비공개항목입니다.

• 연구책임자 : 김이태
• 주관연구기관 : (주)에스에이치코리아
• 발행년도 : 20240100
• Keyword : 1. 나노카본;하이브리드 소재;전자파 차폐;난방필름;콜로이드형 코팅소재; 2. Nanocarbon;Hybrid Materials;Electromagnetic Wave Shielding;Heating Film;Colloid type Coating Materials;

□ 연구 목표 및 내용 ○ 최종 목표 본 연구는 은편모조류의 핵 유전체 정보를 이용한 비교유전체 연구 및 phycobilisome 관련 유전자 발굴을 통한 홍조기원 세포내공생 진화 연구를 수행하는데 그 목적이 있다. 최종목표에 도달하기 위해 1) 다양한 색소를 갖는 은편모조류의 무균 배양체 확보, 2) 은편모조류 4종의 전장 유전체 분석, 3) 발현 유전체 분석, 및 4) Phycobilisome 등 색소 관련 유전자를 발굴한다. 분석된 자료를 종합하여, 핵 유전체 해독, 세포내공생 기원 유전자와 외부기원 유전자 이동 등 진화적 근거를 도출하여 은편모조류의 홍조기원 세포내공생 가설을 증명한다. ○ 전체 내용 은편모조류는 단세포성 편모조류로 해양과 담수에 서식한다. 대부분의 은편모조류는 광합성을 하며, 매우 다양한 색소를 갖는다. 색소체는 붉은색, 녹색, 갈색을 띄며, 각 분류군에 따른 뚜렷한 차이를 보인다. 진핵생물에서 다양한 색의 색소체를 갖는 분류군은 은편모조류가 유일하다. 은편모조류는 endosymbiont 기원의 색소체와 핵양체 (nucleomoph) 유전체와 host 기원의 미토콘드리아, 핵 유전체에 유전정보를 가지고 있다. 은편모조류는 홍조류로부터 색소체를 획득하여 2차 세포 내공생 과정으로 기원하였다고 알려져 있다. 특히, 색소체의 4중막 구조와 핵양체의 존재는 2차 내공생 과정으로 색소체를 획득하였다는 확실한 세포 형태학적 증거를 보여주고 있으며, 이들의 색소체 유전정보는 홍조류로부터 기원하였다는 증거를 보여준다. 은편모조류는 진화적으로 광합성 능력을 획득한 이후에 다양한 색소를 갖는 분류군으로 분화하였다. 본 연구는 “은편모조류의 핵 유전체 정보를 비교 분석하여 홍조기원 세포내공생에 의한 진화 과정을 증명하고 다양한 색소 관련 유전자 발굴”하기 위해 기획되었다. 은편모조류의 핵 유전체와 공여자인 홍조류의 유전체 비교분석 연구는 홍조기원 세포내공생설을 유전적으로 증명할 수 있을 것이다. 아울러, 다양한 색소 조성을 갖는 은편모조류의 핵 유전체 비교분석 연구는 색소체 획득 이후 은편모조류의 종분화와 진화적 패턴을 해석 할 수 있을 것이다. 또한 기존에 잘 알려지지 않은 새롭고 다양한 색소관련 유전자 발굴 가능성을 제시하고 있다. 최근 빠르게 발전하는 유전체 분석 기술과 생물학적 정보들의 활용 및 도입은 본 연구를 수행하기에 최적의 시기로 사료되며, 기 확보된 연구 자료의 활용과 선행연구 결과는 본 연구의 최종목표 도달 가능성을 보여주고 있다. 가설 1: 은편모조류 핵 유전체에 홍조기원 유전자가 EGT 과정을 통해 이동하여 암호화 되어 있을 것이다. 방법 1: 은편모조류 핵 유전체와 단세포 홍조류 유전체 비교 분석 기대효과: 은편모조류의 기원과 색소체 획득 진화 과정-홍조기원 세포 내공생 증명 가설 2: 다양한 색소 조성을 갖는 은편모조류의 색소관련 유전자는 핵 유전체에 암호화 되어 있을 것이다. 방법 1: 다양한 색의 은편모조류 핵 유전체 비교 분석: 빨간색/녹색/갈색/무색 은편모조류 방법 2: 다양한 빛 조건 (red/yellow/green)에서 은편모조류의 색소 관련 발현 유전자 비교 분석 방법 3: 색소 관련 유전자, 빌린 유전자, phycobilisome 관련 유전자 탐색 기대효과: 색소체 획득 이후의 은편모조류의 각 다양한 색소조성 분류군으로 진화적 패턴 해석과 색소 관련 유전자 발굴 ○ 1단계 ● 연구 목표 목표 1: 은편모조류 4종의 전장 유전체 분석 목표 2: 은편모조류 4종의 발현 유전체 분석 ● 연구 내용 목표 1: 은편모조류 4종의 전장 유전체 분석 - 기반 유전체 정보 확보 - 무균 배양주 확보, 대량 배양 (4L 이상) - 붉은색 은편모조류 1종 전장 유전체 분석 - 녹색 은편모조류 1종 전장 유전체 분석 - 갈색 은편모조류 1종 전장 유전체 분석 - 무색 은편모조류 1종 전장 유전체 분석 목표 2: 은편모조류 4종의 발현 유전체 분석 - 파장에 따른 발현량 분석 - [빨간색/노랑색/녹색] 빛 조건에서 은편모 3종 (Red/Green/Brown) 배양 - 발현유전체 확보 - 기능 단백질 유전자 정보 구축 ○ 2단계 ● 연구 목표 목표 3: 색소 관련 빌린 유전자 발굴 목표 4: Phycobilisome 관련 유전자 발굴 목표 5: 비교 유전체 분석 및 홍조기원 세포내공생 검증 ● 연구 내용 목표 3: 색소 관련 빌린 유전자 발굴 - 색소 조성에 따른 발현 정도 DEG 분석 - 색소 관련 유전자 발굴 :phytochrome, carotenoids 관련 - 은편모조류 4종의 색소 관련 유전자 비교분석 목표 4: Phycobilisome 관련 유전자 발굴 - APC(Allophycocyanin), PE(Phycoerythrin), PC(Phycocyanin) 관련 유전자 발굴 - 홍조기원 Phycobilisome 관련 유전자를 통한 은편모류의 세포내공생 검증 목표 5: 비교 유전체 분석 및 홍조기원 세포내공생 검증 - 은편모조류의 