976 ∼ 1980    서울대학교 천문학과 학사 ▶1980 ∼ 1984    서울대학교 천문학과 석사 ▶1984 ∼ 1990    University of Washington (미국, 시애틀) 천문학 박사 ● 경    력 ▶1990 ∼ 1993   카네기 천문대(미국, 파사데나) 연구원 ▶1993 ∼ 현재   서울대학교 물리천문학부 교수 ▶2002 ∼ 2004  Carnegie Institution of Washington (객원연구원) ▶2009 ∼ 현재  한국과학기술한림원 정회원 ● 주요업적 : 방랑하는 구상성단의 거대구조와 안드로메다 은하의 구상 성단 발견 □ 처녀자리 은하단 안에 방랑하는 구상성단을 세계 최초로 발견했음. 수십 년 전부터 이런 방랑 구상성단의 존재는 이론적으로 예측되었던 것이었으며, 이를 실제로 검증함으로써 은하와 은하단 형성에 대한 이해를 증진시켰음. 또한 안드로메다 은하에서 새로운 구상성단을 다수 발견하였음.

한국항공우주연구원이 개발한 다목적실용위성 3호(아리랑 3호)가 오는 18일 우주로 올라갈 예정입니다.

아리랑 3호는 우리나라 최초의 서브미터급인 0.7m급 해상도 영상장비를 장착한 관측위성입니다.

이번 발사에 이어 올해 하반기 예정된 레이더 관측 위성 아리랑 5호까지 발사되면 우리나라는 전천후·고해상도 지상 관측 능력을 확보하게 됩니다.

다목적실용위성(아리랑위성) 3호 개요

◆ 전 세계를 들여다보는 대한민국의 눈

우리나라는 아리랑 3호 위성 개발을 통해 고해상도 관측위성 분야에서 선진국과의 기술격차 급속도로 좁혀가고 있습니다.

아리랑 3호는 70㎝급 고해상도 영상을 제공하게 되는데, 세계적으로 이 같은 수준의 고해상도 영상을 상업적으로 제공할 수 있는 위성은 미국과 유럽 일부 국가 뿐입니다.

게다가 아리랑 3호는 고성능의 급속기동 촬영 성능을 보유하고 있어, 이를 바탕으로 수요자의 다양한 요구를 반영해 여러 지역의 영상을 신속하게 촬영해 제공하는 능력을 갖추고 있습니다.

급속기동 촬영은 위성의 흔들림을 최소화한 상태로 움직여 촬영하는 기능으로, 여러 지역 촬영이나 한 지역의 반복 촬영, 특정 부분의 연속 촬영 등이 가능한 최신 기술입니다.

앞서 쏘아올린 아리랑 1호와 2호는 위성 본체를 중심으로 좌우에 태양전지판을 장착하고 있어 급속 기동시에 위성이 출렁거리는 현상이 발생합니다.

한국항공우주연구원 연구팀은 아리랑 3호의 태양전지판을 위성 본체에 붙이고, 위성 자세제어 알고리즘도 개선해 기동 중 위성의 흔들림을 최소화 해 안정적인 촬영이 가능토록 했습니다.

이번 발사로 우리나라는 현재 활동 중인 아리랑 2호의 1m 급 고해상도 영상에 더해 70㎝ 급 고해상도 영상을 확보함으로써, 다른 특성을 갖는 2가지 종류의 영상을 동시에 획득해 정보 분석 범위가 대폭 확대되었습니다.

이는 앞으로 레이더 영상을 제공하는 아리랑 5호와 광학 및 적외선 영상을 제공하는 아리랑 3A호의 운영이 시작될 경우, 다양한 종류의 영상을 통합 분석함으로써 더욱 큰 강점으로 부각될 전망입니다.


◆ 아리랑 3호의 활용 범위

위성 영상정보의 활용은 환경, 기상, 해양, 지질, 지도제작, 임업, 수자원, 농업 등 다양한 분야에서 이뤄지고 있습니다.

지난 2006년 발사돼 현재까지 운용되고 있는 아리랑 2호의 1m급 광학영상은 현재 국내 공공기관 중심으로 국토·해양모니터링, 토지피복 분류, 작물재배 면적 및 생산량 추정 등에 있어 유용하게 활용되고 있습니다.

아리랑 3호는 2호보다도 정밀한 0.7m급 고해상도 광학영상을 제공해 그동안 2호를 중심으로 이뤄졌던 다양한 분야에 보다 정밀하고 효율적인 위성정보를 제공하게 됩니다.
 
이를 통해 정보의 정확성을 향상시켜 국가차원에서 필요한 영상정보 수요를 충족시키고, 특히 민간 분야에서 최근 IT 및 GIS분야의 비약적인 발전에 따른 고해상도 영상 수요도 충족시킬 수 있을 것으로 기대되고 있습니다.


◆ 고해상도 초정밀 영상 기술 확보

지난 1999년 미국의 ‘스페이스 이미징’ 사가 세계 최초로 서브미터급 위성영상의 상업적 판매를 위한 ‘IKONOS’ 위성을 발사했습니다.

이전까지 서브미터급 위성영상은 비밀사업으로 분류된 군사정찰 목적의 위성만 가능한 영역이었습니다.

이후 미국과 유럽, 그리고 우리나라의 다목적 실용위성 2호 등 민간 분야에서 1m 또는 서브미터급 위성영상을 획득할 수 있는 위성개발이 추진됐습니다.

서브미터급 위성영상을 만들어내는 핵심인 전자광학카메라 원천기술은 주요 선진국의 극소수 업체 확보한 고난이도 기술입니다.

우리나라는 아리랑 2호의 탑재체로 해상도 1m급 전자광학 카메라 ‘MSC(Multi-Spectral Camera)’를 이스라엘 엘롭(ELop) 사와 공동개발한 데 이어, 아리랑 3호 용 서브미터급 탑재체인 AEISS(Advanced Earth Imaging Sensor System)를 독일의 EADS 아스트리움 사와 DLR의 기술협력을 활용해 국내 독자 개발을 성공적으로 수행했습니다.

다목적실용위성 전자광학 탑재체 개발 현황

2호촬영 영상-서울

2호촬영 영상-백두산 천지

개발 과정에서 항우연은 발사 때와 우주 공간에서 발생되는 진동 등에 의한 영향을 받지 않는 VFOTS(진동 테스트 시스템)와 광학카메라 시험전용 열진공챔버를 구축하고, 독자 기술로 서브미터급 전자광학카메라의 조립·정렬·시험을 수행했습니다.

이번 아리랑 3호 탑재체 개발을 통해 확보된 기술은 향후 광학계를 사용하는 우주 탑재체의 개발에 활용이 가능하며, 특히 국방분야 등에서 활용이 증대되는 무인기 탑재체 개발에도 기술 파급효과가 클 전망입니다.

◆아리랑 3호 개발, 기술 수출로 차세대 성장동력 견인

한국항공우주연구원이 아리랑 3호 개발을 통해 축적한 기술은 장차 차세대 성장동력의 기반마련과 함께 기술 수출도 전망되고 잇습니다.

