fnctId=bbs,fnctNo=3312 RSS 2.0 60 건 게시물 검색 제목 작성자 공통(상단고정) 공지 게시글 게시글 리스트 [PNU리서치]한동욱·홍석원·김윤학 교수팀 "나노 신소재 ‘맥신’ 근육 재생 효과 작성자 나노 조회수 10 첨부파일 0 광메카트로닉스공학과 한동욱·홍석원 교수 연구팀과 융합의과학과 김윤학 교수팀이 미래 소재 혁신을 가져올 꿈의 물질로 각광 받고 있는 맥신(MXene) 나노입자의 근육 재생 효과를 검증하는 데 성공했다. 연구팀은 ‘체적 근육 손실(volumetric muscle loss, VML)’ 치료를 위한 맥신(MXene) 이식재 개발에 성공해, 맥신의 근분화(筋分化) 촉진 기전을 밝힌 연구 논문을 나노 및 마이크로 스케일의 연구와 응용 분야에서 세계적으로 인정받는 국제학술지 『나노-마이크로 레터스(Nano-Micro Letters)』 1월 4일자에 게재했다.- 논문 제목: Highly Aligned Ternary Nanofiber Matrices Loaded with MXene Expedite Regeneration of Volumetric Muscle Loss(맥신을 포함한 정렬된 나노섬유 지지체를 활용한 체적 근육 손실 재생)- 논문 링크: https://link.springer.com/article/10.1007/s40820-023-01293-1‘체적 근육 손실(VML)’은 대규모 외상에 따른 골격근의 상당량(20% 이상) 손실을 의미한다. 이로 인한 근육 기능 상실과 같은 후유증이 있으며 의학계에서 조직공학 기반의 VML 치료 연구가 활발히 진행 중이다. 이번 연구에 활용된 ‘맥신(MXene)’은 이차원 나노입자로 구성된 물질로, 금속 카바이드나 탄화물을 에칭(etching, 표면을 부식시켜 제거·변형)해 얻어진다. 높은 전기전도성, 높은 열전도성, 우수한 기계적 강도 등의 물성을 갖고 있어 2011년 처음 발견된 이후 다양한 산업 분야에 활용돼 왔다. 최근에는 맥신의 여러 생물학적 특성이 알려지면서 생물·의학 분야에서 효능 연구가 이어지고 있다. 맥신의 생물학적 특성은 주로 독특한 구조적 특징과 관련 있다. 맥신 나노입자는 표면에 다양한 친수성 작용기를 갖고 있고, 페스츄리처럼 여러 개의 얇은 층으로 이뤄져 있어 여러 생체 분자 및 단백질의 흡착을 촉진한다. 이러한 특성을 통해, 맥신은 주변 세포의 부착을 유도하고 여러 신호전달 경로를 활성화시킨다. 또한, 특유의 광학적 특성과 낮은 독성, 화학적 개질(改質)이 용이한 특성 때문에 바이오센서, 의료용 이미징, 의료용 재료 등 다양한 분야에서 응용 가능성이 폭넓게 연구되고 있다. 부산대 연구팀은 맥신 나노입자와 콜라겐을 생분해성 의료용 고분자에 혼합해 정렬된 나노섬유 지지체를 제작했으며, 동물실험을 통해 이 지지체가 손상된 근육 조직의 빠른 재생을 촉진한다는 것을 확인했다. 【맥신 나노섬유 지지체를 활용한 체적 근육 손실 재생 모식도】부산대 연구팀은 맥신(MXene) 나노입자, 콜라겐, PLCL 의료용 고분자로 구성된 나노섬유 지지체(PCM 지지체)를 개발해,마우스 체적 근육 손실(VML) 모델에 PCM 지지체를 이식한 후 평소보다 빠른 속도로 많은 양의 근육이 재생됨을 확인했다. 마우스 모델을 이용한 동물실험 결과, 비처치 대조군과 비교해 230% 빠른 근육 재생과 122% 많은 근섬유 재생이 확인됐다. 또한, 조직학적 분석을 통해 나노섬유 지지체 이식 일주일 후 대부분의 손상된 근육이 재생됐음이 관찰됐다.이러한 결과는 맥신 나노입자에 의해 축적된 칼슘 이온이 근원세포의 생존, 증식, 근관 분화, 그리고 근단백질 합성을 유도하는 신호전달 경로(iNOS/SGK1-mediated mTOR-AKT pathway)를 촉진시켰기 때문임이 밝혀졌다. 결과적으로, 맥신 나노입자는 평소보다 빠른 속도로 많은 양의 근육을 재생시켜 체적 근육 손실을 빠르게 회복할 수 있었다.한동욱 교수는 “근육 회복 과정에서 발현된 전체 유전자가 차세대 염기서열분석법(next-generation sequencing, NGS)을 통해 분석됐다”며 “이번 연구는 맥신 나노입자가 근분화를 촉진하는 분자생물학적 기전을 최초로 밝혔다는 데 의의가 있다”고 설명했다. 한 교수는 이어 “맥신 나노입자가 근육 재생에 대한 유망한 치료법으로 활용될 수 있다는 가능성을 보였으며, 추가 실험 및 공정 최적화를 통해 실제 임상에서도 활용될 수 있는 조직공학 기반 의료기기로 개발할 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다.이번 연구는 인지메카트로닉스공학과 강문성 박사과정생, 의과대학 의학연구원 유연이 박사(연수연구원), 인지메카트로닉스공학과 박로운 박사과정생이 공동 제1저자, 한동욱 교수, 홍석원 교수, 김윤학 교수가 공동 교신저자로 수행했다. 산업통상자원부 재원으로 수행된 한국산업기술평가원 바이오산업핵심기술개발 사업, 과학기술정보통신부 재원으로 수행된 한국연구재단 바이오·의료기술개발사업, 정부(과학기술정보통신부, 산업통상자원부, 보건복지부, 식품의약품안전처) 재원의 범부처전주기의료기기연구개발사업단 등의 지원을 받았다.* 인물 사진: 왼쪽부터 홍석원 교수, 한동욱 교수, 김윤학 교수.[Abstract]Researchers at Pusan National University have achieved a groundbreaking milestone by confirming the muscle regeneration potential of MXene nanoparticles, a material anticipated to drive future innovations. Pusan National University, led by President Jeong-In Cha, revealed on the 25th, that a collaborative research team, headed by prof. Dong-Wook Han and prof. Suck Won Hong (Dept. of Cogno-Mechatronics Engineering), in conjunction with prof. Yun Hak Kim (School of Medicine), has successfully developed MXene-including nanofibrous matrices for treating volumetric muscle loss (VML). This research was published in the 4th January in ‘Nano-Micro Letters’, a globally recognized journal focusing on multidisciplinary research in nano- and micro-scale materials. MXene is two-dimensional nanoparticles obtained through etching metal carbides or nitrides. MXene's unique structural features hydrophilic functional groups and thin layered morphology, which result in specific optical properties, low toxicity, and easy chemical modification. These extraordinary characteristics endow them possibility to be applied in diverse