스마트기기 시대가 본격화하면서 작고, 편리한 기능을 강조한 전자기기들이 시장에 속속 등장하고 있다. 최근에는 스마트 웨어러블 디바이스로 다양한 네트워크 서비스를 이용할 수 있는 연구가 진행되면서 언제 어디서든 다양한 정보를 이용할 수 있는 시대가 현실로 다가왔다. 하지만 스마트 웨어러블 디바이스의 배터리 출력과 용량 문제는 여전히 해결해야 할 과제로 남아 있다. 즉, 휴대성을 해치지 않는 가벼운 무게를 유지하면서도 전자 전달의 효율성을 높이는 획기적인 방법이 필요하다. 이러한 상황 속에서 최근 국민대학교 이현정 교수 연구팀이 열을 전기로 바꾸는 에너지의 발전효율을 1,200배 증가시킨 다공성 구조의 환원된 산화 그래핀 필름을 새롭게 개발, 과학계의 이목을 집중시켰다. 연구팀의 이번 연구는 차세대 웨어러블 소자 등을 폭넓게 응용할 단초를 마련한 것으로 평가받고 있다.

21세기 과학계의 화두는 단연 ‘융합’이라고 할 수 있다. 과거에는 한 우물만 파는 것을 당연하게 여겼지만, 요즘은 학문의 영역을 넘어 다각적인 시각에서 접근하는 다학제 융합연구가 자연스러워졌다. 서울대학교 기계항공공학부 조맹효 교수가 세계 최초로 개발한 빛에 의해 대변형을 일으키는 광반응 고분자 소재의 기계적 거동 설계와 응용을 위한 멀티스케일 해석 기술은 융합연구가 일궈낸 대표적인 결실로 손꼽힌다. 기계공학에 재료공학, 역학적 시각을 더해 완성한 이 멀티스케일 해석 기술은 향후 유연로봇에 필요한 광반응 소재의 개발, 배터리나 전기회로 없이 빛을 쪼여주는 것만으로도 작동하는 재료로 활용돼 극한 환경에서의 디바이스 구현에 기여할 전망이다.

최근 국내 연구팀이 스트레스 물질이 들어와도 미생물이 살아남을 수 있는 원리를 밝혀내 기대를 모으고 있다. 이번 연구를 성공적으로 이끈 서울대 이봉진 교수 연구팀은 미생물이 외부의 산화스트레스 물질에 대응해 단백질을 변화시키는 원리를 원자 수준에서 발견했다고 밝혔다. 이번 연구는 그동안 관찰이 어려웠던 다양한 산화 스트레스를 어떻게 다르게 인지하고 반응하는지 규명한 것으로써 향후 면역질환 치료나 항암제, 신약 개발 및 환경오염물 제거 등 다양한 분야에 활용할 수 있을 것으로 전망된다.

최근 국내연구진이 해외 연구진과 공동으로 페로브스카이트 신소재로 밝은 빛을 내는 LED 기술을 개발해 주목을 받고 있다. 나노소재 연구로 첨단과학을 선도하고 있는 김동하 교수는 이번 연구를 통해 LED의 발광 효율을 저해하는 기존 3차원 구조의 유·무기 하이브리드 페로브스카이트가 가진 한계점을 뛰어넘었다. 또한 페로브스카이트의 차원 제어 공정 개발을 통해 엑시톤 결합에너지 제어 및 박막 내 페로브스카이트 결정 사이에서의 에너지 전달을 효과적으로 제어함으로써 소재의 발광효율을 극대화했다. 이로써 전 세계적으로 보고된 페로브스카이트 기반 LED 중에서 최고의 연구 성과를 달성했다.

국내 연구팀이 국소 가열과 국소 온도 측정, 곡률 조정 등 다양한 기능을 동시에 가진 원자현미경 캔틸레버 제작 기술을 최초로 개발했다. 이정철 교수 연구팀이 개발한 이 원자현미경은 기존 실리콘 원자현미경에서 한 걸음 더 나아가 철 나노입자로 유도 가열함과 동시에 양자점으로 온도 측정이 가능하다. 이로써 온도조절이 가능한 원자현미경을 이용해 국소적인 약물 전달 조절이나 암세포 파괴 등의 연구가 가능할 것으로 보인다. 한층 더 진화한 다기능 원자 현미경은 보다 정밀한 측정이 가능해 미증유의 질환 및 질병연구는 물론 압력과 산성도 등 환경 인자 측정, 실험실에서의 연구 등을 진행할 때 간편하게 활용할 수 있을 것으로 전망된다.

