강원특별자치도 춘천시 강원대학길 1,자연과학대학 1호관 310호
033) 250-8495
강원대학교 분자과학융합기술연구소(연구소장 화학과 정영미 교수)는 분자과학 및 나노바이오 연구와 융 합기술을 활용해 지역 및 국가에 원천기술을 제공함으로써 지역사회와 국가 발전에 기여하기 위해 설립됐 다. 본 연구소는 대학중점연구소 사업을 통해 강원대학교를 중심으로 국내 분자과학 및 나노바이오 융합 기술 관련 사업을 수행해 교수와 연구원들의 연구 역량과 경쟁력을 제고하고, 교육을 통해 분자과학 및 나 노바이오 융합기술 관련 창의적인 전문 연구 인력을 양성하고자 한다. 이로써 단기적으로는 나노바이오 융 합기술 연구의 국내 거점 역할을 수행하고, 중장기적으로는 국제적 수준의 분자과학 및 나노바이오 연구 와 융합기술 연구센터로의 발전을 위해 노력하고 있다
1. 연구소의 비전
본 분자과학융합기술연구소 대학중점연구소는 강원지역 거점 암 질환 분자진단 및 예측 플랫폼 확보를 위 한 연구소-핵심연구지원센터 통합 연구 체계 구축을 목표로 한다. 이를 위한 인프라 구축 측면에서는 세 가지 주요 난치성 암 오가노이드를 이용한 환자 맞춤형 암 질환 예측 기술 플랫폼 구축 및 강원방사선융복합연구지원 센터(핵심연구지원센터)와 협업을 통한 시너지 효과를 극대화한다. 인력 양성 측면에서는 암 질환 진단 및 예측 플랫폼 기술을 선도할 신진 연구인력을 육성하고 강원방사선융복합연구지원센터와 공동 인력양성 프로그램을 구축한다.
2. 연구 개요
본 연구소는 대학중점연구소 사업을 통해 초정밀 다차원 분광기술 기반 암 예후 진단 플랫폼 개발을 위해 다차원 분광 분석 기술을 확보하고, 이를 위한 소재를 개발하며, 암 오가노이드 모델을 구축한다. 구체 적으로는 엑소좀 생체분자의 다차원 분석을 위한 형광/라만 플랫폼 개발, 엑소좀 분광 지문의 프로파일링을 위한 인공지능 알고리즘 개발, 다채널 카보레인 형광 및 라만 프로브 개발, 고감도 엑소좀 감지 연구, 3차 원 지지체를 이용한 세 가지 주요 암 유형의 오가노이드 생성 및 암 오가노이드로의 전환 유도, 그리고 방 사선 치료에 따른 엑소좀 변화 분석을 수행한다.
3. 연구소의 구성
본 분자과학융합기술연구소 대학중점연구소는 강원대학교 화학‧생화학부 교수 6인, 생물의소재공학과 교수 2인, 연구교수 3인, 박사 후 연구원 2인, 그리고 참여대학원생으로 구성되어 있다. 위 구성원들은 현 재 강원 분자과학 및 바이오헬스 산업의 특장점을 바탕으로 우수한 전문연구인력을 양성하고, 지역 내 우수 기업을 육성하며, 이에 따른 산업 발전을 선도하고자 아래와 같은 세부 부서로 특성화/전문화된 연구주제를 수행하고 있다.
4. 연구소의 최근 연구성과
본 연구소의 최근 대표 연구성과는 다음과 같다. 첫째, 비편재화된 전자가 표면증강라만산란에 미치 는 영향을 최초로 규명하였다. π- 공액고분자는 의약 및 생물학적 목적으로도 널리 사용되지만 유기반도 체로 특히 유용하게 적용되어왔다. 이는 화학구조를 변화시켜 전자 구조에 기인하는 다양한 특성을 유도 할 수 있고, 값이 싸며, 가볍고, 유연한 박막형성이 용이하기 때문이다. 일반적인 표면증강라만산란은 기 판의 페르미준위가 분자의 최고 점유 분자 오비탈과 최저 점유 분자 오비탈 사이에 위치하기만 하면 표 면증강라만산란을 보인다.
