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한빛사 인터뷰
한빛사 인터뷰
- 등록2013-06-25
- 조회9,261
Adv. Mater., Volume 25, Issue 30, pages 4177–4185, August 14, 2013. Article first published online: 7 JUN 2013 | DOI: 10.1002/adma.201301523
Large-Scale Graphene Micropattern Nano-biohybrids: High-Performance Transducers for FET-Type Flexible Fluidic HIV Immunoassays
1. 논문관련 분야의 소개, 동향, 전망을 설명, 연구과정에서 생긴 에피소드
인간 면역 결핍 바이러스 (Human Immunodeficiency Virus, HIV)란 후천성 면역결핍 증후군을 일으키는 원인 바이러스를 말합니다. HIV에 감염되면 우리 몸의 면역세포들이 파괴되어 면역력이 저하되며, 이로 인해 각종 감영성 질환과 종양이 발생하여 2년 안에는 사망에 이르게 되는 완치 불능의 병으로 알려져 있습니다. 이를 미연에 진단 및 예방하기 위하여 다양한 HIV 센서 (압전식 면역센서, 엔자임 면역센서, 수정진동자저울, 그리고 효소면역측정법)들이 개발 되어져 왔습니다. 비록, 이들 HIV 센서들이 다양한 장점을 보였지만, 낮은 효율성 및 높은 분석 가격 등의 단점을 보완할 차세대 고감응성 HIV 센서 개발이 이루어져야 합니다.
탄소 원자의 2차 평면으로 이루어진 그래핀은 0.2 nm로 매우 얇으면서 물리적, 화학적 안정성이 가장 높은 물질입니다. 특히, 구리보다 100배 이상 전기가 잘 통하고, 단결정 실리콘보다 100배 이상 전자를 빠르게 이동시키며, 탄성이 뛰어나 구부려도 전기적 성질을 잃지 않습니다. 이런 특성으로 인해 차세대 신소재로 각광 받고 있으며 디스플레이 소자, 전자/전기 소자, 그리고 회로 등 다양한 분야에 활용되고 있습니다. 본 연구 또한, 이러한 그래핀의 뛰어난 전기적 성질을 활용하여 고감응성 센서를 개발 할 수 있었습니다. 특히, 그래핀 마이크로 패턴을 구현하여, 플렉시블 그래핀 패턴 전극을 제조 하였습니다. 더 나아가, 전도성 고분자 나노 입자를 그래핀 표면 위에 조밀하게 밀집함으로써 분석물질과의 반응을 증가하였으며, 또한 원활한 전하의 흐름으로 인해 고감응성 전계유발효과 HIV 센서를 성공적으로 구현할 수 가 있었습니다. 본 연구에서 제조된 전도성 고분자 나노입자가 부착된 그래핀 마이크로패턴 전극은 다양한 바이오 및 의료센서에 활용될 수 있을 것으로 사료됩니다.
본 연구는 공동연구자인 이승환 박사님과 함께 1년 6개월이란 긴 여정을 통하여 이루어낸 결과로써, 힘든 실패에 대한 끈질긴 도전이 없었다면 지금의 연구는 없었을 것입니다. 그래핀 패턴제조를 위해 반도체연구실에서 밤을 지새울 때, 꾸벅 꾸벅 졸다가 샘플을 망친 것과 피곤해 쓰러졌던 것을 생각하면 지금도 식은땀이 흐르곤 합니다. 하지만, 지금의 연구결과가 있기에 행복합니다.
2. 연구를 진행했던 소속기관 또는 연구소에 대해 소개 부탁 드립니다.
권오석: 저는 서울대학교 고분자 나노재료연구실 장정식 교수님의 지도하에 박사과정을 졸업하였습니다. 저희 연구실은 20년간 다양한 전도성나노물질을 제조하여 에너지 및 환경응용분야를 연구하여 왔습니다. 특히, solar cell, chemi/bio sensors, 그리고 graphene devices 등 다양한 분야에 나노테크놀로지를 적용하고 있습니다. 현재 WCU 단장을 맡으시고 계신 지도교수님이신 장정식 교수님은 2013년 정보통신유공자 훈장을 수상하셨으며 항상 "positive thinking"을 강조하시며, 제자들에게 연구에 있어서 열정과 노력을 손수 보여 주시는 분이었습니다. 저 또한, 스승님의 긍정적 힘에 영향을 받아 박사과정 동안 많은 연구를 진행할 수 있었습니다.