최근 전 세계적으로 지구환경 감시 및 지상관측에 대한 수요가 늘어가는데, 특히 개발도상국 중 경제여력이 개선되는 국가들을 중심으로 고해상도 지구관측 위성에 대한 수요가 늘고 있습니다.

실제 지난 2007년 태국은 2m 급 해상도의 지구관측 위성을 구매했고, 베트남은 일본과 1m 급 지구관측위성 개발을 논의 중입니다.

이 밖에 칠레 등 중남미 국가에서도 지구관측 위성에 대한 관심이 높아지고 있는 상황입니다.

이런 가운데 우리나라는 아리랑 2호을 통해 이미 2007년부터 위성영상 시장에 진출해 대만과 UAE, 유럽우주청 등에 2200만 달러 상당의 직수신권 판매와 26억 원에 달하는 개별 영상판매 실적을 달성한 바 있습니다.

이는 우리나라가 1995년 이후 15년 이상 다목적실용위성 및 통신해양기상위성 개발을 통해 관련 기술을 축적했기 때문으로, 특히 이번 아리랑 3호의 성과를 활용하면 기술집약적 위성분야를 차세대 성장동력 산업으로 발전시키는 계기를 만들 수 있을 것으로 보입니다.

세계 지구관측위성 영상 시장은 2007년 기준 7억 3500만 달러 규모이며, 오는 2017년까지 약 34억 달러 규모로 성장할 전망입니다.


◆국내를 넘어 국제 재난 감시에 기여

아리랑 위성 시리즈는 지상 및 환경관측, 농작물 작황과 산불피해 분석 등 국가 재난관리업무에 필요한 위성 영상정보를 제공하고 있습니다.

나아가 한국항공우주연구원은 홍수나 가뭄, 지진 등 재해재난 발생 시 피해 저감을 위해 위성영상을 제공하는 국제기구인 인터내셔널 차터(International Charter) 활동 등을 통해 국제사회에 기여하고 있습니다.

아이티 지진발생 지역을 촬영한 다목적실용위성 2호 영상 (2010. 1. 21)

멕시코만 기름유출 사고 해역을 분석한 다목적실용위성 2호 영상자료 처리 결과물 (2010. 7. 5)

인터네셔널 차터는 전 세계를 대상으로 자연재해나 인재가 발생했을 때 회원국의 지구관측위성을 이용해 가장 효과적인 위성자료를 전달해 재해경감에 기여할 수 있도록 일원화된 시스템을 제공하는 국제 기구입니다.

<관련글 : 대한민국 인공위성, 아리랑 위성 시리즈 http://daedeokvalley.tistory.com/51>

<관련글 : 지구관측위성 아리랑 3호 발사 준비 http://daedeokvalley.tistory.com/415>

무지개나 공작새 날개깃의 영롱한 색은 투명한 물질들의 주기적인 구조에 의해 반사와 간섭을 거치면서 만들어지는 '구조색'입니다.

구조색은 매우 밝고, 보는 각도에 따라 색이 바뀌는 특징이 있습니다.

몰포나비(Morpho Rhetenor)

반면 몰포나비의 날개는 밝은 구조 색을 가지면서도 다양한 각도에서 똑같은 푸른 빛깔을 냅니다.

이는 질서와 무질서를 동시에 포함하는 몰포나비 날개의 독특한 구조 때문입니다.

몰포나비의 날개 구조는 1㎛ 수준에서 관찰하면 주기적인 질서를 갖고 있는 것처럼 보이지만, 100㎚ 수준에서 보면 주기성을 상쇄시킬 수 있는 무질서함을 구조 속에 포함하고 있습니다.

그동안 학계에서는 나노미터 수준에서 질서와 무질서를 동시에 포함하는 구조를 완벽히 재현하는 데에는 아무도 성공하지 못했습니다.

■ KAIST 물리학과 신중훈 교수팀은 몰포나비와 같이 무질서와 질서를 동시에 포함하는 구조를 유리구슬을 이용해 완벽하면서도 대면적으로 재현하는 데 성공했습니다.

신 교수팀은 이번 연구를 통해 다양한 크기를 갖는 수백 ㎚ 크기의 유리구슬을 임의로 배열해 무질서함을 구현했고, 배열된 유리구슬 위에 반도체 증착 방법을 통해 주기적인 박막을 쌓아 넓은 면적의 몰포나비의 구조를 만들었습니다.

몰포나비를 모방해 연구팀이 만든 박막. 플렉서블하면서도 크게 만들 수 있다.

몰포나비를 모방해 연구팀이 만든 박막. 다양한 색깔을 구현할 수 있다.

새롭게 개발된 박막은 몰포나비의 색과 밝기의 재현을 넘어 실제 몰포나비 보다도 각도에 따른 색의 변화가 훨씬 더 적은 우수한 성질을 지니고 있습니다.

연구진은 또 이 박막을 얇은 플라스틱 필름 안에 파묻음으로써 몰포나비보다 더 우수한 성질을 유지하면서도, 더욱 견고하고 종이처럼 접을 수 있는 신개념 재료를 세계 최초로 구현했습니다.

이번 연구 성과는 최근 각광받고 있는 생체모사 기술의 대표적 성공사례로, 구조색을 이용하는 반사형 디스플레이 뿐만 아니라 센서, 패션 등 매우 다양한 분야에서도 응용될 수 있을 것으로 전망됩니다.

실례로 외부 빛을 반사시켜 화면을 출력하는 반사형 디스플레이를 구현할 수 있는 원천기술로, 밝으면서도 전력소모가 매우 적은 디스플레이를 만드는데 활용될 수 있습니다.

기존 디스플레이에서는 대부분의 전력을 화면 출력에 필요한 빛을 만드는데 쓰는데, 반사형 디스플레이는 화면을 출력시키는 전력이 필요 없이 외부 빛을 이용하기 때문에 에너지효율을 크게 증가시킬 수 있다.

또 이 기술을 이용해 지폐의 부분 노출 은선을 만들어 위조나 복제가 어려운 화폐를 만들 수도 있습니다.

만원권의 부분노출 은선은 청회색 특수 필름 띠로, 여러 개의 태극무늬가 사방 연속으로 새겨져 있으며 은행권을 상하로 움직이면 태극무늬가 좌우로, 은행권을 좌우로 움직이면 태극무늬가 상하로 움직이는 것처럼 보이는데, 연구팀이 개발한 나노 구조를 이용해서 만들 수도 있다.

이 밖에 기존의 색소와 다르게 번쩍거리는 느낌을 주기 때문에 핸드폰이나 지갑 등의 코팅재로도 활용될 전망입니다.

이번 연구는 KAIST 신중훈 교수와 정경재 박사과정생(제1저자), 서울대 전자과 박남규 교수, 삼성 종기원 등이 공동으로 수행했습니다.

연구결과는 재료분야 최고 권위 저널 중 하나인 어스밴스드 머터리얼스(Advanced Materials)지 온라인 판에 게재됐고 5월 8일자 내부 표지논문으로 게재될 예정입니다.