이에 반해 π- 공액고분자 기판의 경우 고분자의 전자 에너지 준위에 따라 분자선택적인 표면증강라만 산란을 보일 수 있음에도 불구하고 이에 관련된 연구가 선행된 바 없었다. 이에 연구진은 PEDOT :PSS π- 공액고분자 박막 기판의 열처리에 따른 표면증강라만산란을 비교하였다. 열처리에 따라 공명구조의 전이가 일어나고, 이것이 고분자와 프로브 분자간 전하 이동을 용이하게 하여 더 효율적인 표면증강라만산란이 가능하다는 것을 밝혔다. 이 연구를 통해 향후 고감도/ 고선택성 표면증강라만산란 기판을 위한 다양한 새로 운 전략이 수립될 수 있을 것이라고 기대한다. [Angew. Chem. Int. Ed. 2023, 62, e202306709]
둘째, 전통적으로 벤젠노이드 방향족 화합물에 국한됐던 Buchner 반응을 비벤젠노이드 화합물로 확장한 첫 번째 사례로 아줄렌을 이용한 새로운 합성 법을 개발했다. 연구진은 아줄렌을 구리 촉매를 사용 하여 다이아조 화합물로부터 유래하는 금속 카베노이 드 중간체와 반응시켜 아줄렌의 5각 고리가 6각 고리 로 확장된 접합된 6, 7각 이중고리 화합물의 선택적 합성법을 개발했다. 구리가 아닌 은 촉매를 사용할 경우에는 탄소-수소 활성화 반응이 선택적으로 일어나 다양한 아줄렌 유도체의 합성이 가능하다는 사실을 발 견했다. 또한 계산화학을 통한 이론적 연구로 실험 결과를 심층적으로 이해하고 구리 촉매를 이용한 접합된 6, 7각 이중고리 화합물 합성과 은 촉매를 이용한 아줄렌 화합물의 선택적 탄소-수소 작용기화 반응을 효과적 으로 설명하는 이론적 기반을 제시했다. 이번 새로운 합성법은 아줄렌의 작용기화 반응 영역을 확장할 뿐만 아 니라 특별한 리간드나 사전 작용기화 없이도 친환경적이고 경제적인 방법으로 합성할 수 있다. 이러한 점에서 의약품/유기 소재 분야에서의 응용 가능성이 매우 높아 향후 학계/산업계로의 파급력이 클 것으로 보인다. [Nat. Comm. 2023, 14, 7936]
셋째, 말초신경 재생을 위한 새로운 나노섬유를 개발하였다. 신경 조직 재생을 위해서는 1.5-2 mm 가량의 속이 빈 전도성 신경유도관을 사용하는 방법이 주로 제안된다. 하지만 대부분 신경유도관의 두께는 마이크로미터 수준으로 공기나 영양분 교환이 어려워 신경유도관 내 신경 재생에 어려움이 있다. 또한 신경유 도관 내부 빈 공간은 이곳으로 세포들이 유입되고 공간을 채우는 과정을 구조적으로 충분히 지지할 수 없다. 따라서 연구진은 전도성/ 다공성 나노섬유를 통해 공기와 영양분이 잘 투과하여 세포 성장을 효율적으로 촉 진할 수 있는 새로운 나노섬유를 고안하였다. 나노섬유는 생분해성 합성고분자인 폴리카프로락톤에 전도성 산화그래핀을 가지형 폴리에틸렌이민과 층상 자기 조립법을 이용해 도입하고 환원시켜 환원된 산화그래핀/ 폴리카프로락톤 나노섬유를 합성하였다. 최종적으로 좌골 신경 결함을 가진 쥐 모델에 나노섬유를 적용하였 을 때 신경재생을 촉진하였음을 확인하였다. [Biomaterials, 2023, 301, 122209]
5. 연구소의 학 · 연 · 산 협력 활동
본 연구소는 도출된 연구성과를 “학연산협동연구센터”에 참여하는 산업체와 협의하여 실용화를 모색하며 산업체가 가지는 애로 기술을 해결하는 것을 목표로 하고 있다. 이를 위한 연계형 과제를 도출하기 위해 강원도 지역의 산업체, 기관들과 회의를 통하여 지역산업에서 필요로 하는 애로 기술 및 본 연구팀이 가지고 있는 연구 역량 및 자원 등을 공유하고 있다. 또한 업체와의 미팅을 통하여 산업체가 관심 있는 화합물을 확보하고 연구 방법 및 자원 등에 대한 과제를 도출하며, 신소재 개발, 생물 시스템 구축 및 검증까지 기초와 개발이 유기적으로 융합된 과제로 구성하도록 노력하고 있다. 궁극적으로 모든 세부 과제는 대학과 지역의 산업체가 서로 협력체계를 구축하여 공동 발전할 수 있는 상생형 개발 과제로 수행하기 위해 시스템을 구축하고 있다. 이외에도 정기적인 국내외 전문가 초청 세미나 및 심포지엄을 개최함으로써 강원 지역 거점 연구 기 반을 구축하고 있다. 또한 최근 독일 막스플랑크 철 연구소 및 중국 지린대학과 연구파견 및 공동 세미나를 개최한 바 있다. 향후 국제 공동연구를 확장하여 세계적 수준의 분자과학 및 나노바이오 연구를 수행하는 연 구소로 거듭나기 위해 노력하고 있다.
