□ 연구개요 기능성 식이 성분(FDC: filbertone)에 의한 비만성/신경 퇴행성 뇌질환 Parkinson Diseases(PD) 예방 가능성을 규명하기 위해, 신경세포에서의 autophgy 활성화 효능 연구와 PD 원인이 되는 alpha-synuclein(alpha-syn)의 축적을 제어하는 기전을 in vitro (neural cell lines)와 in vivo (비만 혹은 MPTP에 의하여 유도된 mouse 모델)에서 연구함 □ 연구 목표대비 연구결과 ○ 1차년도: FDC에 의한 Autophagy활성화를 통한 alpha-synuclein (syn) 축적 분해 효능 및 기전 분석 ∎ Neuronal cells에서 FDC에 의한 autophagy 활성 분석 ∎ SH-SY5Y cells에 alpha-syn-A53T plasmid을 과 발현시킨 후 FDC에 의한 alpha-syn의 양 조절분석 ∎ Neuronal cells에서 FDC에 의한 TFEB 활성 및 autophagy-lysosome pathway (ALP) gene분석을 목표로 연구한 결과, -Filbertone은 PD의 병인성 물질의 한 종류인 alpha-syn의 축적을 감소시킴으로써 PD의 개선제로서의 가능성을 제시함. 즉, filbertone은 mtROS의 생성을 증가 시켜 PERK을 활성화시켜 TFEB의 nuclear translocation을 증가시킴으로써 TFEB의 target genes인 ALP의 유전자들을 증가시켜 ALP를 활성화시켜 축적된 alpha-syn을 감소시킴 ○ 2차년도:비만 혹은 MPTP에 의한 PD모델에서 FDC에 의한 PD억제 효능 및 기전 분석 ∎ 비만성 PD에서 FDC의 억제 기전 규명 ∎ MPTP에 의한 PD에서 FDC의 효능과 기능 규명 ∎ FDC효능과 FDC-TFEB nuclear translocation 의 연관성 규명을 목표로 연구한 결과, -Filbertone은 ALP관련 유전자의 발현을 증가시킴으로써 HFD 혹은 MPTP에 의하여 mid-brain에 축적된 alpha-syn을 감소시켜 PD을 개선시킬 수 있음 □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 1) 연구개발성과의 활용방안 ∎ PD는 alpha-syn 단백질의 misfolded protein축적에 의하여 일어나는 현상으로 현재까지 치료방법이 없으며, 뚜렷한 예방책도 제시되어 있지 못함 ∎ 본 연구는, FDC에 의한 autophagy 활성화 작용과 alpha-syn축적 억제 및 기전규명을 통해 PD 예방효능을 가진 새로운 기능성 식이성분 개발이 가능하며, 국민보건건강증진을 위한 중요한 기초정보를 제공해줌 ∎ FDC의 PERK활성 조절에 관한 연구는 전무한 상태이므로 이 기전의 증명은 PD예방용 기능성 식이성분 개발을 위한 중요한 기초 자료가 될 것이며, 국제수준의 학술적 연구 성과를 올리는 기회가 될 수 있음 ∎ 또한, FDC의 PD예방 효능을 세계 최초로 규명함으로써 신 기능성 식품소재 개발 활용 및 의료용 치료제 개발 등의 산업적 경제 효과를 기대할 수 있음 2) 연구개발성과의 기대효과 ∎ 비만성/신경 퇴행성질환인 PD의 효과적인 억제작용 및 기전을 규명하는 기초 정보 제공 ∎ FDC의 PD 억제 효능을 가진 새로운 PD 예방효능을 가진 기능성 성분 개발 가능성을 제시함 (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 유리나
• 주관연구기관 : 울산대학교
• 발행년도 : 20230300
• Keyword : 1. 기능성 식이 성분;파킨스병;신경퇴행성 질환;자가포식;비만; 2. Functional Dietary Component;Parkinson’s disease;Neurodegenerative disease;Autophagy;Obesity;

□ 연구개발 목표 및 내용 ◼ 최종 목표 고-분해능 방사선치료선량 평가를 위한 방사선 고강도 반도체 센서 개발 및 이용 ◼ 전체 내용 1차년도: 방사선 고강도 센서 (HRH) 공정 기술 개발 • SiC 센서 공정 기술 정보 수집 • SiC 기반 HRH 센서 디자인 및 공정 설계 • HRH 센서 공정 확정 2차년도: HRH 센서 특성 연구 및 최적화 • Wafer 특성 평가 (IV 및 CV, 온도 특성) • 센서 특성 평가 (선량에 대한 선형성 및 재현성) • 센서 방사선 강도 평가 (바이어스 전압, 전류) • 방사선 측정 HRH 센서 시제품 제작 3차년도: HRH 기반 점선량 측정 시스템 개발 및 최적화 • HRH 