또 5월 3일자 네이처(Nature)지에 주목받는 연구(Research Highlights)로 소개되었습니다.
 

몰포나비 날개를 확대해서 전자현미경으로 찍은 사진(왼쪽)과 이를 모방해서 연구팀이 만든 구조(오른쪽). 선반모양의 기둥이 세로방향에서 나란히 배열되지 않고 임의적으로 배열돼 있다.

 용  어  설  명

반사형 디스플레이 :
별도의 광원 없이 외부의 빛(외광)을 이용해 정보를 표시하는 디스플레이.

구조색 :
나노 구조에서 일어나는 반사와 간섭의 결과로 생긴 색. 염료나 발광체 등에 의해 나타나는 색이 아니다.

몰포나비 :
남부와 중부 아메리카에서 주로 서식하는 나비 종. 80여 가지가 있으며 주로 파란 계열의 색을 띤다.
색이 좋기 때문에 관상용 및 전시용으로 많이 쓰인다.

반도체 증착 :
반도체 증착은 나노미터 크기의 매우 얇은 박막을 만드는 과정이다.
크게 화학적 증착 방법과 물리적 증착 방법이 있다. 대표적 화학적 증착 방법은 가스를 흘리면서 반응을 일으켜 박막을 만든다.
물리적 증착 방법은 이미 만들어진 물질을 플라즈마 등을 이용하여 원자 단위로 떼어내어 박막으로 만든다.

<신중훈 교수> 1. 인적사항 ○ 소  속 : KAIST 이과대학 나노과학기술대학원, 물리학과  http://spl.kaist.ac.kr 2. 학    력 ○ Harvard University 물리학과 학사 1989 ○ Caltech 응용물리학과 박사 1994 3. 경력사항 ○ 2008. 6.~현재 KAIST 나노과학기술대학원 책임교수 ○ 1996. 9.~현재 KAIST 물리학과 교수 ○ 1994. 1.~1995. 1. 네덜란드 FOM-Institute for Atomic and Molecular Physics 박사 후 연구원 ○ 1989. 9.~1993.12 Caltech 연구조교 4. 주요연구실적 ○ 2011 연구상, KAIST ○ 2009 공적상, KAIST ○ 2006 대통령 표창, MOST ○ 2005 SBS 문화재단 교수 해외연구 지원상, SBS Foundation ○ 2004 젊은과학자상, 한림원 5. 출판 ○ 국외논문 90여편 게재 ○ 저서 2권 ○ 16개의 국내 특허, 8개의 해외 특허 보유

기질(substrate)은 효소와 특이적으로 결합하여 화학반응을 일으키는 분자입니다.

세포는 시시각각 변하는 환경에 대응하여 필요한 단백질들을 생산 또는 폐기하고 재활용하는 정교한 시스템을 갖고 있지만, 만일 이 과정에서 오류가 생기면 '질병'으로 이어지게 됩니다.

따라서 단백질 분해를 조절하는 E3 효소와 기질 간의 관계를 파악하면 관련 질병을 치료하거나 예방할 수 있는 길이 열리게 됩니다.

E3 효소는 단백질 분해의 80%를 담당하는 것으로 알려져 수많은 질병이 관련되어 있을 것으로 예측되고 있습니다.

그러나 E3 효소와 기질 간의 정보들이 개별 논문과 DB에 흩어져 있어, 단백질 분해 조절과 관련된 세포의 기능과 질병의 특성을 종합적으로 분석할 수 없었습니다.

이 같은 단백질의 분해를 조절하는 효소와 기질에 대한 관계정보를 담은 바이오마커  발굴 시스템이 국내 연구진에 의해 개발돼 고부가가치의 새로운 바이오마커 개발 가능성을 열었습니다.

바이오마커(Biomarker)는 유전자나 단백질 등에서 유래된 특이한 패턴의 분자적 정보로, 유전적 또는 후천적 영향으로 발생한 신체의 변화를 감지할 수 있는 생물표지인자입니다.

■ KAIST 이관수 교수팀은 세계 바이오 관련 DB와 약 2만 편의 논문으로부터 정보를 추출해 단백질 분해를 조절하는 E3 효소와 기질들 간의 네트워크를 집대성하고, 이와 관련된 세포의 기능과 질병을 분석하는 'E3Net' 시스템을 개발했습니다.

이 교수팀은 모든 E3 효소 2201개와 기질 4896개, 그리고 이에 대한 조절관계 1671개에 대한 정보를 통합해 E3 효소 조절 네트워크 내에 존재하는 관련 세포의 기능과 질병을 시스템적으로 분석할 수 있는 E3Net을 구축했습니다.

이 네트워크는 지금까지 구축된 조절정보를 모두 합친 것보다 무려 10배나 많은 방대한 양으로, E3 효소가 독자적 또는 협력해서 조절하는 세포의 기능과 관련 질병을 정확히 파악할 수 있는 토대가 마련된 첫 사례입니다.

E3Net을 이용하면 각각의 질병과 관련된 단백질들의 분해조절을 담당하는 E3 효소들을 찾을 수 있고, 분해조절 원리와 세포기능 네트워크를 함께 파악하여 질병의 발생 원인이나 환자에 적합한 맞춤형 치료방법을 제공할 수 있는 바이오마커를 발굴할 수 있을 것으로 기대되고 있습니다.

실제 연구팀은 E3Net을 활용해 암이나 뇌심혈관 질환 및 당뇨병 등 현대인의 대표적 질환과 관련된 E3 바이오마커 후보 수십 개를 새롭게 발견하는 등 눈에 띄는 성과를 거두었고, 현재 이를 검증할 후속 연구를 계획 중입니다.

이번 연구결과로 E3 효소와 관련된 단백질 분해조절의 네트워크가 구축되고, 이 네트워크에 존재하는 세포의 기능과 질병의 특이성을 시스템적으로 분석할 수 있게 됨에 따라, E3 효소와 관련된 세포의 기능 연구와 질병 연구에 새로운 전기가 마련될 전망입니다.

이번 연구는 이관수 교수가 주도하고, 한영웅 박사과정생, 이호동 박사 및 박종철 교수가 참여했습니다.

연구결과는 단백질체 연구 분야의 권위 있는 학술지인 'Molecular and Cellular Proteomics'지 4월호(4월 1일자)에 게재되었습니다.
(논문명: A system for exploring E3-mediated regulatory networks of cellular functions)

E3 효소에 의한 단백질 분해 및 세포 내 기능 조절 네트워크 모식도. 본 연구에서 구축한 E3Net을 통해 다양한 E3 (중앙의 원들)들이 독립적으로 또는 협력하여 조절하는 단백질들 (직사각형들)의 네트워크를 파악할 수 있고, 이들이 관련된 세포 기능과 질병들 (외부 띠에 표현됨)을 알 수 있다.

