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주요 연구성과

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윤현철 · 김재호 교수 연구팀, 스마트폰 기반 '무세척 면역센싱 랩온어칩' 기술개발
2019.11.20 - 조회수 115
우리 학교 연구팀이 심근경색 등의 질병을 스마트폰으로 간단히 진단할 수 있는 '광학 바이오센서'를 개발했다. 이에 따라 심근경색 의심 환자가 병원을 방문해 1시간 가량 소요되던 검사 소요시간을 15분까지 대폭 낮출 수 있게 됐다.윤현철 · 김재호 교수 연구팀(분자과학기술학과)은 '재귀반사형 광학 바이오센서' 개발 연구결과가 바이오센서 분야의 주요 학술지인 ‘랩온어칩(Lab on a chip)’의 표지논문으로 선정 게재됐다고 20일 밝혔다. 공동연구자로 김가람, 전형진 연구원이 센싱 시스템의 효용성을 증명하기 위해 ‘스마트폰 활용 면역진단용 랩온어칩 구현 연구’에 참여했다.   논문 제목은 <Wash-free non-spectroscopic optical immunoassay by controlling retroreflective microparticle movement in a microfluidic chip>이다. 이번 연구는 삼성전자미래기술육성센터의 ICT 창의과제 및 과학기술정보통신부 미래소재디스커버리 사업의 지원으로 진행됐다. 기존의 형광 기반의 광학 바이오센서는 특정 파장대의 광원이 필수적이고, 이를 관측하려면 광학 필터와 추가적인 광학 시스템이 필요해 기기의 구성이 복잡하고 가격이 높다는 단점이 있다.  이에 연구팀은 스마트폰에서 추가의 장치 없이 운용할 수 있는 광학 바이오센서를 구현하고자, 도로 표지판과 안전조끼 등에서 흔히 활용되는 ‘재귀반사(반사된 빛을 그 소스로 되돌려 보내는 현상)'에 주목했다.   연구팀은 “바이오센서의 신호검출원리로 재귀반사현상을 이용함으로써 특정 파장대의 광원이 아닌 일반적인 백색광에서도 민감한 신호를 얻을 수 있고 배경신호가 최소화됐다"며 "관측을 위한 복잡한 광학 시스템이 없이도 스마트폰에 내장된 플래시와 카메라만을 이용해 결과 검출이 가능하다"고 설명했다. 스마트폰에 결합된 바이오센서는 응급상황에서의 검사가 필요한 심근경색 등의 질병에 대응하는데 요긴하게 쓰일 것으로 기대된다. 연구팀은 심근경색 마커에 대한 면역진단용의 바이오센서의 시제품을 개발해, 상용화를 목표로 현재 창업프로세스를 진행 중이다.

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권오필 교수, 불소 이용한 새로운 광변환 소재 개발
2019.11.05 - 조회수 151
우리 학교 권오필 교수(응용화학생명공학과·대학원 분자과학기술학과)연구팀이 불소를 이용한 새로운 광변환 소재를 개발했다. 권오필 교수는 지난 4일 새 광변환 소재 개발 연구 성과가 광학분야 저명학술지인 <어드밴스드 옵티컬 매터리얼즈(Advanced Optical Materials)> 11월 표지 논문으로 선정됐다고 5일 밝혔다.  논문 제목은 <새로운 퀴놀리니윰 단결정을 이용한 고효율 광대역 캡-프리 테라헤르츠 광원(Efficient Gap-Free Broadband Terahertz Generators Based on New Organic Quinolinium Single Crystals)>이다. 이번 연구에서 연구팀은 불소 치환체를 음이온에 도입해 형성된 직교형태의 구조가 빛의 특성을 조절하는 광학소재를 개발했다. 앞서 연구팀은 형태특이성이 없는 불소 치환체를 양이온에 도입하는 연구를 통해 광변환 특성을 조절하는 연구를 동일 학술지인 <어드밴스드 옵티컬 매터리얼즈(Advanced Optical Materials)>에 발표한 바 있다. 해당 논문은 지난 2월 표지논문으로 선정되는 등 학계의 주목을 받아왔다. 권오필 교수는 "이번 연구는 기존 단순히 불소 치환체를 도입하는 연구에서 형태특이성이 있는 불소 치환체를 음이온에 도입해 빛의 특성을 바꾸는 진일보한 연구"라며 "이는 다양한 광변환 소재의 새로운 설계기술이 될 것"이라고 말했다.