biomedical fields such as biosensors, biomedical imaging, and medical devices.Han et al. reported that the developed hybrid nanofiber matrices, combining collagen, poly(l-lactide-co-ε-caprolactone) (PLCL), and MXene, showed 230% faster muscle regeneration and 122% more regenerated muscle fibers compared to the untreated control group. The underlying biological mechanism was unveiled, triggered by the accumulation of calcium ions within MXene, activating the iNOS/SGK1-mediated mTOR-AKT pathway. This activation fosters the survival, proliferation, myogenic differentiation, and protein synthesis of myoblasts.prof. Han emphasized the significance of the study, highlighting that it is pioneering attempt to unveil the biological mechanism by which MXene nanoparticles promote muscle differentiation. He expressed optimism about MXene's potential as a promising treatment for muscle regeneration, planning further experiments and optimization to develop MXene nanofibrous matrices into a tissue engineering-based medical device for clinical translation.* Reference- Authors (Pusan National University): Moon Sung Kang (Dept. of Cogno-Mechatronics Engineering, College of Nanoscience and Nanotechnology), Yeuni Yu (Medical Research Institute, School of Medicine), Rowoon Park (Dept. of Cogno-Mechatronics Engineering, College of Nanoscience and Nanotechnology), Suck Won Hong (Dept. of Cogno-Mechatronics Engineering, College of Nanoscience and Nanotechnology), Yun Hak Kim (Medical Research Institute, School of Medicine), Dong-Wook Han (Dept. of Cogno-Mechatronics Engineering, College of Nanoscience and Nanotechnology) - Title of original paper: Highly Aligned Ternary Nanofiber Matrices Loaded with MXene Expedite Regeneration of Volumetric Muscle Loss- https://link.springer.com/article/10.1007/s40820-023-01293-1- Journal: Nano-Micro Letters- DOI: 10.1007/s40820-023-01293-1 [PNU리서치] 김창석 교수팀, 4차원 자율주행 눈으로 악천후 속에서도 달린다 작성자 나노 조회수 35 첨부파일 0 안개·눈·비 등 악천후 속에서도 막힘없이 달릴 수 있는 차세대 ‘자율주행의 눈’이 부산대-현대자동차 공동연구를 통해 탄생했다. 자동차 간 상호 간섭도 크게 낮춰 상용화를 앞당겼다는 평가다.광메카트로닉스공학과 김창석 교수팀은 현대자동차 기초소재연구센터 전자기에너지소재연구팀과의 산학연구를 통해 외부 노이즈가 심한 악천후 환경에서도 이미징을 구현하는 ‘컬러변조* 4차원 영상화 스캔’ 기술을 이용한 FMCW** 방식의 라이다*** 기술 구현에 성공했다.* 컬러변조: 기존 대부분의 레이저 빛이 단일 컬러파장으로만 고정돼 발광하는 원천적 단점을 해결해, 레이저 빛의 컬러파장을 자유자재로 초광 대역에 걸쳐 초고속 변조(Modulation) 발광하는 기술.** FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave·주파수 변조 연속파) 방식: 레이저를 연속으로 변조해 발사하고, 돌아오는 파형을 측정하는 방식. ToF 방식의 한계를 극복하는 기술로 등장했다.*** 라이다(LiDAR·Light Detection And Ranging): 레이저 빛을 이용한 주변 사물의 3차원 이미징 기술. 레이저 빛을 방출해 주변의 사물과 부딪힌 후 되돌아오면, 이를 분석해 사물의 위치나 운동 방향, 속도 등을 확인해 3차원 이미징을 할 수 있다.자율주행차 상용화를 위해서는 넘어야 할 기술적 난제들이 많다. 특히 운전자가 운전대를 잡지 않아도 되는 레벨3 단계 이상을 실현하기 위해 가장 핵심이 되는 게 사람의 눈을 대신하는 라이다 기술이다.지금까지 가장 많이 사용돼 온 ToF* 방식 라이다는 광산란·광간섭 현상에 취약해 기술적 한계에 봉착해 있다. 이를 극복하기 위해 FMCW 방식의 차세대 라이다 개발이 국내외에서 진행되고 있지만 아직 초기 기술단계다.* ToF(Time of Flight·비행시간측정) 방식: 레이저를 발사해 주변에 빛이 반사돼 돌아오는 레이저 왕복 시간을 측정하는 방식. 태양광에 민감하고 라이다 센서 차량 간 간섭이 심하다. 【광대역 컬러변조 레이저 기반의 분광 방식과 음향광학 방식을 조합해 구현한 원거리와 근거리 별 4D FMCW 라이다 이미지】- 3차원 거리 정보 축에 추가로 멀어지는 속도의 빨간색과 가까워지는 속도의 파란색 정보가 표현됨.김창석 교수 연구팀은 FMCW 방식의 라이다 개발을 위해 신개념 레이저 광원 아이디어를 세계 최초로 독자 발굴했다. 고정된 단일 색만을 출력하는 기존 레이저 대신, 레이저 빛의 파장 컬러를 광대역으로 훑는 동시에 협대역으로는 컬러를 펄럭거리며 변조도 하는 방식이다. 이렇게 개발한 FMCW 라이다는 상하좌우 2차원으로 레이저 빔을 분광적으로 스캔하는 동시에, 대상물의 원근 3차원 거리 정보와 1차원의 속도 정보까지 함께 측정해 총 4차원에 걸쳐 자율주행 정보를 실시간으로 운전자에게 디스플레이 하는 방식을 구현했다.이를 통해 진동·충격에 취약했던 공간 영상화 스캔 방식의 기술적 한계를 극복하고 기계적 움직임 노이즈까지도 제거하는 데 성공했다.【FMCW 라이다 이미지와 기존 TOF 라이다 이미지 간의 비교 시연 모습. 빨간색-원거리, 보라색-근거리로 3차원적으로 표현】- 왼쪽: 김창석 교수팀의 3D FMCW 방식의 라이다 기술을 통해 안개를 뚫고 육안보다 더 뚜렷하게 시야가 잘 확보된 이미지, 오른쪽: 기존 ToF 방식 라이다에 의해 안개 광산란 노이즈에 가려진 이미지. 