중요 바이오마커 인 P53 단백질의 분해조절에 관련된 E3 네트워크 예시. E3Net을 분석한 결과에 의하면 대표적인 종양 억제 단백질인 P53는 23개의 E3 효소에 의해 유비퀴틴화된다. P53를 조절하는 23개의 E3 효소는 P53 외 다른 기질의 분해도 함께 조절하는데, 해당 E3 효소들은 DNA 손상, 전사, 세포 사멸 등 P53의 기능과 관련된 3가지 세포 기능에 연관된 단백질 그룹을 협력하여 조절하는 것으로 나타났다.

 용  어  설  명

유비퀴틴화(Ubiquitination) :
유비퀴틴은 76개의 아미노산으로 이루어진 작은 단백질로 다른 단백질에 결합함으로써 단백질의 분해를 촉진하는데 이를 '유비퀴틴화'라고 한다.

E3 효소(E3 ligase; Ubiquitin protein ligase) :
유비퀴틴은 세 종류의 단백질 E1, E2, E3의 순차적인 작용에 의해 기질에 결합하게 된다. E3 효소는 유비퀴틴을 기질에 붙게 하는 마지막 단계의 효소로서 세포 내 특정 단백질에 결합하여 기질의 특이성을 결정한다.

텍스트 마이닝(Text-mining) :
비정형 데이터인 서면 자료로부터 유용한 정보 혹은 지식을 자동으로 추출하는 기법을 의미한다.

바이오마커(Biomarker) :
유전자, 단백질 등에서 유래된 특이한 패턴의 분자적 정보로, 유전적?후천적 영향으로 발생한 신체의 변화를 감지할 수 있는 생물표지인자

기질(substrate) :
효소와 특이적으로 결합하여 화학반응을 일으키는 분자로, 소화작용은 우리의 몸속에서 일어나는 효소와 기질간의 반응의 대표적인 사례

Molecular & Cellular Proteomics :
단백질체 연구 분야에서 최고의 권위를 인정받고 있는 대표과학전문지 (인용지수: 8.354)

<이관수 교수> 1. 인적사항  ○ 소   속 : 한국과학기술원(KAIST) 바이오및뇌공학과  ○ 웹사이트: http://bisyn.kaist.ac.kr 2. 학력   1984 - 1988    서울대학교 동물학 학사   1988 - 1990    한국과학기술원(KAIST) 생물공학 석사   1990 - 1993    한국과학기술원(KAIST) 생물공학 박사   3. 경력사항   1993 - 1994 한국생명공학연구원(KRIBB) 연구원   1994 - 1996 한국기초과학지원원구원(KBSI) 연구원   1996 - 1999 University of North Carolina 연구원   1999 - 2001 University of Toronto 연구원   2001 - 2002 Affinium Pharmaceuticals Inc. 책임연구원   2002 - 2009     한국정보통신대학교 공학부 조교수, 부교수   2009 - 현재 한국과학기술원 바이오및뇌공학과 부교수 4. 주요 논문업적  - 생물정보학, 시스템스 생물학, 단백질 구조생물학 및 합성생물학 분야의 통합 연구를 지향하며 35편의 SCI 급 논문 게재. 아래는 최근 3년간 SCI 논문 업적.    ○ Y. Han, H.D. Lee, J.C. Park and G.S. Yi (2012) "E3Net: A system for exploring E3-mediated regulatory networks of cellular functions" Mol. Cell. Proteomics 11(4) O111.014076  ○ C.Y. Kang and G.S. Yi (2011) "Identification of ubiquitin/ubiquitin-like protein modification from tandem mass spectra with various PTMs" BMC Bioinformatics 12 Suppl 13:S8  ○ D.H. Lee, J.H. Ha, Y. Kim, K.H. Bae, J.Y. Park, W.S. Choi, H.S. Yoon, S.G. Park, B.C. Park, G.S. Yi and S.W. Chi (2011) "Interaction of a putative BH3 domain of clusterin with anti-apoptotic Bcl-2 family proteins as revealed by NMR spectroscopy" Biochem. Biophys. Res. Commun. 408(4), 541-547  ○ N. Kim, J.C. Yoo, J.Y. Han, E.M. Hwang, Y.S. Kim, E.Y. Jeong, C.H. Sun, G.S. Yi, G.S. Roh, H.J. Kim, S.S. Kang, G.J. Cho, J.Y. Park and W.S. Choi (2011) "Human nuclear clusterin mediates apoptosis by interacting with Bcl-XL through C-terminal coiled coil domain" J. Cell. Physiol. 227(3) 1157-1167  ○ D. Na, S. Lee, G.S. Yi and D. Lee (2011) "Synthetic inter-species cooperation of host and virus for targeted genetic evolution", J. Biotechnol. 153(1-2), 35-42  ○ T. Yun, T. Hwang, K. Cha and G.S. Yi (2010) "CLIC: Clustering analysis of Large microarray datasets with Individual dimension-based Clustering", Nucleic Acids Res. 38: W246-W253.  ○ C.H. Sun, T. Hwang, K. Oh and G.S. Yi (2010) "DynaMod: Dynamic Functional Modularity Analysis." Nucleic Acids Res. 38: W103-W108.  ○ E. Kim, E.M. Hwang, O. Yarishikin, J.C. Yoo, D. Kim, N. Park, M. Cho, Y.S. Lee, C.H. Sun, G.S. Yi, J. Yoo, D. Kang, J. Han, S.G. Hong and J.Y. Park (2010) "Enhancement of TREK1 channel surface expression by protein-protein interaction with beta-COP" Biochem. Biophys. Res. Commun. 395(2), 244-250  ○ T. Hwang, C.H. Sun, T. Yun and G.S. Yi (2010) "FiGS: a filter-based gene selection workbench for microarray data" BMC Bioinformatics 11:50  ○ S.W. Chi, J. Kim, G.S. Yi, H.J. Hong and S.E. Ryu (2009) "Broadly neutralizing anti-HBV antibody binds to non-epitope regions of preS1" FEBS Lett. 583(18), 3095-3100  ○ C.H. Sun, M.S. Kim, Y. Han and G.S. Yi (2009) "COFECO: Composite Function Annotation Enriched by Protein Complex Data." Nucleic Acids Res. 37: W350-W355

유전자가위(engineered nuclease)는 특정 염기서열(DNA 표적 자리)을 인식해 절단하거나 교정하도록 고안된 인공 제한효소로, 인간세포를 포함한 모든 동식물 세포에서 특정 유전자를 절단해 변이를 일으키거나 교정하여 다양한 질병을 치료하는데 사용되는 신기술입니다.

유전자가위 기술은 유전자의 염기서열을 교정하거나 뒤집어진 유전자를 원상 복구할 수도 있습니다.

서울대 김진수 교수가 주도적으로 개발·보급한 이 기술은 지난해 세계 최고 권위의 '네이처'지 자매지인 'Nature Methods (IF=20.7)'에서 '올해의 기술(Method of the Year 2011)'로 선정된 바 있습니다.

지금까지 유전자가위 기술은 이중나선 DNA 두 가닥을 모두 잘라내 독성을 일으키거나, 표적하지 않은 곳에서도 작동하여 원치 않는 돌연변이를 발생시키는 등의 문제점이 있었습니다.
 