기반 점선량 측정 선량계 설계 • HRH 기반 점선량 측정 Read out 기판 설계 및 제작 • HRH 기반 점선량 측정 모듈 평가 • 최적화된 HRH 기반 점선량 측정 시스템 개발 4차년도: HRH 기반 2차원 선량 측정 시스템 및 표준 측정 교정 기술 개발 • HRH 기반 2차원 선량분포 측정 2D array 설계 • HRH 기반 2차원 선량분포 측정 Read out 기판 설계 및 제작 • 2차원 선량분포 측정 및 분석 프로그램 개발 • HRH 기반 반도체 표준 측정 교정 기술 개발 5차년도: HRH 기반 2차원 선량 측정 시스템 최적화 및 임상적용 가능성 확인 • HRH 기반 2차원 선량 측정 모듈 평가 • 최적화된 HRH 기반 2차원 선량 측정 시스템 개발 • 임상적용 평가를 통한 HRH 기반 방사선치료선량 평가 시스템 검증 및 평가 □ 연구개발성과 • 정성적 연구성과 - 실리콘, 다이아몬드, SoI, 실리콘 카바이드 등 여러 센서에 대한 시장과 연구 현황을 조사, 분석하였으며, 그중 실리콘 카바이드(SiC)를 이용한 방사선 센서 개발 수행 - SiC 웨이퍼 디자인/설계 및 공정, 제작 과정을 거쳐 SiC 기반의 반도체 센서칩을 제작하였으며 Probe station+HV 장비를 이용한 IV Curve measurement를 수행하고 SiC 소자별 특성을 평가 - SiC 반도체 센서용 Data Acquisition(DAQ) 보드를 디자인 및 제작하였으며, ADC 등 파형신호를 얻을 수 있는 DAQ 시스템 개발 - SiC 반도체 센서를 DAQ 보드에 부착한 후 DAQ 시스템을 이용하여 방사선 테스트를 진행하였으며, 전자선에 따른 ADC Waveform을 획득하여 평가 수행 • 정량적 연구성과 - 전문학술지 논문 게재 :14편(SCI 11편, 비SCI 3편) - 지식재산권 : 특허 출원 13건, 등록 4건 - 저역서 1건 - 수상실적 3건 □ 연구개발성과 활용계획 및 기대 효과 • 우수한 공간분해능 및 소형화, 실시간 데이터 처리 등의 장점을 가지는 반도체 센서의 장점에도 불구하고 취약점으로 꼽히는 고선량 방사선측정 영역에서의 내구성 문제에 대한 기술적 해결방안 제시 • 방사선치료와 관련한 의료산업 분야의 수입대체 효과와 기술 고부가가치화, 의료기술 국제 경쟁 력 강화 등을 기대할 수 있고, 병원 및 의료산업 분야의 활성화에 따른 인력양성과 고용의 증가도 기대할 수 있음 (출처 : 요약문 2p)

• 연구책임자 : 김동욱
• 주관연구기관 : 연세대학교
• 발행년도 : 20230600
• Keyword : 1. 실리콘 카바이드;방사선 고강도 센서;광자선;품질관리;표준측정법; 2. SiC;High Radiation Hardness;Photon;Quality assurance;Standard measurement;

□ 연구개발 목표 및 내용 ◼ 최종 목표 최근 각광받고 있는 환경 유전자 분석기법을 이용해 부산 지역의 가장 주요한 해양환경 이슈가 되고 있는 고리 원전 인근 해역의 생태계의 변동성을 분석하고 이를 장기변동에 필요한 데이터 요소로 사용할 수 있는 기초 자료로 제공함 ◼ 전체 내용 • 3세대 염기서열 분석법을 이용한 어류와 식물플랑크톤의 표준 유전자 데이터 확보 • 차세대 염기서열 분석법을 이용한 시공간적 변동에 따른 어류의 종 다양성 변화 분석 • 환경의 변화에 따른 식물플랑크톤 군집구조 변동 파악 및 예측 • 어종별 수온의 민감성 및 최적 수온 탐색 및 환경요인과 어종 및 식물플랑크톤 군집 간의 상관관계 규명 ◼ 1단계 ❏ 목표 • 환경 유전자를 이용한 어류와 식물플랑크톤의 표준 유전자 데이터 확보 • NGS 플랫폼을 이용한 어류 종 조성 및 군집 변동 분석 • NGS 플랫폼을 이용한 식물플랑크톤 종 조성 및 군집 변동 분석 • 우점 어종의 최적 수온 분석 • 수온과 어류, 식물플랑크톤 간의 상관관계 규명 ❏ 내용 • 부산 기장군 원전 인근 해역의 12개 정점에서 17회 샘플링을 실시하였으며 PacBio 플랫폼을 이용한 염기서열 분석 방법의 파이프라인을 구축하고 범용 프라이머를 이용하여 어류 및 식물플랑크톤의 표준 유전자 염기서열 확보 • NGS를 이용해 기장군 원전 인근 해역에 서식하는 어류의 종다양성 평가 및 군집구조 비교를 진행하였고, 정량 분석을 통해 식물플랑크톤과 미생물 군집의 정량 비교를 수행함. 