김창석 교수는 이번 성과에 대해 “맑은 날씨와 단독 주행 등 제한적인 환경에서 도로 시연에 그치고 있는 기존 자율주행의 한계를 극복하는 기술”이라며 “국내 연구진만의 독자적 원천 연구로, 현대자동차 전자기에너지소재연구팀과 3년 이상 꾸준히 진행한 산학연구의 결과물이라는 데에도 큰 의미가 있다”고 말했다.연구에 참여한 현대자동차 연구진은 이번 차세대 FMCW 라이다의 원천 기술 확보를 위해 부산대 연구진과 새로운 광학 기술의 발굴과 적용 가능성, 차량 관점의 요구 사양 등 다양한 아이디어를 주고받으며 연구를 진행해 왔다. 과학기술정보통신부와 한국연구재단의 지원으로 수행된 이번 연구 성과는 세계적인 과학학술지 『네이처(Nature)』의 자매지인 『Nature Communications』 온라인 2월 6일자에 게재됐고, 해당 원천 특허군도 확보했다. 광메카트로닉스공학과 정다운 석사가 제1저자, 김창석 교수가 교신저자로 연구를 수행했다.- 논문 제목: Spatio-spectral 4D Coherent Ranging Using a Flutter-wavelength-swept Laser(펄럭이는 파장 훑음 레이저를 이용한 공간-스펙트럼 4D 간섭성 거리 계측)- 논문 링크: https://doi.org/10.1038/s41467-024-45297-w ※ 영상: 부산대 라이다 기술 연구 보러 가기 https://youtu.be/UL4kkxiitLI?si=_k5OjWPi8S0FaICb* 상단 인물사진: 자율주행 연구용 차 앞에서 왼쪽부터 제1저자 정다운 석사(현대자동차 연구원, 2024년 1월 입사)와 교신저자 김창석 교수. [Abstract]Driving even in bad weather with 4D autonomous vehicle eyes- Development of color modulation 4D lidar sensor technology that reduces environmental noise and inter-vehicle interferenceA next-generation ‘autonomous vehicle eye’ that can drive smoothly even in bad weather such as fog, snow, and rain has been created by domestic researchers. It is evaluated that the commercialization has been greatly accelerated by significantly lowering mutual interference between vehicles.The National Research Foundation of Korea has developed a ‘color modulation 4-dimensional imaging scan’ that realizes imaging even in bad weather environments with severe external noise through industry-academic research conducted by Professor Chang-Seok Kim’s research team at Pusan National University and the electromagnetic energy materials research team at Hyundai Motor Company’s Basic Materials Research Center. It was announced that they had succeeded in implementing the FMCW (Frequency Modulated Continuous Wave) method of LiDAR (Light Detection And Ranging) technology using technology.Professor Chang-Seok Kim’s research team was the first in the world to independently discover a new laser light source idea for the development of FMCW-type lidar.Instead of the existing laser that outputs only a single, fixed color, this new method scans the wavelength color of laser light in a wide band while also modulating the color by fluttering in a narrow band.Through this, it is available to overcome the technical limitations of the general spatial imaging scanning method, which relies on mechanical rotation and is vulnerable to vibration and shock.The results of this research, conducted with support from the Ministry of Science and ICT and the National Research Foundation of Korea, were published online on February 6 in Nature Communications, a sister journal of the world-renowned science journal Nature.* Reference- Authors (Department of Optics and Mechatronics Engineering, Pusan National University) · First author: Dawoon Jeong · Corresponding author: Prof. Chang-Seok Kim / Contact: ckim@pusan.ac.kr- Paper Title: Spatio-spectral 4D Coherent Ranging Using a Flutter-wavelength-swept Laser- URL: Nature Communications, https://doi.org/10.1038/s41467-024-45297-w [PNU리서치] 김광석·홍석원 교수팀, 부산대 국제공동연구단(BrainLink)-英 옥스퍼 작성자 나노 조회수 50 첨부파일 0 광메카트로닉스공학과 김광석 교수와 홍석원 교수가 영국 옥스퍼드대학 클라랜든 연구소 로버트 테일러 교수와의 국제공동연구를 통해 ‘페로브스카이트 나노종이’ 기반의 광증폭(light amplification·光增幅) 현상을 분석해 2차원 구조의 새로운 광학적 응용 가능성을 제시했다. ‘페로브스카이트 나노종이’를 이용한 레이저 개발에 성공한 것이다.연구팀은 페로브스카이트 나노종이가 지닌 레이저 매질(광자를 생성·증폭하는 역할을 하는 물질)로서의 장점을 ‘기초 광물성’과 ‘실용 광소자’라는 두 측면에서 입증했다. 이번 연구에서 레이저 매질로 사용된 ‘페로브스카이트 나노종이’는 CsPbBr₃라는 무기 페로브스카이트 계열의 물질로 만들어진 2차원 구조로, 가로나 세로의 길이가 수백 나노미터인 것에 비해 두께는 수 나노미터를 지니고 있어 종이의 모습을 떠올리게 한다. ‘페로브스카이트’ 물질은 주로 태양전지 분야에서 많은 연구가 진행되고 있으나, 최근에는 페로브스카이트 물질을 기반으로 다양한 차원의 나노구조물이 제작되고 있다. 최근 많은 주목을 받는 수 나노미터 크기의 아주 작은 구슬이나 상자의 모습을 지닌 페로브스카이트 양자점은 의외로 태양전지가 아닌 레이저 매질로서 연구가 활발히 진행되고 있다. 