이에 최근 미국 하버드대 의대 연구팀과 생명공학 회사가 각각 DNA 한 가닥만을 자르는 유전자가위 기술 개발에 성공했다고 발표하기도 했습니다.

그러나 이들은 유전자가위 기술로 표적 장소에만 변이를 일으키는지 여부를 확인하지 못하는 등 그 정확성을 입증하지 못했습니다.

■ 서울대 김진수 교수팀은 DNA 두 가닥 중 한 가닥만을 자르는 유전자 가위 기술을 개발해 세포 독성이나 돌연변이를 유발하는 부작용 없이 원하는 장소에만 변이를 일으키는데 성공하였습니다.

김 교수팀의 유전자가위 기술은 DNA 한 가닥만 자른 후 어떠한 부작용 없이 표적 장소에서만 유전자를 교정하는 첫 사례입니다.

이는 유전자와 줄기세포 치료의 정확성을 높이는데 크게 기여할 것으로 기대됩니다.

김 교수팀은 기존의 유전자가위 기술과 마찬가지로 외부에서 넣은 유사 DNA를 이용해 유전자를 정교하게 교정할 수 있으면서도 표적 장소 외에는 변이를 일으키지 않는다는 사실을 처음으로 확인했습니다. 

향후 이 기술을 통해 유전자 또는 줄기세포 치료뿐만 아니라 에이즈나 혈우병과 같은 난치성 질환을 원천적으로 치료하는데도 활용될 수 있을 전망입니다.

이번 연구결과는 유전체 분야의 권위 있는 학술지인 '지놈 리서치(Genome Research, IF=13.588)'지에 온라인 속보(4월 21일)로 게재되었습다. 
(논문명 : Precision genome engineering with programmable DNA-nicking enzymes)

한편 김 교수팀은 지난해 1월 세포 내에 존재하는 유전자의 특정 위치를 선별해 절단하는 유전자가위 대량 합성기술 개발에 성공하였고(Nature Methods지, 2011년 1월호), 11월에는 유전자가위 기술을 이용해 특정 유전자에 돌연변이를 일으킨 동·식물 세포를 쉽게 선별하는 방법을 개발하기도 했습니다.(Nature Methods지, 2011년 11월호).

또 최근에는 뒤집어진 혈우병 유전자를 다시 뒤집어서 원상 복구하는 기술을 개발한 바 있습니다(Genome Research지, 2011. 12. 19). 

오른쪽그림: 본 연구에서 개발한 유전자 가위인 Zinc finger nickase를 세포에 도입할 경우 DNA 한 가닥만을 자르는 것이 확인되었고, 외부에서 도입한 유사 염기서열 DNA를 주형으로 하여 HR에 의한 교정을 유도함은 물론, 잘린 DNA 말단의 거의 대부분이 오류 없이 다시 연결되는 것을 확인했다. 이 방법을 통해 NHEJ에 의한 오류를 제어함으로써 기존 방법의 부작용을 줄일 수 있음을 보였다.

 용  어  설  명

Non-Homologous End Joining (NHEJ) :
세포내 두 가닥 이중나선 DNA 손상이 발생할 때 교정할 수 있는 메커니즘의 하나로, 잘려진 DNA 가닥이 유사염기서열을 이용하지 않고 잘린 말단을 바로 연결하거나 변이를 수반하여 교정하는 수리 기작이다.

Homologous recombination (HR):
세포 내 두 가닥  이중나선 DNA 손상이 발생할 때 오류 없이 교정할 수 있는 메커니즘의 하나로, NHEJ와는 달리 유사한 염기서열을 주형으로 하여 DNA 말단이 연결되는 세포내 수리 기작이다.

DNA(deoxyribonucleid acid) :
유전정보를 담은 화학물질로 두 가닥의 사슬이 서로 꼬여 있는 이중나선 모양임

<김진수 교수> 1. 인적사항  ○ 소 속 : 서울대학교 화학부   2. 학력   1983 - 1987    서울대학교 이학사   1987 - 1989    서울대학교 이학석사   1990 - 1994    University of Wisconsin-Madison, Ph.D.   3. 경력사항   1994 - 1997  美 MIT/Howard Hughes Medical Institute, Associate   1997 - 1999 삼성생명과학연구소, 연구책임자   1999 - 2005   (주)툴젠 대표이사/연구소장   2005 - 현재     서울대학교 화학부 조교수/부교수   2010 - 현재     교과부?연구재단 지정 창의연구단장 4. 전문 분야 정보 수상실적 - 서울대 자연과학대학 연구상 (2010) - 교육과학기술부/과학재단 이달의 과학자상 (2004) - Best Poster Award, Drug Discovery Technology (2001) 대표 연구논문 1) Kim E et al. and Kim JS (2012) Precision genome engineering with programmble DNA-nicking enzymes. Genome Research, in press. 2) Kim HJ, Kweon J. et al. and Kim JS (2012) Targeted chromosomal duplications and inversions in the human genome using zinc finger nucleases. Genome Research 22, 539-548. (Featured in News of the Week, Chemical & Engineering News 90, 11.) 3) Kim H et al. and Kim JS (2011) Surrogate reporters for enrichment of cells with nuclease-induced mutations. Nature Methods 8, 941-943. (Featured in News of the Week, Chemical & Engineering News 89, 11.) 4) Kim S et al. and Kim JS (2011) Preassembled zinc-finger arrays for rapid construction of ZFNs. Nature Methods 8, 7. (Featured in News and Views, Nature Methods 8, 53.) 5) Kim JS, Lee HJ, Carroll D (2010) Genome editing with modularly assembled zinc finger nucleases. Nature Methods 7, 91. 6) Lee HJ, Kim E and Kim JS (2010) Site-specific DNA excision via engineered zinc finger nucleases. Trends Biotechnol. 28, 445-446. 7) Lee HJ, Kim E and Kim JS (2010) Targeted chromosomal deletions in human cells using zinc finger nucleases. Genome Res. 20, 81-89. 8) Kim HJ, Lee HJ, Kim H, Cho SW and Kim JS (2009) Targeted genome editing with zinc finger nucleases constructed via modular assembly. Genome Res. 19, 1279-1288. 9) Bae, KH et al. and Kim JS (2003) Human zinc fingers as building blocks in the construction of artificial transcription factors. Nature Biotechnol. 21, 275-280. (Featured in News and Views, Nature Biotechnol. 21, 242.) 10) Park, KS et al. and Kim JS (2003) Phenotypic alteration of eukaryotic cells using randomized libraries of artificial transcription factors. Nature Biotechnol. 21, 1208-1214.