계절 변화에 따른 대표 식물플랑크톤 종을 제시했으며 출현종과 수온 및 어류와 식물플랑크톤의 상관관계 분석을 진행 □ 연구개발성과 • 국내 최초로 환경 유전자를 이용해 원전 인근 연안 어류와 식물플랑크톤 종 조성과 변동양상을 확인하여 환경요인의 변화에 따른 수산자원의 현황 모니터링 자료 제시 • PacBio 플랫폼을 이용한 어류와 식물플랑크톤의 표준 유전자 데이터베이스 구축 • 우점 어류 최적 서식 수온 제시를 통해 기후변화나 원전의 온배수 배출에 영향을 받을 수 있는 민감한 어종에 관한 정보 제공 □ 연구개발성과 활용계획 및 기대 효과 • 환경 유전자 기법을 이용한 기장 인근 해역의 3개년 모니터링 데이터와 Pacbio 분석 파이프라인의 도입은 해양생태계 연구에 분자생물학적 기법 확대에 활용 • Pacbio 파이프라인 기반 표준 유전자 데이터베이스 구축은 국내외 분자생태학 연구자들에 의해 다양한 연구에서 활용 • 어류 및 식물플랑크톤과 수온, 어류와 식물플랑크톤의 상관성 연구를 통해 추가적인 환경요인과 기후변화 영향 조사의 필요성 및 선행연구 자료 제시 • 어류 및 식물플랑크톤 종 다양성과 변동성 및 해양환경에 따른 상관관계에 관한 3년간의 연구 결과는 국제저널에 게재를 통해 국가 이미지 증대 및 국제적 입지 강화에 이바지함 (출처 : 요약문 2p)

• 연구책임자 : 김현우
• 주관연구기관 : 부경대학교
• 발행년도 : 20230600
• Keyword : 1. 환경 DNA 메타바코딩;고리 주변해역;3세대 염기서열 분석;표준 유전자 데이터;어류의 종 다양성; 2. eDNA metabarcoding;Pacbio SMRT technology;Gijang;Fish assemblage;Phytoplankton community structure;

□ 연구개요 희토류 원소를 구성하는 원자핵의 구조에 대한 이론적 기반을 구축하는 것이 매우 중요하다. 특히 희토류 원소의 에너지 스펙트럼 및 전자기전이율에 관한 실험데이터는 부족한 실정이므로 이러한 이론을 바탕으로 실험데이터의 이론적 예측 및 실험 방안의 가이드라인을 제시할 수 있을 것이다. 본 연구는 IBM을 바탕으로 희토류 영역에 속하며 회전적인 성질과 진동 스펙트럼을 동시에 가지는 변형핵의 에너지스펙트럼 및 낮은 에너지준위 사이에서 일어나는 전자 기전이와 같은 핵의 성질을 analytic하게 계산하는 것이 목적이다. □ 연구 목표대비 연구결과 중간 및 무거운 짝수-짝수 변형핵의 집단운동의 성질은 핵물리학에서 중요한 과제 중의 하나로 IBM을 이용하여 다양하게 연구되어 왔다. 집단적 성질을 가진 핵의 에너지준위와 여러 가지 전자기적 성질에 대한 IBM의 성공에도 불구하고 자기쌍극자(M1) 전이에 관한 연구는 상대적으로 미흡하였다. 희토류 영역의 변형핵에 3MeV 근처의 K=1 띠에 속한 1+ 준위의 발견으로 IBM-2에 의한 집단핵의 자기적 성질의 이론 연구가 활발하게 이루어져왔다. 가위모드라 불리는 1+ 상태는 아이소벡터 궤도 M1 들뜸상태로 설명되고, 주로 희토류 영역에 속하는 강하게 변형된 핵에서 일반적인 현상으로 알려져 있는 기본 들뜸모드이다. 본 연구에서는 이를 해석학적 기술방법으로 수학적 formalism을 통해 실험적 현상을 설명하고자 한다. 최근 변형핵(deformed nuclei)과 입자의 산란 및 변형핵에 의한 방사포획반응이론 등 희토류 영역의 변형핵에 관한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 이러한 연구는 변형핵의 구조와 같은 기초적인 이론 즉 핵구조(nuclear structure)이론을 필요로 한다. 핵구조이론에 관한 연구는 현재 국내외의 많은 대학 및 연구소에서 활발히 진행되고 있다. 그러나 이론적으로 풀리지 않는 몇 가지 문제점으로 인해 거의 대부분의 연구가 수치계산(numerical calculation) 위주로 이루어지고 있다. 핵의 구조 연구에서 수치적 방법은 실험결과를 비교적 정확히 설명할 수 있는 장점이 있으나 계산과정을 파악하기 힘들어 물리적 의미를 찾기가 어렵다. 우주에서 핵합성 등의 측정 또는 실험 불가능한 상황은 이러한 이론적 모형에 의해 설명될 수 있다. 중성자 포획 후 방출 감마선을 측정한 실험결과를 이론적인 핵모형에 의하여 잔류핵의 물리적 성질(에너지준위와 전자기전이 등)이 다양하게 연구되고 있다. 그러나 많은 핵자료는 여전히 가공되지 않은 채로 있으며 이의 정밀하고 합리적인 해석을 위해 핵물리학에서 이론의 활발한 연구가 필요하다. 본 연구에서 짝수-짝수 변형핵 뿐 아니라 홀수-A 변형핵의 구조 연구를 통해 에너지스펙트럼을 포함한 전자기전이의 analytic expression이 완성되면 수치계산 결과에 대한 통찰력과 transfer reaction 및 중성자 포획반응에 관련된 실험에 이론적 기초(base)를 제공할 수 있을 것이다. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 본 연구에서는 IBM과 IBFM을 바탕으로 동역학적 대칭인 Hamiltonian에 phase transition에 관련된 1차 섭동항을 첨가하여 비교적 넓은 범위에 해당하는 변형핵의 에너지스펙트럼 및 전자기적 성질을 analytic expression으로 나타내고자 한다. 이 결과는 물리적 통찰력을 제공할 뿐만 아니라 기하학적 모형과의 대응·비교를 통해 집단모형(collective model)내의 상호관계 정립에 기여할 수 있을 것이다. 우주에서 핵합성 등의 측정 또는 실험 불가능한 상황은 이러한 이론적 모형에 의해 설명될 수 있다. 중성자 포획 후 방출 감마선을 측정한 실험결과를 이론적인 핵모형에 의하여 잔류핵의 물리적 성질이 다양하게 연구되고 있다. 그러나 많은 핵자료는 여전히 가공되지 않은 채로 있으며 이의 정밀하고 합리적인 해석을 위해 핵물리학에서 이론의 활발한 연구가 필요하다. 본 연구에서 짝수-짝수 변형핵 뿐 아니라 홀수-A 변형핵의 구조 연구를 통해 에너지스펙트럼을 포함한 전자기전이의 analytic expression이 완성되면 수치계산 결과에 대한 통찰력과 transfer reaction 및 중성자 포획반응에 관련된 실험에 이론적 기초(base)를 제공할 수 있을 것이다. 특히 희토류 원소의 에너지 스펙트럼 및 전자기전이율에 관한 실험데이터는 부족한 실정이므로 이러한 이론을 바탕으로 실험데이터의 이론적 예측 및 실험 방안의 가이드라인을 제시할 수 있을 것이다. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 이수연
• 주관연구기관 : 동의대학교
• 발행년도 : 20230900
• Keyword : 1. 희토류 원소;변형핵;보오존 상호작용 모형;보오존-페르미온 상호작용 모형;중성자 포획반응; 2. rare-earth nuclei;deformed-nuclei;IBM;IBFM;neutron-capture reaction;

1. 연구개발과제의 개요 1) 연구개발의 목적 □ 최종 연구개발 목표 ◦ 원전의 안전성 향상을 위한 중대사고 기기생존성(ES1)) 평가 기술 개발 ◦ 중대사고 기기생존성 평가 설비 구축 ◦ 중대사고 기기생존성 평가 체계를 통한 원전 규제 대응 및 산업계 수탁과제 수행 □ 당해 연구개발 목표 ◦ 중대사고 기기생존성 관련 규제요건 분석 ▹ 사고관리계획서 유관기관 협업체계 구축 ▹ 중대사고 기기생존성 평가 관련 규제 및 환경조건 연구 ◦ 중대사고 환경 모사 시험설비 개선 및 운용 ▹ 중대사고 기기생존성 시험설비 개선 및 운용기술 개발 ▹ 중대사고 기기생존성 실증시험 수행 ◦ 기기생존성 평가 기술 및 중대사고용 방화랩(Fire Wrap) 설계기술 개발 ▹ 중대사고 기기생존성 종합영향평가 수행 ▹ 중대사고 대처설비 생존성 향상기술 개발 ▹ 중대사고 환경에서의 상승효과를 고려한 비금속소재 열화평가 기술 개발 (출처 : 본문 1. 연구개발과제의 개요 3p)

• 연구책임자 : 김대환
• 주관연구기관 : 한국기계연구원
• 발행년도 : 20231100
• Keyword : 1. 중대사고;기기생존성;생존성향상;실증시험;안전등급기기; 2. Severe Accident;Equipment Survivability;Survivability Improvement;Type Test;Safety Related Equipment;

□ 연구개발 목표 및 내용 ㆍ 최종 목표 본 연구는 그래핀(graphene)을 사용하여 우수한 테라헤르츠파 검출기(terahertz wave detector)를 구현하는 것이 목표다. 그래핀은 일반 금속에 비해 큰 열전기력(thermoelectric power) 특성을 갖고 조절가능한데, 이것을 이용하면 테라헤르츠파(terahertz wave)를 간단하면서 정밀하게 측정할 수 있다. 본 연구를 통하여 현재 테라헤르츠파 검출 기술의 한계를 극복하고, 상온에서도 작동 가능한 테라헤르츠파 이미징(imaging) 기술로 발전시킬 계획이다. 특히 그래핀으로 수백 개의 검출기 배열(array)을 만든 후 그래핀의 유연성(flexibility)을 이용하여 반구 모양의 유연한 절연체 기판위에 배열해 놓으면 사람의 눈과 같은 형태가 되는데, 이는 테라헤르츠파 검출 성능을 더욱 향상시켜 이미지화할 수 있는 효과적인 “눈(eye)”이 될 것이다. ㆍ 전체 내용 테라헤르츠 기술은 그 발생기와 검출기 개발의 어려움으로 인해서 마이크로웨이브나 적외선 기술에 비하여 상대적으로 발달되지 못했다. 