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서울공대 웹진

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공대상상 웹진

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공지사항

서울대 화학생물공학부 정인 교수팀, 세계 최고 성능 n형 열전 신소재 개발

서울대 화학생물공학부 정인 교수팀, 세계 최고 성능 n형 열전 신소재 개발

서울대 화학생물공학부 정인 교수팀, 세계 최고 성능 n형 열전 신소재 개발- 에너지효율 향상과 탄소중립 동시 대응 친환경 발전- 초고성능 열전 성능 구현 소재 설계 ▲ 관련 출판 논문 이미지 서울대학교 공과대학(학장 홍유석)은 화학생물공학부 정인 교수팀이 세계 최고 성능 n형 열전 신소재를 개발했다고 밝혔다. 전 세계 에너지 생산량의 약 80%는 석탄, 석유, 천연가스 등 화석연료를 기반으로 생산되며, 전체 생산 에너지 중 67%는 사용되지 못하고 열에너지의 형태로 버려진다. 버려지는 열에너지(폐열)을 회수하여 사용할 수 있는 에너지 형태로의 변환은 전 지구적 에너지 효율 개선과 동시에 에너지 생산을 위한 인력, 자원, 환경파괴 등의 상당 부분을 감소시킬 수 있을 것으로 기대된다. 열전기술은 열과 전기의 상호 변환을 통해 폐열을 전기에너지로 변환할 수 있는 기술로 주목 받았다. 열전발전 기술은 고체 형태의 열전 반도체 소재를 통해 구현되며, 발전 시 소음, 진동, 화학물질이 발생하지 않아 안정적이고 친환경적인 발전 기술이지만 그동안 열전 소재의 낮은 성능이 상용화의 걸림돌이었다. 열전 소재의 성능은 소재의 전기적 특성과 열적 특성 등 다양한 물리적 성질의 복합적 작용으로 결정되며, 물리법칙으로 연관된 여러 물성 간의 상관관계를 깨고 열전 성능을 높이는 것은 난제로 꼽힌다. 매장량이 풍부한 주석(Sn)과 셀레늄(Se)으로 이루어진 셀레늄화주석(SnSe)은 2014년 단결정 형태의 소재가 높은 열전 성능을 보이는 것이 발견되어 주목받았지만, 비싼 생산 비용과 낮은 기계적 안정성으로 인해 상용화에 제약이 있었다. 이에 산업화에 유리한 다결정 소재의 연구가 더 활발히 진행되었고, 최근 p형 다결정 SnSe 소재는 세계 최고 수준의 열전성능지수를 기록하였다.  하지만, SnSe의 고유한 p형 성질로 인해 다결정 n형 SnSe 소재의 개발은 매우 어렵고 효과적인 열전 성능 향상 전략이 부족한 상황이었다. 열전소자는 p형 소재와 n형 소재로 구성되기 때문에 p형 소재에 맞는 n형 소재의 개발이 필수적이다. 정인 교수팀은 고체 물질의 결정구조를 원자 단위에서 조작하고 이를 통해 열과 전하 이동성질을 규정하고 이들의 독립적 제어를 불가능하게 하는 기본 물리법칙을 깨고 기존 소재의 한계를 넘어서는 혁신적인 연구전략을 개발했다. 도입되는 두 종의 원소가 각각 열적 성질과 전기적 성질을 동시에 독립적으로 제어하여 2.23의 열전성능지수를 기록하였다. 이는 현재까지 보고된 n형 다결정 열전 소재 중 최고 성능이며, NASA의 화성탐사우주선과 화성표면 탐색 로버의 에너지원으로 사용된 고가의 PbTe계 소재의 성능을 크게 뛰어넘는다. 정인 교수팀은 "이번 연구 성과는 열전 소재의 성능 향상을 위한 소재디자인과 기존 개념을 뛰어넘는 혁신적인 성능향상 전략개발의 중요성을 보여준다"며 "열전기술 상용화에 새 지평을 열 것"이라고 밝혔다. 한편, 이번 연구 결과는 한국연구재단의 한-인도 협력기반조성사업이 지원하였으며, ‘셀(Cell)’의 자매지인 ‘줄(Joule)’에 3월 7일 자 온라인 최신호에 게재됐다.  [문의사항]서울대학교 공과대학 화학생물공학부 정인 교수 / 02-880-7408 / inchung@snu.ac.kr서울대학교 공과대학 화학생물공학부 변세진 / 02-880-1530 / bsjin1992@snu.ac.kr

