연구논문

서울시립대학교 환경공학부 최진희 교수 연구팀, 생활화학제품 생식·발달독성 예측하는 AI 모델 개발

YY2020197 — Fri, 27 Jun 2025 07:00:00 +0000

서울시립대학교 환경공학부 최진희 교수 연구팀, 생활화학제품 생식·발달독성 예측하는 AI 모델 개발 YY2020197 2025-06-27 (금) - 16:00

동물실험을 대체할 AI 기반 화학물질의 생식·발달독성 예측 모델 개발
생활화학제품의 위해성 관리 및 안전한 설계에 활용 기대

서울시립대학교(총장 원용걸) 환경공학부 최진희 교수 연구팀이 인공지능(AI) 기반의 생식·발달독성 예측 모델을 개발하고, 이를 생활화학제품 내 물질의 위해성 관리에 활용할 수 있는 가능성을 제시했다고 밝혔다.

이번 연구에는 환경공학과 박사과정의 김동현 학생과 석사과정의 안시열 학생이 제1·2저자로 참여했으며, 연구결과는 6월 18일 환경과학 분야 국제 저명 학술지 Environment International(2024년도 JCR 기준 Impact Factor=9.7, 분야 상위 약 7% 이내)에 “Identification of developmental and reproductive toxicity of biocides in consumer products using ToxCast bioassays data and machine learning models”라는 제목으로 온라인 게재되었다.

환경공학부 김동현 학생, 석사과정 안시열 학생

생활화학제품은 일상생활에서 다양한 경로로 인체에 노출될 수 있어, 여러 환경성 질환을 유발할 수 있다. 그러나 현재 OECD에서 제정된 생식·발달 독성 시험 가이드라인은 동물실험에 크게 의존하고 있으며, 이는 노동집약적이고 고도의 숙련된 기술을 요할 뿐 아니라, 시험이 가능한 화학물질도 매우 제한적이라는 문제가 있다. 따라서 신속하고 효율적으로 생식·발달 독성을 평가할 수 있는 새로운 방법의 필요성이 꾸준히 제기되어 왔다.

연구팀은 미국 환경보호청(U.S. EPA) ToxCast 데이터베이스에서 수집된 세포·분자 수준의 In vitro 데이터를 바탕으로, 분자 특성과 구조 정보를 학습하는 머신러닝 기반 AI 모델을 개발했다. 해당 모델을 통해 생활화학제품 내 물질의 생식·발달 독성을 예측할 수 있었으며, 동물실험을 최소화할 수 있는 대체 시험법으로 활용될 것으로 기대된다. 또한, 최근 강화되고 있는 화학물질 안전 관리에 기여할 잠재력이 있다.

생식·발달독성 데이터 기반 머신러닝 모델 개발 및 활용 워크플로우

교신저자인 최진희 교수는 “생활화학제품의 안전성에 대한 국민적 우려가 커지고 있는 가운데, 여전히 충분한 위해성 평가가 충분히 이루어지지 않은 것이 문제”라며, “이를 해결하기 위해 첨단 데이터과학 기술을 적용해 생활화학제품의 독성을 예측하는 기술 개발이 필요하다. 이번 연구는 초기 단계지만, 시민 안전을 위한 중요한 기술로 앞으로 다양한 분야에 활용될 수 있을 것”이라고 밝혔다.

이번 연구는 환경부 ‘환경성 질환 예방관리 핵심기술 개발 사업’과 ‘생활화학제품 안전관리 기술 개발 사업’의 지원으로 수행되었다.

1차분류

주요연구성과

2차분류 주요연구성과

연구논문

서울시립대 반도체연구센터 김윤, 박동욱 교수 공동연구팀, 그래핀 장벽층을 활용한 고신뢰성 유연 메모리 소자 개발 확보 성공

YY2020197 — Wed, 18 Jun 2025 00:33:02 +0000

서울시립대 반도체연구센터 김윤, 박동욱 교수 공동연구팀, 그래핀 장벽층을 활용한 고신뢰성 유연 메모리 소자 개발 확보 성공 YY2020197 2025-06-18 (수) - 09:33

응용과학 국제학술지 Small Structures 논문 게재
유연한 신경모방 메모리 소자 개발로 웨어러블·생체이식형 AI 시스템 적용 기대

서울시립대학교(총장 원용걸)는 공학연구원 반도체연구센터의 김윤, 박동욱 교수(전자전기컴퓨터공학부) 공동연구팀이 그래핀 확산 장벽을 도입한 유연 유기물 기반 저항변화 메모리(RRAM) 소자를 개발하여, 차세대 유연 신경모방 시스템 구현을 위한 고신뢰성 메모리 기술을 확보하는 데 성공했다고 밝혔다.

이번 연구 결과는 2025년 6월 3일, 와일리(Wiley) 출판사의 세계적 학술지 Small Structures (Impact Factor: 13.9, JCR 상위 6.9%)에 ‘Flexible and Reliable Parylene-C Resistive Random Access Memory Array with Graphene Barrier for Neuromorphic Systems’라는 제목으로 게재되었다.