하지만 0차원 구조의 양자점에는 레이저 발진 효율을 제한하는 여러 가지 근원적 원리들이 여전히 존재한다.반면, 2차원에 해당하는 나노종이 속 전자들은 수직적 속박과 수평적 자유가 공존하고 있어서, 0차원 구조의 양자점이 지닌 효율 제한의 근원적 문제점으로부터 상대적으로 자유로울 수 있다. 부산대 국제공동연구단은 2차원 구조가 지닌 이러한 특성을 활용할 경우, 레이저 발진이 시작되는 문턱을 낮출 수 있다는 사실을 실험적으로 확인했다. 또한, 연구팀은 ‘실용 광소자’ 개발의 측면에서 레이저 매질의 증폭 특성을 다차원적으로 분석할 수 있는 새로운 방법을 도입했다. 레이저 매질의 광증폭 정도는 광학적 이득(gain)을 통해 가늠할 수 있는데, 이번 연구에서는 나노종이의 광학적 이득의 포화 특성을 여기(excitation, 전자가 에너지를 흡수해 기존 상태보다 들뜬 상태) 세기, 온도에 따라 분석해 광증폭 효율 원인을 다각도로 파악할 수 있도록 했다.나아가 도파관(waveguide) 구조의 광학적 구속효과를 통해 나노종이 레이저 발진의 안정성과 효율 향상을 확인함으로써 나노종이가 지닌 ‘실용 광소자’로서의 가치를 보였다.【 교신저자: 왼쪽부터 김광석 교수, 홍석원 교수 】김광석 교수와 홍석원 교수는 이번 연구는 ‘페로브스카이트 물질’과 ‘2차원 물질’의 특성을 모두 지닌 ‘페로브스카이트 나노종이’의 새로운 가치를 발견한 측면에서 의미가 있으며, 나노구조를 기반으로 하는 실용 레이저 개발에 많은 영감을 줄 수 있기를 기대한다고 말했다. 이번 연구결과는 『네이처(Nature)』 자매지인 『Light: Science Applications』에 2023년 11월 24일 게재됐다.- 논문 제목: Gain enhancement of perovskite nanosheets by a patterned waveguide: excitation and temperature dependence of gain saturation(도파관 패턴을 통한 페로브스카이트 나노종이의 이득향상: 이득 포화의 여기세기와 온도의존성)- 논문 링크: https://www.nature.com/articles/s41377-023-01313-0 이번 연구를 수행한 부산대 국제공동연구단(단장 김광석)은 과학기술정보통신부의 지원을 받아 한국연구재단의 BrainLink사업으로 운영되고 있으며, 다양한 유/무기/생체 나노소재를 기반으로 나노포토닉스 분야에서 국제적 경쟁력을 지닌 집단공동연구 네트워크를 구축해 공동연구를 진행 중이다.* 상단 연구 이미지: 레이저 매질에서 발생하는 광증폭은 광학적 이득(gain)을 통해 분석되며, 도파관 구조의 광학적 구속효과를 통해 보다 향상될 수 있다. 페로브스카이트 나노종이는 레이저 매질로서 다양한 장점을 가지고 있다. [Abstract]The joint research team of Pusan National University(Professors Kwangseuk Kyhm and Seokwon Hong Department of Optics and Cogno Mechatronics Engineering) and Oxford University(Professor Robert Taylor) reported the light amplification phenomenon based on ‘perovskite nanopaper' and presented the possibility of a new optical applications by using two-dimensional structures.In their work, the light amplification phenomenon was studied in terms of optical gain enhancement in a two-dimensional CsPbBr₃ nanosheets guided by a patterned structure of polyurethane-acrylate. The research team obtained spectrum energy and stripe length dependent gain contour and average gain, and analysed gain saturation phenomenon. Consequently, they demonstrated the advantages of perovskite nano paper as a laser medium that generates and amplifies photons in two aspects: ‘basic optical property' and ’practical optical device'.* Reference- Authors (Department of Opto Cogno Mechatronics Engineering, Pusan National University)· First Authors: Inhong Kim, Ga Eul Choi, Ming Mei· Corresponding Authors: Suck Won Hong, Kwangseuk Kyhm - Title of original paper: Gain enhancement of perovskite nanosheets by a patterned waveguide: excitation and temperature dependence of gain saturation- Journal: Light: Science Applications- DOI: https://doi.org/10.1038/s41377-023-01313-0목록PNU LINK (부산대학교 기관 보기) [서울경제] 포스코청암상에 金 대체 반도체 소재 개발 정세영 교수 작성자 나노 조회수 52 첨부파일 0 포스코청암상에 金 대체 반도체 소재 개발 정세영 교수 facebook 공유 twitter kakao viewer이호택(왼쪽부터) 피난처 대표, 박영도 수원제일평생학교 교장, 정세영 부산대 교수.포스코청암재단이 17일 올해 포스코청암상 수상자로 정세영 부산대 광메카트로닉스공학과 교수(과학상), 박영도 수원제일평생학교 교장(교육상), 이호택 사단법인 피난처 대표(봉사상)를 각각 선정했다.정 교수는 세계 최초로 금속이 산화되는 작동원리를 원자 수준에서 규명한 물리학자다. 정 교수는 자체개발 기술로 구리 단결정을 세계에서 가장 얇은 원자 1개층(0.2nm) 수준의 초평탄면 박막으로 만드는데 성공했다. 이 연구로 구리가 금을 대체할 반도체 회로 소재로 주목받기도 했다.박 교장은 1980년대 대학시절 야학교사를 시작으로 40여 년간 학교밖 청소년들과 배움의 기회를 놓친 저학력 비문해 성인들에게 제2의 교육기회를 제공해 온 교육자다. 1996년부터 수원제일평생학교 교장직을 맡으며 불우 청소년, 다문화인, 고령 학습자 등 3500여명의 졸업생을 배출했다. 부족한 학교 운영비 보충을 위해 사재로 6억 원을 부담해 교육 과정을 무료로 운영했다.이 대표는 지난 30여년 간 탈북민과 난민들의 인권을 위해 헌신해 온 사회활동가다. 1996년부터 탈북민 구출활동과 탈북민 야학인 자유터학교를 운영하며 탈북민의 국내 정착과 교육을 지원했다. 2011년부터 난민공동숙소를 직접 운영하며 우리나라에 입국한 난민들에게 보금자리를 제공하는 한편, 법률, 통역, 생계, 의료 등 안정적인 국내 정착을 위한 다각적인 지원활동을 이어갔다.포스코청암재단은 2006년부터 청암상을 제정해 시상하고 있다. 상금은 부문별로 각 2억 원을 수여한다.