2024.03.18

서울대 공대 기계공학부 신용대 교수 연구팀, 신경 시냅스 구성 단백질 상분리 거동 규명

서울대 공대 기계공학부 신용대 교수 연구팀, 신경 시냅스 구성 단백질 상분리 거동 규명

서울대 공대 기계공학부 신용대 교수 연구팀, 신경 시냅스 구성 단백질 상분리 거동 규명 - 단백질 상분리 열역학적 조절 원리 이해 □ 억제성 시냅스 상분리 거동 규명o 서울대학교 공과대학 기계공학부 신용대 교수 연구팀은 대구경북과학기술원(고재원 교수) 및 부산대학교(최정모 교수) 연구진과 함께 신경세포 시냅스의 응집 현상을 일으키는 단백질 상분리 조절 원리를 규명하였다고 밝혔다.o 신경세포 억제성 시냅스에는 골격 역할을 수행하는 gephyrin 단백질, 신경전달물질 수용체 및 접착단백질 등이 국소적으로 응집되어 있다. 본 연구팀은 이들 억제성 시냅스의 주요 구성 요소들의 상분리 거동을 분자 단위에서 분석하였다. o 연구팀은 gephyrin 단백질의 비정형 링커 도메인이 액체-액체 상분리 현상에 중요함을 밝혔다.o 추가적인 신경생물학 실험 및 분자 시뮬레이션을 통하여 링커 도메인에 의한 상분리 조절이 분자 내, 혹은 분자간 전기적 상호작용과 이를 통한 gephyrin 단백질의 구조적 변형에서 발생한다는 사실을 발견하였다.  □ 결합 단백질에 의한 스캐폴드 상분리 조절o 연구진은 억제성 시냅스 수용체 등의 구성 요소들과 gephyrin 단백질간의 상호작용 세기 및 방식에 따라 gephyrin 상분리의 열역학적 안정성이 상이하게 조절됨을 밝혔다.o 한발 더 나아가 연구진은 생쥐 뇌 신경세포에서 광유전학적 상분리 제어 시스템을 활용하여, gephyrin 결합 단백질의 국소적인 분포에 의해 신경세포 세포막에 접착된 gephyrin 단백질 상분리가 유도될 수 있음을 입증하였다.o 세포 내부의 다양한 상분리 응집체들이 세포의 대사 및 기능 조절에 핵심적으로 작용하기 때문에, 이번 성과는 향후 이러한 상분리 응집체들의 형성 및 조절 원리를 이해하는데 폭넓게 활용될 수 있을 것으로 기대된다.o 본 연구결과는 미국 국립과학원에서 발행하는 세계적인 학술지인 ‘PNAS (Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America)’에 게재되었다.  □ 연구결과 Thermodynamic modulation of gephyrin condensation by inhibitory synapse components Gyehyun Lee, Seungjoon Kim, Da-Eun Hwang, Yu-Gon Eom, Gyubin Jang, Hye Yoon Park, Jeong-Mo Choi*, Jaewon Ko*, and Yongdae Shin*(Proceedings of the National Academy of Sciences, in press) 본 연구팀은 신경세포의 억제성 시냅스에서 핵심적인 골격 단백질로 작동하는 gephyrin의 상분리 거동을 단백질 도메인 단위에서 분석하였다. Gephyrin의 비정형 링커 도메인이 분자 내, 또는 다른 분자 도메인과의 정전기적 상호작용을 통해 상분리에 핵심적인 역할을 수행함을 밝혔다. 나아가 gephyrin과 다른 억제성 시냅스 요소들과의 공발현을 통해 gephyrin의 상분리 거동이 조절될 수 있음을 발견하였다. 또한 광유전학적 상분리 제어 시스템을 이용하여 gephyrin 결합 단백질의 국소적 축적에 의해 gephyrin 상분리가 신경세포 세포막에 유도될 수 있음을 입증하였다.      □ 용어설명  o 상분리: 물과 기름처럼 두 개 이상의 물질이 혼합되었음에도 서로 섞이지 않고 두 가지 이상의 액체로 분리되는 현상. 상분리에 의해 여러 개의 상(phase)이 공존하게 되고, 각 상은 상이한 조성(composition)으로 이루어짐. 상분리는 분자간의 상호작용, 온도, 다른 분자들의 존재에 따라 큰 영향을 받음.o 응집체: 세포 내부에서 상분리에 의해 다양한 조성을 갖는 액체 방울 형태의 구조들이 존재함이 최근 여러 연구에서 보고되며 의생명과학 분야에서 큰 각광을 받고 있음. 이렇게 생체분자들이 서로 상호작용하여 상분리되어 이루는 구조들을 응집체(condensate)라고 함.  □ 그림설명그림 1. 시냅스 스캐폴드 단백질의 열역학적 상분리 거동 조절 (좌) 및 광유전학 시스템을 활용한 신경세포 내 상분리 제어 (우)   □ 연구자   ○ 성   명 : 신용대                                                      ○ 소   속 : 서울대학교 기계공학부 교수                          ○ 연락처 : 02-880-7388, ydshin@snu.ac.kr     ○ 성   명 : 고재원                                                      ○ 소   속 : 대구경북과학기술원 뇌과학과/시냅스 다양성 및 특이성 조절 연구센터 교수/센터장       ○ 연락처 : 053-785-6154, jaewonko@dgist.ac.kr      ○ 성   명 : 최정모                                                      ○ 소   속 : 부산대학교 화학과 교수                          ○ 연락처 : 051-510-2216, jmchoi@pusan.ac.kr   ○ 성   명 : 이계현                                                      ○ 소   속 : 서울대학교 기계공학과 박사과정                          ○ 연락처 : forever987@snu.ac.kr  ▲ (왼쪽부터) 서울대학교 기계공학부 신용대 교수, 대구경북과학기술원 뇌과학과 고재원 교수, 부산대학교 화학과 최정모 교수, 서울대학교 기계공학부 이계현 박사과정(1저자).