하지만 테라헤르츠파는 잠재적으로 보안, 의학, 천문학 및 재료검사 등 다양한 응용 분야에서 사용될 수 있다. 예를 들어 테라헤르츠파는 사람에게 은폐 된 무기를 원격으로 탐지하는 보안 검사에 사용될 수 있는데 이는 테라헤르츠파가 직물이나 플라스틱은 침투할 수 있지만 금속은 침투할 수 없는 특성 때문이다. 또한 물은 테라헤르츠파를 흡수하므로 인체의 일부도 테라헤르츠파를 이용해 이미징할 수 있다. 그리고 테라헤르츠파는 인체에 무해하기 때문에 살아있는 조직과 DNA에 대해 안전하여, 의약분야에서 폭넓게 사용 가능하며 이는 기존의 엑스레이(X-ray)를 사용하는 것보다 더 정확한 인체 내부 이미징을 가능하게 할 것이다. 그래핀은 탄소 원자의 한층으로 벌집 격자를 갖는 이차원 물질이다. 즉 부피가 없고 이차원의 표면만 있어 매우 작은 열질량 (thermal mass)을 갖고 있다. 그래핀을 이용하면 테라헤르츠타 검출기에 매우 빠른 응답속도를 주게 된다. 또한, 그래핀은 매우 낮은 전자-포논 결합성(electron-phonon coupling)을 갖기 때문에 포논 (격자) 온도에 비해 전자의 온도만 선택적으로 증가시킬 수 있어 검출기의 성능을 떨어뜨리지 않으면서 높은 측정 감도를 유지하게 된다. 테라헤르츠파를 입사하게 되면 그래핀의 온도가 올라가게 되는데, 그래핀의 저항은 온도 의존성이 약하기 때문에 테라헤르츠파 신호 검출을 위해 사용하기 어렵다. 대신에 우리는 그래핀의 크고 조절 가능한 열전기력(thermoleelctric power)을 이용하여 전자의 온도증가를 미세하게 감지할수 있다. 국제공동연구의 스웨덴 Chalmers University of Technology 측 연구책임자인 Prof. August Yurgens 그룹은 이미 실험을 통해 그래핀의 열전기력을 이용한 검출기 아이디어가 “기가헤르츠(Gigahertz, GHz)와 온도 100 K 영역”에서 성공적으로 작동함을 보여주었다. 구체적으로 94 GHz에서 광학 감도 400-700 V/W 와 잡음 등가 파워 NEP = 20 pW/Hz 로 반도체 다이오드에서 얻은 최신 결과와 비슷하거나 더 우수함을 보여주었다. 따라서 본 과제에서는 테라헤르츠파와 검출기 소자 사이의 임피던스 매칭(impedance-matching)과 대용량 검출기 소자의 디자인 최적화 등의 단계를 거쳐 새로운 테라헤르츠파 검출기 소자를 구현하려고 한다. ㆍ 1년차 ∘ 목표 그래핀을 이용한 테라헤르츠파 검출기 개발 ∘ 내용 · 테라헤르츠파와 검출기 사이의 임피던스 매칭 (impedance-matching) 해결 · 다양한 절연 기판을 사용한 검출기 작동 실험 · 그래핀의 도핑농도 및 케리어 타입의 최적화 · 포스포린(phosphorene)을 이용한 테라헤르츠파 검출기 시험 ㆍ 2년차 ∘ 목표 대면적 그래핀을 이용해서 대량으로 제작 배열된 테라헤르츠파 검출기 연구 ∘ 내용 · 대면적 그래핀의 열전기력 1/f 잡음 측정 · 실리콘 기판 위에 대면적 그래핀을 이용한 대량의 테라헤르츠파 검출기 배열 제작 · 유연한 기판 위에 대면적 그래핀을 이용한 대량의 테라헤르츠파 검출기 배열 제작 □ 연구개발성과 본 한-스웨덴 과학기술 공동 연구사업을 통해 2개의 연구 결과가 국제저널 Sensors, Journal of the Korean Physical Society 에 출판되었고, 향후 2~3개의 추가 논문이 투고를 위해 준비중이다. □ 연구개발성과 활용계획 및 기대 효과 테라헤르츠 기술은 그 발생기와 검출기 개발의 어려움으로 인해서 마이크로웨이브나 적외선 기술에 비하여 상대적으로 발달되지 못했다. 하지만 테라헤르츠파는 잠재적으로 보안, 의학, 천문학 및 재료 검사 등 다양한 응용 분야에서 사용될 수 있다. 예를 들어 테라헤르츠파는 사람에게 은폐 된 무기를 원격으로 탐지하는 보안검사에 사용될 수 있는데 이는 테라헤르츠파가 직물이나 플라스틱은 침투할 수 있지만 금속은 침투할 수 없는 특성 때문이다. 또한 물은 테라헤르츠파를 흡수하므로 인체의 일부도 테라헤르츠파를 이용해 이미징할 수 있다. 그리고 테라헤르츠파는 인체에 무해하기 때문에 살아있는 조직과 DNA에 대해 안전하여, 의약분야에서 폭 넓게 사용 가능하며 이는 기존의 엑스레이(X-ray)를 사용하는 것보다 더 정확한 인체 내부 이미징을 가능하게 할 것이다. (출처 : 요약문 3p)

• 연구책임자 : 남영우
• 주관연구기관 : 경상국립대학교
• 발행년도 : 20230500