출처 : https://www.sedaily.com/NewsView/2D44REMAYX [국제신문] 수학의 점과 물리의 점 작성자 나노 조회수 65 첨부파일 0 [과학에세이] 수학의 점과 물리의 점김광석 부산대 광메카트로닉스공학과 교수·‘감성물리’ 저자김광석 부산대 광메카트로닉스공학과 교수 | 입력 : 2023-12-04 19:30:11 | 본지 22면글자 크기 페이스북 공유트위터 공유네이버 공유인쇄기사 주소 복사스크랩40여 년 전 초등 산수 시간. 선생님은 ‘폐곡선’을 설명하신 후 칠판에 그려진 다양한 도형들의 닫힘 여부를 물으셨다. 교실 안 꼬맹이들은 처음 출발한 분필 끝이 최종적으로 멈추는 지점에 온 신경을 집중했고, 호명된 대여섯 명의 학생들은 전부 정답을 말했다. 간혹 장난기가 발동한 선생님이 구분하기 어려울 만큼 작은 틈을 지닌 선을 그리셨지만, 의도를 눈치챈 아이들은 모두 ‘개곡선’이라 답했다. 덕분에 학급 학생 대부분이 자신감을 얻게 되었고 선생님은 다음 문제를 위해 칠판을 채웠던 도형들을 지우셨다. 문득 칠판에서 떨어지는 하얀 가루가 마치 선을 구성하던 점들이 해체되는 장면처럼 느껴졌다.허공 속을 떠다니는 하얀 분진에 정신을 빼앗겨 있던 순간 갑자기 내 이름을 부르는 선생님 목소리가 들려왔다. 칠판 위에는 찌그러진 타원이 그려져 있었다. 앞서 배운 방식대로라면 ‘폐곡선’이 정답이겠지만, 내 머릿속은 이미 분필 가루로 가득 차 있었다. 급기야 칠판에 그려진 하얀 선이 점차 확대되면서 폭을 지닌 커다란 도로가 되었다. 카메라 배율이 확대되듯 도로 위를 가득 채운 하얀 조약돌이 보였고, 어느새 나는 조약돌 사이를 비집고 지나가는 개미가 되었다. 쉽지는 않겠지만 분필 가루들의 틈을 찾다 보면 칠판 위에 그려진 하얀 선을 관통하는 길이 존재할 것 같았다. 나는 ‘개곡선’이라 답했고 수업을 듣던 친구들은 큰소리로 웃었다.고대 그리스 수학이 집결된 유클리드의 ‘원론’에서 0차원의 ‘점’은 부분이 없는 존재로 정의된다. 따라서 1차원의 ‘선’은 폭이 없고 ‘선’의 양쪽 끝에는 크기가 없는 점이 있다. 유사한 방식으로 2차원의 ‘면’은 크기를 지니지만 두께가 없으며 면의 끝은 폭이 없는 ‘선’으로 이루어져 있다. 수학적 유한 크기의 연속체는 크기 없는 요소의 무한 합인 셈이다. 이렇게 크기 없이 위치 정보만을 알려주는 수학적 ‘점’은 관념 속에서만 존재하지만, 일상 언어에선 얼굴 위의 ‘점’, 점묘화의 ‘점’, 마침표 ‘점’처럼 크기를 지닌 물리적 ‘점’과 혼용된다. 플라톤의 이데아 철학의 관점에서 보자면 크기를 지니는 실재 세상의 ‘점’으로부터 크기 없는 ‘점’이 작동하는 이상 세계를 알아가는 과정으로 포장될 수도 있겠지만 추상 세계에 가치 우위를 부여하는 태도는 물리적 ‘점’의 크기를 간과하게 만들 수도 있다.2023년 노벨 화학상이 수여된 ‘양자점’ 역시 ‘점’과 ‘0차원’이라는 수학적 용어를 사용하고 있지만 수 나노미터 크기의 양자점 속은 실제 수만 개의 원자 구슬로 채워져 있다. 하지만 양자점 속 전자의 입장에선 모든 방향으로의 움직임이 제한된 구속의 공간이다. 이를테면 캡슐호텔의 좁은 공간은 인간의 몸동작을 제한한다. 그러므로 인간적 관점에서 캡슐호텔 방은 0차원이고, 좁은 복도는 1차원, 천정이 낮은 아파트는 평수가 넓어도 2차원이다. 유사한 방식으로 파동성을 지닌 전자에게 양자점은 특정 파장만 허락되는 구속의 공간이다. ‘양자선(1차원)’과 ‘양자면(2차원)’도 수학적 정의와 다르게 각각 폭과 두께를 지니고 있으며 나노미터 크기의 구속 정도에 따라 차원이 구분된다. 물리의 차원은 수학의 차원과 다르다.고대철학자 데모크리토스의 ‘원자’ 역시 나눌 수 없다는 측면에서 유클리드 기하학의 ‘점’을 닮았다. 하지만 크기를 지닌 원자를 통해 인류는 물질 속의 모습이 수학적 연속체가 아닌 분절적이라는 사실과 함께 원자보다 더 작은 세상도 알게 되었다. 반면, 현대 기하학은 부분을 지니는 점이나 점 자체가 없는 추상적 공간을 설정하기도 한다. 다원주의적 신화나 종교처럼 수학은 다양한 세계관을 제공하지만, 때론 편견으로 작동할 수 있다. 똑같은 물리 세상도 수학적 교리에 따라 달리 보일 수 있는 셈이다. 그러므로 물리학자는 수학적 다신교 신자나 무신론자일 필요가 있다. 이를테면 전지적 시점의 이상적 세계를 맹신하기보다 복잡하고 혼란스러운 현실 경험과 인간적 한계를 솔직하게 드러내는 문학과 미술처럼, 물리학은 르네상스적이어야 한다. 물리학도 관념적 이상과 실재적 현실의 차이를 자각하며 혁명이 시작된다. https://www.kookje.co.kr/news2011/asp/newsbody.asp?code=1700 key=20231205.22022000964 kid=021017 fbclid=IwAR1M7GmQPl1WN2vfdmYd0Xgsfz8JxNrLXeO2STcqsYBmHtD2F393Fy94TtY [UNN] 부산대-英 옥스퍼드대, 페로브스카이트 나노종이 이용한 레이저 개발 작성자 나노 조회수 68 첨부파일 0 광메카트로닉스공학과 김광석·홍석원 교수팀-영국 옥스퍼드대 공동연구페로브스카이트 2차원 나노종이 기반의 새로운 레이저 가능성 제시[한국대학신문 이정환 기자] 부산대학교와 영국 옥스퍼드대학 국제공동연구팀이 ‘페로브스카이트 나노종이’를 이용해 레이저를 만드는 데 성공했다.부산대학교(총장 차정인)는 광메카트로닉스공학과 김광석 교수와 홍석원 교수가 옥스퍼드대학 클라랜든 연구소 로버트 테일러 교수와의 공동연구를 통해 ‘페로브스카이트 나노종이’ 기반의 광증폭(light amplification·光增幅) 현상을 분석해 2차원 구조의 새로운 광학적 응용 가능성을 제시했다고 4일 밝혔다.김광석(왼쪽), 홍석원 교수연구팀은 페로브스카이트 나노종이가 지닌 레이저 매질(광자를 생성·증폭하는 역할을 하는 물질)로서의 장점을 ‘기초 광물성’과 ‘실용 광소자’라는 두 측면에서 입증했다.이번 연구에서 레이저 매질로 사용된 ‘페로브스카이트 나노종이’는 CsPbBr₃라는 무기 페로브스카이트 계열의 물질로 만들어진 2차원 구조로, 가로나 세로의 길이가 수백 나노미터인 것에 비해 두께는 수 나노미터를 지니고 있어 종이의 모습을 떠올리게 한다.‘페로브스카이트’ 물질은 주로 태양전지 분야에서 많은 연구가 진행되고 있으나, 최근에는 페로브스카이트 물질을 기반으로 다양한 차원의 나노구조물이 제작되고 있다.최근 많은 주목을 받는 수 나노미터 크기의 아주 작은 구슬이나 상자의 모습을 지닌 페로브스카이트 양자점은 의외로 태양전지가 아닌 레이저 매질로서 연구가 활발히 진행되고 있다. 하지만 0차원 구조의 양자점에는 레이저 발진 효율을 제한하는 여러 가지 근원적 원리들이 여전히 존재한다.레이저 매질에서 발생하는 광증폭은 광학적 이득(gain)을 통해 분석되며, 도파관 구조의 광학적 구속효과를 통해 보다 향상될 수 있다. 페로브스카이트 나노종이는 레이저 매질로서 다양한 장점을 가지고 있다.반면, 2차원에 해당하는 나노종이 속 전자들은 수직적 속박과 수평적 자유가 공존하고 있어서, 0차원 구조의 양자점이 지닌 효율 제한의 근원적 문제점으로부터 상대적으로 자유로울 수 있다. 부산대 국제공동연구단은 2차원 구조가 지닌 이러한 특성을 활용할 경우, 레이저 발진이 시작되는 문턱을 낮출 수 있다는 사실을 실험적으로 확인했다.또한, 연구팀은 ‘실용 광소자’ 개발의 측면에서 레이저 매질의 증폭 특성을 다차원적으로 분석할 수 있는 새로운 방법을 도입했다. 