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게시물 키워드"KIST"에 대한 4618개의 검색결과를 찾았습니다.
불소 첨가된 주석산화물 나노튜브 촉매 담지체 개발, 수소연료전지 내구성 높인다
- 연료전지 내 담지체의 전기화학적 열화 문제 해결, 성능과 안정성 향상 - 비탄소계 금속산화물 담지체의 도입을 통해 장기적 내구성 획기적 개선 최근 수소 전기차가 내연기관 자동차를 대체할 미래 친환경 자동차로서 주목받으며, 그 동력원인 수소연료전지의 성능과 내구성 향상을 위한 연구 또한 활발히 이뤄지고 있다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 수소연료전지연구단 김진영 박사팀은 비탄소계 촉매 담지체를 활용하여 수소연료전지의 성능과 안정성을 획기적으로 높일 수 있는 기술을 개발했다. 수소연료전지에는 일반적으로 저온에서도 반응이 우수한 백금 나노촉매(2~5 나노미터(nm, 10억분의 1m) 크기)를 주로 사용한다. 담지체는 촉매의 반응성 및 선택성 등을 향상시키는 물질을 말하는데, 연료전지용 백금 촉매는 촉매 반응을 향상시키는 탄소 담지체에 분포되어 있다. 그러나 기존의 탄소 담지체들은 반복 사용 시 쉽게 부서져 연료전지 성능을 떨어뜨리는 한계를 가지고 있었다. 전기화학적 열화로 인해 담지체가 부서지는 문제를 해결하기 위해 KIST 연구팀은 탄소계가 아닌 비탄소계 소재에서 해답을 찾았다. 비탄소계 금속산화물 소재는 높은 전기 전도도와 전기화학적 처리에도 잘 부서지지 않는 우수한 내부식성을 보이는 것으로 알려져 있다. 비탄소계 금속산화물로 잘 알려진 주석산화물은 우수한 내부식성을 보인다. 하지만 전기전도성이 낮아 다양한 원소를 첨가하여 전기전도도를 높여야만 하고, 장기 구동 시에는 첨가된 원소들이 전기화학적으로 용출되는 현상이 발생하여 오히려 전기전도성이 감소하는 문제가 발생하였다. KIST 김진영 박사팀은 주석산화물에 다양한 양이온과 음이온 원소를 도핑하는 시험을 진행하였으며, 이 중 불소가 전기화학적으로 가장 안정되며 전기전도도도 우수한 최적의 원소임을 밝혀내었다. KIST 연구진은 불소가 첨가된 주석산화물을 나노튜브 형태의 담지체로 연료전지에 적용하여 가속 수명시험을 수행하였다. 시험 결과, 기존의 탄소 담지체 연료전지는 최대출력밀도가 70%나 감소한 반면, 불소가 도핑된 주석산화물 담지체의 경우에는 최대출력밀도가 7%만 감소하는 최고의 성능 특성을 보였다. KIST 수소연료전지연구단 김진영 박사는 “기존의 탄소계 담지체 소재의 내부식성 문제를 극복하기 위해 비탄소계 소재를 도입하여 우수한 결과를 낼 수 있었다”고 말하며, “우수한 성능의 불소 도핑 주석산화물은 향후 수소연료전지의 촉매 담지체 뿐만 아니라 수전해와 같이 촉매 담지체가 사용되기 어려운 분야에서도 이를 대체할 수 있는 소재로 활용 가능할 것”이라고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부에서 지원하는 KIST 기관고유사업과 한국연구재단에서 지원하는 기후변화대응 기술개발사업으로 수행되었으며, 연구결과는 ‘Nano Energy’ (IF : 15.548,JCR 상위분야 4.452%) 최신호에 온라인 게재되었다. * (논문명) High-performance Corrosion-resistant Fluorine-doped Tin Oxide as an Alternative to Carbon Support in Electrodes for PEM Fuel Cells - (제1저자) 한국과학기술연구원 김종민 박사 (Post Doc.) 한국과학기술연구원 이여진 석박통합과정 - (교신저자) 한국과학기술연구원 김진영 책임연구원 <그림설명> 그림 1. 본 연구팀에서 개발한 불소가 도핑된 주석산화물나노튜브 촉매담지체 개발 모식도 그림 2. (상) 다양한 도펀트를 갖는 주석계산화물의 전기화학적 부식테스트 후 도펀트 용출량의 측정을 통해 가장 안정한 불소 도펀트 스크리닝 단계. (하) 고분자전해질연료전지에서 열화테스트 전 후의 탄소담지체 기반 상용백금촉매 (Pt/C)및 불소가 도핑된 주석산화물 기반 백금촉매 (Pt/FTO) 성능 비교 평가.
반도체가 냄새를 맡는다? ‘세포’를 모사한 ’초민감·감각 센싱 플랫폼‘ 개발
- 생체 기관의 구조와 유사한 3차원 인공 세포구조물 집적 칩 최초 제작 - 생체 감각기관 모사 초민감 인공 오감 센싱 플랫폼으로 응용 기대 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 뇌과학연구소 바이오마이크로시스템 연구단 김태송 단장 연구팀은 국민대학교 화학과 유연규 교수팀과의 공동연구를 통해 반도체의 주된 재료인 실리콘 기판 위에 수만 개 이상의 3차원 인공세포막을 제작하는 기술을 개발했다고 밝혔다. 또한, 이 인공세포막 표면에 이온 채널* 단백질을 결합하여, 특정 조건을 감지하면 이온 채널이 열리고, 신호를 발생시키는 것을 확인했다. *이온 채널 : 생체막을 관통하는 구멍을 형성하여 생체막 내외의 이온을 통과시키는 단백질 분자. 예를 들어 후각세포의 경우 특정 이온이 채널을 통과하여 전기신호를 만듦으로써 뇌에서 냄새를 인식하게 함 포유동물은 개체마다 특유의 감각 기능을 보유하고 있다. 예를 들어, 개는 인간보다 약 1000배 이상 민감한 후각을 보유하고 있다. 이는 개의 후각세포와, 냄새를 구별하는 이온 채널의 숫자가 훨씬 많기 때문이다. 만약 이들 후각세포를 인공적으로 반도체 소자와 같은 초소형 칩 위에 구현할 수 있다면 공항에서 개를 훈련해 폭발물이나 마약과 같은 금지약물의 검사에 동원하지 않고도 아주 정밀하고 손쉽게 검사함으로써 재난과 위험으로부터 보호할 수 있을 것이다. 지금까지 인공세포막은 시계보다 정확히 이루어지는 생명체의 생명현상을 밝히거나, 생명현상에 관여하는 특정 반응을 밝히기 위한 모델실험, 새로운 약물을 개발하기 위한 사용 등으로 전 세계적으로 큰 관심의 대상이 되어왔다. 그러나 현재까지의 연구결과는 생체환경과 유사한 액체에 떠 있는 세포 모양의 인공 세포(GUV**)를 이용한 것으로, 고체 기판 위에 고정된 인공세포막을 이용한 것이 아니었다. 