<김은지 박사> 1. 인적사항 ○ 소 속: 서울대학교 화학부                        2. 학력   2001 - 2006    세종대학교 이학사   2006 - 2011    서울대학교 이학박사   3. 경력사항   2011~현재     서울대학교 Post-doc. 4. 전문 분야 정보 수상실적 - 롯데 장학생, 롯데 장학재단 (2002) - 수인장학생, 수인 장학재단 (2007) 논문실적 1) Kim E et al. and Kim JS (2012) Precision genome engineering with programmble DNA-nicking enzymes. Genome Research, in press. 2) Lee, H.J., Kweon, J.,Kim, E.,Kim, S., Kim, J.-S. (2012) Targeted chromosomal duplications and inversions in the human genome using zinc finger nucleases .Genome Res. 22,539-548. 3) Kim, S., Kim, E.J. and Kim, J.-S. (2010) Construction of combinatorial libraries that encode zinc finger-based transcription factors. Methods Mol Biol. 649,133-147. 4) Lee, H.J., Kim, E., and Kim, J.-S. (2010) Site-specific DNA excision via engineered zinc finger nucleases. Trends Biotechnol. 28,445-446 5) Kim, S., Lee, H.J., Kim, E., and Kim, J.-S. (2010) Analysis of Targeted Chromosomal Deletions Induced by Zinc Finger Nucleases. Cold Spring Harb Protoc. pdb.prot5477 6) Lee, H.J.*, Kim, E.*, and Kim, J.-S. (2010) Targeted chromosomal deletions in human cells using zinc finger nucleases. Genome Res. 20, 81-89. (*: equal contribution)

'편도체(amygdala)'는 인간의 뇌 영역중 공포, 불안, 성행동 등을 결정짓는 역할을 합니다. 

한국기초과학지원연구원 자기공명연구부 조경구, 김형준 박사 연구팀은 자기공명영상(MRI)을 활용한 뇌 연구를 통해, 인간 뇌 '편도체 중심핵(CeA)'의 노화에 따른 변화가 남성과 여성에 있어 현격한 차이가 있음을 세계 최초로 규명했습니다.

연구팀은 121명의 피실험자 뇌를 MRI로 촬영해 편도체 영역을 분획하고, 분획된 편도체 영역을 3차원 영상으로 변환한 뒤 형태분석 및 부핵 분석을 수행했습니다.

이번 연구결과 편도체 중심핵은 내분비계와 밀접한 관련을 가지며 불안 등 감정을 조절하는 역할을 하고, 여성의 경우 나이가 들어감에 따라 이 부분이 급격하게 줄어드는 반면 남성은 변화가 적었습니다.

특히 여성의 불안장애 유병율이 남성보다 높지만, 폐경기 이후 여성의 유병율은 감소하는 것도 편도체 중심핵 변화와 밀접한 관련이 있을 것으로 추정했습니다.

기존 연구결과에서는 50세 폐경기를 전후한 여성의 경우 여성 호르몬이 급격히 줄어드는 반면 남성 호르몬의 변화는 적기 때문에 호르몬 변화에 의해 유병율이 감소한 것으로 보고 있습니다.

또 동물은 페로몬 정보를 처리하는 뇌 편도체 피질핵(CoA)이 암수 차이를 보였지만, 인간을 대상으로 한 실험에서 남녀차이가 있는지 밝혀지지 않았었는데, 이번 연구를 통해 인간의 경우 남성의 뇌 편도체 피질핵의 크기가 보다 큰 것을 밝혀냈습니다.

지금까지 인간은 페로몬을 처리하는 보습코계라는 기관이 별도로 있지 않은 것으로 알려졌기 때문에 뇌 피질핵 크기에서 남녀차이가 없는 것으로 보고되었습니다.

연구팀은 이러한 뇌 편도체 피질핵의 크기 차이로 인해 남성이 성적인 의미를 담은 시각 자극에 여성보다 민감하게 반응하는 것도 설명할 수 있는 것으로 보고 있습니다.

이번 연구는 향후 임상적 데이터가 축적되면 편도체와 관련된 신경정신질환의 보조진단도구로 쓰일 수 있을 것으로 보고 있습니다.

이번 연구는 조경구, 김형준 박사팀을 비롯, 경희대, 서울아산병원 등 3개 기관 협동연구로 추진됐습니다.

연구결과는 뇌영상 분야 권위지인 '뉴로이미지(NeuroImage)' 5월 1일자 표지논문으로 게재되었습니다.
(논문명 : Sex differences in amygdala subregions: Evidence from subregional shape analysis, IF=5.937)

'그림 b'의 붉은 화살표가 가리키는 영역이 여성의 나이가 들어감에 따라 빠른 쇠퇴를 보이는 편도체 중심핵이다.

 용  어  설  명

부핵분석 :
편도체 표면의 특정 위치가 3개의 부핵(central nucleus, cortical nucleus, laterobasal nucleus)에 속할 확률에 근거하여 계산을 수행한 뒤, 각각의 부핵의 크기를 산출하는 방법이다.

편도체 중심핵(central nucleus) :
자율신경 반응 및 호르몬 분비를 조절한다. 불안한 심리상태와 관련을 가지는 것으로 알려져 있다.

편도체 피질핵(cortical nucleus) :
후각 자극을 처리하는 곳으로, 동물에서는 성행동 및 후각정보 처리에 관여하는 것으로 알려져 있다.

보습코계(vomeronasal organ) :
성행동에 주로 관여하는 것으로 알려진 제2의 후각기관이다. 많은 동물에 존재하지만, 대부분의 연구자들은 인간에게는 없는 것으로 생각한다.

김형준 박사

조경구 박사

홍합은 거친 파도를 맞으면서도 바위나 방파제에 달라붙어 생존하는데, 이는 홍합이 만들어내는 특별한 접착성분때문입니다.

홍합접착단백질은 현재 알려진 어떠한 화학 접착제보다도 강력한 접착력과, 수중에서도 접착이 가능하고, 에폭시 수지보다 두 배나 뛰어난 인장강도를 지니고 있으면서도 휘어질 수 있는 유연성을 가지고 있고, 플라스틱이나 유리, 금속, 테플론, 생체물질 등 다양한 종류의 표면에 접착할 수 있는 능력을 갖고 있습니다.

게다가 생체 내에서 인간세포를 공격하거나 면역반응을 일으키지 않아 생체친화적인 접착재료로 다양한 응용 잠재력을 가지고 있습니다.

과학자들은 이를 이용해 손상된 뼈나 피부 등의 치료에 이용하려는 연구를 진행하고 있는데요.

여기에 사용되는 지지체는 이식된 세포가 조직에 효과적으로 자리 잡을 수 있도록 도와줄 뿐만 아니라, 세포가 효율적으로 조직을 재생할 수 있도록 유도하는 중요한 역할을 담당합니다.

대표적으로 지지체는 손상된 연골, 피부, 혈관과 같은 조직 치료를 위해 광범위하게 활용되고 있습니다.

특히 3차원 지지체는 조직재생에 적합한 구조적인 이점 때문에 최근들어 각광 받고 있지만, 고분자로 이루어진 지지체 표면에 특정 기능을 부여하는 것이 쉽지 않고 효율적이지 못하기 때문에 세계 연구팀들은 이보다 쉽고 효율적인 표면개질 방법을 개발하려고 노력 중입니다.