핵으로 전이된 홍조기원 유전자 탐색 - 핵 유전체 자료를 이용한 홍조기원 생물의 계통 진화 추론 □ 연구성과 1) 은편모조류 4종의 전장 유전체 분석 - 기반 유전체 정보 확보 - 무균 배양주 확보, 대량 배양 (4L 이상) - 붉은색 은편모조류 1종 전장 유전체 분석 - 갈색 은편모조류 1종 전장 유전체 분석 - 녹색 은편모조류 1종 전장 유전체 분석 - 무색 은편모조류 1종 전장 유전체 분석 2) 은편모조류 4종의 발현 유전체 분석 - 파장에 따른 발현량 분석 - [빨간색/노랑색/녹색] 빛 조건에서 은편모조류 4종 배양 - 발현유전체 확보 - 기능 단백질 유전자 정보 수집 - SCI급 논문 출판 3편 (주저자), 2편 (공동저자) - 국내외 학술대회 발표 □ 연구성과의 활용 계획 및 기대효과 본 연구는 세포내공생에 의한 생물의 기원과 진화를 이해하기위한 적합한 연구주제로 순수기초분야 뿐만 아니라, 보다 신뢰할 수 있는 유전자 정보 기반 확보 및 다양한 응용 연구를 위한 생물 소재 자료를 제공 할 수 있는 계기가 될 것이다. 1) 기술적 측면 ● 미세조류에 적합한 생물정보학 분석 기술의 확립과 인프라 구축 ● 유전체 분석, 유전자 발굴 기술 인프라 구축 2) 경제, 산업적 측면 ● 미세조류 유전자원 확보 ● 새로운 자원 발굴 및 미세조류 자원 활용을 통한 생명공학적 신산업군 창출 ● 다양한 색소 생산 생물 소재 제공 ● 다양한 환경에 적응관련 유전자 정보 활용 관련 산업 분야에 기초자료로 제공 3) 환경/생태적 측면 ● 적조생물 저감 제어를 위한 유전 정보 활용 ● 친환경 자원 활용산업 및 바이오그린 에너지용 모델 활용 4) 학술적 측면 ● 유전체 정보 기반 유전자 서비스 제공 및 확보 ● 생물 유전체 정보 수집 및 유전자 정보 축적 ● 광합성 진화 모델 생물 구축 및 광합성 생물 진화 연구분야 선점 ● 새로운 물질 발굴 및 물질 대사 과정 정보 제공 5) 다양한 생물 맞춤 유전체 분석 프로그램 개발 ● 기존에 국한된 모델 생물 또는 박테리아 자료에서 벗어난 새롭고 다양한 진핵생물 유전체 자료를 활용한 생물 맞춤 분석 방법 개발 6) 국제 연구 네트워크 형성 및 국제 협력 ● 미세조류 유전체연구와 유전자 정보 활용은 국내외에서 도입 단계에 있음. ● 국내외 네트워크를 통해 미세조류 유전체 연구 선점 (출처 : 요약문 2p)

• 연구책임자 : 김종임
• 주관연구기관 : 충남대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 은편모조류;진화;세포내공생;비교유전체;계통유전체; 2. Cryptophytes;Evolution;Endosymbiosis;Comparative genomics;Phylogenomics;

□ 연구개요 본 연구는 저선량 방사선조사가 항염증효과를 나타내는 기전을 규명하고 임상연구 프로토콜을 개발하는 연구로 총 3년으로 계획되었음. 1차년도에는 저선량 방사선조사의 항염증효과 확인을 위한 적절한 동물 모델 탐색 및 구축하고자함. 2차년도는 저선량 방사선조사의 항염증효과 기전 규명 및 최적효과 프로토콜 탐색하고자함. 3차년도에는 전임상실험 결과를 바탕으로 임상연구 프로토콜을 개발하고자함. □ 연구 목표대비 연구결과 1) 1차년도: 저선량 방사선조사의 항염증효과 확인을 위한 적절한 동물모델 탐색 및 구축 - LPS의 기도삽관 및 기도절개 주입 방법 비교 예비실험을 통해 ALI 마우스 모델을 구축하고 저선량 방사선조사에 따른 항염증 억제 효과 확인을 위해 생존률 조사 및 폐렴 형성과 완화 과정을 CT로 실시간 측정하고 폐조직 분리 후 H&E 분석을 통해 염증 반응 양상을 확인하였음. 2) 2차년도: 항염증효과 기전 규명 및 최적효과 프로토콜 탐색 - LPS와 Bleomycin 염증 유도 효과를 비교하고 기도삽관 및 기도절개 주입법 차이를 비교하여 최종적으로 빛을 이용한 기도삽관으로 마우스 모델을 고도화하였음. - 0.5 Gy와 1 Gy 저선량 방사선조사의 염증 억제 효과 및 LPS 주입 후 24, 48, 96시간을 비교하여 방사선 조사조건의 변화에 따른 폐염증반응을 평가하였음. - 폐조직에서 싱글셀 준비 테스트로 BALF에서 세포수 및 세포생존율을 비교하고 면역세포 분포와 사이토카인 수치를 확인하였음. 3) 3차년도: 전임상실험 결과를 바탕으로 임상연구 프로토콜을 개발 - 폐조직에 대한 싱글셀데이터 생산 및 분석을 수행하였음. - 싱글셀 전사체 데이터 분석 결과를 기반으로 저선량 방사선에 의한 면역세포의 세포 단위별 영향과 기전을 확인하였음. - 전임상 데이터를 기반으로 임상 연구 프로토콜 작성하였음. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 1) 기술적 측면: COVID-19의 전세계적 유행에 따라 저선량 방사선이 ARDS/ALI에 있어 임상적 효용성이 있을 수 있다는 조기 임상 결과가 발표되고 있지만, 이러한 항염증효과의 기전에 대해서는 아직 정확히 모름. 이는 중개연구로서 임상 -> 기초기전 연구의 필요성을 제기하였고, 본연구를 통한 기초자료는 다양한 염증성 질환으로 확대될 수 있음. 2) 경제적 측면: ALI/ARDS 관리를 위한 인한 중환자실 입원 기간의 감소 그리고 이로 인한 사망률 감소는 환자 및 병원 모두에 부과되는 경제적 부담을 줄여, 장기적으로는 국민 전체 중증 의료비 감소로 이어질 수 있음. 3) 임상적 측면: 치사율이 높은 ALI/ARDS의 치료 효과가 검증될 경우 이는 기존 ALI/ARDS의 관리법에 있어 중요한 발전이 될 수 있음. 또한 저선량 방사선치료의 항염증효과의 기전이 규명되면, 이를 활용하여 그 외 다른 염증성 질환, 예를 들어 염증성장질환의 급성 악화, 자가면역질환의 급성 악화, 골관절염의 급성 악화 등 다양한 형태의 항염증 효과에 활용될 수 있음. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 오동렬