고체에 고정된 막으로서의 연구는 2차원의 평평한 막을 이용한 방법이 발표되고 있으나, 넓은 표면적을 갖기에는 막의 안정성이 떨어져 인공세포막의 생존시간이 24시간 정도에 불과하여 초민감·감각 센싱 플랫폼으로써 응용하기에 부족한 수준이다. **GUV(Giant Unilamellar Vesicle) : 이중막인 인공세포막으로 이루어진 구형(sphere) 형태의 구조물을 일컬으며 크기가 1~200㎛의 분포를 가짐 KIST 연구진은 이러한 기존의 한계점들을 극복하기 위해 실리콘 기판에 수만 개의 미세 구멍을 만들어 개개의 구멍 위에 균일하고 넓은 표면적을 갖는 3차원 인공세포(GUV) 구조물 제작 방법을 최초로 개발하였다. 특히, 5일 이상 구조물이 터지거나 변형되지 않고 유지될 수 있을 정도로 인공세포막의 안정성이 뛰어났다. 또한, 이 실리콘 기판 위에 제작된 3차원 인공세포막 구조물에 세로토닌*** 수용 채널을 다량 결합했다. 이 결합 된 채널들이 정상적으로 작동함을 확인하고, 이를 통해 제작한 인공세포막이 구조물로서 뿐만 아니라 세포의 기능도 정상적으로 수행할 수 있음을 밝혔다. 더 나아가 이를 응용하면 생명체만큼이나 민감하고 정확한 센서로 활용될 수 있음을 시사했다. ***세로토닌: 세로토닌은 뇌 신경계에 작용하는 신경전달물질의 하나로 행복을 느끼는 데에 기여한다고 일반적으로 알려져 있다. KIST 김태송 박사는 “이번 연구를 통해 개발된 기술은 아직도 우리가 알지 못하는 생명현상의 근원을 밝히기 위한 연구 플랫폼으로서뿐 아니라, 반도체 기판 위에 고정된 3D 인공 세포 집합체에 실제 개 코의 후각세포와 기능을 그대로 적용하여 마약이나 폭발물 같은 특정 물질을 인식하는 인공 개 코를 포함한 우수한 인공 오감 센싱 플랫폼으로 활용할 수 있다.”라고 말했다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 유영민) 지원으로 KIST 주요사업으로 수행되었으며, 연구결과는 ‘Biosensors and Bioelectronics’ (IF : 9.518, JCR 분야 상위 0.595%)에 최신호에 게재되었다. * (논문명) Enhancement of membrane protein reconstitution on 3D free-standing lipid bilayer array in a microfluidic channel - (제 1저자) 한국과학기술연구원 한원배 박사(PostDoc.) - (교신저자) 한국과학기술연구원 김태송 책임연구원 [붙임] 연구결과 개요, 연구결과 문답, 용어 설명, 그림 설명, 연구진 이력 사항 <그림설명> <그림 1> (상) 실리콘 기판에 형성된 직경 8㎛ 홀 어레이 평면 및 단면, (중) 개개의 실리콘 홀 위에 형성된 구형상의 인공세포막 구조물 콘포컬 현미경 사진. 위쪽 및 옆쪽에서 본 인공세포막, (하 우측) 인공 세포구조물 크기 분포 그래프 <그림 2> 실리콘 기판 미세 홀(hole) 어레이 위에 형성된 구형의 3차원 인공 세포구조물 대면적 사진 (형광현미경 사진)
반도체가 냄새를 맡는다? ‘세포’를 모사한 ’초민감·감각 센싱 플랫폼‘ 개발
- 생체 기관의 구조와 유사한 3차원 인공 세포구조물 집적 칩 최초 제작 - 생체 감각기관 모사 초민감 인공 오감 센싱 플랫폼으로 응용 기대 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 뇌과학연구소 바이오마이크로시스템 연구단 김태송 단장 연구팀은 국민대학교 화학과 유연규 교수팀과의 공동연구를 통해 반도체의 주된 재료인 실리콘 기판 위에 수만 개 이상의 3차원 인공세포막을 제작하는 기술을 개발했다고 밝혔다. 또한, 이 인공세포막 표면에 이온 채널* 단백질을 결합하여, 특정 조건을 감지하면 이온 채널이 열리고, 신호를 발생시키는 것을 확인했다. *이온 채널 : 생체막을 관통하는 구멍을 형성하여 생체막 내외의 이온을 통과시키는 단백질 분자. 예를 들어 후각세포의 경우 특정 이온이 채널을 통과하여 전기신호를 만듦으로써 뇌에서 냄새를 인식하게 함 포유동물은 개체마다 특유의 감각 기능을 보유하고 있다. 예를 들어, 개는 인간보다 약 1000배 이상 민감한 후각을 보유하고 있다. 이는 개의 후각세포와, 냄새를 구별하는 이온 채널의 숫자가 훨씬 많기 때문이다. 만약 이들 후각세포를 인공적으로 반도체 소자와 같은 초소형 칩 위에 구현할 수 있다면 공항에서 개를 훈련해 폭발물이나 마약과 같은 금지약물의 검사에 동원하지 않고도 아주 정밀하고 손쉽게 검사함으로써 재난과 위험으로부터 보호할 수 있을 것이다. 지금까지 인공세포막은 시계보다 정확히 이루어지는 생명체의 생명현상을 밝히거나, 생명현상에 관여하는 특정 반응을 밝히기 위한 모델실험, 새로운 약물을 개발하기 위한 사용 등으로 전 세계적으로 큰 관심의 대상이 되어왔다. 그러나 현재까지의 연구결과는 생체환경과 유사한 액체에 떠 있는 세포 모양의 인공 세포(GUV**)를 이용한 것으로, 고체 기판 위에 고정된 인공세포막을 이용한 것이 아니었다. 고체에 고정된 막으로서의 연구는 2차원의 평평한 막을 이용한 방법이 발표되고 있으나, 넓은 표면적을 갖기에는 막의 안정성이 떨어져 인공세포막의 생존시간이 24시간 정도에 불과하여 초민감·감각 센싱 플랫폼으로써 응용하기에 부족한 수준이다. **GUV(Giant Unilamellar Vesicle) : 이중막인 인공세포막으로 이루어진 구형(sphere) 형태의 구조물을 일컬으며 크기가 1~200㎛의 분포를 가짐 KIST 연구진은 이러한 기존의 한계점들을 극복하기 위해 실리콘 기판에 수만 개의 미세 구멍을 만들어 개개의 구멍 위에 균일하고 넓은 표면적을 갖는 3차원 인공세포(GUV) 구조물 제작 방법을 최초로 개발하였다. 특히, 5일 이상 구조물이 터지거나 변형되지 않고 유지될 수 있을 정도로 인공세포막의 안정성이 뛰어났다. 또한, 이 실리콘 기판 위에 제작된 3차원 인공세포막 구조물에 세로토닌*** 수용 채널을 다량 결합했다. 이 결합 된 채널들이 정상적으로 작동함을 확인하고, 이를 통해 제작한 인공세포막이 구조물로서 뿐만 아니라 세포의 기능도 정상적으로 수행할 수 있음을 밝혔다. 