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박대찬 교수, 공동연구로 '장 내 염증 억제 원리' 발견
2019.10.17 - 조회수 213
우리 학교 박대찬 교수가 참여한 연구에서 염증성 장 질환의 새로운 치료제 개발 가능성을 높이게 됐다. 장내 항상성 유지 과정을 밝혀낸 연구를 통해 효과적인 염증성 장 질환 치료제를 개발할 수 있게 된 것이다. 한국연구재단은 17일 우리 학교 박대찬 교수와 서울대 백성희 교수, 연세대 황성순 교수 연구팀이 핵수용체에 의해 장 내 염증을 제어하는 원리를 찾아냈다고 밝혔다. 궤양성 대장염과 크론병 같은 염증성 장 질환은 호전과 재발을 반복하는 특성을 보이는 질환이다. 심한 경우 장이 막히거나 장내 일부 구멍(천공)이 생길 수 있다.연구팀은 특정 핵수용체('알오알 알파') 결핍 상태에서 장 내 염증이 더 심해지는 사실을 동물(생쥐) 실험에서 확인했다고 설명했다. 덱스트란 화합물을 사용해 장 내 염증 반응을 지속해서 유도했더니 '알오알 알파' 유전자 결핍 실험군 생존율이 정상군보다 감소했다. 알오알 알파 유전자가 염증반응 촉진 유전자(NFkB)를 억제하고 있었다고 연구팀은 밝혔다. 연구팀은 "다양한 분자 세포 생물학적 실험으로 미세한 부분까지 확인한 데 의의가 있다"며 "이미 시판 중인 알오알 알파 기능 조절제도 염증반응을 일부 저해할 수 있다는 사실도 규명했다"고 말했다. 한편, 연구는 과학기술정보통신부·한국연구재단의 리더 연구자 지원 사업과 기초연구사업으로 수행했다.

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오윤미 교수 "언어 발화 속도 상관없이 전달된 정보량 비슷"
2019.09.05 - 조회수 361
우리 학교 교수가 속한 국제 공동연구진이 언어의 발화 속도가 빠르거나 느리거나 상관없이 유사한 정보량이 전달되는 사실을 발견했다. 이에 따라 말하는 속도가 빠르다고 언어의 효율성이 높은 것이 아니라, 언어와 화자간의 긴밀한 상호작용을 통해 언어의 정보 전달 속도가 최적화된다는 사실이 입증된 것이다. 오윤미 교수(불어불문학과)가 공동 제1저자로 참여한 연구 내용은 <사이언스 어드밴시스(Science Advances)> 9월 4일자(현지시각)로 온라인 게재됐다. 논문의 제목은 <상이한 언어, 유사한 효율성: 인간 의사소통의 적소를 통한 유사한 정보 전달 속도 (Different languages, similar efficiency: comparable information rates across the human communicative niche)>이다. 국제 공동연구팀은 크리스토프 꾸뻬 홍콩대 교수(언어학과), 오윤미 아주대 교수(불어불문학과), 댄 데디유(프랑스 국립과학연구센터 DDL연구소), 프랑소와 펠레그리노 연구부장(프랑스 국립과학연구센터 DDL연구소)으로 구성됐다. 연구팀은 17개 언어마다 10명의 화자들이 자연스럽게 읽은 15개의 텍스트를 녹음해 ▲17개 언어의 초 당 평균 발화 속도 ▲음절 당 평균 정보 밀도 ▲초 당 평균 정보전달 속도 등을 비교했다. 연구에서 사용된 15개의 텍스트는 동일한 의미 정보를 담고 일상 생활과 관련된 내용이 포함되도록 구성했다.  연구에 따르면, 세계 언어 가운데 스페인어나 일본어와 같이 발화 속도가 빠르거나, 중국어와 태국어와 같이 발화 속도가 느린 언어가 존재하고(특히, 성조가 있는 경우), 언어마다 음운 체계와 문법적 특성에 따라 음절 당 포함되는 정보량이 동일하지 않았다.     정보전달 속도(초 당 평균 전달되는 정보의 양)는 정보 밀도와 발화 속도를 통해 산출됐는데, 연구팀은 발화 속도와 정보전달 속도 사이의 균형(trade-off)이 존재한다는 것을 찾아냈다.     음절 당 포함되는 정보량이 적은 ‘정보 밀도가 가벼운’ 언어의 경우, 음절 당 포함하는 정보량이 많은 ‘정보 밀도가 무거운’ 언어보다 발화 속도가 더 빨랐다. 이번 연구에서 분석한 17개 언어의 경우, 정보 밀도와 발화 속도 간의 균형에 의해 초 당 평균 39비트(bits)의 유사한 속도로 정보를 전달했다. 연구진은 언어 간의 유사한 정보 전달 속도가 인간이 의사소통과 생물학적, 문화적 적소(niche)를 구축하며 형성되는 것이라고 설명했다. 또 이러한 적소는 인간의 효율적인 정보 전달을 위해 구축되고, 그 과정에서 정보의 생성과 전달, 처리에 필요한 인간의 인지적, 생리적 능력에 따른 제약을 받게 된다고 분석했다. 오윤미 교수는 "언어 외적인 요소들의 제약 때문에 각 언어와 화자들 간의 긴밀하고 활발한 상호작용이 일어나고 이를 통해 발화 속도와 정보 밀도 간의 균형이 이뤄진다"며 "이런 현상은 언어 진화의 역동성을 보여준다"고 설명했다. 이어 오윤미 교수는 "만약 한 언어의 구조에 변화가 생겨 정보 밀도가 바뀌게 된다면 그 언어를 사용하는 화자들은 최적의 정보 전달 속도를 유지하기 위해 발화 속도를 조절하게 될 것"이라고 말했다.