• Keyword : 1. 그래핀;테라헤르츠파;열전기력; 2. graphene;terahertz waves;thermoelectric power;

□ 연구개요 초고선량률 방사선 조사인 FLASH Radiation을 이용, 기존 Conventional 방사선 조사 방식 대비 마우스 심장에 미치는 영향을 조사하여 향후 FLASH 방사선 치료의 인간 대상 임상 시험 적용에의 기반 자료로 삼는다. □ 연구 목표대비 연구결과 C57BL/6 male 마우스를 대상으로 총 3개의 그룹으로 나누어 심장에 방사선 조사를 시행하였다. 대조군 그룹은 총 마우스 생존기간 조사목적으로 관찰하였으며, 나머지 두 그룹은 FLASH 10 Gy, 20 Gy, 30 Gy 조사 군과 Conventional 10 Gy, 20 Gy군으로 관찰하였다. 각 군별 마우스 부검은 6개월, 12개월 그리고 16개월에 시행하였다. 방사선 조사를 받은 심장조직은 기존 치료 방식인 Conventional 군에서 FLASH 군에 비해 전반적으로 통계적으로 유의한 정도 차이의 섬유화가 발생됨이 관찰되었다. 또한 FLASH 방사선 조사 그룹의 경우 마우스 심장 세포가 Conventional 군에 비해 전체적으로 비대해짐을 각종 염색을 통해 확인할 수 있었고 심장 내 혈관 주변조직의 경우도 Conventional 그룹에서 FLASH 그룹에 비해 섬유화가 더 많이 일어난 것을 조직 염색을 통해 확인할 수 있었다. 생존기간 분석에 있어서는 두 그룹의 명확한 차이가 실험 개체수가 적은 관계상 통계적으로 유의하게 드러나지는 않았으나 20 Gy 조사 군에서는 FLASH 군이 Conventional 군에 비하여 더 장기간 생존하는 것이 관찰되었다. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 본 연구를 통해 마우스 심장에서의 FLASH 방사선 조사가 기존 Conventional 조사 방식 대비 더 적은 섬유화를 일으키는 것을 볼 수 있었다. 또한 20 Gy 이상 고선량 조사군에서는 FLASH 그룹이 더 긴 생존 기간을 보임을 확인하였다. 본 연구 결과는 이후 다양한 소동물 및 중동물의 심장 주변 종양 모델에 대해 FLASH 방사선 치료시 심장 반응에 대한 참고자료로 활용될 수 있으며 궁극적으로 향후 FLASH 방사선 조사의 인간 대상 임상 시험시 안정성에 대한 근거 자료 중 하나로 제시될 수 있다. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 전완
• 주관연구기관 : 동남권원자력의학원
• 발행년도 : 20230300
• Keyword : 1. 초고선량률방사선;방사선치료;심장조직손상; 2. FLASH radiation;Radiotherapy;Cardiac tissue damage;

□ 연구개요 ○ 본 연구의 목표는 이중수소결합 도너(dual-hydrogen bond donor)와 음이온의 결합에 의해 발생하는 탈양자화(deprotonation) 현상을 전기적인 신호로 변환하여 특정 음이온을 실시간으로 검출할 수 있는 IoT 센서 플랫폼을 개발하는 것임. ○ 본 연구에서는 다양한 구조의 이중수소결합 도너 기반의 음이온 리셉터 분자를 설계 및 합성하여 음이온과 결합력을 체계적으로 평가함으로써 우수한 결합력을 갖는 리셉터 설계의 기준안을 제시함. 음이온과 리셉터의 화학적인 상호작용을 효과적으로 전기신호로 변환하기 위하여 탄소나노튜브에 기능화 하는 방법에 대한 연구를 수행함. ○ 궁극적으로, 개발한 IoT 센서 플랫폼을 활용하여 극소량의 용액에 포함되어 있는 음이온을 실시간으로 감지할 수 있는 프로토타입 센서를 구현하는 것이 본 연구의 최종 목표임. □ 연구 목표대비 연구결과 ○ 1차년도 ■ Squaramide, thiourea 및 croconamide 기반의 이중수소결합 도너에 양이온 기능기 (pyridinium)와 전자 당김기(electron withdrawing group)를 결합시켜 탈양자화가 효과적으로 발생하는 음이온 리셉터를 합성함. 합성한 리셉터는 ¹H 핵자기 공명 분광법(nuclear magnetic resonance, ¹H NMR)을 통해 구조 분석이 이루어짐. 음이온과 결합 특성은 자외선 가시광선 분광기(UV-vis spectroscopy)를 활용하여 음이온과 리셉터의 정량적인 결합력을 평가함. ○ 2차년도 ■ 스프레이 코팅 공정을 통하여 폴리-4비닐피리딘(poly(4-vinylpyridine), P4VP)-탄소나노튜브 복합체를 형성함. 음이온 리셉터는 P4VP-탄소나노튜브 복합체에 공유결합을 통해 기능화가 이루어짐. 