더 나아가 이를 응용하면 생명체만큼이나 민감하고 정확한 센서로 활용될 수 있음을 시사했다. ***세로토닌: 세로토닌은 뇌 신경계에 작용하는 신경전달물질의 하나로 행복을 느끼는 데에 기여한다고 일반적으로 알려져 있다. KIST 김태송 박사는 “이번 연구를 통해 개발된 기술은 아직도 우리가 알지 못하는 생명현상의 근원을 밝히기 위한 연구 플랫폼으로서뿐 아니라, 반도체 기판 위에 고정된 3D 인공 세포 집합체에 실제 개 코의 후각세포와 기능을 그대로 적용하여 마약이나 폭발물 같은 특정 물질을 인식하는 인공 개 코를 포함한 우수한 인공 오감 센싱 플랫폼으로 활용할 수 있다.”라고 말했다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 유영민) 지원으로 KIST 주요사업으로 수행되었으며, 연구결과는 ‘Biosensors and Bioelectronics’ (IF : 9.518, JCR 분야 상위 0.595%)에 최신호에 게재되었다. * (논문명) Enhancement of membrane protein reconstitution on 3D free-standing lipid bilayer array in a microfluidic channel - (제 1저자) 한국과학기술연구원 한원배 박사(PostDoc.) - (교신저자) 한국과학기술연구원 김태송 책임연구원 [붙임] 연구결과 개요, 연구결과 문답, 용어 설명, 그림 설명, 연구진 이력 사항 <그림설명> <그림 1> (상) 실리콘 기판에 형성된 직경 8㎛ 홀 어레이 평면 및 단면, (중) 개개의 실리콘 홀 위에 형성된 구형상의 인공세포막 구조물 콘포컬 현미경 사진. 위쪽 및 옆쪽에서 본 인공세포막, (하 우측) 인공 세포구조물 크기 분포 그래프 <그림 2> 실리콘 기판 미세 홀(hole) 어레이 위에 형성된 구형의 3차원 인공 세포구조물 대면적 사진 (형광현미경 사진)
반도체가 냄새를 맡는다? ‘세포’를 모사한 ’초민감·감각 센싱 플랫폼‘ 개발
- 생체 기관의 구조와 유사한 3차원 인공 세포구조물 집적 칩 최초 제작 - 생체 감각기관 모사 초민감 인공 오감 센싱 플랫폼으로 응용 기대 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 뇌과학연구소 바이오마이크로시스템 연구단 김태송 단장 연구팀은 국민대학교 화학과 유연규 교수팀과의 공동연구를 통해 반도체의 주된 재료인 실리콘 기판 위에 수만 개 이상의 3차원 인공세포막을 제작하는 기술을 개발했다고 밝혔다. 또한, 이 인공세포막 표면에 이온 채널* 단백질을 결합하여, 특정 조건을 감지하면 이온 채널이 열리고, 신호를 발생시키는 것을 확인했다. *이온 채널 : 생체막을 관통하는 구멍을 형성하여 생체막 내외의 이온을 통과시키는 단백질 분자. 예를 들어 후각세포의 경우 특정 이온이 채널을 통과하여 전기신호를 만듦으로써 뇌에서 냄새를 인식하게 함 포유동물은 개체마다 특유의 감각 기능을 보유하고 있다. 예를 들어, 개는 인간보다 약 1000배 이상 민감한 후각을 보유하고 있다. 이는 개의 후각세포와, 냄새를 구별하는 이온 채널의 숫자가 훨씬 많기 때문이다. 만약 이들 후각세포를 인공적으로 반도체 소자와 같은 초소형 칩 위에 구현할 수 있다면 공항에서 개를 훈련해 폭발물이나 마약과 같은 금지약물의 검사에 동원하지 않고도 아주 정밀하고 손쉽게 검사함으로써 재난과 위험으로부터 보호할 수 있을 것이다. 지금까지 인공세포막은 시계보다 정확히 이루어지는 생명체의 생명현상을 밝히거나, 생명현상에 관여하는 특정 반응을 밝히기 위한 모델실험, 새로운 약물을 개발하기 위한 사용 등으로 전 세계적으로 큰 관심의 대상이 되어왔다. 그러나 현재까지의 연구결과는 생체환경과 유사한 액체에 떠 있는 세포 모양의 인공 세포(GUV**)를 이용한 것으로, 고체 기판 위에 고정된 인공세포막을 이용한 것이 아니었다. 고체에 고정된 막으로서의 연구는 2차원의 평평한 막을 이용한 방법이 발표되고 있으나, 넓은 표면적을 갖기에는 막의 안정성이 떨어져 인공세포막의 생존시간이 24시간 정도에 불과하여 초민감·감각 센싱 플랫폼으로써 응용하기에 부족한 수준이다. **GUV(Giant Unilamellar Vesicle) : 이중막인 인공세포막으로 이루어진 구형(sphere) 형태의 구조물을 일컬으며 크기가 1~200㎛의 분포를 가짐 KIST 연구진은 이러한 기존의 한계점들을 극복하기 위해 실리콘 기판에 수만 개의 미세 구멍을 만들어 개개의 구멍 위에 균일하고 넓은 표면적을 갖는 3차원 인공세포(GUV) 구조물 제작 방법을 최초로 개발하였다. 특히, 5일 이상 구조물이 터지거나 변형되지 않고 유지될 수 있을 정도로 인공세포막의 안정성이 뛰어났다. 또한, 이 실리콘 기판 위에 제작된 3차원 인공세포막 구조물에 세로토닌*** 수용 채널을 다량 결합했다. 이 결합 된 채널들이 정상적으로 작동함을 확인하고, 이를 통해 제작한 인공세포막이 구조물로서 뿐만 아니라 세포의 기능도 정상적으로 수행할 수 있음을 밝혔다. 더 나아가 이를 응용하면 생명체만큼이나 민감하고 정확한 센서로 활용될 수 있음을 시사했다. ***세로토닌: 세로토닌은 뇌 신경계에 작용하는 신경전달물질의 하나로 행복을 느끼는 데에 기여한다고 일반적으로 알려져 있다. KIST 김태송 박사는 “이번 연구를 통해 개발된 기술은 아직도 우리가 알지 못하는 생명현상의 근원을 밝히기 위한 연구 플랫폼으로서뿐 아니라, 반도체 기판 위에 고정된 3D 인공 세포 집합체에 실제 개 코의 후각세포와 기능을 그대로 적용하여 마약이나 폭발물 같은 특정 물질을 인식하는 인공 개 코를 포함한 우수한 인공 오감 센싱 플랫폼으로 활용할 수 있다.”라고 말했다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 유영민) 지원으로 KIST 주요사업으로 수행되었으며, 연구결과는 ‘Biosensors and Bioelectronics’ (IF : 9.518, JCR 분야 상위 0.595%)에 최신호에 게재되었다. * (논문명) Enhancement of membrane protein reconstitution on 3D free-standing lipid bilayer array in a microfluidic channel - (제 1저자) 한국과학기술연구원 한원배 박사(PostDoc.) - (교신저자) 한국과학기술연구원 김태송 책임연구원 [붙임] 연구결과 개요, 연구결과 문답, 용어 설명, 그림 설명, 연구진 이력 사항 <그림설명> <그림 1> (상) 실리콘 기판에 형성된 직경 8㎛ 홀 어레이 평면 및 단면, (중) 개개의 실리콘 홀 위에 형성된 구형상의 인공세포막 구조물 콘포컬 현미경 사진. 위쪽 및 옆쪽에서 본 인공세포막, (하 우측) 인공 세포구조물 크기 분포 그래프 <그림 2> 실리콘 기판 미세 홀(hole) 어레이 위에 형성된 구형의 3차원 인공 세포구조물 대면적 사진 (형광현미경 사진)
