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Department of Applied Chemistry & Biological Engineering

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온실가스를 유용한 자원으로- 조인선 교수팀, 탄소 자원화 기술 개발

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온실가스를 유용한 자원으로- 조인선 교수팀, 탄소 자원화 기술 개발

아주대 연구진이 대표적 온실가스인 이산화탄소를 유용한 자원으로 전환할 수 있는 고성능의 비귀금속 촉매를 개발했다. 고가의 귀금속 없이도 높은 반응 효율과 내구성을 갖춰 이산화탄소 자원화 기술의 상용화 가능성을 한 단계 끌어올렸다는 평가다. 조인선 교수(첨단신소재공학과·대학원 에너지시스템학과) 연구팀은 구리 산화물(CuO)과 주석 산화물(SnO2)을 결합한 헤테로 계면 기반 전극을 개발해, 전기화학적 이산화탄소(CO2) 전환 반응에서 우수한 성능을 구현했다고 밝혔다. 연구 결과는 ‘고선택성 전기화학적 이산화탄소 환원을 위한 맞춤형 이종계면 및 결함이 풍부한 CuO/SnO2 하이브리드 나노와이어 전기촉매(Defect-rich CuO/SnO2 hybrid nanowires with tailored heterointerfaces for selective electrochemical CO2 reduction)’라는 논문으로 에너지·촉매·환경 분야 저명 국제 학술지 <어플라이드 캐탈리시스 B: 환경과 에너지(Applied Catalysis B: Environment and Energy)> 4월호에 게재됐다. 이번 연구는 아주대를 중심으로 미국 스탠퍼드대·한국화학연구원과의 국제 공동연구로 수행됐다. 제1저자인 아주대 아루무감 시바난탐(Arumugam Sivanantham) 박사는 촉매 합성 및 전기화학 성능 평가 전반을 주도했고, 제2저자인 사마드한 캅세(Samadhan Kapse) 박사는 촉매반응 기구 계산 연구를 수행했다. 스탠퍼드대에서는 이산화탄소(CO2) 전환용 MEA 시스템 설계 및 검증을 지원했다. 한국화학연구원 한길상 박사는 교신저자로서 소재 특성 분석을 지원해 연구의 완성도를 높였다. 최근 기후 위기 대응을 위해 이산화탄소(CO2)와 같은 온실가스의 배출량을 줄이고, 남은 탄소는 제거하거나 흡수하는 ‘탄소중립’이 전 지구적 과제로 인식되고 있다. 이에 산업 배기가스나 대기 중의 이산화탄소를 유용한 고부가가치 물질로 바꾸는 ‘탄소 자원화’ 기술이 주목받고 있다. 이산화탄소를 여러 공정을 통해 플라스틱이나 시멘트, 콘크리트 등으로 활용할 수 있는 것. ‘탄소 자원화’를 위한 여러 기술 중 하나인 전기화학적 이산화탄소 환원기술은 재생에너지로부터 만들어진 전기를 활용해 온실가스인 이산화탄소를 일산화탄소(CO)를 비롯한 고부가가치의 기초 화학 원료로 전환할 수 있다. 그러나 아직 이 기술은 상용화되지 못하고 있다. 기존에 활용되어 온 전극은 금(Au)·은(Ag) 등 고가의 귀금속 촉매에 의존해야 했고, 촉매의 상용화를 위해 꼭 필요한 반응 선택성과 장기 안정성에도 한계가 있었기 때문이다. 아주대 연구팀은 이 문제를 해결하기 위해 1300°C 이상 초고온 화염 기반의 고속 합성 공정을 활용해 구리 산화물(CuO) 나노와이어 표면에 주석 산화물(SnO2) 나노클러스터 계면을 정밀하게 설계하는 전략을 적용했다. 이 공정은 단 10초 만에 완료되며, 그 과정에서 표면 재구성이 일어나 Cu⁺ 이온과 산소 공공(결함)이 풍부한 CuO/SnO2 헤테로 계면이 형성된다. 이 계면은 이산화탄소(CO2) 흡착을 강화하고 핵심 반응 중간체(*COOH/*CO)를 안정화해 일산화탄소(CO) 생성 선택성을 크게 높이는 동시에, 경쟁 반응인 수소 발생 반응(HER)을 효과적으로 억제한다. 연구팀은 이러한 전략을 실제 산업계에서의 환경과 가까운 조건에서 입증해내는 데에도 성공했다. 실제 이산화탄소 전환 장치에 사용되는 제로-갭(Zero-gap) 구조의 막전극접합체(MEA) 셀을 이용해 고전류 조건에서 실험을 진행한 것. 이러한 조건에서 개발된 전극은 최대 92%의 CO 선택도를 기록했으며 350시간 이상 안정적인 장기 구동에도 성공했다. 이는 기존 촉매의 낮은 내구성 문제를 극복한 것으로, 이산화탄소 자원화 기술의 실질적인 상용화 가능성을 보여준 사례로 평가된다. 아주대 조인선 교수는 “화염 합성 기반의 헤테로계면 및 결함 공학이 비귀금속 촉매의 성능 한계를 돌파하는 효과적인 설계 원리임을 실증한 연구”라며 “상용 시스템에서 350시간 이상의 안정적 구동을 확인함으로써, 향후 대규모 탄소 자원화 공정으로의 실질적인 적용 가능성을 제시했다는 데 의의가 있다”라고 말했다. * 위 그림 - 이산화탄소(CO2)를 일산화탄소(CO)로 전환하는 새로운 촉매 전극과 그 성능을 보여주는 이미지
책과 문화가 흐르는 공간으로- 중앙도서관 1층 라운지 새단장