이승환: 저는 서울대학교 화학생물공학부의 세포 및 미생물공학연구실에서 박태현 교수님의 지도하에 학위 수여 후 2011년부터 연구원으로 근무를 하고 있습니다. 저희 연구실의 박태현 교수님은 바이오 분야의 권위자이시고 과학의 대중화에 힘써오셨습니다. 바이오테크놀로지에 기반한 융합기술 개발에 관한 경험과 업적을 인정받아 서울대 바이오공학연구소 소장과 생명공학공동연구원(Bio-MAX) 원장을 역임하셨고 최근 차세대융합기술연구원 원장으로 선임되셨습니다. 저희 연구실은 나노바이오테크놀로지라는 큰 주제 아래 Cellular Engineering, Bio-Refinerey, Nano Bioengineering, Olfactory Biosensor 의 연구를 진행해오고 있습니다. 저는 이 중에서 Nano Bioengineering 과 관련해 MEMS 테크놀로지를 이용해 Lab-on-a chip을 개발하는 연구를 수행해왔고 이를 기반으로 미세유체 기반의 질병진단 칩과 후각 및 미각 센서 플랫폼 개발을 진행 중에 있습니다.
3. 연구활동 하시면서 평소 느끼신 점 또는 자부심, 보람.
바이오센서를 개발하는 일은 다양한 연구분야의 사람들과 교류를 바탕으로 이루어진다고 생각합니다. 박사과정에 이어 현재의 박사 후 과정에 이르기까지 정말 많은 연구자들을 만났고 그 분들에게서 여러 가지를 배웠습니다. 특히 다른 분야에서 연구하시는 분들과의 의견 교류와 공동연구를 통해 그 분들이 어려운 점을 제가 도와드리고, 때로는 도움 받으며 훌륭한 결과를 만들어 낼 때 큰 보람을 느낍니다. 이러한 공동연구는 서로의 분야에 대한 이해를 도와주고, 연구자들의 시야를 넓혀 좀 더 새롭고 좋은 아이디어를 낼 수 있게 해주는 것 같습니다. 지금의 저희들 (권오석, 이승환) 또한 본 연구를 시작하면서, 서로에게 많은 것을 배울 수 있는 큰 계기가 되었습니다.
4. 이 분야로 진학하려는 후배들 또는 유학준비생들에게 도움이 되는 말씀을 해 주신다면
바이오센서를 비롯한 융합학문은 어떻게 보면 하나의 종합예술이라고 감히 말씀 드리고 싶습니다. 바이오물질 개발, 트랜지스터 개발, 그리고 센서장치조립 등, 여러 분야의 지식과 경험을 필요로 하기 때문에 자신의 분야에 대한 지식은 물론이고 다른 분야에 대해서도 관심을 갖고자 노력하는 것이 중요하다고 생각합니다. 특히, 센서장치조립에 있어서는 각 연구실마다 다른 특성을 가지고 있어서, 자신만의 센서 장치를 설립하는 것이 경쟁력에 있어서 무엇보다도 중요하다고 생각합니다. 또한, 동료와 다른 분야 연구자들의 말에 귀 기울일 줄 알고 그들과 함께 생각하고 공부하는 자세를 가질 때 더 좋은 성과를 얻을 수 있으리라 믿습니다.
현재 저(권오석)는 MIT 화학과에서 박사 후 과정을 하고 있습니다. 유학을 준비하시는 후배님들께 전하고 싶은 말이 있다면 "세상은 넓고, 다양한 사람들이 있습니다. 특히, 이 곳에는 준비된 사람이 넘쳐납니다. 이들과 선의의 경쟁에서 승리하고 싶다면, 과학적 이론을 먼저 이해하고 실험에 임하는 자세가 가장 중요하다고 생각합니다." 개인적인 생각이지만, 저는 우리나라의 실험여건이 가히 이 곳보다도 더 뛰어나다고 말 할 수 있습니다.