반도체가 냄새를 맡는다? ‘세포’를 모사한 ’초민감·감각 센싱 플랫폼‘ 개발
- 생체 기관의 구조와 유사한 3차원 인공 세포구조물 집적 칩 최초 제작 - 생체 감각기관 모사 초민감 인공 오감 센싱 플랫폼으로 응용 기대 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 뇌과학연구소 바이오마이크로시스템 연구단 김태송 단장 연구팀은 국민대학교 화학과 유연규 교수팀과의 공동연구를 통해 반도체의 주된 재료인 실리콘 기판 위에 수만 개 이상의 3차원 인공세포막을 제작하는 기술을 개발했다고 밝혔다. 또한, 이 인공세포막 표면에 이온 채널* 단백질을 결합하여, 특정 조건을 감지하면 이온 채널이 열리고, 신호를 발생시키는 것을 확인했다. *이온 채널 : 생체막을 관통하는 구멍을 형성하여 생체막 내외의 이온을 통과시키는 단백질 분자. 예를 들어 후각세포의 경우 특정 이온이 채널을 통과하여 전기신호를 만듦으로써 뇌에서 냄새를 인식하게 함 포유동물은 개체마다 특유의 감각 기능을 보유하고 있다. 예를 들어, 개는 인간보다 약 1000배 이상 민감한 후각을 보유하고 있다. 이는 개의 후각세포와, 냄새를 구별하는 이온 채널의 숫자가 훨씬 많기 때문이다. 만약 이들 후각세포를 인공적으로 반도체 소자와 같은 초소형 칩 위에 구현할 수 있다면 공항에서 개를 훈련해 폭발물이나 마약과 같은 금지약물의 검사에 동원하지 않고도 아주 정밀하고 손쉽게 검사함으로써 재난과 위험으로부터 보호할 수 있을 것이다. 지금까지 인공세포막은 시계보다 정확히 이루어지는 생명체의 생명현상을 밝히거나, 생명현상에 관여하는 특정 반응을 밝히기 위한 모델실험, 새로운 약물을 개발하기 위한 사용 등으로 전 세계적으로 큰 관심의 대상이 되어왔다. 그러나 현재까지의 연구결과는 생체환경과 유사한 액체에 떠 있는 세포 모양의 인공 세포(GUV**)를 이용한 것으로, 고체 기판 위에 고정된 인공세포막을 이용한 것이 아니었다. 고체에 고정된 막으로서의 연구는 2차원의 평평한 막을 이용한 방법이 발표되고 있으나, 넓은 표면적을 갖기에는 막의 안정성이 떨어져 인공세포막의 생존시간이 24시간 정도에 불과하여 초민감·감각 센싱 플랫폼으로써 응용하기에 부족한 수준이다. **GUV(Giant Unilamellar Vesicle) : 이중막인 인공세포막으로 이루어진 구형(sphere) 형태의 구조물을 일컬으며 크기가 1~200㎛의 분포를 가짐 KIST 연구진은 이러한 기존의 한계점들을 극복하기 위해 실리콘 기판에 수만 개의 미세 구멍을 만들어 개개의 구멍 위에 균일하고 넓은 표면적을 갖는 3차원 인공세포(GUV) 구조물 제작 방법을 최초로 개발하였다. 특히, 5일 이상 구조물이 터지거나 변형되지 않고 유지될 수 있을 정도로 인공세포막의 안정성이 뛰어났다. 또한, 이 실리콘 기판 위에 제작된 3차원 인공세포막 구조물에 세로토닌*** 수용 채널을 다량 결합했다. 이 결합 된 채널들이 정상적으로 작동함을 확인하고, 이를 통해 제작한 인공세포막이 구조물로서 뿐만 아니라 세포의 기능도 정상적으로 수행할 수 있음을 밝혔다. 더 나아가 이를 응용하면 생명체만큼이나 민감하고 정확한 센서로 활용될 수 있음을 시사했다. ***세로토닌: 세로토닌은 뇌 신경계에 작용하는 신경전달물질의 하나로 행복을 느끼는 데에 기여한다고 일반적으로 알려져 있다. KIST 김태송 박사는 “이번 연구를 통해 개발된 기술은 아직도 우리가 알지 못하는 생명현상의 근원을 밝히기 위한 연구 플랫폼으로서뿐 아니라, 반도체 기판 위에 고정된 3D 인공 세포 집합체에 실제 개 코의 후각세포와 기능을 그대로 적용하여 마약이나 폭발물 같은 특정 물질을 인식하는 인공 개 코를 포함한 우수한 인공 오감 센싱 플랫폼으로 활용할 수 있다.”라고 말했다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 유영민) 지원으로 KIST 주요사업으로 수행되었으며, 연구결과는 ‘Biosensors and Bioelectronics’ (IF : 9.518, JCR 분야 상위 0.595%)에 최신호에 게재되었다. * (논문명) Enhancement of membrane protein reconstitution on 3D free-standing lipid bilayer array in a microfluidic channel - (제 1저자) 한국과학기술연구원 한원배 박사(PostDoc.) - (교신저자) 한국과학기술연구원 김태송 책임연구원 [붙임] 연구결과 개요, 연구결과 문답, 용어 설명, 그림 설명, 연구진 이력 사항 <그림설명> <그림 1> (상) 실리콘 기판에 형성된 직경 8㎛ 홀 어레이 평면 및 단면, (중) 개개의 실리콘 홀 위에 형성된 구형상의 인공세포막 구조물 콘포컬 현미경 사진. 위쪽 및 옆쪽에서 본 인공세포막, (하 우측) 인공 세포구조물 크기 분포 그래프 <그림 2> 실리콘 기판 미세 홀(hole) 어레이 위에 형성된 구형의 3차원 인공 세포구조물 대면적 사진 (형광현미경 사진)
반도체가 냄새를 맡는다? ‘세포’를 모사한 ’초민감·감각 센싱 플랫폼‘ 개발