• 주관연구기관 : 삼성서울병원
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 저선량방사선;급성페손상;염증반응;면역반응;단일세포분석; 2. Low-dose radiation therapy;Acute lung injury;Inflammation response;Immune response;Single cell RNA sequencing;

□ 연구개요 최근 맟춤의료 (personalized medicine)의 중요성이 커지면서 개인에 맞는 치료를 찾는 것이 중요해졌다. Breiman (2001)이 만든 랜덤 포레스트 (Random forest)는 널리 쓰이는 기계학습 방법의 하나로, 알고리즘이 분명하고 여러 통계 프로그램에서 설치되어 있어 널리 쓰이고 있다. Athey et al. (2019)는 이 랜덤 포레스트를 이용하여 개인별 이질적 치료효과를 계산하는 방법을 제시하고, Cui et al. (2023)은 Athey et al. (2019)의 방법론을 하나의 사건이 있을 때에 생존데이터에 대해서 치료효과를 랜덤 포레스트를 이용해서 계산하는 방법을 제시했다. 하지만 경쟁위험 데이터 (competing risks data)에서는 이질적 치료효과를 랜덤 포레스트를 이용해서 계산하는 방법이 제시된 바가 없다. 이 연구에서는 경쟁위험 데이터 (competing risks data)에서는 이질적 치료효과를 랜덤 포레스트를 이용해서 계산하는 방법론을 제시하고자 한다. □ 연구 목표대비 연구결과 이 연구에서는 Athey et al. (2019)과 Cui et al. (2023)에서 제시된 방법론을 바탕으로 경쟁위험 데이터에 대해서 랜덤 포레스트를 이용하여 인과효과를 계산하는 방법론을 만들었다. 이 방법은 Robinson (1988)의 추정함수를 랜덤 포레스트에 응용한 것으로, Breiman (2001)이 만든 랜덤 포레스트 방법론을 영향함수 (influence function)을 이용하여 누적사건함수 (cumulative incidence function)을 치료효과로 보고 추정하는 방법을 제시하였다. 이 때 Cui et al. (2023)에서 제시한 이중강건 (doubly robust) 랜덤 포레스트 방법을 경쟁위험 데이터에 적용해서 만들고 새롭게 Buckley and James (1979)의 방법을 응용한 랜덤 포레스트 방법 (BJ 랜덤 포레스트)를 제시하였다. 또한 Athey et al. (2019)과 Cui et al. (2023)에서 제시된 통계적 이론을 근거로 근사이론과 분산 및 신뢰구간을 계산하는 방식을 제시하였다. 시뮬레이션을 돌려보았을 때 평균제곱오차 상으로 Ishwaran et al. (2014)의 랜덤 포레스트를 이용한 방법보다 더 나은 결과를 보였다. 그리고 Radiation Therapy Oncology Group (RTOG 9410) 데이터에 이 방법론을 적용하였다. 그리고 하위그룹분석을 위해 선형회귀를 치료효과를 이용한 결과변수에 적용하는 방법을 제시하였다. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 이 연구결과를 경쟁위험 데이터 하에서 개인별 이질적인 치료효과를 계산하고 그에 따른 통계적 추론을 할 수 있는 방법을 제시했다. 이 통계적 추론을 할 수 있다는 것은 굉장히 중요한데, 통계적 추론을 함으로써 일반적인 기계학습 방법론이 가지고 있던 취약점을 보완할 수 있기 때문이다. 이 방법은 여러 방면에서 사용될 수 있다. 우선 의학에서 다양한 경쟁적인 질병이 있는 경우에 각 질병에 대한 개인별 이질적 치료효과를 측정할 수 있다. 또한 정책결정을 할 경우에 경쟁적인 사건들이 일어나는 상황에서 정책결정이 어떤 분야에 각 개인마다 어떤 효과를 불러오는지 파악할 수 있다. 그리고 각 치료효과 또는 정책효과의 통계적 유의성을 신뢰구간 계산을 통해서 검정할 수 있다. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 조영주
• 주관연구기관 : 건국대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 경쟁 위험;랜덤 포레스트;이중 강건;인과 효과;하위그룹 분석; 2. Competing risks;Random forest;Doubly robust;Causal effect;Subgroup analysis;