2024.03.12

서울대, 몽골과학기술대학교에‘한몽도시협력센터’개소

서울대, 몽골과학기술대학교에‘한몽도시협력센터’개소

몽골 도시계획 인재 육성을 위한 한몽도시협력센터 현지 사무소 개소   - 서울대, 3월 5일 몽골과학기술대학교 내 현지 사무소 ‘한몽도시협력센터’ 구축  - 몽골과학기술대학교 도시계획공학과 학위과정 운영 및 교육기관 간 협력 활성화  - 70년 전 미국에서 받은 교육원조 사업을 환원, 몽골 도시계획 초석을 다지는 기회로 제공    - 교육 환경 개선과 현장 기술 전수를 통해 도시계획을 이끌어갈 우수 인재 양성 기대  서울대학교가 한몽도시협력센터 몽골과학기술대학교 사무소(이하 ‘한몽도시협력센터 몽골사무소’)를 설치하여 도시계획공학과 학위과정 운영 및 교육기관 간 협력을 통하여 몽골 도시계획분야 전문인력 양성에 박차를 가했다. 지난 2023년 9월 몽골과학기술대학교 도시계획공학과 석사과정을 시작했으며, 2024년 3월 5일(화) 한몽도시협력센터 몽골사무소를 개소하여 도시계획과 도시공학 분야의 교육 환경을 개선하고 교육기관 간 협력을 한층 활성화하였다.한몽도시협력센터는 서울대학교 공과대학 건설환경종합연구소 내 기관으로 한국국제협력단(KOICA)이 지원하는 ‘몽골과학기술대학교 도시계획공학과 설립 및 도시개발 전문인력 역량강화사업(S-Quad Project)’을 수행하고 있다.‘S-Quad Project’는 몽골 도시개발 분야의 고등교육과정 설립(도시공학과 학부 및 대학원 과정 신설), 도시개발 분야 전문인력의 역량강화를 통해 지속가능하고, 안전하며, 스마트한 몽골의 도시개발을 도모하는 것을 주요 내용을 하고 있다. 몽골은 1990년대 사회주의 체제에서 민주주의와 시장경제체제로 전환된 이후 급격한 도시화를 겪고 있다. 특히 수도 울란바타르의 인구 집중은 체계적 계획의 부재와 기반시설의 미비로 인해 교통혼잡, 환경오염, 주택부족 등 1970년대 서울을 비롯한 대한민국이 경험한 도시 문제를 겪고 있다. 도시문제를 해결하기 위한 몽골 도시개발 분야 전문인력의 부재로 도시개발 전문인력 양성이 시급한 상황이다.몽골 내 대학에는 도시개발 분야 관련 대학원 과정이 전무하며, 도시계획학부가 존재하는 일부 대학에서도 운영이 미비하여, 현재 몽골 대학 자체적으로 도시개발 전문인력을 양성하기 어려운 구조이다. 몽골 도시개발 전문인력 역량강화사업은 70년 전 ‘미네소타 프로젝트’의 수혜자였던 대한민국이 공여자가 되어 환원한다는 뜻깊은 의미를 지닌다.미국 정부 산하 국제협력처(ICA)는 한국 전쟁 후 대한민국 재건을 목표로 ‘미네소타 프로젝트’라는 교육원조 프로그램을 실시한 바 있다.미네소타대학은 서울대학교 의과대학, 농과대학, 공과대학 분야에서 집중적으로 학문과 기술을 전수했으며, 우리나라 산업 및 대학교육 발전 초기에 선진화된 교육 시스템을 국내에 정착시키는 데 크게 공헌하였다. S-Quad 사업의 총괄책임자인 서울대학교 건설환경공학부 김재영 교수는 “한몽도시협력센터는 서울대와 몽골과기대 간의 도시분야 20년 교류와 협력의 산물이므로 성공을 자신한다. 한몽도시협력센터가 몽골과기대의 도시계획과 도시공학 분야 인력양성과 몽골 도시분야 현장 전문가들의 역량강화의 구심점이 될 수 있도록 계속 노력하겠다.”고 말했다.   

2024.03.08

서울대학교공과대학 학과/학부를 소개합니다.

건설환경공학부

Civil and Environmental Engineering

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