- 생체 기관의 구조와 유사한 3차원 인공 세포구조물 집적 칩 최초 제작 - 생체 감각기관 모사 초민감 인공 오감 센싱 플랫폼으로 응용 기대 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 뇌과학연구소 바이오마이크로시스템 연구단 김태송 단장 연구팀은 국민대학교 화학과 유연규 교수팀과의 공동연구를 통해 반도체의 주된 재료인 실리콘 기판 위에 수만 개 이상의 3차원 인공세포막을 제작하는 기술을 개발했다고 밝혔다. 또한, 이 인공세포막 표면에 이온 채널* 단백질을 결합하여, 특정 조건을 감지하면 이온 채널이 열리고, 신호를 발생시키는 것을 확인했다. *이온 채널 : 생체막을 관통하는 구멍을 형성하여 생체막 내외의 이온을 통과시키는 단백질 분자. 예를 들어 후각세포의 경우 특정 이온이 채널을 통과하여 전기신호를 만듦으로써 뇌에서 냄새를 인식하게 함 포유동물은 개체마다 특유의 감각 기능을 보유하고 있다. 예를 들어, 개는 인간보다 약 1000배 이상 민감한 후각을 보유하고 있다. 이는 개의 후각세포와, 냄새를 구별하는 이온 채널의 숫자가 훨씬 많기 때문이다. 만약 이들 후각세포를 인공적으로 반도체 소자와 같은 초소형 칩 위에 구현할 수 있다면 공항에서 개를 훈련해 폭발물이나 마약과 같은 금지약물의 검사에 동원하지 않고도 아주 정밀하고 손쉽게 검사함으로써 재난과 위험으로부터 보호할 수 있을 것이다. 지금까지 인공세포막은 시계보다 정확히 이루어지는 생명체의 생명현상을 밝히거나, 생명현상에 관여하는 특정 반응을 밝히기 위한 모델실험, 새로운 약물을 개발하기 위한 사용 등으로 전 세계적으로 큰 관심의 대상이 되어왔다. 그러나 현재까지의 연구결과는 생체환경과 유사한 액체에 떠 있는 세포 모양의 인공 세포(GUV**)를 이용한 것으로, 고체 기판 위에 고정된 인공세포막을 이용한 것이 아니었다. 고체에 고정된 막으로서의 연구는 2차원의 평평한 막을 이용한 방법이 발표되고 있으나, 넓은 표면적을 갖기에는 막의 안정성이 떨어져 인공세포막의 생존시간이 24시간 정도에 불과하여 초민감·감각 센싱 플랫폼으로써 응용하기에 부족한 수준이다. **GUV(Giant Unilamellar Vesicle) : 이중막인 인공세포막으로 이루어진 구형(sphere) 형태의 구조물을 일컬으며 크기가 1~200㎛의 분포를 가짐 KIST 연구진은 이러한 기존의 한계점들을 극복하기 위해 실리콘 기판에 수만 개의 미세 구멍을 만들어 개개의 구멍 위에 균일하고 넓은 표면적을 갖는 3차원 인공세포(GUV) 구조물 제작 방법을 최초로 개발하였다. 특히, 5일 이상 구조물이 터지거나 변형되지 않고 유지될 수 있을 정도로 인공세포막의 안정성이 뛰어났다. 또한, 이 실리콘 기판 위에 제작된 3차원 인공세포막 구조물에 세로토닌*** 수용 채널을 다량 결합했다. 이 결합 된 채널들이 정상적으로 작동함을 확인하고, 이를 통해 제작한 인공세포막이 구조물로서 뿐만 아니라 세포의 기능도 정상적으로 수행할 수 있음을 밝혔다. 더 나아가 이를 응용하면 생명체만큼이나 민감하고 정확한 센서로 활용될 수 있음을 시사했다. ***세로토닌: 세로토닌은 뇌 신경계에 작용하는 신경전달물질의 하나로 행복을 느끼는 데에 기여한다고 일반적으로 알려져 있다. KIST 김태송 박사는 “이번 연구를 통해 개발된 기술은 아직도 우리가 알지 못하는 생명현상의 근원을 밝히기 위한 연구 플랫폼으로서뿐 아니라, 반도체 기판 위에 고정된 3D 인공 세포 집합체에 실제 개 코의 후각세포와 기능을 그대로 적용하여 마약이나 폭발물 같은 특정 물질을 인식하는 인공 개 코를 포함한 우수한 인공 오감 센싱 플랫폼으로 활용할 수 있다.”라고 말했다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 유영민) 지원으로 KIST 주요사업으로 수행되었으며, 연구결과는 ‘Biosensors and Bioelectronics’ (IF : 9.518, JCR 분야 상위 0.595%)에 최신호에 게재되었다. * (논문명) Enhancement of membrane protein reconstitution on 3D free-standing lipid bilayer array in a microfluidic channel - (제 1저자) 한국과학기술연구원 한원배 박사(PostDoc.) - (교신저자) 한국과학기술연구원 김태송 책임연구원 [붙임] 연구결과 개요, 연구결과 문답, 용어 설명, 그림 설명, 연구진 이력 사항 <그림설명> <그림 1> (상) 실리콘 기판에 형성된 직경 8㎛ 홀 어레이 평면 및 단면, (중) 개개의 실리콘 홀 위에 형성된 구형상의 인공세포막 구조물 콘포컬 현미경 사진. 위쪽 및 옆쪽에서 본 인공세포막, (하 우측) 인공 세포구조물 크기 분포 그래프 <그림 2> 실리콘 기판 미세 홀(hole) 어레이 위에 형성된 구형의 3차원 인공 세포구조물 대면적 사진 (형광현미경 사진)
반도체가 냄새를 맡는다? ‘세포’를 모사한 ’초민감·감각 센싱 플랫폼‘ 개발
- 생체 기관의 구조와 유사한 3차원 인공 세포구조물 집적 칩 최초 제작 - 생체 감각기관 모사 초민감 인공 오감 센싱 플랫폼으로 응용 기대 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 뇌과학연구소 바이오마이크로시스템 연구단 김태송 단장 연구팀은 국민대학교 화학과 유연규 교수팀과의 공동연구를 통해 반도체의 주된 재료인 실리콘 기판 위에 수만 개 이상의 3차원 인공세포막을 제작하는 기술을 개발했다고 밝혔다. 또한, 이 인공세포막 표면에 이온 채널* 단백질을 결합하여, 특정 조건을 감지하면 이온 채널이 열리고, 신호를 발생시키는 것을 확인했다. *이온 채널 : 생체막을 관통하는 구멍을 형성하여 생체막 내외의 이온을 통과시키는 단백질 분자. 예를 들어 후각세포의 경우 특정 이온이 채널을 통과하여 전기신호를 만듦으로써 뇌에서 냄새를 인식하게 함 포유동물은 개체마다 특유의 감각 기능을 보유하고 있다. 예를 들어, 개는 인간보다 약 1000배 이상 민감한 후각을 보유하고 있다. 이는 개의 후각세포와, 냄새를 구별하는 이온 채널의 숫자가 훨씬 많기 때문이다. 만약 이들 후각세포를 인공적으로 반도체 소자와 같은 초소형 칩 위에 구현할 수 있다면 공항에서 개를 훈련해 폭발물이나 마약과 같은 금지약물의 검사에 동원하지 않고도 아주 정밀하고 손쉽게 검사함으로써 재난과 위험으로부터 보호할 수 있을 것이다. 