①  고분자 결정화로 양자막대 정렬 및 배향 제어 성공

지스트 신소재공학부 이은지 교수 연구팀은 전도성 고분자의 결정화 속도를 제어하여 양자막대의 위치, 정렬 및 배향을 균일하게 제어할 수 있는 10 나노미터(nm) 미만의 하이브리드 나노전선 제조 기술을 개발하였다.
연구팀은 전도성 고분자에 양자막대와 결합 가능한 블록을 도입하고 용액공정을 적용, 이종용매의 확산계수를 고려하여 고분자의 결정화 속도를 조절하였고 양자막대가 균일하게 배열된 하이브리드 전선을 성공적으로 제조하였다. 특히 나노전선의 생성 여부와 전도성 고분자의 결정화, 결정도, 양자막대의 위치 및 균일한 배열 구조는 최첨단 나노기술인 삼차원 투과전자현미경 분석법 개발을 통해 규명했으며, 고분자의 결정화 속도가 나노전선의 길이와 양자막대의 정렬모드는 물론 편광도와 전하 이동경로에 매우 큰 영향을 미쳐 특이적인 전기·광학 특성을 유도함을 확인하였다.
이은지 교수는 “본 연구는 초미세 반도체 나노구조 내에 양자막대의 정렬 및 배향을 자유자재로 제어할 수 있는 전략을 제시했다는데 의의가 있다”면서, “편광 특성을 지닌 양자막대의 결합모드를 이용하여 신개념 발광스위치 소자는 물론 광통신, 양자컴퓨팅, 3D 디스플레이, 태양전지 등 차세대 전기광학소자 분야에 많은 응용이 가능할 것으로 기대된다”고 밝혔다.

②  빛으로 화학 반응을 조절하는 ‘루테늄 올레핀 복분해’ 촉매 개발

지스트 화학과 홍석원 교수 연구팀이 빛을 이용해 복분해(상호자리교환) 반응을 반복적으로 스위칭함으로서 반응성을 실시간으로 조절할 수 있는 ‘루테늄 올레핀 복분해’ 촉매를 개발했다. 기존 광(光) 스위칭 촉매들은 모두 빛을 받을 시 반응이 시작됐으나 이번 연구는 빛을 받으면 반응이 멈추는 최초의 사례이다. 기존 온오프(ON-OFF) 스위칭 촉매들은 외부자극에 의한 반응성 조절이 미미하거나, 산 염기 또는 산화 환원 반응과 같은 실사용이 불편한 자극원을 이용했다. 연구팀은 빛에 감응하는 아조벤젠 작용기가 빛을 받을 시 구조가 바뀜에 착안하여 이 구조를 기존 복분해 촉매에 도입함으로써 빛에 따라 구조가 바뀌는 촉매를 확보할 수 있었다.
홍석원 교수는 “이번 연구 성과는 빛으로 반응을 멈출 수 있는 첫 촉매 사례라는 점에서 그 의의가 크다”면서 “개발된 온오프 스위칭 촉매를 이용해 포토리소그래피와 같은 빛을 이용한 패터닝(Patterning) 기술 적용이 기대된다”고 말했다.

③  적외선 정보를 담아 위변조 막는 차세대 멀티 스펙트럼 디스플레이 개발

전기전자컴퓨터공학부 송영민 교수 연구팀이 다채로운 색상으로 구현된 이미지에 맨눈으로 볼 수 없는 적외선 정보를 담은 보안용 차세대 멀티 스펙트럼 위변조 방지 디스플레이 개발에 성공했다.
기존의 멀티 스펙트럼 포토닉스 기술은 파장별 광학 특성을 독립적으로 제어해야 한다는 측면에서 개발에 어려움을 겪었으나 연구팀은 서로 다른 광학 공진 구조를 적용하여 가시광과 적외선 대역을 개별로 제어함으로써 단일구조에 두 가지 스펙트럼을 구현하는 데 성공했다.
이에 따라 가시광 색상 구현 및 적외선 영역 정보 기입을 위해 이제까지 매우 제한적인 기판에서만 제작이 가능했던 한계를 벗어나 매우 얇은 두께의 유연 소자기판에서도 구현이 가능하다. 또한 별도의 에너지가 필요하지 않아 금융권, 관공서, 군사 등 보안이 요구되는 다양한 분야에 활용될 수 있다.
송영민 교수는 “향후 능동 변조가 가능한 물질을 적용하여 실시간으로 이미지를 변화시키는 차세대 초소형 보안용 디스플레이로의 개발이 가능할 것으로 기대된다”고 밝혔다.

④  구충제가 암 세포막에 작용하는 원리 규명, 새로운 암 치료전략 제시

생명과학부 남정석 교수 연구팀이 암세포가 외부 스트레스에도 끄떡없이 증식할 수 있도록 돕는 암 세포막의 미스터리를 밝혀냈다. 연구팀은 리피드 래프트가 정상 세포보다는 암세포에서 더 특이적으로 존재하며, 이는 암세포 내 생존 신호 경로를 지속해서 활성화해 암세포가 죽지 않고 계속 살아남을 수 있도록 돕는다는 것을 발견했다.
연구팀은 암 세포막에 리피드 래프트가 많아질수록 암세포가 암 줄기세포의 특성을 획득하게 된다는 것을 알아냈다. 또한 미국식품의약국(FDA)의 승인을 받은 구충제 밀테포신(Miltefosine)이 암 세포막의 리피드 래프트를 파괴한다는 것을 밝혀내, 밀테포신을 활용한 리피드 래프트 표적 치료가 암세포의 생존신호를 방해하고 암재발 능력을 낮출 수 있다는 것을 증명했다.
남정석 교수는 “이번 연구는 암세포의 생존신호를 조절하는 리피드 래프트의 새로운 역할을 밝혀냈고, 난치성 암을 극복할 수 있는 새로운 치료전략의 가능성을 열었다는데 가장 큰 의의가 크다”고 설명했다.

⑤  환경영향물질을 활용 유기화합물로 전환하는 기술 개발

지구·환경공학부 이재영 교수 연구팀이 암모니아와 이산화탄소를 동시에 제거 및 변환할 수 있는 전해전환 공정을 개발하여 화학제품의 원료나 전기 발전의 에너지원으로 사용 가능한 합성가스를 효율적으로 생산하는 기술을 발표했다.
연구팀은 전력 소모가 높은 기존의 물 전기분해 대신 상대적으로 소모전력이 낮은 암모니아의 전기화학적 산화반응(0.06 V vs. RHE)을 짝반응으로 구성하는 새로운 시도를 통해 총 소비 전력을 낮추는 동시에 유해 암모니아와 이산화탄소를 고부가가치의 물질로 전환하는데 성공했다. 자체 제작한 near Zero-gap을 사용하여 암모니아-이산화탄소 동시 전해 공정으로 셀 구동 전압을 최대 34.04% 감소시켰으며, 일산화탄소(CO)와 수소(H₂)를 포함하는 합성가스 생산이 가능한 에너지 절약형 탄소 연료 생산 공정을 새롭게 제시하였다. 또한 생산하는 합성가스(Syngas)에서 투입한 암모니아의 농도와 인가 전류밀도에 따라 CO:H₂의 비율을 선택적으로 조절할 수 있음을 증명하였다.
이재영 교수는 본 연구 결과를 통해 “향후 전극촉매의 확장과 대면적화를 통해 친환경 연료를 대량생산하여 고효율연료 생산 공정의 확장을 기대한다”고 전했다.