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아주대 연구팀, 천연가스 활용 '효소모방 촉매 시스템' 개발
2019.09.05 - 조회수 520
우리 학교 연구진이 셰일가스 등 천연가스의 주성분인 메탄을 상온에서 산화시킬 수 있는 '효소모방 촉매 시스템'을 개발했다. 이에 따라 풍부한 에너지 자원인 천연가스를 화학자원으로 활용할 수 있는 가능성을 높이게 됐다.박은덕 교수(에너지시스템학과)는 5일 매우 온화한 조건에서도 메탄을 빠른 속도로 산화시킬 수 있는 철 화합물과 금속 촉매 시스템을 개발했다고 밝혔다.해당 연구는 촉매분야의 저명 학술지인 <ChemCatChem>에 9월호 표지 논문으로 선정됐다. 논문의 제목은 <수소 존재하에서 철염과 Pd/C촉매 상에서 산소를 이용한 메탄의 수용액상 선택적 산화 (Aqueous‐Phase Selective Oxidation of Methane with Oxygen over Iron Salts and Pd/C in the Presence of Hydrogen)>이다. 해당 논문의 제1저자로는 강종규 학생(에너지 시스템학과, 박사과정)이 참여했다.  아주대 연구팀이 주목한 천연가스는 화학제품의 원료로 사용하게 되면 기존 석유화학제품보다 가격 경쟁력을 가질 수 있고 선진국이 핵심기술을 보유중인 있는 석유화학공정 과 견줄 수 있는 독자적인 천연가스기반 화학공정을 개발할 수 있다.현재 천연가스의 주성분인 메탄은 석유와 달리 전 세계에 널리 분포하고 있고, 미국과 중국 등에 매장된 셰일가스를 포함하면 석탄보다 오래 사용할 수 있는 자원이지만 아직 주로 연료로만 사용되고 있다. 또 메탄은 자연계에 존재하는 탄소와 탄소간의 단일결합을 갖는 탄화수소 화합물 중에서 가장 강한 탄소와 수소결합을 갖고 있어 이를 활성화해 화학제품을 제조하는 것이 어려웠다. 하지만 우리 학교 연구팀은 이번 연구에서 상온에서 메탄의 탄소와 수소결합을 활성화해 메탄올과 포름산을 제조할 수 있는 촉매 시스템을 개발했다. 이는 과산화수소와 같은 고가의 산화제를 사용하는 기존 연구와 달리 공기중에 있는 산소를 직접 활용해 연속적으로 메탄을 전환할 수 있는 기술을 새로이 선보인 것이다.  특히, 연구팀은 자연계에 존재하는 메탄 산화 효소를 모방해 철이온을 활성금속으로 사용하고 공기중의 산소를 산화제로 사용한 촉매 시스템을 제안했다. 이는 NAD(P)H를 환원제로 사용하는 효소시스템과 달리 산업적으로 제조가 용이한 수소를 환원제로 사용해 연속적으로 메탄을 산화시킬 수 있는 촉매 시스템이다.  또 연구팀은 제시된 촉매 시스템을 통해 메탄의 강한 탄소와 수소결합을 끊어 메탄올과 포름산 등 다양한 메탄 산화체를 세계 최고 속도로 제조하고, 상온뿐 아니라 0℃인 얼음물에서도 빠른 속도로 메탄을 화학제품으로 전환시킬 수 있음을 입증했다. 박은덕 교수는 “해당 연구는 자연계에 존재하는 메탄 산화 효소를 모방하여 산업적으로 적용이 가능한 메탄 산화시스템을 제시함으로써 관련 연구의 활성화에 기여할 수 있다"고 말했다. 이어 박 교수는 "천연가스 중에 가장 안정한 메탄을 활성화시킬 수 있는 기술이 개발됨으로써 기존에 연료로만 주로 사용되던 다른 가스자원을 화학제품으로 활용하는데 기여할 수 있다"며 "매우 안정한 메탄을 공기중의 산소를 이용하여 산화시킬 수 있기 때문에 앞으로 수질오염이나 토양오염을 유발하는 난분해성 물질을 경제적으로 처리하는 신환경기술분야에도 적용할 수 있다"고 설명했다.