지금까지 인공세포막은 시계보다 정확히 이루어지는 생명체의 생명현상을 밝히거나, 생명현상에 관여하는 특정 반응을 밝히기 위한 모델실험, 새로운 약물을 개발하기 위한 사용 등으로 전 세계적으로 큰 관심의 대상이 되어왔다. 그러나 현재까지의 연구결과는 생체환경과 유사한 액체에 떠 있는 세포 모양의 인공 세포(GUV**)를 이용한 것으로, 고체 기판 위에 고정된 인공세포막을 이용한 것이 아니었다. 고체에 고정된 막으로서의 연구는 2차원의 평평한 막을 이용한 방법이 발표되고 있으나, 넓은 표면적을 갖기에는 막의 안정성이 떨어져 인공세포막의 생존시간이 24시간 정도에 불과하여 초민감·감각 센싱 플랫폼으로써 응용하기에 부족한 수준이다. **GUV(Giant Unilamellar Vesicle) : 이중막인 인공세포막으로 이루어진 구형(sphere) 형태의 구조물을 일컬으며 크기가 1~200㎛의 분포를 가짐 KIST 연구진은 이러한 기존의 한계점들을 극복하기 위해 실리콘 기판에 수만 개의 미세 구멍을 만들어 개개의 구멍 위에 균일하고 넓은 표면적을 갖는 3차원 인공세포(GUV) 구조물 제작 방법을 최초로 개발하였다. 특히, 5일 이상 구조물이 터지거나 변형되지 않고 유지될 수 있을 정도로 인공세포막의 안정성이 뛰어났다. 또한, 이 실리콘 기판 위에 제작된 3차원 인공세포막 구조물에 세로토닌*** 수용 채널을 다량 결합했다. 이 결합 된 채널들이 정상적으로 작동함을 확인하고, 이를 통해 제작한 인공세포막이 구조물로서 뿐만 아니라 세포의 기능도 정상적으로 수행할 수 있음을 밝혔다. 더 나아가 이를 응용하면 생명체만큼이나 민감하고 정확한 센서로 활용될 수 있음을 시사했다. ***세로토닌: 세로토닌은 뇌 신경계에 작용하는 신경전달물질의 하나로 행복을 느끼는 데에 기여한다고 일반적으로 알려져 있다. KIST 김태송 박사는 “이번 연구를 통해 개발된 기술은 아직도 우리가 알지 못하는 생명현상의 근원을 밝히기 위한 연구 플랫폼으로서뿐 아니라, 반도체 기판 위에 고정된 3D 인공 세포 집합체에 실제 개 코의 후각세포와 기능을 그대로 적용하여 마약이나 폭발물 같은 특정 물질을 인식하는 인공 개 코를 포함한 우수한 인공 오감 센싱 플랫폼으로 활용할 수 있다.”라고 말했다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 유영민) 지원으로 KIST 주요사업으로 수행되었으며, 연구결과는 ‘Biosensors and Bioelectronics’ (IF : 9.518, JCR 분야 상위 0.595%)에 최신호에 게재되었다. * (논문명) Enhancement of membrane protein reconstitution on 3D free-standing lipid bilayer array in a microfluidic channel - (제 1저자) 한국과학기술연구원 한원배 박사(PostDoc.) - (교신저자) 한국과학기술연구원 김태송 책임연구원 [붙임] 연구결과 개요, 연구결과 문답, 용어 설명, 그림 설명, 연구진 이력 사항 <그림설명> <그림 1> (상) 실리콘 기판에 형성된 직경 8㎛ 홀 어레이 평면 및 단면, (중) 개개의 실리콘 홀 위에 형성된 구형상의 인공세포막 구조물 콘포컬 현미경 사진. 위쪽 및 옆쪽에서 본 인공세포막, (하 우측) 인공 세포구조물 크기 분포 그래프 <그림 2> 실리콘 기판 미세 홀(hole) 어레이 위에 형성된 구형의 3차원 인공 세포구조물 대면적 사진 (형광현미경 사진)
반도체가 냄새를 맡는다? ‘세포’를 모사한 ’초민감·감각 센싱 플랫폼‘ 개발
- 생체 기관의 구조와 유사한 3차원 인공 세포구조물 집적 칩 최초 제작 - 생체 감각기관 모사 초민감 인공 오감 센싱 플랫폼으로 응용 기대 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 뇌과학연구소 바이오마이크로시스템 연구단 김태송 단장 연구팀은 국민대학교 화학과 유연규 교수팀과의 공동연구를 통해 반도체의 주된 재료인 실리콘 기판 위에 수만 개 이상의 3차원 인공세포막을 제작하는 기술을 개발했다고 밝혔다. 또한, 이 인공세포막 표면에 이온 채널* 단백질을 결합하여, 특정 조건을 감지하면 이온 채널이 열리고, 신호를 발생시키는 것을 확인했다. *이온 채널 : 생체막을 관통하는 구멍을 형성하여 생체막 내외의 이온을 통과시키는 단백질 분자. 예를 들어 후각세포의 경우 특정 이온이 채널을 통과하여 전기신호를 만듦으로써 뇌에서 냄새를 인식하게 함 포유동물은 개체마다 특유의 감각 기능을 보유하고 있다. 예를 들어, 개는 인간보다 약 1000배 이상 민감한 후각을 보유하고 있다. 이는 개의 후각세포와, 냄새를 구별하는 이온 채널의 숫자가 훨씬 많기 때문이다. 만약 이들 후각세포를 인공적으로 반도체 소자와 같은 초소형 칩 위에 구현할 수 있다면 공항에서 개를 훈련해 폭발물이나 마약과 같은 금지약물의 검사에 동원하지 않고도 아주 정밀하고 손쉽게 검사함으로써 재난과 위험으로부터 보호할 수 있을 것이다. 지금까지 인공세포막은 시계보다 정확히 이루어지는 생명체의 생명현상을 밝히거나, 생명현상에 관여하는 특정 반응을 밝히기 위한 모델실험, 새로운 약물을 개발하기 위한 사용 등으로 전 세계적으로 큰 관심의 대상이 되어왔다. 그러나 현재까지의 연구결과는 생체환경과 유사한 액체에 떠 있는 세포 모양의 인공 세포(GUV**)를 이용한 것으로, 고체 기판 위에 고정된 인공세포막을 이용한 것이 아니었다. 고체에 고정된 막으로서의 연구는 2차원의 평평한 막을 이용한 방법이 발표되고 있으나, 넓은 표면적을 갖기에는 막의 안정성이 떨어져 인공세포막의 생존시간이 24시간 정도에 불과하여 초민감·감각 센싱 플랫폼으로써 응용하기에 부족한 수준이다. **GUV(Giant Unilamellar Vesicle) : 이중막인 인공세포막으로 이루어진 구형(sphere) 형태의 구조물을 일컬으며 크기가 1~200㎛의 분포를 가짐 KIST 연구진은 이러한 기존의 한계점들을 극복하기 위해 실리콘 기판에 수만 개의 미세 구멍을 만들어 개개의 구멍 위에 균일하고 넓은 표면적을 갖는 3차원 인공세포(GUV) 구조물 제작 방법을 최초로 개발하였다. 