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책과 문화가 흐르는 공간으로- 중앙도서관 1층 라운지 새단장

아주대학교 중앙도서관 1층 라운지가 리모델링 공사를 마치고 오픈했다. 이번 리모델링을 통해 도서관은 책과 문화가 함께 흐르며, 학습과 휴식이 모두 가능한 복합 공간으로 재탄생했다. 28일 오후 중앙도서관에서 ‘라이브러리 라운지 오픈 기념 행사’가 마련됐다. 최기주 총장과 임재현 학교법인 대우학원 상임이사를 비롯해 아주가족이 함께 자리했다. 기념 행사는 오은애 학슬정보팀 팀장의 사회로 ▲경과보고(이평천 중앙도서관장) 및 기념영상 상영 ▲최기주 총장 기념사 ▲학생 대표 축사(송재원 총학생회장) ▲테이프 커팅 및 기념촬영으로 이어졌다. 이번 리모델링은 도서관의 4단계 복합학습공간구축 사업 중 3차 사업에 해당한다. 도서관은 지난 2023년 아주대 개교 50주년을 맞아 단계별 리모델링 계획을 수립, 공간을 순차적으로 정비해왔다. 이에 따라 2024년 3~4층 스터디 라운지를 리뉴얼 오픈한 이후, 이번에 1층 라운지 공사가 이루어졌다. 앞으로는 자료실 2~4층을 문화공간으로 탈바꿈시킨다는 계획이다. 이번 리모델링 프로젝트는 도서관 북측(성호관 방향)에 해당하는 400평 상당의 공간에 대해 이루어졌다. 해당 공간은 도서관을 대표하는 핵심 공간으로, 지식과 문화·사람이 연결되는 복합 플랫폼으로 재구성됐다. 두 달여에 걸친 공사를 통해 신간 도서 등이 위치했던 기존 자료실 영역의 서가와 열람 공간, 대출실과 출입구가 새로운 모습으로 탈바꿈했다. 이에 더해 대형 디스플레이를 비롯한 미디어월과 신규로 조성된 아트 갤러리 공간이 도서관을 학습과 독서를 넘어 문화를 향유할 수 있는 공간으로 만들었다. 이평천 중앙도서관장은 “이번 리모델링을 통해 1층 라운지에 ▲독서 공간(Reading Zone) ▲미디어 월(Media Wall) ▲아트 갤러리(Art Gallary)를 갖추게 되었다”라며 “도서관 직원들을 비롯해 이번 작업에 도움을 주신 분들게 감사를 전하며, 앞으로도 도서관의 공간 확장성을 지속적으로 고민해 나갈 것”이라고 말했다. 최기주 총장은 기념사를 통해 “여러 분들의 땀과 노력 덕에 도서관 1층이 알찬 공간으로 재탄생할 수 있었다”라며 “대한민국 건축사에 한 획을 그은 저명 건축가 김종성 선생이 설계한 아주대 중앙도서관이, 앞으로 역사적 자산으로 자리매김할 수 있을 것으로 기대한다”라고 전했다. 한편 이날 도서관 리뉴얼 오픈을 기념해 김애란 작가 초청 북 콘서트도 마련됐다. <소설의 음계 삶의 세계>라는 제목으로 작가와 독자가 교감하고 이야기 나누는 시간이 됐다. 도서관 1층 라운지 전경 새로이 구성된 서가 모습 중정을 바라보며 독서할 수 있는 특별한 공간 입구에 설치된 미디어월 새로 정비한 대출 데스크 김애란 작가와 함께한 북 콘서트
내인성 줄기세포의 이동, 정착, 재생까지 제어하는 차세대 액티브 드레싱 개발해

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김문석, 최상돈 교수팀이 내인성 줄기세포의 이동, 정착, 재생까지 제어하는 차세대 액티브 드레싱 개발해