■ 포스텍 차형준 교수 연구팀이 안전하면서도 접착력과 코팅력이 뛰어난 홍합접착단백질을 이용해 손상된 뼈 조직을 효과적으로 재생하는 '기능성 3차원 지지체'을 개발했습니다.

연구팀은 손상된 뼈 조직을 재생하기 위해 3차원 지지체에 줄기세포를 표면에 부착했습니다.

이 때 지지체 표면에 줄기세포의 견고한 접착을 위해 홍합접착단백질을 사용했고, 여기에 줄기세포가 뼈로 분화가 잘 되도록 기능성 펩타이드를 첨가했습니다.

이 같은 방법을 쥐 실험에 적용한 결과 뼈 재생 효과가 기존보다 4배 이상 향상되는 것으로 나타났습니다.

차 교수팀은 지난 2010년에도 교과부와 연구재단의 지원으로 홍합접착단백질에 세포를 활성화시키는 생체기능성 펩타이드를 결합해, 세포의 특성을 그대로 살리면서도 접착력이 뛰어난 기능성 세포접착제를 개발한 바 있습니다.
(Biomaterials지, 2010년 9월)

연구팀은 이를 기반으로 손쉬운 표면개질방법을 이용해 뼈 세포를 활성화시키는 펩타이드가 표면에 효율적으로 노출되도록 유도하여 효과적으로 뼈 조직을 재생하는 3차원 지지체를 구현했습니다.

특히 이번에 개발된 3차원 지지체는 사람의 지방으로부터 추출한 줄기세포가 잘 붙고 성장하며, 뼈 조직으로 분화되도록 도와준다는 사실을 확인했습니다.

또한 연구팀은 파손된 쥐의 두개골에 3차원 지지체를 이식할 경우 아무 것도 이식하지 않은 쥐에 비해 4배 이상 높은 뼈 재생효과가 있으면서도 어떠한 부작용도 없음을 확인했습니다.

이번 연구는 연구팀이 자체 개발한 재조합 홍합접착단백질이 조직공학용 생체소재로서 실제 활용될 수 있음을 동물실험을 통해 확인한 첫 번째 사례로, 향후 다양한 인체 조직재생을 위한 기능성 지지체 코팅소재로 활용될 전망입니다.

이번 연구는 포스텍 차형준 교수와 조동우 교수, 가톨릭대 이종원 교수 등이 참여했습니다.

연구결과는 생체소재 분야의 권위 있는 학술지인 'Acta Biomaterialia'지 온라인판(4월 2일자)에 게재되었습니다.
(논문명: Enhancement of bone regeneration through facile surface functionalization of solid freeform fabrication-based three-dimensional scaffolds using mussel adhesive proteins)

자유 형상 가공법을 이용해 제조한 3차원 고분자 지지체 및 재조합 홍합접착단백질의 표면 코팅 형상

홍합접착단백질이 표면 코팅된 3차원 기능성 지지체의 세포활성화 효과

홍합접착단백질이 표면 코팅된 3차원 기능성 지지체의 동물모델에서의 뼈 조직 재생효과 확인

 용  어  설  명

재조합 홍합접착단백질 (recombinant mussel adhesive protein) :
해양생명체인 홍합은 접착단백질을 생산, 분비함으로써 홍합 자신을 바다 속의 바위와 같은 젖은 고체표면에 단단히 부착할 수 있도록 하여 강한 파도의 충격이나 바다 속의 부력 효과에도 저항할 수 있다.
접착을 위해 홍합에서 만들어져 분비되는 홍합접착단백질은 종류와 성질을 구분하기 위하여 foot protein의 약자인 fp라는 단어를 사용하여 분류한다.
이는 홍합접착단백질이 홍합의 발에서만 분비되기 때문에 붙여진 이름이다. 현재까지 발견된 홍합접착단백질은 총 6가지로, 각각의 홍합접착단백질은 fp-1에서 fp-6까지 이름이 붙어져 있다.
홍합접착단백질은 다양한 장점을 가지고 있는데, 현재 알려진 어떠한 화학합성 접착제보다도 강력한 접착력과 수중에서의 접착이 가능한 접착능력을 가지는 것으로 알려져 있고, 대부분의 에폭시 수지보다 두 배 정도의 향상된 인장강도를 지니고 있으면서도 휘어질 수 있는 유연성을 가지고 있으며, 플라스틱, 유리, 금속, 테플론 및 생체물질 등 다양한 종류의 표면에 접착할 수 있는 능력을 가지고 있는 것으로 알려져 있다.
또한, 생체 내에서 인간세포를 공격하거나 면역반응을 일으키지 않아 생체친화적인 재료로 알려져 있어서 생체접착제 및 생체재료로의 다양한 응용 잠재력을 가지고 있다.
하지만 현재까지 상용화되어 있는 것은 홍합에서 자연 추출한 제품이 유일하며 1g의 접착단백질을 얻기 위하여 1만 마리의 홍합이 필요하기 때문에 현재 1g에 7만 5000달러의 높은 가격으로 판매되고 있다.
이에 현재로는 세포접착제로만이 용도 개발되어 있다.
그러므로 홍합접착 단백질의 유전공학적 생산기술에 많은 연구들이 이루어져 왔지만 현재까지 본 연구팀이 전세계적에서 유일하게 우수한 접착능력을 가지는 재조합 홍합접착제의 대량생산기술을 보유하고 있다.

조직공학 지지체 (tissue engineering scaffold) :
조직공학은 세포와 지지체, 생리활성물질을 조합한 형태로 인체의 손상된 조직 부위에 이식하여 조직을 재생 및 회복시키는데 활용하기 위한 분야로서, 지금까지 대표적으로 손상된 연골, 피부, 혈관 등과 같은 조직에 대한 치료를 위하여 활용되고 있으며 다양한 조직으로 확대 및 적용하기 위한 연구가 활발하게 진행 중이다.
조직공학의 세 가지 요소인 세포, 지지체, 생리활성물질 중에 지지체는 이식된 세포가 조직 부위에 효과적으로 자리를 잡도록 도와줄 뿐만 아니라 세포가 조직 재생을 위한 기능을 효율적으로 수행할 수 있도록 유도해주는 중요한 역할을 담당한다.

자유 형상 가공 기술 (solid freeform fabrication technology) :
자유 형상 가공 기술은 조직공학 지지체를 제조하는 다양한 방법 중 하나로서, 컴퓨터의 프로그램에 따라 원하는 단면 형상을 제작하고 이를 적층시킴으로써 원하는 형태 그대로 제작이 가능하며, 내부 구조의 높은 상호연결성을 가져 종래의 방법의 단점을 보완하는 새로운 인공지지체 제작 방식이라고 할 수 있다.   