특히, 5일 이상 구조물이 터지거나 변형되지 않고 유지될 수 있을 정도로 인공세포막의 안정성이 뛰어났다. 또한, 이 실리콘 기판 위에 제작된 3차원 인공세포막 구조물에 세로토닌*** 수용 채널을 다량 결합했다. 이 결합 된 채널들이 정상적으로 작동함을 확인하고, 이를 통해 제작한 인공세포막이 구조물로서 뿐만 아니라 세포의 기능도 정상적으로 수행할 수 있음을 밝혔다. 더 나아가 이를 응용하면 생명체만큼이나 민감하고 정확한 센서로 활용될 수 있음을 시사했다. ***세로토닌: 세로토닌은 뇌 신경계에 작용하는 신경전달물질의 하나로 행복을 느끼는 데에 기여한다고 일반적으로 알려져 있다. KIST 김태송 박사는 “이번 연구를 통해 개발된 기술은 아직도 우리가 알지 못하는 생명현상의 근원을 밝히기 위한 연구 플랫폼으로서뿐 아니라, 반도체 기판 위에 고정된 3D 인공 세포 집합체에 실제 개 코의 후각세포와 기능을 그대로 적용하여 마약이나 폭발물 같은 특정 물질을 인식하는 인공 개 코를 포함한 우수한 인공 오감 센싱 플랫폼으로 활용할 수 있다.”라고 말했다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 유영민) 지원으로 KIST 주요사업으로 수행되었으며, 연구결과는 ‘Biosensors and Bioelectronics’ (IF : 9.518, JCR 분야 상위 0.595%)에 최신호에 게재되었다. * (논문명) Enhancement of membrane protein reconstitution on 3D free-standing lipid bilayer array in a microfluidic channel - (제 1저자) 한국과학기술연구원 한원배 박사(PostDoc.) - (교신저자) 한국과학기술연구원 김태송 책임연구원 [붙임] 연구결과 개요, 연구결과 문답, 용어 설명, 그림 설명, 연구진 이력 사항 <그림설명> <그림 1> (상) 실리콘 기판에 형성된 직경 8㎛ 홀 어레이 평면 및 단면, (중) 개개의 실리콘 홀 위에 형성된 구형상의 인공세포막 구조물 콘포컬 현미경 사진. 위쪽 및 옆쪽에서 본 인공세포막, (하 우측) 인공 세포구조물 크기 분포 그래프 <그림 2> 실리콘 기판 미세 홀(hole) 어레이 위에 형성된 구형의 3차원 인공 세포구조물 대면적 사진 (형광현미경 사진)
반도체가 냄새를 맡는다? ‘세포’를 모사한 ’초민감·감각 센싱 플랫폼‘ 개발
- 생체 기관의 구조와 유사한 3차원 인공 세포구조물 집적 칩 최초 제작 - 생체 감각기관 모사 초민감 인공 오감 센싱 플랫폼으로 응용 기대 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 뇌과학연구소 바이오마이크로시스템 연구단 김태송 단장 연구팀은 국민대학교 화학과 유연규 교수팀과의 공동연구를 통해 반도체의 주된 재료인 실리콘 기판 위에 수만 개 이상의 3차원 인공세포막을 제작하는 기술을 개발했다고 밝혔다. 또한, 이 인공세포막 표면에 이온 채널* 단백질을 결합하여, 특정 조건을 감지하면 이온 채널이 열리고, 신호를 발생시키는 것을 확인했다. *이온 채널 : 생체막을 관통하는 구멍을 형성하여 생체막 내외의 이온을 통과시키는 단백질 분자. 예를 들어 후각세포의 경우 특정 이온이 채널을 통과하여 전기신호를 만듦으로써 뇌에서 냄새를 인식하게 함 포유동물은 개체마다 특유의 감각 기능을 보유하고 있다. 예를 들어, 개는 인간보다 약 1000배 이상 민감한 후각을 보유하고 있다. 이는 개의 후각세포와, 냄새를 구별하는 이온 채널의 숫자가 훨씬 많기 때문이다. 만약 이들 후각세포를 인공적으로 반도체 소자와 같은 초소형 칩 위에 구현할 수 있다면 공항에서 개를 훈련해 폭발물이나 마약과 같은 금지약물의 검사에 동원하지 않고도 아주 정밀하고 손쉽게 검사함으로써 재난과 위험으로부터 보호할 수 있을 것이다. 지금까지 인공세포막은 시계보다 정확히 이루어지는 생명체의 생명현상을 밝히거나, 생명현상에 관여하는 특정 반응을 밝히기 위한 모델실험, 새로운 약물을 개발하기 위한 사용 등으로 전 세계적으로 큰 관심의 대상이 되어왔다. 그러나 현재까지의 연구결과는 생체환경과 유사한 액체에 떠 있는 세포 모양의 인공 세포(GUV**)를 이용한 것으로, 고체 기판 위에 고정된 인공세포막을 이용한 것이 아니었다. 고체에 고정된 막으로서의 연구는 2차원의 평평한 막을 이용한 방법이 발표되고 있으나, 넓은 표면적을 갖기에는 막의 안정성이 떨어져 인공세포막의 생존시간이 24시간 정도에 불과하여 초민감·감각 센싱 플랫폼으로써 응용하기에 부족한 수준이다. **GUV(Giant Unilamellar Vesicle) : 이중막인 인공세포막으로 이루어진 구형(sphere) 형태의 구조물을 일컬으며 크기가 1~200㎛의 분포를 가짐 KIST 연구진은 이러한 기존의 한계점들을 극복하기 위해 실리콘 기판에 수만 개의 미세 구멍을 만들어 개개의 구멍 위에 균일하고 넓은 표면적을 갖는 3차원 인공세포(GUV) 구조물 제작 방법을 최초로 개발하였다. 특히, 5일 이상 구조물이 터지거나 변형되지 않고 유지될 수 있을 정도로 인공세포막의 안정성이 뛰어났다. 또한, 이 실리콘 기판 위에 제작된 3차원 인공세포막 구조물에 세로토닌*** 수용 채널을 다량 결합했다. 이 결합 된 채널들이 정상적으로 작동함을 확인하고, 이를 통해 제작한 인공세포막이 구조물로서 뿐만 아니라 세포의 기능도 정상적으로 수행할 수 있음을 밝혔다. 더 나아가 이를 응용하면 생명체만큼이나 민감하고 정확한 센서로 활용될 수 있음을 시사했다. ***세로토닌: 세로토닌은 뇌 신경계에 작용하는 신경전달물질의 하나로 행복을 느끼는 데에 기여한다고 일반적으로 알려져 있다. KIST 김태송 박사는 “이번 연구를 통해 개발된 기술은 아직도 우리가 알지 못하는 생명현상의 근원을 밝히기 위한 연구 플랫폼으로서뿐 아니라, 반도체 기판 위에 고정된 3D 인공 세포 집합체에 실제 개 코의 후각세포와 기능을 그대로 적용하여 마약이나 폭발물 같은 특정 물질을 인식하는 인공 개 코를 포함한 우수한 인공 오감 센싱 플랫폼으로 활용할 수 있다.”