압력에 따라 빛의 색깔이 달라지는 센서가 세계 최초로 개발됐다. 고려대학교 박홍규 교수 연구팀이 개발한 이 센서는 민감도가 뛰어나고 측정범위가 넓어진 나노레이저 압력센서로서, 다리와 같은 큰 건축물의 구조 변화에서부터 생체 내부의 화학 반응을 감지할 수 있는 초소형 바이오센서까지 널리 응용될 수 있을 뿐만 아니라, 세포의 화학적 성분이나 모양 변화를 민감하게 검출 할 수 있어 향후 몸 속 암세포의 유무 등을 확인할 수 있을 것으로 전망된다.

최근 국내 연구팀이 천연 화합물 표적 단백질 결정방법을 제시해 기대를 모으고 있다. 이를 응용하면 신약개발의 효율성을 강화하고 난치병원리 규명에 큰 기여를 할 것으로 보인다. 이번 연구를 진행해온 권호정 교수 연구팀은 표적 단백질과 생리활성 화합물이 결합하게 되면 외부 에너지에 대한 영향력이 감소함으로써 단백질의 구조적 안정성이 증가한다는 것을 밝혀냈다. 또한 세포의 유전적 변형 및 조작을 통한 방식과 생물정보 데이터를 기반으로 한 비교 분석법을 통해 천연 화합물의 표적 단백질 결정법에 대한 연구방법을 제시했다. 기존 연구방법의 한계점을 극복한 이번 표적 단백질 결정 연구 방법은 향후 천연 화합물과 약물의 작용원리 규명 및 개발연구에 기여할 것으로 전망된다.

스마트폰과 TV에 널리 사용되는 고해상도 LCD와 OLED 디스플레이가 실현될 수 있는 저온폴리실리콘(LTPS) 공정기술을 개발한 연세대학교 김현재 교수. 용액 공정을 기반으로 한 금속 산화물(InGaZnO) 박막트랜지스터를 세계 최초로 개발해온 그가 최근 국내외 디스플레이산업 발전에 기여해온 공로를 인정받고 있다. 저온폴리실리콘 기술 연구를 통해 스마트폰에 널리 사용되는 고해상도 액정표시장치(LCD)와 유기발광다이오드(OLED) 디스플레이의 양산 및 상용화 기틀을 마련해 디스플레이 강국의 견인차가 되어준 김현재 교수를 만나보았다.

무독성 친환경 소재인 ‘금(gold)’을 활용해 기존 광전환 효율을 2배 가까이 끌어올린 신개념 3세대 태양전지 원천기술이 세계 최초로 개발됐다. 응용화학 분야를 꾸준히 연구하며 이번 연구를 이끌어온 방진호 교수는 금 나노클러스터 감응형 태양전지 연구에 있어 전극계면에서의 전하 이동과 재결합에 대한 근본적인 이해가 전혀 이루어지지 않아 전환 효율을 더 증가시키기 어려운 기존 연구의 한계를 뛰어넘었다. 또한 최적의 금 나노클러스터 감응제와 전해질 발견을 통해 3.8%의 광전환 효율을 나타내는 성과를 얻었다. 이번 연구결과는 차세대 태양광 전환 기술로 주목을 받으며 세계의 이목을 집중시키고 있다.

국내 연구진이 생명현상의 근간이 되는 세포의 유전자 발현 조절 능력을 설명하는 수학적 모델을 세계 최초로 제시해 화제를 모으고 있다. 이번 연구를 진행한 중앙대학교 성재영 교수 연구팀은 ‘역동적 반응 네트워크 모델’ 이라는 새로운 개념의 반응 네트워크 모델과 수학적 방법론을 도입해 이를 세계 최초로 정확하게 설명해냈다. 이번 연구는 배아 세포의 분열 시간 조절 원리와 심장세포 박동 시간 조절 현상을 비롯해 뉴런의 신호 발생·전달 조절과정 등과 같이 다양한 세포 시스템의 ‘생명조절기능’을 수학적 또는 물리화학적으로 이해하는 데 활용될 것으로 전망된다.