□ 연구개요 본 연구의 목적은 방사성동위원소에 의해 발생하는 체렌코프방사의 에너지를 광감제에 전달함으로써 방사성동위원소를 광감제의 excitation source로 활용하여 기존 광역동치료의 한계점(빛 투과의 한계로 인하여 피부암 또는 내시경 접근 가능한 암에만 적용할수 있다는 점)을 극복하는 새로운 항체 기반 표적 광역동치료 방법을 개발하고 이의 유효성을 평가하는 것에 있음. □ 연구 목표대비 연구결과 ① 1단계 목표: (ⅰ) 방사성동위원소(Radioisotope, RI)가 표지된 항체 개발을 위한 암 특이적인 수용체에 결합하는 항체 선정 및 이의 RI 표지 (ⅱ) 방사성동위원소에 의해서 발생하는 Cerenkov luminescence(CL) 확인 (ⅲ) CL-기반 광역동치료에 활용 할 수 있는 광감제를 선정 → 연구 결과: (ⅰ) 암에 특이적으로 과 발현하는 HER2 수용체에 선택적으로 결합하는 항체 trastuzumab을 방사성동위원소의 전달 platform으로 선정하고 방사성동위원소 ⁶⁴Cu 표지 조건 확립 (ⅱ) ⁶⁴Cu에 의해서 발생하는 CL 확인 및 CL에 의해서 여기 되는 광감제 protoporphyrin IX(PpIX)를 광감제로 선정. ② 2단계 목표: (ⅰ) PpIX의 암세포에서 축적하는 것을 확인 (ⅱ) 방사성동위원소에 의해서 발생하는 CL energy의 광감제 전달 평가 (ⅲ) RI 표지 항체와 광감제의 combinational treatment로 인하여 in vitro 및 in vivo 항암효과 평가 → 연구 결과: (ⅰ) 5-aminolevulinic acid(5-ALA)에 의한 PpIX의 암 선택적 축적 확인(in vitro 및 in vivo) (ⅱ) ⁶⁴Cu에 의해서 발생하는 CL energy의 PpIX 전달 확인 (ⅲ) 5-ALA 및 ⁶⁴Cu-DOTA-trastuzumab의 combinational treatment로 인한 in vitro 및 in vivo 항암효과 확인 □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 본 연구는 난치성 암의 치료에 있어서 부작용 및 재발 가능성이 높은 기존 방사선치료 및 화학요법의 단점을 극복하기 위한 새로운 체렌코프방사 에너지 전달 기반 암-표적 광역동치료 방법을 개발하고 이의 유효성을 평가하는 것에 목적이 있고, 이의 달성을 통해 기대되는 효과는 다음과 같은. ① 난치성 암에 대한 새로운 치료 regimen 제시: 암으로 인하여 사망하는 환자의 대부분은 뼈, 폐, 간 및 뇌 전이암으로 인하여 사망함. 따라서 원발암의 수술적 제거 이후에 전이암에 대한 효율적인 치료 여부가 질병 예후를 결정함에 있어서 가장 중요한 부분임. 하지만 전이암의 치료는 현재까지 화학요법에 크게 의존하고 있는데, 화학요법은 부작용 및 다중약물내성에 의한 낮은 임상 효율로 인하여 환자 삶의 질을 저하시키고, 실질적으로 사망률을 낮추는 데에 효율적이지 않음. 따라서 환자의 부담을 줄일 수 있고, 치료효율이 높은 새로운 치료 방법의 개발이 시급한 가운데, 방사성동위원소 기반 표적 광역동치료는 기존 치료 방법의 대안으로 제시될 수 있음. ② 국민 보건복지의 향상에 기여: 본 연구에서 제안하는 암 표적 광역동치료의 유효성이 입증된다면, 본 치료 방법을 다양한 암 종에 적용 할 수 있기 때문에 인류 생명 연장의 가장 큰 걸림돌인 암을 극복하는 것에 있어서 크게 도움이 될 것이라고 예상함. 또한 암의 치료효율의 증진과 부작용의 최소화, 그리고 치료 기간을 단축시킴으로써 국가적 의료비용 절감과 국민 보건복지의 향상에 기여할 것이라고 예상됨. ③ 의료용 방사성동위원소에 새로운 가치 부여: 방사성동위원소 기반 체렌코프방사 에너지 전달을 광감제의 excitation source로 이용함으로써 종양의 진단에만 국한되었던 진단용 방사성동위원소의 연구 활용범위를 크게 확장 시킬 것이라 예상됨. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 강지수
• 주관연구기관 : 한국원자력의학원
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 방사성동위원소;체렌코프발광;광역동치료;항체;표적 치료; 2. Radionuclide;Cerenkov Luminescence;Photodynamic therapy;Antibody;Targeted therapy;

□ 연구 목표 및 내용 ◼ 최종 목표 유연 고체 냉매/열복사 소재기반 완전 친환경, 초고효율 온도 제어 소자 구현 ◼ 전체 내용 화석 연료 고갈 및 지구 온난화로 인해 차세대 냉/난방 시스템에 대한 급진적 수요와 더불어, 에너지를 효율적으로 이용하고자 하는 노력이 전 세계적으로 이루어지고 있음. 이러한 노력의 일환으로 1) 수동 복사 냉각 기술과 2) 전기열소 냉매가 주목받고 있음. 복사 냉각 기술은 전력소모 없이 온도를 낮출 수 있는 초절전/친환경 냉각 기술이고, 전기열소 냉매는 강유 전체의 전기열소 현상(Electrocaloric effect)에 기반한 것으로 탄소 배출없는 고체 친환경/고효율 냉매임. ◆ Zero-에너지 복사 냉각: 복사 냉각 기술은 포토닉 구조를 이용하여 1) 280~3000 nm 파장의 빛은 최대한 반사하고 (반사율: 95% 이상), 2) 대기의 창 영역을 포함하는 8~30 μm의 광대역 열복사의 특징을 가져야 함 (방사율: 90% 이상) 특성이 요구됨. 이러한 광학적 특징을 통해 약 3K 의 온도의 우주와의 복사 열 교환을 통해 에너지 소모없이 대기 온도 이하의 냉각이 가능함. ◆ Zero-탄소 고체 냉매: 전기열소 현상은 강유전체에서 외부 전기장을 인가했을 때 발생하는 현상으로, 1) 외부 전계의 유무에 따라 변하는 물질 내의 분극 엔트로피를 보상하기 위한 포논 진동(Phonon vibration)에 의한 ‘단열적(Adiabatic)’온도 변화 현상을 의미하며, 2) 엔트로피 보상 흡열/발열 프로세스를 통해 탄소 배출없는 친환경 열 교환 사이클 및 냉/난방 시스템을 구현할 수 있음. ◼ 1단계 ❏ 연구 목표 본 연구의 1단계 연구목표는 크게 세 가지로 나뉨. 1) 대기 온도보다 낮은 냉각 또는 높은 가열을 달성하기 위해 복사 스펙트럼을 조절하는 수동 복사 소재를 개발하고, 2) 강유전체의 엔트로피 보상 흡열/방열 프로세스를 활용한 고체 냉매의 열교환 사이클 구현임. 