리셉터가 기능화된 P4VP-탄소나노튜브 복합체를 활용하여 센서를 제작하고 음이온이 포함된 용액이 주입되었을 때, 센서의 저항이 증가함을 통해 리셉터와 음이온의 화학적 상호작용이 전기 신호로 성공적으로 변환되는 것을 증명함. ■ 합성한 리셉터 중 Squaramide가 기능화된 P4VP-탄소나노튜브 복합체가 아세테이트 음이온에 대하여 가장 우수한 감도를 나타냄. 추가적으로, 탄소나노튜브 섬유를 활용하여 음이온 리셉터를 비공유결합 방식과 공유결합 방식을 통해 기능화하여 기능화 방식에 따른 음이온 감지 특성을 비교 평가함. ○ 3차년도 ■ IoT 기반의 센서 모듈을 개발하여 센서에서 발생하는 전기 신호를 무선 통신을 통해 스마트폰으로 전송하여 실시간으로 음이온 감지에 성공함. □ 연구발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) ○ 아세테이트 음이온은 박테리아 세포의 성장을 제어하는 지표성분으로 알려져 있으며, 인슐린과 같은 합성 단백질 생산에서 중요한 지표로 활용됨. 박테리아 세포의 성장 환경에서 아세테이트 음이온의 농도와 세포성장에 대한 상관관계를 체계적으로 평가하여 합성 인슐린 생산효율 최적화에 기여할 것으로 기대. ○ 추가적으로, 양이온 성분과 중성 용질을 감지할 수 있는 센서를 개발하여 본 연구에서 개발한 IoT 기반 센서 모듈을 융합하여 센서 플랫폼의 활용분야의 확장을 기대. ○ 또한, 다종 센서 어레이 시스템을 개발하여 용액 속에 포함되어 있는 이온 및 바이오 마커에 대한 감지 정확성을 높이고, IoT 기술과 패턴인식 기술을 접목하여 현장진단형 센서 플랫폼으로 활용할 수 있음. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 최선진
• 주관연구기관 : 한양대학교
• 발행년도 : 20230300
• Keyword : 1. 음이온 센서;이중수소결합 도너;탈양자화;탄소나노튜브;사물인터넷; 2. anion sensor;Dual-hydrogen bond donor;deprotonation;carbon nanotube;IoT;

연구개요 ‣ 암치료에 필수적인 첨단 정밀 방사선치료 및 방사선수술에서 사용하는 소조사야빔 (5 × 5 mm 이하)의 절대흡수선량을 3% 이내 불확도로 정확하게 측정하기 위한 미세 검출기를 개발하고 국제 표준 프로토콜을 충족하는 검출기 교정 방법을 확립을 목적으로 함. 연구 목표대비 연구결과 ‣ 섬광체 검출기 모델 제작 공정 확립 및 특성 연구 (100% 달성) - 88.4, 95.6, 97.2% iso-dose volume 섬광체 제작 완료 - 초기 신호 측정을 통해 (1850 ± 945)s 의 시정수 획득 - 0.8% 이내의 단기 측정 표준편차 측정 - 0.96 이상의 선형 피팅의 R2 값 확보 - 각도 의존성 1% 미만 확인 ‣ 미세 섬광체 검출기 시작품 제작 및 성능 개선 (100% 달성) - 98% iso-dose 맞춤형 섬광체 검출기의 오차 원인 제거 및 성능 향상하여 미세 섬광체 검출기 시작품 완성. - 체렌코프 방사선효과 제거 (차감법) - 장·단기 안정성, 온도 민감도, 선형성, 선량률 의존성, 등방성 확인 ‣ 섬광체 검출기 특성 시험을 위한 전산모사 시스템 구축 (100% 달성) - 섬광체 검출기 전산모사 정당성 확보 및 시스템 구축. - 전산모사계산을 통한 ISS(Iso-dose shaped scintillator)에 대한 선량보정인자 확보 ‣ IAEA TRS 483 문서를 따르는 교정 상수 확보 (100% 달성) - ISS에 대하여 ‘ND,w = 3.700 × 10-4 Gy/nC’ 교정상수 확보 - 의료현장에서 LGP 선량의 차이 ± 1% 이내 확인 ‣ 기존 상용화 검출기와 특성 비교 (100% 달성) - ISS의 장기 안정성 문제를 확인 및 개선방안 마련 - ISS에 대한 보정계수 적용을 통한 선량검증 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) ‣ 활용방안 - 소조사야 빔의 흡수선량을 보다 정확하게 측정하는 것은 방사선 치료의 성공률 및 안정성을 제고를 위해 중요한 기술임. 