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김인기·루크리·노준석·김진곤 교수팀, 초고속 PCR 개발…감염병 진단시간 대폭 단축
▲(왼쪽부터) 성균관대 김인기· 루크 리(하버드메디컬스쿨) 교수, 포항공과대학교 노준석 · 김진곤 교수
성균관대학교(총장 유지범) 생명물리학과 김인기, 루크 리 교수(하버드메디컬스쿨) 연구팀은 포스텍(POSTECH·포항공대) 노준석, 김진곤 교수 연구팀과 함께 메타표면 칩을 기반으로 한 초고속 유전자 증폭기술(PCR)을 개발했다고 14일 밝혔다.
성균관대에 따르면, PCR은 세균이나 바이러스의 DNA를 증폭해 감염병을 진단하는 기술로 기존 방식은 진단까지 몇 시간이 소요되고 고가의 장비가 필요해 현장 진단에 적합하지 않았다. 이를 개선하기 위해 연구팀은 빛을 열로 변환하는 메타표면 기술을 도입했다. 메타표면은 98% 이상의 빛을 흡수해 즉시 열을 발생시키며, 이로 인해 PCR 반응물을 빠르게 가열하고 냉각할 수 있다.
이렇게 개발된 메타표면 칩을 이용하면 30번의 가열과 냉각 주기를 3분 30초 내에 완료할 수 있으며, 바이러스 RNA 증폭도 6분 30초 내에 처리할 수 있다고 연구팀은 설명했다.
이 기술의 핵심은 질화타이타늄 기반 메타표면 완전흡수체를 사용했다는 점이다. 그 결과, 더욱 빠르고 효율적인 열 주기가 가능해져 감염병 진단시간을 획기적으로 단축할 수 있다.
이번 연구 성과는 재료공학 분야 저명한 국제학술지 '어드밴스드 머티리얼즈(Advanced Materials)'에 게재됐고, 해당 호의 뒷 표지논문(Back Cover)으로도 선정됐다.
화공생명공학과 문준혁 교수팀, 용액 없이 나노입자로 탄소나노튜브에 코팅 성공
▲건식 공정을 통한 나노입자 형성의 개념도.
고려대학교(총장 김동원) 화공생명공학과의 문준혁 교수 연구팀이 기존과 달리 용액을 사용하지 않고도 나노입자를 탄소나노튜브에 고밀도로 형성할 수 있는 기술을 개발했다.
14일 고려대에 따르면, 차세대 에너지 전극 소재로 주목받는 산화물 나노입자 코팅 탄소나노튜브는 높은 전도성과 활성 표면적으로 인해 에너지 분야에서 핵심적인 역할을 한다. 그러나 기존의 용액 기반 코팅 방법은 서로 응집되는 등의 문제가 있어 고밀도 코팅에 한계가 있었다.
문준혁 교수 연구팀은 이같은 문제를 해결하기 위해 건식 나노입자 코팅 기술을 도입했다. 이 기술은 탄소나노튜브에 얇은 산화막을 증착한 뒤, 탄소열 환원 반응을 통해 산화막을 나노입자로 전환하는 방식이다. 이 방식은 용액을 사용하지 않아 입자 응집 현상이 없기에 균일하고 고밀도의 나노입자 코팅이 가능하다.
연구팀이 제작한 나노입자 코팅 탄소나노튜브를 리튬-황 전지의 양극재로 적용한 결과, 해당 양극재는 최대 10.7 mAh/cm²의 용량을 달성하며, 기존 리튬-이온 전지 대비 약 2.5배 이상의 에너지 밀도를 구현하는데 성공했다고 대학측은 설명했다.
문준혁 교수는 “이번 연구는 용매를 사용하지 않아 환경친화적 나노입자 코팅 공정을 제시했다는데 의의가 있으며, 다양한 에너지 소재 분야에 폭넓게 적용될 수 있을 것"이라고 말했다.
이번 연구 결과는 화학공학 분야의 국제 학술지 'Chemical Engineering Journal'(인용지수: 13.3)에 지난 9월 28일 게재됐다.
한양대 ERICA 방진호 교수팀, 고온·고전류서 '철 없는 촉매' 우수성 밝혀내
▲한양대 ERICA 방진호 교수(화학분자공학과)
한양대학교 ERICA는 화학분자공학과 방진호 교수 연구팀이 수소 생산의 핵심 기술 중 하나인 산소 발생 반응(Oxygen Evolution Reaction, OER) 촉매 연구에서 획기적인 성과를 발표했다고 14일 밝혔다.
한양대에 따르면, 기존 학계에서는 철(Fe)을 첨가하면 OER 촉매의 성능이 향상된다고 널리 알려져 있었지만, 이번에 방 교수팀은 실제 작동환경과 유사한 고온·고전류 밀도 조건에서 철을 첨가한 촉매보다 철이 없는 촉매가 더 우수한 성능을 보인다는 사실을 밝혀냈다.
연구팀은 실제 수전해 시스템이 작동하는 고온·고전류 밀도 조건에서 촉매가 어떻게 반응하는 지를 분석하기 위해 실제 운영 환경과 유사한 조건에서 철 첨가가 촉매 성능에 미치는 영향을 집중 연구했다.
그 결과, 철을 첨가하면 촉매에 기공이 생기지만 고온에서 발생하는 산소 기체로 기공이 막히면서 오히려 촉매 활성이 저하되는 것과 달리 철이 첨가되지 않은 촉매는 이런 문제가 발생하지 않아 더 우수한 성능을 보였다고 설명했다.
방진호 교수는 “이번 연구는 수소 생산 촉매 기술 개발에 있어 새로운 지평을 열었다는 데 큰 의미가 있다"며 “앞으로도 지속적인 연구를 통해 더욱 효율적인 수소 생산 시스템을 구축하는 데 기여하겠다"고 포부를 밝혔다.
본 연구 내용은 에너지기술 분야 국제 최고 권위 학술지 'ACS Energy Letters'에 지난 10월 11일 게재됐다.
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