5. 연구활동과 관련된 앞으로의 계획이 있으시다면
권오석: 이번 연구를 통하여 그래핀에 대해서 더욱 매력을 느꼈습니다. 그래서, 저는 그래핀 표면을 연구를 더욱 깊게 해보고 싶습니다. 그래서 현재 화학과에서 다양한 물질을 합성하여 그래핀에 접목할 생각입니다. 이를 활용하여서 고성능 FET system을 개발할 계획입니다.
이승환: 이번 연구를 통해 앞으로 그래핀 센서와 마이크로플루이딕 시스템을 결합한 다양한 플랫폼을 개발할 수 있을 것이라 생각합니다. 이를 토대로 다양한 바이오 분야의 마커들을 이용해 질병진단과 더 나아가 U-healthcare 시스템 개발에 집중해 볼 계획입니다.
6. 다른 하시고 싶은 이야기들
권오석: 교수님과 선배님들의 도움이 없었다면, 이 자리에 제가 없었을 것입니다. 그래서, 여러 선배님들과 동료들에게 고마움의 인사를 전하고 싶습니다. 그리고, 힘들거나 포기하고 싶을 때 옆에서 응원해 준 박선주에게 고마움의 인사를 전하고 싶습니다. 또한, 사랑하는 가족들에게 감사의 마음을 전하고 싶습니다.
이승환: 이 자리를 빌어 저희 지도교수님이신 박태현 교수님께 먼저 깊은 감사를 드리고 싶습니다. 항상 힘든 순간을 돌이켜 보면 그곳에는 교수님의 가르침이 있었고 지금 이렇게 영광스러운 인터뷰를 할 수 있는 것도 늘 제가 하고 싶은 연구를 할 수 있도록 묵묵히 저를 믿고 도와주신 훌륭한 선생님께서 계셨기 때문이라 생각합니다. 또한 지금 이 순간에도 아들을 위해 응원과 기도를 해 주시는 어머니, 아버지께 감사의 마음을 드립니다. 늘 아들에 대한 믿음으로 희생해 주시는 부모님께서 계시지 않았다면 제가 이 자리까지 올 수 없었을 거라 생각합니다. 평소 말씀드리지 못했던 죄송한 마음과 감사함 그리고 사랑을 전합니다.
인간 면역 결핍 바이러스 (Human Immunodeficiency Virus, HIV)란 후천성 면역결핍 증후군을 일으키는 원인 바이러스를 말합니다. HIV에 감염되면 우리 몸의 면역세포들이 파괴되어 면역력이 저하되며, 이로 인해 각종 감영성 질환과 종양이 발생하여 2년 안에는 사망에 이르게 되는 완치 불능의 병으로 알려져 있습니다. 이를 미연에 진단 및 예방하기 위하여 다양한 HIV 센서 (압전식 면역센서, 엔자임 면역센서, 수정진동자저울, 그리고 효소면역측정법)들이 개발 되어져 왔습니다. 비록, 이들 HIV 센서들이 다양한 장점을 보였지만, 낮은 효율성 및 높은 분석 가격 등의 단점을 보완할 차세대 고감응성 HIV 센서 개발이 이루어져야 합니다.
탄소 원자의 2차 평면으로 이루어진 그래핀은 0.2 nm로 매우 얇으면서 물리적, 화학적 안정성이 가장 높은 물질입니다. 특히, 구리보다 100배 이상 전기가 잘 통하고, 단결정 실리콘보다 100배 이상 전자를 빠르게 이동시키며, 탄성이 뛰어나 구부려도 전기적 성질을 잃지 않습니다. 이런 특성으로 인해 차세대 신소재로 각광 받고 있으며 디스플레이 소자, 전자/전기 소자, 그리고 회로 등 다양한 분야에 활용되고 있습니다. 본 연구 또한, 이러한 그래핀의 뛰어난 전기적 성질을 활용하여 고감응성 센서를 개발 할 수 있었습니다. 특히, 그래핀 마이크로 패턴을 구현하여, 플렉시블 그래핀 패턴 전극을 제조 하였습니다. 더 나아가, 전도성 고분자 나노 입자를 그래핀 표면 위에 조밀하게 밀집함으로써 분석물질과의 반응을 증가하였으며, 또한 원활한 전하의 흐름으로 인해 고감응성 전계유발효과 HIV 센서를 성공적으로 구현할 수 가 있었습니다. 본 연구에서 제조된 전도성 고분자 나노입자가 부착된 그래핀 마이크로패턴 전극은 다양한 바이오 및 의료센서에 활용될 수 있을 것으로 사료됩니다.
