- 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)

- 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)

- 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)

- 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

- 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

- 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

- 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

- 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

- 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