이후 이 두 기술을 통합하여, 3) 온실가스 배출이 없는 완전한 친환경 및 초고효율 온도 제어 소자 개발을 목표로 하고 있음. ❏ 연구 내용 - 1차년도: 다공성 폴리머 기반 열복사 설계/제작 및 강유전성 전기 열소 소재 제작/특성평가 1) 3차원 파동광학 계산을 통해 고효율 태양광 반사/장적외선 열복사 구조의 최적 구조를 도출 2) 강유전성 폴리머 기반 전기열소 소재 제작 및 특성평가를 진행 - 2차년도: 수동 복사기 집적 전기 열소 냉각소자 제작 및 필드 테스트 1) 최적화된 복사 구조와 전기열소 소재를 집적한 냉각 소자의 구현 2) 필드 테스트를 통한 열교환 사이클 및 냉각 성능 검증 - 3차년도: 환경적응형 수동 복사 및 전기열소 기반 항온 소자 개발 및 특성평가 1) 환경적응형 복사 소재 기반 반사/복사 스펙트럼 변경 가능한 소재 개발 2) 냉각, 가열, 단열 3가지 기능의 항온 소자의 설계/제작 및 특성평가 ◼ 2단계 ❏ 연구 목표 본 연구과제의 2단계에서는 1) Si 멤브레인 구조를 기반으로 하는 3차원 형상 변환 전자소자를 구현함과 동시에, 2) 저전력/어레이 플렉서블 복사/전기열소 냉/난방 소자를 개발할 예정임. 이를 통해 연속적인 열교환으로 복사/전기열소 항온 소자의 냉/난방 효율을 극대화할 수 있을 것으로 예상됨. 이 과정에서 초저전력/대면적 항온 소자의 거동을 이해하고 소자를 제작하는 것, 어레이 구조를 도입하여 효율을 향상시키고 응용 분야를 확대하는 것도 중요한 과제임. 특히, 고성능 스마트폰과 같은 기기는 강력한 프로세서를 탑재하고 있으나 크기는 작아지고 있어, 열을 효과적으로 제어하는 것이 어려워짐에 따라 효율적인 냉각 기술이 필요함. 본 연구의 결과는 건물, 데이터 센터, 자동차는 물론, 스마트폰, 웨어러블 전자기기 등 소형 플랫폼에도 적용 가능한 새로운 냉/난방 솔루션을 제공할 것임. ❏ 연구 내용 - 4차년도: 초저전력/대면적 열복사/전기 열소 항온 소자 제작 1) 강유전성 폴리머의 물질적 특성 개선을 통한 저전력 동작 가능 소재 제작 2) 저전력/대면적 소재 집적을 통한 초고효율 고체 냉/난방기 개발(전력: < 1 mW/cm²/cycle) - 5차년도: 3차원 형상변화 플렉서블 어레이 타입 항온 소자 개발 및 특성 평가 1) 플렉서블 열복사/강유전체 폴리머 기반 소자 제작 2) 어레이 내 연속적인 전기열소 연교환 사이클 기반 냉/난방 효율 극대화 3) 곡면 플랫폼 및 소형 스마트 기기 등 다양한 응용 분야에 적용 □ 연구성과 1차년도 (정성적 성과) 1) Heat/Pressing 기법을 이용해 초고효율 다층 다공성 폴리머 복사방열 소재 제작 2) P(VDF-TrFE-CFE) 기반 강유전성 폴리머 전기열소 소재 제작 및 단열적 열변화 확인 (정량적 성과) 1) SCI 논문 주저자 2편 (Sol. Energy Mater Sol. Cells, Opt. Express) 2) 학술대회발표실적 2건 (IU-MRS, Nanokorea) 2차년도 (정성적 성과) 1) 복사방열/전기열소 소재를 집적한 냉각 소자 구현 2) 옥외 테스트를 통해 냉각 성능 확인 (정량적 성과) 1) SCI 논문 주저자 3편 (Adv. Energy Mater., IEEE Photonics J., J. Mater. Chem. C) 2) 학술대회발표실적 1건 (한국태양광발전학회) 3차년도 (정성적 성과) 1) 환경감응형 광학 스펙트럼 조절 포토닉 구조 설계, 제작, 특성 테스트 2) 냉각/가열/단열의 3가지 모드 구현 가능성 입증 (정량적 성과) 1) SCI 논문 주저자 3편 (Adv. Sci., ACS Appl. Mater. Interfaces, APL Photonics) 2) 국제 학술대회 초청강연 2건 (IMID 2023) 3) 학술대회발표실적 4건 (대한전자공학회) □ 연구성과의 활용 계획 및 기대 효과 경제적‧산업적 파급 효과: 환경적응형 친환경 온도제어 소자는 초기 연구 단계로, 성공 시 친환경 냉/난방 시스템으로 에너지 기술과 국가 경쟁력에 큰 영향을 미칠 것임. 이 기술은 건축 및 자동차 산업 등에 적용 가능하며, 에너지 효율성과 환경 보호에 중요한 역할을 할 것임. 학문적‧기술적 파급 효과: 수동형 복사 기술과 전기열소 냉매 연구가 저명 학술지에 실릴 정도로 인정받고 있으며, 복사/전기열소 기반 시스템은 새로운 형태로 큰 파급 효과 예상됨. 전자, 물리, 재료 분야 간 연구로 학문적 시너지 기대됨. 활용 계획: 이 기술은 건축물과 자동차에서의 에너지 효율적 온도 조절에 사용될 수 있으며, 장기적으로는 에너지 절약과 온실가스 감축에 기여할 것임. 또한, 연구 및 개발 과정에서 다양한 산업 분야와의 협업을 통해 시장 진입과 상업적 활용 가능성이 높음. (출처 : 요약문 2p)

• 연구책임자 : 이길주