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아주대 연구팀, 유전체 손상 복구하는 'CTCF' 단백질 규명
2019.08.26 - 조회수 583
우리 학교 연구진이 생체 내 유전체의 손상을 정확하게 복구하는 조절 시스템을 발견했다. 이에 따라 헬스케어 분야의 새로운 지식을 확보함과 동시에 난치성 암 치료 및 노화 방지 가능성을 높이게 됐다.   이종수 교수(생명과학과)는 21일 유전체 손상 중 가장 위험한 DNA 이중가닥이 끊어졌을 때, 이를 정확하게 복구할 수 있는 ‘CTCF’ 단백질 작용을 규명했다고 밝혔다. 해당 연구는 유전체·유전학·분자생물학 분야 저명 학술지인 <뉴크레익 액시드 리서치 (Nucleic Acids Research)>에 7월 24일자로 온라인 게재됐다. 논문의 제목은 <CTCF는 CtIP과 함께 끊어진 DNA 이중가닥의 정확한 복구를 촉진한다(CTCF cooperates with CtIP to drive homologous recombination repair of double-strand breaks)>이다. 해당 논문의 제1저자로는 우리 학교 생명과학과 황순영 박사과정 학생과 강미애 연구교수가 참여했다.  유전체가 다양한 환경이나 생체 내부 요인으로 손상되면, 신체는 이를 복구하는 시스템을 작동시킨다. 손상된 유전체를 복구하는 일은 암과 노화, 각종 발병 억제 측면에서 중요하기 때문에 지난 2015년 노벨화학상은 손상된 DNA의 복구 과정을 규명한 3명의 과학자에게 수여됐고, 현재 관련 연구가 전 세계적으로 활발히 진행 중이다. 앞서, CTCF는 유전 현상 중 하나인 ‘유전체 각인’에서 중요한 역할을 수행하고, 3차원적 유전체 구조를 형성하는 단백질로 알려져 있었다. 하지만 아주대 연구팀은 이번 연구를 통해 CTCF가 유전체의 정확한 복구 과정을 선택하고 결정하는 단계에서 역할을 한다는 것을 입증한 것이다. CTCF의 기능이 비정상적인 경우에는 유전체의 안정성이 극심하게 훼손돼 생존에 위협을 끼쳤다.    우리 학교 연구팀은 유전체가 손상되면 CTCF가 손상 부위로 이동해 ‘실수 없이(error-free) 정확하게 복구’하거나 ‘변이를 유발하며(error-prone) 복구’하는 두 복구 경로의 선택 갈림길 단계에서 ‘실수 없이 정확하게 복구’하는 경로로 진입하도록 조절한다고 설명했다. 이 때 CTCF는 손상 DNA가 상동 유전자를 복제해 정확하게 복구하는데 필요한 다양한 상동 복구 인자들의 소집을 촉진하고, 이로써 정확한 유전체 복구가 원활히 이뤄졌다.   이종수 교수는 “해당 연구는 유전체 손상과 직접 연관된 유전질환, 암, 노화질환, 발생질환 등 다양한 질병의 원인을 이해하는 중요한 성과”라며, “향후 이들의 치료제를 개발하는데 기반이 되고, 현재 마땅한 치료법이 없이 치사율이 높은 삼중음성유방암 치료와 항노화 전략 개발에 응용할 수 있다"고 말했다.