[이예진 제1저자 겸 아주대 대학원 분자과학기술학과 석사과정, 김문석 교수, 최상돈 교수] 아주대학교 김문석(응용화학과, 대학원 분자과학기술학과) 교수와 최상돈(첨단바이오융합대학, 대학원 분자과학기술학과) 교수 연구팀이 몸속 줄기세포의 이동부터 정착, 조직 재생까지 단계적으로 유도할 수 있는 '액티브 드레싱(Active Dressing)' 기반 플랫폼을 개발했다.이번 기술은 단순히 세포를 전달하는 수준을 넘어, 체내 미세 환경에서 줄기세포의 행동을 정밀하게 제어할 수 있는 새로운 재생 의공학 전략으로서의 가능성을 보여줬다.기존의 줄기세포 치료는 몸 밖에서 배양한 세포를 질환 치료에 직접 적용하는 방식을 주로 사용했다. 하지만 외부에서 배양된 줄기세포(외인성)의 질환 치료는 타인의 줄기세포 활용으로 인한 환자 거부감, 세포치료 안전성, 환자맞춤형 세포 생산의 어려움, 막대한 비용 발생의 문제점이 있다. 한편 몸 안에는 이미 내인성 줄기세포가 존재하며, 질환이 발생하면 *화학주성인자(Chemoattractant)를 통해 이를 질환 부위로 이동시켜 손상된 조직을 치료하는 자가재생치료 메커니즘이 존재하고 있다. 연구팀은 이런 외부 배양 줄기세포 활용 치료 한계를 극복하기 위해 먼저 화학주성인자 단백질(SDF1) 구조로부터 AI를 활용하여 화학주성인자(SDF1) 모방 액티브 펩타이드(SMP)를 발굴하였다. 이 펩타이드는 기존 SDF1 단백질 화학주성인자보다 몸 안에서 훨씬 안정적이며 생산 비용도 200분의 1 이하로 경제적이다. 또한 SMP 화학주성인자를 통해 몸안의 내인성 줄기세포를 질환 부위로 오랜 시간 동안 지속해서 이동시키기 위하여 **클릭 화학 기반 가교 반응을 활용한 히알루론산 드레싱을 설계했다. [줄기세포의 이동, 정착, 재생까지 제어하는 차세대 액티브 저비용 드레싱의 모식도] 이 드레싱은 생체에 안전한 히알루론산을 쉽고 정교하게 결합하는 '클릭 화학' 기술을 적용하여 드레싱으로 제조되었다. 상처 부위에서 SMP 화학주성인자 방출을 오랜 시간 유지시켜 내인성 줄기세포를 기존 방식 대비 약 10배 이상 많이 이동하도록 유도했다. 동물 실험 결과, 이 플랫폼은 외부에서 주입한 줄기세포뿐만 아니라 체내에 원래 존재하던 줄기세포까지 동시에 상처 부위로 유도하는 '줄기세포 이중 리크루팅(dual recruitment)' 효과를 보였다. 이를 통해 세포의 초기 유입과 장기적인 조직 재생 과정이 연속적으로 강화되어, 혈관 형성과 조직 구조 회복이 크게 향상된 것으로 나타났다. 또한 연구팀은 줄기세포 활성화-이동 및 혈관 형성의 특정 신호 전달 경로 규명을 통해 전체 재생 메커니즘을 규명했다. 이는 개발된 플랫폼이 단순한 드레싱 전달체를 넘어 조직 재생 과정을 체계적으로 설계할 수 있는 정교한 기술임을 입증한 것이다. 이번 기술은 향후 당뇨성 궤양이나 만성 창상 등 치료가 어려운 질환에 활용될 수 있으며, 정밀 제어 기반 재생 치료 기술의 새로운 방향을 제시할 것으로 기대된다. 연구는 한국연구재단의 '미래도전연구지원' 사업의 지원을 받아 수행됐으며, 이예진(분자과학기술학과 석사과정) 학생과 김영훈(분자과학기술학과) 석사가 제 1저자로 그리고 난치성 질환 치료제용 의료소재를 개발하는 (주)메디폴리머도 연구에 참여했다. 해당 연구 결과는 'SDF1 모방 펩타이드(SMP)가 함유된 클릭 가교 히알루론산 드레싱을 이용한 외인성 및 내인성 줄기세포의 시너지적 모집으로 상처 치유 촉진'이라는 제목으로 화학공학 분야의 국제 학술지인 <케미컬 엔지니어링 저널(Chemical Engineering Journal)> 4월호에 게재되었다. *화학주성인자(Chemoattractant) : 세포가 화학물질의 농도 기울기를 따라 이동하도록 유도하는 물질 **클릭 가교 반응 : 클릭 가교 반응은 특정 작용기 간의 선택적, 빠른 반응성을 이용하여 물질 사슬을 서로 연결하는 방법으로 부산물이 거의 없으며, 높은 효율과 정밀한 구조 제어가 가능해 약물전달체 제조 반응 분야에서 주목받고 있음