본 연구는 공동연구자인 이승환 박사님과 함께 1년 6개월이란 긴 여정을 통하여 이루어낸 결과로써, 힘든 실패에 대한 끈질긴 도전이 없었다면 지금의 연구는 없었을 것입니다. 그래핀 패턴제조를 위해 반도체연구실에서 밤을 지새울 때, 꾸벅 꾸벅 졸다가 샘플을 망친 것과 피곤해 쓰러졌던 것을 생각하면 지금도 식은땀이 흐르곤 합니다. 하지만, 지금의 연구결과가 있기에 행복합니다.
2. 연구를 진행했던 소속기관 또는 연구소에 대해 소개 부탁 드립니다.
권오석: 저는 서울대학교 고분자 나노재료연구실 장정식 교수님의 지도하에 박사과정을 졸업하였습니다. 저희 연구실은 20년간 다양한 전도성나노물질을 제조하여 에너지 및 환경응용분야를 연구하여 왔습니다. 특히, solar cell, chemi/bio sensors, 그리고 graphene devices 등 다양한 분야에 나노테크놀로지를 적용하고 있습니다. 현재 WCU 단장을 맡으시고 계신 지도교수님이신 장정식 교수님은 2013년 정보통신유공자 훈장을 수상하셨으며 항상 "positive thinking"을 강조하시며, 제자들에게 연구에 있어서 열정과 노력을 손수 보여 주시는 분이었습니다. 저 또한, 스승님의 긍정적 힘에 영향을 받아 박사과정 동안 많은 연구를 진행할 수 있었습니다.
이승환: 저는 서울대학교 화학생물공학부의 세포 및 미생물공학연구실에서 박태현 교수님의 지도하에 학위 수여 후 2011년부터 연구원으로 근무를 하고 있습니다. 저희 연구실의 박태현 교수님은 바이오 분야의 권위자이시고 과학의 대중화에 힘써오셨습니다. 바이오테크놀로지에 기반한 융합기술 개발에 관한 경험과 업적을 인정받아 서울대 바이오공학연구소 소장과 생명공학공동연구원(Bio-MAX) 원장을 역임하셨고 최근 차세대융합기술연구원 원장으로 선임되셨습니다. 저희 연구실은 나노바이오테크놀로지라는 큰 주제 아래 Cellular Engineering, Bio-Refinerey, Nano Bioengineering, Olfactory Biosensor 의 연구를 진행해오고 있습니다. 저는 이 중에서 Nano Bioengineering 과 관련해 MEMS 테크놀로지를 이용해 Lab-on-a chip을 개발하는 연구를 수행해왔고 이를 기반으로 미세유체 기반의 질병진단 칩과 후각 및 미각 센서 플랫폼 개발을 진행 중에 있습니다.
3. 연구활동 하시면서 평소 느끼신 점 또는 자부심, 보람.
바이오센서를 개발하는 일은 다양한 연구분야의 사람들과 교류를 바탕으로 이루어진다고 생각합니다. 박사과정에 이어 현재의 박사 후 과정에 이르기까지 정말 많은 연구자들을 만났고 그 분들에게서 여러 가지를 배웠습니다. 특히 다른 분야에서 연구하시는 분들과의 의견 교류와 공동연구를 통해 그 분들이 어려운 점을 제가 도와드리고, 때로는 도움 받으며 훌륭한 결과를 만들어 낼 때 큰 보람을 느낍니다. 이러한 공동연구는 서로의 분야에 대한 이해를 도와주고, 연구자들의 시야를 넓혀 좀 더 새롭고 좋은 아이디어를 낼 수 있게 해주는 것 같습니다. 지금의 저희들 (권오석, 이승환) 또한 본 연구를 시작하면서, 서로에게 많은 것을 배울 수 있는 큰 계기가 되었습니다.