라고 말했다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 유영민) 지원으로 KIST 주요사업으로 수행되었으며, 연구결과는 ‘Biosensors and Bioelectronics’ (IF : 9.518, JCR 분야 상위 0.595%)에 최신호에 게재되었다. * (논문명) Enhancement of membrane protein reconstitution on 3D free-standing lipid bilayer array in a microfluidic channel - (제 1저자) 한국과학기술연구원 한원배 박사(PostDoc.) - (교신저자) 한국과학기술연구원 김태송 책임연구원 [붙임] 연구결과 개요, 연구결과 문답, 용어 설명, 그림 설명, 연구진 이력 사항 <그림설명> <그림 1> (상) 실리콘 기판에 형성된 직경 8㎛ 홀 어레이 평면 및 단면, (중) 개개의 실리콘 홀 위에 형성된 구형상의 인공세포막 구조물 콘포컬 현미경 사진. 위쪽 및 옆쪽에서 본 인공세포막, (하 우측) 인공 세포구조물 크기 분포 그래프 <그림 2> 실리콘 기판 미세 홀(hole) 어레이 위에 형성된 구형의 3차원 인공 세포구조물 대면적 사진 (형광현미경 사진)
반도체가 냄새를 맡는다? ‘세포’를 모사한 ’초민감·감각 센싱 플랫폼‘ 개발
- 생체 기관의 구조와 유사한 3차원 인공 세포구조물 집적 칩 최초 제작 - 생체 감각기관 모사 초민감 인공 오감 센싱 플랫폼으로 응용 기대 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 뇌과학연구소 바이오마이크로시스템 연구단 김태송 단장 연구팀은 국민대학교 화학과 유연규 교수팀과의 공동연구를 통해 반도체의 주된 재료인 실리콘 기판 위에 수만 개 이상의 3차원 인공세포막을 제작하는 기술을 개발했다고 밝혔다. 또한, 이 인공세포막 표면에 이온 채널* 단백질을 결합하여, 특정 조건을 감지하면 이온 채널이 열리고, 신호를 발생시키는 것을 확인했다. *이온 채널 : 생체막을 관통하는 구멍을 형성하여 생체막 내외의 이온을 통과시키는 단백질 분자. 예를 들어 후각세포의 경우 특정 이온이 채널을 통과하여 전기신호를 만듦으로써 뇌에서 냄새를 인식하게 함 포유동물은 개체마다 특유의 감각 기능을 보유하고 있다. 예를 들어, 개는 인간보다 약 1000배 이상 민감한 후각을 보유하고 있다. 이는 개의 후각세포와, 냄새를 구별하는 이온 채널의 숫자가 훨씬 많기 때문이다. 만약 이들 후각세포를 인공적으로 반도체 소자와 같은 초소형 칩 위에 구현할 수 있다면 공항에서 개를 훈련해 폭발물이나 마약과 같은 금지약물의 검사에 동원하지 않고도 아주 정밀하고 손쉽게 검사함으로써 재난과 위험으로부터 보호할 수 있을 것이다. 지금까지 인공세포막은 시계보다 정확히 이루어지는 생명체의 생명현상을 밝히거나, 생명현상에 관여하는 특정 반응을 밝히기 위한 모델실험, 새로운 약물을 개발하기 위한 사용 등으로 전 세계적으로 큰 관심의 대상이 되어왔다. 그러나 현재까지의 연구결과는 생체환경과 유사한 액체에 떠 있는 세포 모양의 인공 세포(GUV**)를 이용한 것으로, 고체 기판 위에 고정된 인공세포막을 이용한 것이 아니었다. 고체에 고정된 막으로서의 연구는 2차원의 평평한 막을 이용한 방법이 발표되고 있으나, 넓은 표면적을 갖기에는 막의 안정성이 떨어져 인공세포막의 생존시간이 24시간 정도에 불과하여 초민감·감각 센싱 플랫폼으로써 응용하기에 부족한 수준이다. **GUV(Giant Unilamellar Vesicle) : 이중막인 인공세포막으로 이루어진 구형(sphere) 형태의 구조물을 일컬으며 크기가 1~200㎛의 분포를 가짐 KIST 연구진은 이러한 기존의 한계점들을 극복하기 위해 실리콘 기판에 수만 개의 미세 구멍을 만들어 개개의 구멍 위에 균일하고 넓은 표면적을 갖는 3차원 인공세포(GUV) 구조물 제작 방법을 최초로 개발하였다. 특히, 5일 이상 구조물이 터지거나 변형되지 않고 유지될 수 있을 정도로 인공세포막의 안정성이 뛰어났다. 또한, 이 실리콘 기판 위에 제작된 3차원 인공세포막 구조물에 세로토닌*** 수용 채널을 다량 결합했다. 이 결합 된 채널들이 정상적으로 작동함을 확인하고, 이를 통해 제작한 인공세포막이 구조물로서 뿐만 아니라 세포의 기능도 정상적으로 수행할 수 있음을 밝혔다. 더 나아가 이를 응용하면 생명체만큼이나 민감하고 정확한 센서로 활용될 수 있음을 시사했다. ***세로토닌: 세로토닌은 뇌 신경계에 작용하는 신경전달물질의 하나로 행복을 느끼는 데에 기여한다고 일반적으로 알려져 있다. KIST 김태송 박사는 “이번 연구를 통해 개발된 기술은 아직도 우리가 알지 못하는 생명현상의 근원을 밝히기 위한 연구 플랫폼으로서뿐 아니라, 반도체 기판 위에 고정된 3D 인공 세포 집합체에 실제 개 코의 후각세포와 기능을 그대로 적용하여 마약이나 폭발물 같은 특정 물질을 인식하는 인공 개 코를 포함한 우수한 인공 오감 센싱 플랫폼으로 활용할 수 있다.”라고 말했다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 유영민) 지원으로 KIST 주요사업으로 수행되었으며, 연구결과는 ‘Biosensors and Bioelectronics’ (IF : 9.518, JCR 분야 상위 0.595%)에 최신호에 게재되었다. * (논문명) Enhancement of membrane protein reconstitution on 3D free-standing lipid bilayer array in a microfluidic channel - (제 1저자) 한국과학기술연구원 한원배 박사(PostDoc.) - (교신저자) 한국과학기술연구원 김태송 책임연구원 [붙임] 연구결과 개요, 연구결과 문답, 용어 설명, 그림 설명, 연구진 이력 사항 <그림설명> <그림 1> (상) 실리콘 기판에 형성된 직경 8㎛ 홀 어레이 평면 및 단면, (중) 개개의 실리콘 홀 위에 형성된 구형상의 인공세포막 구조물 콘포컬 현미경 사진. 위쪽 및 옆쪽에서 본 인공세포막, (하 우측) 인공 세포구조물 크기 분포 그래프 <그림 2> 실리콘 기판 미세 홀(hole) 어레이 위에 형성된 구형의 3차원 인공 세포구조물 대면적 사진 (형광현미경 사진)