• 주관연구기관 : 부산대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 수동 복사 냉각/가열;전기열소;고체 냉매;친환경 냉/난방;탄소중립; 2. Passive radiative cooling/heating;Electrocaloric effect;Solid-state refrigerants;Green cooling/heating;Net-zero emission;

□ 연구개요 • 전략적 전극 소재 개발: 액체금속이 갖는 고유 속성, 상온에서 쉽게 접근할 수 있는 가융성(Fusibility)에 따른 자가 치유(Self-healing)적 특성을 리튬금속전지(Lithium Metal Battery, LMB)의 전극 소재에 활용하여 리튬의 수지상결정(Dendrite) 생성을 억제하고 충/방전시 유발되는 전극의 큰 부피팽창에 유리하도록 전극 소재를 디자인 • 전극제조의 새로운 개념 제시: 기존 선 소재합성 후 전극제조와 같은 전지의 전극개발 과정에서 벗어나 전극 안에서 발생하는 전기화학 반응을 소재합성법으로 활용하여 설계함으로써 전극제조의 추가 공정 없이 전기화학 반응을 거친 소재가 연속적으로 전극으로 활용될 수 있도록 고안한 실시간(In-situ) 전극제조의 개념 제시 • 수지상결정(Dendrite)의 생성 메커니즘 이해: 방사광 가속기(Synchrotron radiation)의 다양한 X-선(X-ray) 고도장비를 이용하고 실시간 분석으로 진행함으로써 리튬 전극 표면과 계면에서 일어나는 변화를 관찰하여 덴드라이트의 생성 및 성장 메커니즘 규명 □ 연구 목표대비 연구결과 • Ga의 용융화를 통한 액체 Ga의 분말화 공정개발과 이를 통해 얻어진 수 마이크론 단위의 사이즈로 분말화된 갈륨과 리튬 박막과의 [복합체 Ga/Li 전극] 개발 및 전기화학 반응을 통한 실시간 합성된 [Ga-Li 복합체 전극] 개발 후 리튬 대칭 셀(Symmetric cell)과 비대칭 셀(Asymmetric cell) 조건에서 복합체 갈륨의 효과 평가 • Ga을 시드로 디자인함으로써 상온에서 쉽게 용융될 수 있게 하여 Ga-Li과 함께 제 3의 시드 도입 및 3상 합금 형성[Ga-Zn-Li, Ga-Mg-Li]을 기상이 아닌 액상 조건으로 설계함으로써 보다 용이하고 비용 효율적으로 소재개발 • 전지 내에서 일어나는 전기화학 반응[전해질에 녹아 있는 금속 이온(M²⁺; M= Zn, Mg)의 직접 환원(Direct reduction)을 통한 금속 증착(M⁰) 및 리튬과의 합금반응(Li_xM)]을 소재 합성을 위한 공정으로 설계함으로써, 소재합성이 곧 전극제조로 이어지도록 하는 실시간 전극제조에 대한 개념을 제시함 • 고성능 Li-In-Bi 및 Ga-Mg-Li 3상 합금 전극을 개발하고, 해당 전극을 실시간 광학 현미경 및 삼전극 전지를 활용하여 분석을 진행 • X-선 고도장비 및 광학 현미경 분석을 이용하여 전극 표면에서 일어나는 다양한 특성을 분석하고, 전압 변화와 동기화하여 실시간 반응 과정을 밝힘 • 이러한 연구들을 통해 신개념 소재 및 전극을 개발하고, 리튬금속의 생성 및 성장에 영향을 미치는 주요 요인들의 상호작용에 대한 해석을 제시함 □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) • 신개념 소재 및 전극 개발: 액체금속의 본질적 특성을 리튬금속 전극의 고질절인 문제점을 해결하는 방안으로 적극 도입하여 소재를 디자인하였고, 전지 내부에서 일어나는 초기 전기화학 반응을 소재합성법으로 설계하여 실시간 전극제조 공정을 제시함으로써 기존 선 소재합성 후 전극제조와 같은 전지의 전극개발 프레임에서 벗어나 소재 및 전극 개발에 대한 새로운 전략 제시 • 리튬금속전지 연구에 대한 원천기술 확보: 리튬금속을 음극으로 사용하고자 하는 많은 연구가 진행되어 오고 있으나 현재까지도 리튬의 높은 반응성에 따른 분석의 어려움으로 인하여 덴드라이트 형성에 관한 정립된 이론은 부재. 본 연구 과제를 통하여 방사광 가속기 X-선 분석을 활용한 실시간 전극 분석을 진행함으로써 리튬금속의 생성 및 성장에 영향을 미치는 주요 인자들에 대한 데이터베이스 구축 및 기초과학기술 경쟁력 제고에 큰 역할을 할 것으로 기대 • 전문성을 지닌 수준 높은 연구인력 양성: 본 연구는 액체금속 기반 음극 소재라는 새롭고 도전적인 과제를 통하여 창의적인 연구인력 양성에 기여하고, 고도분석을 통한 소재의 기초원리 및 메커니즘 규명은 관련분야의 높은 지식 및 전문성이 요구됨에 따라 본 연구과제의 성공적인 목표 달성을 통해 수준 높은 전문인력 양성이 가능 (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 유승호
• 주관연구기관 : 고려대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 리튬금속전지;액체금속;핵생성;수지상결정;실시간 분석; 2. Lithium Metal Battery;Liquid Metal;Nucleation;Dendrite;In-situ analysis;