레이저 매질의 광증폭 정도는 광학적 이득(gain)을 통해 가늠할 수 있는데, 이번 연구에서는 나노종이의 광학적 이득의 포화 특성을 여기(excitation, 전자가 에너지를 흡수해 기존 상태보다 들뜬 상태) 세기, 온도에 따라 분석해 광증폭 효율 원인을 다각도로 파악할 수 있도록 했다.김광석 교수와 홍석원 교수는 이번 연구는 ‘페로브스카이트 물질’과 ‘2차원 물질’의 특성을 모두 지닌 ‘페로브스카이트 나노종이’의 새로운 가치를 발견한 측면에서 의미가 있으며, 나노구조를 기반으로 하는 실용 레이저 개발에 많은 영감을 줄 수 있기를 기대한다고 말했다.이번 연구결과는 네이처(Nature) 자매지인 《Light: Science Applications》 (광기술분야 상위 3% 저널)에 11월 24일 게재됐다.논문 제목은 Gain enhancement of perovskite nanosheets by a patterned waveguide: excitation and temperature dependence of gain saturation(도파관 패턴을 통한 페로브스카이트 나노종이의 이득향상: 이득 포화의 여기세기와 온도의존성).이번 연구를 수행한 부산대 국제공동연구단(단장 김광석)은 과학기술정보통신부의 지원을 받아 한국연구재단의 BrainLink사업으로 운영되고 있으며, 다양한 유/무기/생체 나노소재를 기반으로 나노포토닉스 분야에서 국제적 경쟁력을 지닌 집단공동연구 네트워크를 구축해 공동연구를 진행 중이다https://news.unn.net/news/articleView.html?idxno=556181 [국제신문외1건] 과기정통부 과기정통부 「국가연구개발 우수성과 100선」 발표 정세영 교수 작성자 나노 조회수 55 첨부파일 0 [PNU리서치] 정세영 교수팀, 구릿빛은 황색·청색?…수백 가지 무채색 구리 선보인다 작성자 나노 조회수 78 첨부파일 0 PNU 리서치메인으로 이동연구/산학PNU 리서치광메카트로닉스공학과 정세영 교수팀, 구릿빛은 황색·청색?…수백 가지 무채색 구리 선보인다녹슬지 않는 검은 구리 개발…성장 원인, 산화저항 메커니즘 등 규명작성자 홍보실 / [홍보실] 작성일자 2023-11-09 조회 42광메카트로닉스공학과 정세영 교수 연구팀이 녹슬지 않으면서도 회색에서 검은색까지 연속적인 무채색을 구현하는 단결정 구리를 개발했다. 또한, 무채색 구리의 성장 원인과 산화되지 않는 원인, 성장된 구리 표면의 구조와 특이성을 이론 및 실험을 통해 규명했다.특히, 이 무채색 구리는 빛의 흡수 정도를 조절할 수 있고, 빛을 가두기는 하지만 열은 흡수하지 않아 산업에의 폭넓은 활용이 기대된다.연구팀은 Atomic Sputtering Epitaxy(ASE)법에 의한 구리 박막의 성장과정에서 성장조건을 조절함으로써 성장된 박막이 연한 회색에서부터 완전히 검은색까지의 다양한 무채색을 갖도록 하는 특별한 성장 기술 개발에 성공했다. 연구팀이 개발한 무채색 및 검은색 구리는 나노구조체가 빛을 가두는 현상에 의한 결과물이다. 박막 성장과정에서 기공의 밀도, 기공의 크기, 기공 간의 연결성 등을 제어해 구리 다공체를 증착함으로써 아주 연한 회색에서부터 완전히 검은 흑체 상태로 성장시킨 것이다. 다공성 나노구조 박막의 무채색성 제어 a) 평균 RGB 값에 따라 무채색성과 명도의 함수로 배열한 구리 나노구조 박막의 컬러 차트b) 주사전자현미경으로 관측된 가장 검은 색의 박막에 대한 측면도 및 상면도성장된 무채색 구리의 표면은 마치 위를 향해 뻗어있는 돌기처럼 수지상결정(dendrite) 구조로 자란다. 이러한 무채색 구리 시료들은 몇 년 동안 상온에 방치된 경우에도 산화가 발생하지 않았다. 정세영 교수팀은 지난해 『네이처』를 통해 발표한 연구에서 ‘원자 수준의 평탄한 면을 갖는 구리는 산화되지 않음’을 밝힌 바 있다. 그러나 이번 연구는 ‘구리 표면이 울퉁불퉁한 곡면임에도 산화되지 않은’ 것으로, 정밀한 표면분석 기술을 통한 조사와 이론적 모델링을 통한 분석 결과를 제시했다.연구팀은 수지상결정 구조의 표면이 대부분 단일 원자층들의 연속으로 이뤄져있고 표면의 원자 2~3개 층이 표면장력에 의해 약 20pm(피코미터, 1조분의 1m) 정도로 수축됨에 따라 산화를 일으키는 산소들이 구리 표면층을 통해 침투하기 어렵게 만든다는 것을 알아냈다. 4가지 종류의 무채색 박막에 대해 재구성된 3차원 공간 이미지 마이크로 스케일로 복원된 구리 박막의 다공 구조와 100 nm3로 확대된 3차원 구리 다공구조 박막 영상 모습(Br: Brown, G: gray, DG: Dark gray, B: Black)이러한 무채색 구리는 광범위한 영역의 광(빛)을 흡수할 뿐 아니라 빛을 흡수하는 정도를 무채색의 정도에 따라 조절할 수 있어 산업계 활용 범위가 매우 넓다. 특히 빛을 가두기는 하지만 열은 흡수하지 않는 특이한 성질 때문에 다양한 응용이 가능할 것으로 전망된다.박막의 초기 성장 기원을 밝힌 이번 연구는 세계적인 재료과학 전문지 『Advanced Materials』 10월 19일자 후면 표지논문(back cover)으로 선정돼 게재됐다. - 논문 제목: Self-oxidation resistance of the curved surface of achromatic copper(무채색 구리의 곡면에서 자체산화저항)- 논문 링크: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202370306 이번 연구는 과학기술정보통신부과 한국연구재단이 지원하는 기초연구실지원사업과 중견연구사업의 지원을 받았으며, 부산대와 성균관대, 미국 미시시피주립대, 부경대 공동연구로 진행됐다. * 메인 이미지: 『Advanced Materials』 후면 표지논문(왼쪽)과 정세영 교수[Abstract]Copper surfaces that display a broad range of color, including black, while maintaining their metallic properties have not been previously reported. A new approach is introduced involving the growth of achromatic copper films with a preferal porous nanostructures through a two-step atomic sputtering epitaxy process. These porous copper nanostructures regulate their resistance to oxidation by creating a curved surface with mono-atomic steps, followed by shrinking the lattice spacing of surface layers.A theoretical approach validates that these structural elements work together to enhance the energy barrier against oxygen penetration. The achromatic nature of the single-crystalline porous copper films can be precisely adjusted by changing geometrical factors like pore size distribution and three-dimensional connections. The optimized achromatic copper films, which exhibit strong oxidation resistance, exhibit a unique