4. 이 분야로 진학하려는 후배들 또는 유학준비생들에게 도움이 되는 말씀을 해 주신다면
바이오센서를 비롯한 융합학문은 어떻게 보면 하나의 종합예술이라고 감히 말씀 드리고 싶습니다. 바이오물질 개발, 트랜지스터 개발, 그리고 센서장치조립 등, 여러 분야의 지식과 경험을 필요로 하기 때문에 자신의 분야에 대한 지식은 물론이고 다른 분야에 대해서도 관심을 갖고자 노력하는 것이 중요하다고 생각합니다. 특히, 센서장치조립에 있어서는 각 연구실마다 다른 특성을 가지고 있어서, 자신만의 센서 장치를 설립하는 것이 경쟁력에 있어서 무엇보다도 중요하다고 생각합니다. 또한, 동료와 다른 분야 연구자들의 말에 귀 기울일 줄 알고 그들과 함께 생각하고 공부하는 자세를 가질 때 더 좋은 성과를 얻을 수 있으리라 믿습니다.
현재 저(권오석)는 MIT 화학과에서 박사 후 과정을 하고 있습니다. 유학을 준비하시는 후배님들께 전하고 싶은 말이 있다면 "세상은 넓고, 다양한 사람들이 있습니다. 특히, 이 곳에는 준비된 사람이 넘쳐납니다. 이들과 선의의 경쟁에서 승리하고 싶다면, 과학적 이론을 먼저 이해하고 실험에 임하는 자세가 가장 중요하다고 생각합니다." 개인적인 생각이지만, 저는 우리나라의 실험여건이 가히 이 곳보다도 더 뛰어나다고 말 할 수 있습니다.
5. 연구활동과 관련된 앞으로의 계획이 있으시다면
권오석: 이번 연구를 통하여 그래핀에 대해서 더욱 매력을 느꼈습니다. 그래서, 저는 그래핀 표면을 연구를 더욱 깊게 해보고 싶습니다. 그래서 현재 화학과에서 다양한 물질을 합성하여 그래핀에 접목할 생각입니다. 이를 활용하여서 고성능 FET system을 개발할 계획입니다.
이승환: 이번 연구를 통해 앞으로 그래핀 센서와 마이크로플루이딕 시스템을 결합한 다양한 플랫폼을 개발할 수 있을 것이라 생각합니다. 이를 토대로 다양한 바이오 분야의 마커들을 이용해 질병진단과 더 나아가 U-healthcare 시스템 개발에 집중해 볼 계획입니다.
6. 다른 하시고 싶은 이야기들
권오석: 교수님과 선배님들의 도움이 없었다면, 이 자리에 제가 없었을 것입니다. 그래서, 여러 선배님들과 동료들에게 고마움의 인사를 전하고 싶습니다. 그리고, 힘들거나 포기하고 싶을 때 옆에서 응원해 준 박선주에게 고마움의 인사를 전하고 싶습니다. 또한, 사랑하는 가족들에게 감사의 마음을 전하고 싶습니다.
이승환: 이 자리를 빌어 저희 지도교수님이신 박태현 교수님께 먼저 깊은 감사를 드리고 싶습니다. 항상 힘든 순간을 돌이켜 보면 그곳에는 교수님의 가르침이 있었고 지금 이렇게 영광스러운 인터뷰를 할 수 있는 것도 늘 제가 하고 싶은 연구를 할 수 있도록 묵묵히 저를 믿고 도와주신 훌륭한 선생님께서 계셨기 때문이라 생각합니다. 또한 지금 이 순간에도 아들을 위해 응원과 기도를 해 주시는 어머니, 아버지께 감사의 마음을 드립니다. 늘 아들에 대한 믿음으로 희생해 주시는 부모님께서 계시지 않았다면 제가 이 자리까지 올 수 없었을 거라 생각합니다. 평소 말씀드리지 못했던 죄송한 마음과 감사함 그리고 사랑을 전합니다.
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