특히, 소조샤야 빔을 이용하여 치료하는 체부정위방사선치료 (SBRT, stereotactic body radiation therapy) 기술 분야에서 본 연구 성과 결과물을 광범위하게 활용할 수 있을 것으로 사료됨. - SBRT은 본 연구에서 수행된 감마나이프 이 외에도 임상 선형가속기(약 164대)와 사이버나이프 (국내 8개 기관) 방사선치료기의 선량 측정에 활용할 수 있을 것으로 기대됨. - 향후, ISS 검출기 제작 시 재조립 절차를 수행하지 않으면서 체렌코프 빛의 신호 왜곡을 제거할 수 있는 개선방안에 대한 추가연구가 필요할 것으로 사료됨. ‣ 기대효과 - 첨단 방사선 암 치료의 필수적인 소조사야 빔의 흡수선량을 보다 정확하게 측정함으로써 방사선치료의 성공률 및 안전성을 제고할 수 있음. - 최신 국제 프로토콜인 IAEA TRS-483의 오류를 제거하고 한계를 극복함으로써 첨단방사선치료 및 방사선수술의 표준화를 주도할 수 있을 것으로 기대됨. - 기존 검출기와 비슷한 안정성과 특성을 가지면서 소조사야 빔을 정확하게 측정할 수 있는 시스템을 개발할 경우 실용화에 나설 수 있을 것으로 사료됨. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 정현태
• 주관연구기관 : 서울대학교
• 발행년도 : 20230300
• Keyword : 1. 소조사야 방사선;물흡수선량;섬광체 검출기;3D 프린팅;IAEA TRS-483; 2. Small field radiation;Absorbed dose to water;Scintillation detector;3D printing;IAEA TRS-483;

연구개요 알파입자 생체 외 분포 모니터링 알파선 영상장치 개발: 생체 외 조직(ex-vivo in tissue)에서 알파입자 분포 모니터링을 위한 알파선 영상장치 구성 및 그 응용기술 개발을 위한 접근으로, 1) 섬광체와 검출기특성을 분석하여 설계하고, 2) 알파선 생체영상을 모니터링하기 위한 프로토타입 섬광체기반 알파선 영상장치를 개발하고, 3) 이를 이용한 2차원 영상화 기반기술 개발을 목표함. 연구 목표대비 연구결과 1) 1차년도 : 알파선 영상장치 핵심설계요소 연구 (검증 및 디자인) - 수행완료 - 몬테카를로 시뮬레이션을 이용한 알파선 영상장치의 섬광체의 섬광효율과 광센서 검출효율 핵심설계 분석 - 검출부(섬광체 및 광센서)의 구성 및 특성평가 - 프로토타입 알파선 영상장치 시스템 최적화 설계 - 알파핵종(Ac-225, Am-241)을 이용한 프로토타입 알파선영상장치 영상화기술개발 : 알파핵종 검출특성을 분석하고 적용 가능한 고효율 개선방안 도출 2) 2차년도 : 알파선 영상장치 구성 및 제작 (성능시험 및 최적화) - 수행완료 - 프로토타입 알파선 영상장치 실용모델 구성 및 시작품 제작 - 프로토타입 알파선 영상장치 성능시험 및 최적화 - 프로토타입 알파선 영상시스템 2차원 영상화기술 소프트웨어 개발 및 평가 - 선형성, 균일성, 선량분포, 공간분해능의 정량적 지표를 이용한 프로토타입 알파선 영상장치 평가 3) 3차년도 : 알파핵종 생체외 조직에서의 알파선분포 획득 영상평가 - 수행완료 - 알파선 영상장치 획득영상 평가 (시뮬레이션 분포영상 반영) - 팬텀 영상평가 및 알파선 선량분포 영상분석 - 알파핵종 Ex-vivo시료의 알파선분포 최종성능평가 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) o 비균질성(Heterogeneity)의 생체조직에서 알파입자의 분포를 영상화함으로 정확한 정량평가를 할 수 있음. o α입자, β선으로부터 전달된 에너지가 균일하게 분포할 수 없는 생체조직에서 이질성 및 미세환경의 분포를 영상화할수 있는 영상장치 개발이 시급함. o 알파핵종의 알파방사선 측정의 핵심소재인 방사선 변환물질과 영상획득 소자의 최적화로 구성된 알파카메라로 알파핵종치료 생체외 시료들의 분포를 영상화함으로 세포 수준에서의 선량반응평가와 선량분포를 정량적으로 평가할 수 있음. o 안전한 방사선 용량을 결정할 수 있으며, 관심 표적 종양조직과 정상조직 부피내의 분포를 평가할 수 있기에 신약개발 및 치료방법개발에 활용될 수 있음 o 알파핵종의 분포를 정확하게 모니터링 함으로써, 알파선의 치료효과 검증의 극대화를 실현할 수 있음. o 핵의학 및 분자영상분야에서 종양치료를 위한 알파핵종 표적치료에 예후평가 지표로 활용될 수 있음. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 김종국
• 주관연구기관 : 한국원자력의학원
• 발행년도 : 20230300
• Keyword : 1. 알파선 영상장치;알파핵종;생체외 분포 모니터링;알파방사선;알파입자 치료효과; 2. Alpha imaging device;Alpha emission nuclide;Ex vivo monitoring;α-ray radiation;α-particle therapeutic effect;