□ 연구개요 본 연구과제는 DNA 손상 반응의 새로운 메커니즘 규명 및 개인별 질병 위험도 예측 및 맞춤형 치료에 활용이 가능한 DNA 복구 활성 측정기술을 개발하는 것을 목표로 함. 이를 위해 NER 시스템에 의해 발생하는 sedDNA의 안정성에 관한 생물학적 메커니즘을 규명하고, sedDNA의 분리정제 및 분석기술을 확립하여 인간의 피부조직을 대상으로 개인별 DNA 복구 활성을 정량적으로 측정하고자 함. □ 연구 목표대비 연구결과 ∎ sedDNA 안정성을 조절하는 핵산 분해 효소 규명 - 자외선 조사에 의한 세포 내 sedDNA 생성물 안정성 변화 확인 - 시간별 sedDNA 안정성 및 금속 보조인자에 의한 sedDNA 안정성 변화 확인 - siRNA 기반 스크리닝을 통한 sedDNA 분해에 기여하는 효소 선별 - 선별한 유전자 검증을 위한 단일 Trex1-siRNA 기반 sedDNA 변화 확인 - Trex1 과발현에 의한 sedDNA 변화 확인 - Trex1 발현억제 및 과발현에 의한 NER 활성 확인 ∎ sedDNA 생성물 고효율 분리기술 개발 - sedDNA 손실 최소화를 위한 세포 용해 및 sedDNA 추출 조건 구축 - 원심분리법과 광생성물 특이적 DNA 면역침전 조건 비교 확인 - 신규 sedDNA 분리정제법으로 TFIIH 및 RPA 단백질 면역침전법 구축 - 원심분리, 광생성물 및 단백질 면역침전에 의한 sedDNA 분리 비교 평가 - 국제협력을 통해 NER 관련 신규 단백질 발현저해로 인한 sedDNA 변화 확인 ∎ sedDNA 정량적 측정 플랫폼 개발 - protamine sulfate 기반 sedDNA 고정 기술 구축 - protamine sulfate 기반 광생성물 특이적 항체를 활용한 sedDNA 분석 - streptavidin 및 DNA labeling 기법을 활용한 sedDNA 확인 - 분석기법 상호비교 및 평가 - TREX1에 의한 sedDNA 분해 메커니즘 규명을 위한 시험관 분석 수행 - 국제협력을 통해 sedDNA 검출기술 기반 RNA-DNA 혼성체 분리 기술 확립 ∎ 피부조직 대상 sedDNA 정량분석을 통한 개인별 NER 활성 측정 - 국제협력을 통해 피부조직에서 epidermis 분리 조건 및 조직 용해법 최적화 - 크기별 조직 생검을 대상으로 sedDNA 검출한계 분석 - 피부조직 기반 sedDNA 검출 변동성 감소를 위한 보정 확인 - UV 조사 시 발생하는 변동성을 최소화하기 위한 UV 정밀조사 챔버 개발 - 피부조직 기반 CPD 함유 sedDNA 검출 가능성 탐색 - 피부조직 기반 sedDNA 분석을 통한 개인별 NER 활성 차이 확인 □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) ∎ 세포 및 조직 항상성을 보장하기 위해 sedDNA는 효율적으로 분해되어야 하지만 이와 관련된 메커니즘은 현재까지 알려진 바가 없기에, TREX1이 sedDNA 분해에 기여한다는 사실을 발견한 것은 과학적으로 매우 중요함. ∎ 인간의 종양 세포에서 발견되는 다양한 형태의 세포질 DNA 조각들이 항암제 내성에 기여하기에, 본 연구를 통해 규명된 sedDNA의 분해작용은 추후 종양 세포의 항암제 내성을 극복하는 효과적인 항암치료 개발에 유용한 정보를 제공함. ∎ 본 연구에서 핵심이 되는 sedDNA 분석기술을 보다 고도화한다면 개인별 DNA 손상복구 활성도를 직접적으로 상호비교할 수 있어, 추후 개인 맞춤형 암 치료법을 개발하는 데 큰 도움이 될 것으로 기대함. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 최준혁
• 주관연구기관 : 한국표준과학연구원
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. DNA 복구;뉴클레오티드 절단 복구;자외선;DNA 손상;암; 2. DNA repair;NER;UV radiation;DNA damage;Cancer;

▣ 연구개발 목표 및 내용 ◼ 최종 목표 □ 생체 방사선 피폭에 대한 정량적 피폭량올 기존의 방법이 아닌 새로운 분광학적 방법 중 라만 분광학올 활용하여 비침습적, 비파괴적으로 실시간 진단할 수 있는 생체 방사선 피폭 진단 센서를 개빌하고자 함 □ 본 센터가 보유하고 있는 방사선 조사기와 라만 분광기를 비롯한 공동활용기자재를 이용하여 방사선 노출 전·후의 생체 변화 감지가 가능한 새로운 분석법올 제시하고, 실용화하여 방사선 종사자들의 일상 점검 및 라돈올 비롯한 생활 방사선 피폭 유무를 조기에 진단할 수 있는 센서를 개발하고자 함 ◼ 전체 내용 본 연구에서는 분광학적 방법올 통하여 의료 전문가의 참여로 인한 생체 샘플 채취 과정이나 기존의 진단 장비를 통한 장시간의 결과 도출 과정이 없는 비침습적이고, 비파괴적으로 방사선 노출에 대한 생체 손상 실시간 진단올 위한 고감도 분석기술올 개빌하고자 함 □ 신속 정확한 방사선량 측정올 위한 지표 발굴: 방사선량 측정용 지표 발굴올 위해 방사선량 및 조사 빈도에 따른 정상 세포와 피폭 세포 간의 손상 정도를 라만 및 SERS 스펙트럼 측정하여 비교 분석 □ 새로운 피폭 방人버량 측정 지표 검출 방법 개발: 방사선 노출 시 생성되는 세포 별 활성산소종(Reactive Oxygen Species, ROS)의 라만 및 SERS 스펙트럼올 측정하여 분광학올 이용한 활성산소종 정량 표준화 시스템 구축 □ 동물 모델에서의 방사선량 진단 센서 개발: 방사선 노출에 따른 동물 모델 반음 평가 및 단백질 구조 변하를 분석. 라만 및 SERS 분석법올 적용하여 동물 모델에서의 방사선량 피폭 진단 센서 개발 ▣ 연구개발성과 □ 세포별로 방사선 조사에 따른 autophagy 유도 및 reactive oxygen species (R0S) 발현이 다르지만, 선량 증가에 따라 증가함올 확인함. 