기능성 펩타이드 (bioactive peptides) :
실제 인체의 조직 내의 세포 주변에는 세포가 자랄 수 있도록 도와주는 기질 역할을 하는 세포외기질이 존재하는데, 세포외기질에는 세포의 기능을 활성화시켜줄 수 있는 기능성 생체분자물질들이 존재하며, 주로 당과 단백질 성분으로 구성되어있다.
특히 이러한 세포외기질에 존재하는 기능성 단백질은 크기가 비교적 큰데, 전체 단백질 중에 세포와 상호작용을 하는 특정 짧은 아미노산 (2~20개) 서열 부위만을 기능성 펩타이드라고 부르며, 크기가 작으면서도 해당 단백질의 기능을 수행할 수 있기 때문에 공학적으로 광범위하게 이용되고 있다.

인간지방조직유래 줄기세포 (human adipose tissue-derived stem cells) :
환자의 복부, 엉덩이, 옆구리 등에서 지방을 뽑아낸 후, 그 지방 조직으로부터 추출한 성체줄기세포를 의미한다. 상대적으로 풍부한 공급원으로부터 많은 세포 양을 확보할 수 있다는 장점을 가지고 있고, 뼈나 연골, 신경 등 다양한 조직으로 분화시킬 수 있는 것으로 알려져 있다. 또한, 뼈 조직 재생에 큰 역할을 한다는 것으로 알려져 조직공학 연구를 위한 줄기세포공급원으로서 주목받고 있다.

쥐 두개골 결손모델 (rat calvarial defect model) :
뼈 조직 재생의 정도를 알아보기 위한 동물실험모델의 한 종류로서, 쥐의 두개골에 약 8 mm 지름의 원형의 결손부를 형성시키고 그곳에 실험하고자 하는 지지체를 이식하고 두개골을 덮은 후에, 일정한 시간이 지난 후 두개골의 뼈 조직 재생이 얼마나 이루어졌는지 알아보는 방식으로 실험이 진행된다.

생체기능성 펩타이드 :
2~20개의 짧은 특정 아미노산 서열로, 인체의 조직을 구성하는 세포의 활성을 도와 공학적으로 광범위하게 이용되고 있음

<차형준 교수> 1. 인적사항  ○ 소 속 : 포항공과대학교 화학공학과                                   2. 학력   1986 - 1990  서울대학교 화학공학과 학사      1990 - 1992  서울대학교 화학공학과 석사     1992 - 1995  서울대학교 화학공학과 박사   3. 경력사항   1995 - 1996  한국생명공학연구원 박사후연구원     1996 - 1999  미국 University of Maryland 박사후연구원, 연구교수   1999 - 현재  포항공과대학교 화학공학과 조교수, 부교수, 교수   2010 - 현재  포항공과대학교 해양대학원 SA교수     2010 - 현재  국토해양부 해양바이오산업신소재연구단 단장    2012 - 현재  포항공과대학교 세아젊은석좌교수  4. 전문 분야 정보 - Associate editor (SCI Journal): BMC Biotechnology (2010~), Applied Biochemistry and Biotechnology (2010~), Korean Journal of Chemical Engineering (2009~) - Editorial board member (SCI Journal): Enzyme and Microbial Technology (2007~), Process Biochemistry (2005~), Microbial Cell Factories (2004~) - SCI 논문 100여 편, 국내외 특허 출원/등록 50여건 5. 수상 경력 2011 포스텍 차세대 과학자 2010 바다의날 국무총리상 2010 12회 송곡과학기술상 2008 국가연구개발 우수성과 100선 교육과학부장관상 2008 범석논문상 (한국화학공학회) 2007 담연학술상 (한국생물공학회)

<조동우 교수> 1. 인적사항  ○ 소 속 : 포항공과대학교 기계공학과                         2. 학력   1976 - 1980  서울대학교 기계설계학과 학사      1980 - 1982  서울대학교 기계설계학과 석사     1983 - 1986  University of Wisconsin-Madison 기계공학과 박사 3. 경력사항   1987 - 1988  Robotics Institute, Carnegie Mellon University 교환교수   1996 - 1996  University of British Columbia 기계공학과 교환교수       2007 - 2008  University of Toronto, Mount Sinai Hospital, Pathology and     Laboratory Medicine, 교환교수   2011 - 2011  대한기계학회 바이오공학부문 회장   2006 - 2009  포항공과대학교 초소형기계기술연구소 소장     1986 - 현재   포항공과대학교 기계공학과 조교수, 부교수, 정교수 4. 전문 분야 정보 - Associate editor: ASME Journal of Manufacturing Science and　Engineering (2002~2008) - Editorial board member: International Journal of Mechatronics and Manufacturing Systems (2006~), International Journal of Precision Engineering and Manufacturing (2006~), Biofabrication (2008~) - SCI 논문 150여 편, 국내외 특허 출원/등록 40여건 5. 수상 경력 1994 Outstanding Young Manufacturing Engineer Award 2002 백암논문상 2003 가헌학술상 2010 국가지정연구과제(NRL) 우수성과 100선 입상

<이종원 교수> 1. 인적사항  ○ 소 속 : 가톨릭대학교 의과대학 성형외과학교실                                    2. 학력   1975 - 1981  가톨릭대학교 의과대학 의학과 의학사      1986 - 1988  가톨릭대학교 대학원 외과학 의학석사     1990 - 1993  가톨릭대학교 대학원 성형외과학 의학박사   3. 경력사항   1996 - 1997  미국 듀크대 성형외과 연수, 교환교수     2009 - 2011  가톨릭의대 서울성모병원 수련교육실장   1999 - 현재   가톨릭의대 성모병원 성형외과 조교수, 부교수, 정교수, 과장   2006 - 현재   가톨릭의대 의과대학 성형외과학교실 주임교수 4. 전문 분야 정보 - 대한성형외과학회 편집위원 (2004~) - 한국조직공학재생의학회(KTERMIS) 부회장 겸 학술위원장 (2011~) - 국내외 학술논문 180여 편, 다수의 임상시험연구 경험 5. 수상 경력 2000-2003, 2005, 2006 대한성형외과학회 기초논문학술상 2010 가톨릭 이념구현 개인상

KRISS(한국표준과학연구원)이 매월 선정하는 '이달의 KRISS인상' 4월 수상자로 길이센터 김종안 박사(41)가 선정됐습니다.

김종안 박사는 군사 전략물자로 분류되어 수출입이 엄격히 제한되고 있는 초고정밀 각도 표준기를 개발했습니다.

<관련글 : 1000km 밖의 미사일도 잡아내는 레이더 각도 측정기
                                                   http://daedeokvalley.tistory.com/235>

각도센서는 미사일이나 레이더와 같은 군사시설의 성능을 결정하는데 핵심 요소로, 분해능이 1초 보다 작은 고성능 각도측정기의 경우 제품의 수출입 뿐만 아니라 기술 공개도 엄격히 통제되고 있습니다.

김 박사의 연구 이전에는 국내의 각도 센서 제작 기술은 수십 초의 분해능을 구현하는 데 그쳤습니다.

정밀한 각도 센서를 제작하기 위해서는 가공, 평가, 개선 등의 과정을 거쳐야 하는데, 이번 기술개발을 통해 평가 능력을 크게 향상시켰으며, 기존의 각도 센서보다 정확한 센서를 제작할 수 있는 기반을 마련했습니다.