switch between superhydrophilicity and superhydrophobicity.These custom-designed three-dimensional porous nanostructures have the potential to be used in various applications, including antireflection coatings, microfluidic devices, droplet tweezers, and reversible wettability switches.red [111] orientation. This is achieved by depositing three-dimension. * Reference- Author: Prof. Se-Young Jeong (Department of Optics and Mechatronics Engineering)- Title of original paper: Self-oxidation resistance of the curved surface of achromatic copper- Journal: Advanced Materials- DOI: https://doi.org/10.1002/adma.202210564 [국제신문] 과학영웅 신화_김광석교수님 작성자 나노 조회수 90 첨부파일 0 [과학에세이] 과학영웅 신화김광석 부산대 광메카트로닉스공학과 교수·‘감성물리’ 저자김광석 부산대 광메카트로닉스공학과 교수 | 입력 : 2023-08-28 19:15:44 | 본지 22면글자 크기 페이스북 공유트위터 공유카카오스토리 공유네이버 공유인쇄기사 주소 복사스크랩‘과학자가 장래 희망’이라는 어린 학생을 만나면 무척 반갑다. 세상이 보여주는 화려한 길보다 우주와 자연에 대한 순수한 호기심과 과학 탐구의 매력에 이끌린 어린 마음이 너무 기특하고 고맙게까지 느껴진다. 그런데 우수한 학생 중에는 간혹 노벨상을 목표로 하는 경우가 있다. 재능을 타고난 어린 스포츠 선수가 올림픽 금메달을 꿈꾸는 모습을 연상케 하지만 내겐 많은 생각을 하게 만든다.세속적 관점에서 보자면 기초과학자의 삶에는 폼나는 요소가 별로 없다. 부러움을 살만큼 돈을 많이 버는 것도 아니고, 주변 사람들이 눈치 볼 만큼의 권력도 없다. 대부분의 평범한 과학자들은 각자 자신의 연구를 일상처럼 묵묵히 지속할 뿐이다. 하지만 노벨상은 좀 다르게 보인다. 돈과 권력으로도 얻을 수 없는 명성이 생기고 인류 과학사에 기록될 위인이 된다. 최후의 승자로 살아남아 최고로 인정받는 금메달리스트나 열광하는 팬들에 둘러싸인 글로벌 아이돌의 인기에도 밀리지 않는 ‘짱’이 될 수 있다.이렇게 과학 연구에서조차 타인에게 인정받고 자신을 드러내고 싶은 동기는 어디서 비롯된 것일까? 대한민국은 K팝과 첨단 기술 분야에서는 세계적 인지도를 높이고 있지만, 과학 분야에서만큼은 여전히 노벨상 콤플렉스에서 벗어나지 못하고 있다. 그래서 ‘과학영웅’을 애타게 기다리며 과학사도 삼국지나 신화처럼 영웅들의 활약상을 중심으로 읽히는 것 같다. 이를테면 탁월한 지략을 지닌 제갈량이나 괴력의 헤라클레스같이 비범한 능력을 지닌 ‘과학영웅’들이 기존 이론에 집착하는 보수적 과학자집단을 무찌르며 ‘과학혁명’을 성공시키는 신화. 혹은 고독한 영웅의 박해나 순교 후, 군중들이 직접 나서 과학 메시아의 명예를 복원하는 반전의 서사를 기대하기도 한다.하지만 노벨상 수상자들은 한결같이 상을 목표로 연구하지는 않았다고 회고한다. 성급한 발표로 대중적 관심을 끌거나 인정 결핍의 욕망을 채우는 일보다 그들이 더욱 중요하게 생각했던 것은 연구 결과의 재현 검증과 논리적 견고함이었다. 과학은 예술작품 같은 개인적 업적의 측면보다 후대에 물려줄 인류의 지적 유산으로서의 공용성이 더 크기 때문이다.과학은 비행기다. 엔진이 만들어져도 200만 개의 부품과 유기적으로 작동하는 안정적 비행이 실현되기 위해서는 수많은 검증과 논의 단계가 필요하다. 따라서 과학은 새로운 학설에 대해 보수적일 수밖에 없다. 다양한 오류의 가능성과 자칫 간과했을지도 모를 논리의 빈틈을 찾아야 한다. 단 하나의 결함으로도 비행기는 추락할 수 있다. 엔진만으로는 하늘을 날 수 없다.또한 과학은 미완성의 석조 건물이기도 하다. 뛰어난 과학자에 의해 기둥이 세워지더라도 벽과 천정까지 촘촘하게 돌을 쌓아 하나의 건물로 만들어지는 과정에는 수많은 과학자의 공헌이 필요하다. 그러므로 하늘을 향해 치솟은 과학첨탑은 개인의 영웅담이 아닌 공동체의 역사로 읽혀야 한다. 우리 사회는 자라나는 과학 새싹들에게 공동체의 가치보다 영웅의 신화만을 강조하고 있지는 않았을까?한때 영미권 대학생의 청춘 지침서였던 제임스 조이스의 소설 ‘젊은 예술가의 초상’의 마지막 장면은 무척이나 인상적이다. 자신을 속박해 왔던 가정 종교 국가의 다양한 편견을 깨달은 후 사제의 길 대신 예술가의 삶을 선택하는 장면은 방황하는 청춘들에게 자신만의 신화를 꿈꿀 수 있는 용기를 제공했다. 하지만 주인공 이름의 모티브인 ‘다이달로스’는 조카의 재능마저 질투해 그를 살해하고 새의 깃털과 밀랍으로 급조한 날개로 인해 자기 아들 ‘이카루스’마저 추락사하게 만들었다.“과학이 재미있고 좋아요. 그래서 과학을 계속하고 싶고 과학자가 되고 싶어요.”며칠 전 초롱초롱한 눈망울로 강연을 열심히 듣던 한 아이가 자신의 꿈을 이야기하던 순간 마음속으로 해주고 싶었던 말이 있었다.“유명한 과학자가 되지 않아도 괜찮아. 대신 견고한 벽돌 같은 진정한 과학자가 되어주렴.” [PNU리서치] 김창석·한동욱 교수팀, 다이아몬드의 새로운 기능?…나노다이아몬드로 뇌 치료 작성자 나노 조회수 145 첨부파일 0 광메카트로닉스공학과 김창석 교수팀과 한동욱 교수팀은 공동연구를 통해 나노다이아몬드(나노 크기의 다이아몬드)의 신경세포 재생능 및 초고해상도 뇌 이미징 등 다기능적 활용 가능성을 규명했다. 뇌의 신경세포는 알츠하이머, 파킨슨병, 근위축성측색경화증과 같은 퇴행성 신경 질환뿐 아니라 뇌졸중, 암, 감염, 외상 등의 물리적 요인에 의해서도 손상될 수 있다. 문제는 이렇게 손상된 세포를 다시 복구할 수 없다는 데 있다.과학자들은 이 문제를 해결하기 위해 다양한 노력을 기울여 왔지만, 주로 사용돼 온 도파민 작용제, 효소 억제제, 호르몬 치료 등과 같은 약물성 치료법은 부작용이 따랐고, 무엇보다 근본적으로 사멸·수축한 뇌세포를 재생하지 못한다는 한계점이 있었다. 한편, 신경세포 중 해마 신경세포는 친화성 콜린 수송체, 콜린 아세틸전이효소, 소포성 아세틸콜린 수송체, 무스카린성 아세틸콜린 수용체와 같은 필수 콜린성 마커를 발현하고, 주로 신경 질환의 인지 결손에 관여하는 것으로 알려져 있으며, 나노다이아몬드는 높은 생체적합성과 특유의 생체기능성을 가진 새로운 생체물질(biomaterial)로 가능성을 주목받아 왔다. 이에 연구팀은 나노다이아몬드가 해마 신경세포의 자발적 신경돌기 재생을 촉진함을 규명했으며, 나아가 나노다이아몬드의 형광이 특정 파장에서 깜빡거리는 현상을 통해 초고해상도의 세포·조직 이미징에 활용해 다기능적 성능을 밝혔다. 연구에 사용한 다광자형광현미경 사진 및 모식도 연구 결과, 나노다이아몬드는 비교적 높은 농도(500 ?g/mL)까지 해마신경세포주(HT22 hippocampal neuronal cell)의 독성을 나타내지 않았으며, 세포 내 활성산소종 생성이나 세포막 무결성 손상을 유발하지 않는 것을 관찰했다. 또한 체외(in vitro) 배양 과정에서 처리한 나노다이아몬드는 세포 내로 함입돼 분화 인자 없이도 신경 돌기 분화를 유발했고, 동시에 세포의 형광 마커로서 이러한 현상을 초고해상도로 시각화했다. 