또한 라만 스펙트럼 올 통해 R0S 발현과 지질이 연관됨올 확인함 □ 방사선 조사 전·후의 생체 지표 표준화를 위해 방사선 조사로 인한 각질세포와 멜라닌세포의 지질 과산화 정도 비교 분석, 세포 노화 신호 전달 관련 단백질 검출, 각질 세포 구성 단백질의 라만 스펙트럼 분석하였음. 결과적으로 지질 변화를 생체 지표로 활용 가능함올 확인함 □ 동물 모델에서의 방사선량 진단 센서 개발올 위해, 방사선에 피폭된 쥐의 골수 세포와 피부 조직올 분석함. 라만 스펙트럼 분석 결과 생존율 감소가 DNA/RNA의 감소와 선형 관계로 나타남올 확인함. 또한 피부 조직의 변화를 외피와 내피로 나눠 분석하였으며, 5 Gy 이상에서 뚜렷한 징후가 나타남올 확인하였고, 콜라겐과 지질의 변화로 방사선량 피폭 진단의 마커로 사용할 수 있음올 확인함 ▣ 연구개발성과 활용계획 및 기대 효과 □ 방사선 조사 전·후의 변화를 검출 할 수 있는 비파괴적·비침습적 새로운 방법에 대한 기초 지식 제공 □ 본 센터에 집적화된 방사선조사기와 분광분석장비/생물학적 분석장비/환경·에너지소재 연구 장비 등의 효율적·체계적 공동활용올 통해 수준 높은 연구성과 달성 □ 본 연구 과제의 성공적인 수행으로 바이오-나노 분석 화학 분야의 국제 연구 경쟁력 강화에 기여 □ 방사선조사기와 집적화된 분광분석/생물학적 분석 장비를 활용한 다학제간 공동 연구 활성화로 나노분광학 및 방사선의과학 연구성과 극대화 □ 본 연구의 성공적인 산학 공동 연구 수행으로 현장에서 바로 검출 가능한 이동식 라만 분광기용 진단 장비 개발에 기여 □ 세계적 수준의 방사선 융복합 연구 장비 활용 공동 연구 거점 역할올 통하여 방사선 연구 분야 역량 강화에 기여 □ 라만분광학 및 SERS 분광학올 이용한 새로운 유형의 방사선 검출 기술 개발에 따라 시장 점유율 증대 및 고부가가치 참출 (출처 : 요약문 2p)

• 연구책임자 : 박연주
• 주관연구기관 : 강원대학교
• 발행년도 : 20240500
• Keyword : 1. 라만분광학;방사선;진단센서;비침습적;실시간진단; 2. Raman spectroscopy;Radiation;Diagnostic sensor;Non-invasive;Real-time detection;

□ 연구개요 펨토초 레이저의 고차조화파 발생을 통해 초고속-고선속 극자외선 광원을 개발하고, x-선 자유전자레이저, 초강력 펨토초 레이저 등과 함께 활용하여 다양한 조건의 나노플라즈마 생성 및 진단기법을 개발하였다. 이를 통해 나노플라즈마에서 발현되는 양자현상 및 비평형 상태의 물성을 나노미터–펨토초 수준에서 측정, 이해하고 나노플라즈마를 이용한 응용기술을 개발하였다. □ 연구 목표대비 연구결과 ■ 초고속 XUV 광원 개발 및 나노플라즈마 연구 응용 - XUV 분광기 개발 / 고차조화파 발생용 챔버 제작 - 펨토초 XUV (50~100 eV)발생, 펨토초 펌프- XUV 프로브 빔라인 구축 - 2색 레이저 시스템을 이용한 모든 정수차수 고차조화파를 포함한 XUV 발생 - 축퇴 알루미늄 플라즈마에 대한 XUV 펌프-프로브 시연 - WDAl의 극자외선 불투명도 측정 연구 - WDAl의 초고속 비평형 전자 동역학 연구 - 금 나노플라즈마의 초고속 광학적 성질 변화 측정 - Chirped pulse 활용 주파수 영역 간섭계 개발 - 나노플라즈마의 불투명도 계산 연구 ■ X-선 자유전자 레이저 및 초강력 레이저 활용한 나노플라즈마 연구 - 비평형 Warm Dense Cu에 대한 fs-XAS 측정 - 귀금속의 녹는 순간의 비평형 전자 동역학 규명 - WDM의 전자-포논 결합도 측정연구 - 금의 melting 과정에 대한 시분해 Grazing Incident SAXS (GISAXS) 측정 연구 - 레이저-플라즈마 활용 200~1000 eV 영역의 연 X-선 광원 발생 및 펌프-프로브 셋업의 개발 및 시연 - Warm dense C 나노박막의 펨토초 레이저 melting 현상에 대한 x-선 흡수 분광 진단 - 고에너지밀도 탄소 및 Warm Dense Diamond의 결합구조 변화 측정 - 고출력 레이저 나노플라즈마 생성 및 Kα 방출분광 진단 연구 - Si 나노와이어 플라즈마 생성 및 Double core-hole Ka 분광 측정 - 실리콘 플라즈마 내 hollow atom 생성 - 나노 슬랩 플라즈마의 Coherent Transition Radiation(CTR) 측정 및 상대론적 전자 펄스의 에너지 수송 기작 규명 - 고에너지밀도 플라즈마의 불투명도 계산연구 □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 연구성과는 플라즈마 시스템에 대하여 새로운 연구도구인 XUV와 XFEL의 적용을 통해 플라즈마 과학의 발전과 나노플라즈마 시스템에 대한 측정기술의 정확성 향상을 이루었다. 특히 축퇴플라즈마의 초고속 물리량 측정기법, XFEL-나노플라즈마 상호작용에 대한 연구는 기술 혁신과 학문 간 융합기술의 발전에 기여하였다. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 조병익
• 주관연구기관 : 광주과학기술원
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 나노플라즈마;극자외선;엑스선 자유전자레이저;펨토초 레이저;비평형 동역학; 2. nano plasma;Extreme Ultravaiolet;X-ray Free Electron Laser;Femtosecond Laser;Nonequilibrium dynamic;