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박상규 약학과 교수 연구팀, '루푸스신염 치료용 인간화 항체' 개발
2019.08.26 - 조회수 736
우리 학교 박상규 교수 연구팀이 자가면역질환인 루푸스 신염 치료를 위한 인간화 항체를 개발했다. 박상규 교수(약학과)는 19일 연구팀이 개발한 '항-AIMP1 인간화 항체'가 루푸스신염 동물모델에서 탁월한 치료효과를 나타냈다고 밝혔다. 이번 연구는 이상원 연세대 교수(의과대학 류마티스내과)와 공동연구로 진행됐다. 해당 연구는 저명 학술지인 <바이오머티리얼즈 (Biomaterials)>에 8월 2일자로 온라인 게재됐다. 논문의 제목은 <Atializumab, a humanized anti-aminoacyl-tRNA synthetase-interacting multifunctional protein-1 (AIMP1) antibody significantly improves nephritis in (NZB/NZW) F1 mice>이다.루푸스 신염이란 자가면역질환인 전신성 홍반 낭창이 신장에 영향(염증)을 주는 것으로, 단백뇨와 신증후군, 급성신부전, 만성신부전 등의 질환으로 나타난다. 자가항체와 면역보체가 신장의 사구체내 축적이 루푸스 신염의 발달과 밀접한 연관이 있고, 수지상세포와 인터페론을 분비하는 자가반응 B세포가 루푸스 신염의 발병에 기여하는 것으로 알려져 있다. 또 자가반응성 T세포가 염증미세환경을 유발하고, 자가반응 B세포가 자가항체를 분비함으로써 루푸스 신염의 악화가 유발된다.  현재 루푸스 신염의 치료를 위해 클로코코르티코이드와 싸이클로포스파마이드 혹은 마이코피놀레이트 모페틸을 포함한 스테로이드와 면역억제제가 주로 사용되는데, 다양한 부작용 때문에 안전한 약물의 개발이 필요한 실정이다. 우리 학교 박상규 교수는 지난 20여년간 AIMP1을 연구해온 전문가로, AIMP1이 단백질합성효소 결합인자로서 다양한 기능을 한다는 사실을 뿐만 아니라, 저산소와 염증반응 등에 의해 세포밖으로 분비돼 염증을 악화시키는 인자임을 최초로 밝혔다. 연구팀은 자가 면역질환인 루푸스 신염 치료 연구에서 염증을 유발하는 물질로 알려진 AIMP1 싸이토카인이 질환의 발병 및 발달에 역할이 있을 것으로 가설을 설정하고 연구를 시작했다. 연구팀은 전신성 홍반낭창 환자의 혈액에서 AIMP1 싸이토카인이 증가된 것을 확인하고, 중화항체를 인간화 항체로 개발해 동물모델을 대상으로 치료 가능성을 살펴보고자 했다. 태어난 지 23주에 자발적으로 루푸스 신염질환이 발현되는 실험용 쥐에 항-AIMP1 인간화 항체를 주사해 ▲단백뇨 ▲사구체 손상 ▲항체의 사구체내 축적 ▲혈중 염증 및 항염증 인자의 분석 ▲혈중 항체 농도 ▲비장비대화, 비장내 면역조직염색 분석 ▲비장세포내 염증세포 및 항염증세포 등을 분석했다. 항-AIMP1 인간화 항체가 주사된 루푸스 신염 실험용 쥐는 ▲단백뇨의 감소 ▲사구체 손상 감소 ▲사구체내 항체 축적 감소 ▲혈중 염증인자 감소 및 항염증인자 증가 ▲신장비대증 완화 ▲신장내 염증 유발 면역 세포수의 감소를 보였다.박상규 교수는 “이번 연구를 통해 AIMP1 싸이토카인이 염증유발물질임을 검증하고, 루푸스 신염의 진행에 주요한 인자임을 확인했다"며 "항-AIMP1 인간화 항체 개발을 통해 동물모델에서 자가반응성 B세포 뿐만 아니라 자가반응성 T세포의 억제를 통해 루푸스신염 치료효과가 있다는 것을 입증했다"고 말했다. 이어 박 교수는 "항-AIMP1 인간화 항체가 기존 약물과는 달리 조절 T세포와 항염증 싸이토카인들을 증가시키는 것을 확인했기 때문에 추가 연구개발을 통해 루푸스 신염을 치료할 수 있는 새로운 면역조절 항체 치료제로 개발될 수 있을 것"이라고 덧붙였다.

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