또한, 누드 마우스를 활용한 동물실험에서 꼬리정맥으로 주사한 나노다이아몬드는 뇌혈관장벽을 투과해 뇌에 도달했고 장기간 주요 장기 및 뇌에 손상을 유발하지 않는 것이 확인됐다. 이러한 결과를 통해 나노다이아몬드의 활용은 뇌졸중은 물론 치매, 파킨슨병 등의 난치성 뇌질환 연구로 더욱 확장될 수 있을 것으로 기대된다. 연구진: 왼쪽부터 뒷줄 김창석(교신저자) 교수, 한동욱(교신저자) 교수, 앞줄 김재흥(제1저자) 박사과정생, 강문성(제1저자) 박사과정생 이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단의 선도연구센터지원사업 및 중견연구자지원사업의 지원으로 수행됐다. 해당 논문은 생체재료 분야의 세계적인 학술지 『Biomaterials Research』 온라인 4월 27일자로 게재됐다.- 논문 제목: A systematic study on the use of multifunctional nanodiamonds for neuritis generation and super-resolution imaging(나노다이아몬드의 신경세포 재생능 및 초고해상도 뇌 이미징 활용 가능성 규명)- 논문 링크: https://biomaterialsres.biomedcentral.com/articles/10.1186/s40824-023-00384-9 * 상단 연구 이미지: 규명된 나노다이아몬드의 생체 다기능적 활용 모식도[Abstract]Regeneration of defective neurons in central nervous system is a highlighted issue for neurodegenerative disease treatment. Various tissue engineering approaches have focused on neuritogenesis to achieve the regeneration of damaged neuronal cells because damaged neurons often fail to achieve spontaneous restoration of neonatal neurites. Meanwhile, owing to the demand for a better diagnosis, studies of super-resolution imaging techniques in fluorescence microscopy have triggered the technological development to surpass the classical resolution dictated by the optical diffraction limit for precise observations of neuronal behaviors. Herein, the multifunctional nanodiamonds (NDs) as neuritogenesis promoters and super-resolution imaging probes were studied.To investigate the neuritogenesis-inducing capability of NDs, ND-containing growing medium and differentiation medium were added to the HT-22 hippocampal neuronal cells and incubated for 10 d. In vitro and ex vivo images were visualized through custom-built two-photon microscopy using NDs as imaging probes and the direct stochastic optical reconstruction microscopy (dSTORM) process was performed for the super-resolution reconstruction owing to the photoblinking properties of NDs. Moreover, ex vivo imaging of the mouse brain was performed 24 h after the intravenous injection of NDs.NDs were endocytosed by the cells and promoted spontaneous neuritogenesis without any differentiation factors, where NDs exhibited no significant toxicity with their outstanding biocompatibility. The images of ND-endocytosed cells were reconstructed into super-resolution images through dSTORM, thereby addressing the problem of image distortion due to nano-sized particles, including size expansion and the challenge in distinguishing the nearby located particles. Furthermore, the ex vivo images of NDs in mouse brain confirmed that NDs could penetrate the blood?brain barrier (BBB) and retain their photoblinking property for dSTORM application.Conclusions: It was demonstrated that the NDs are capable of dSTORM super-resolution imaging, neuritogenic facilitation, and BBB penetration, suggesting their remarkable potential in biological applications.* Reference- First author: Jaeheung Kim¹, Moon Sung Kang¹- Corresponding author: Chang-Seok Kim¹², Dong-Wook Han¹³ 1. Department of Cogno-Mechatronics Engineering, Pusan National University 2. Engineering Research Center for Color-Modulated Extra-Sensory Perception Technology, Pusan National University 3. Bio-IT Fusion Technology Research Institute, Pusan National University- Title of original paper: A systematic study on the use of multifunctional nanodiamonds for neuritis generation and super-resolution imaging- https://biomaterialsres.biomedcentral.com/articles/10.1186/s40824-023-00384-9- Journal: Biomaterials Research- DOI: https://doi.org/10.1186/s40824-023-00384-9 처음 1 2 3 4 5 6 다음 페이지 끝 처음 다음 끝