연구팀은 유연 양이온 기반 RRAM 소자에서 전도성 필라멘트의 과성장으로 인한 신뢰성 저하 문제를 해결하기 위해, 저항 스위칭 층(Parylene-C)과 비활성 전극(Pt) 사이에 그래핀 확산 장벽을 도입했다. 이를 통해 금속 이온의 과도한 확산을 효과적으로 억제해 기존 유기물 기반 소자 대비 약 9배 향상된 내구성을 확보했으며, 10,000회 이상의 구동 후에도 안정적인 저항 상태를 유지하는 성능을 확인했다.

연구팀은 RRAM 소자를 배열 단위로 집적할 수 있는 크로스바 어레이 구조로 구현했으며, Modified National Institute of Standards and Technology(MNIST) 데이터베이스를 활용한 인공신경망 시뮬레이션을 통해 해당 소자가 뉴로모픽 컴퓨팅 응용에 적합함을 입증했다.

(왼쪽) 유연 Parylene-C 기반 RRAM 소자 (오른쪽) 그래핀 장벽 도입에 따른 전류-전압 특성

공동교신 저자인 김윤, 박동욱 교수는 “이번 연구에서는 유연 유기물 기반 메모리 소자의 신뢰성 문제를 개선하기 위해 저항 스위칭 층과 불활성 전극 사이에 그래핀 장벽층을 도입하는 방식을 새롭게 적용했다”며, “웨어러블이나 생체이식형 디바이스 등 다양한 응용 분야에서 요구되는 안정적인 메모리 기술 확보에 기여할 수 있을 것으로 기대된다”고 전했다.

이번 연구에는 서울시립대학교 전자전기컴퓨터공학부 이선정, 김수경 연구원이 공동 제1저자로 참여했으며, 과학기술정보통신부가 지원하는 정보통신기획평가원(IITP)의 대학ICT연구센터사업, 한국연구재단(NRF)의 시스템반도체 융합전문인력 육성사업 및 글로벌기초연구실지원사업, 산업통상자원부가 지원하는 한국산업기술진흥원(KIAT)의 산업혁신인재성장지원사업과 서울시립대학교 반도체연구센터의 연구 인프라를 바탕으로 수행됐다.

(왼쪽부터) 이선정 · 김수경 연구원, 박동욱 · 김윤 교수

한편, 서울시립대학교 반도체연구센터는 최근 ‘UOS Fab’을 개소하며 첨단 반도체 융합 연구 거점으로 도약하기 위한 본격적인 행보를 시작했다. 해당 센터는 클린룸 기반으로 설계부터 제작 및 분석까지 전 주기에 걸친 반도체 연구를 수행할 수 있는 연구 인프라를 구축하였다. 또한, 대학생 및 고등학생을 대상으로 한 실습 교육은 물론, 기업 맞춤형 산학 프로젝트를 통해 실무형 인재양성과 국내 반도체 산업 기술 혁신의 거점으로 자리매김할 계획이다.

1차분류

주요연구성과

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연구논문

물리학과 서정화 교수 연구팀, 웨어러블·투명 디스플레이 상용화 앞당길 발광 소자 구현 기술 개발

YY2020197 — Mon, 04 Nov 2024 12:02:19 +0000

물리학과 서정화 교수 연구팀, 웨어러블·투명 디스플레이 상용화 앞당길 발광 소자 구현 기술 개발 YY2020197 2024-11-04 (월) - 21:02

서울시립대학교 물리학과 및 지능형반도체학과의 서정화 교수 연구팀이 웨어러블 및 투명 디스플레이 상용화를 앞당길 혁신적인 발광 소자 기술을 개발했다고 발표했다. 서 교수팀은 전기화학적 도핑 기술을 적용한 발광 트랜지스터 소자를 구현해 주목받고 있으며, 이를 통해 차세대 디스플레이에서 복잡한 다층 구조 공정을 획기적으로 단순화하고 고효율·저비용의 생산이 가능해질 것으로 기대된다.

- 전기화학적 도핑 기술을 통해 발광하는 트랜지스터 개발

- “Advanced Materials Technologies” 국제 학술지 표지 논문 선정

서정화 교수 연구팀은 폴리비닐 카바졸 (poly(9-vinylcarbazole)) 고분자에 금속 이온 (Li플러스, Cu2플러스)이 결합된 고분자 전해질 신소재를 전기화학적으로 발광 소재에 도핑하는 기술을 개발하였다. 이를 통해 우수한 발광 효율을 가지는 발광 트랜지스터 소자를 성공적으로 구현하였고 금속 이온의 이동에 따른 전자-정공 이동·결합 메커니즘을 밝혀냈다.

전기화학 도핑 기술을 통해 기존의 발광 전자소자들이 가지는 복잡한 다층 구조공정을 획기적으로 단순화해 제작 비용을 낮추어 고집적화, 대면적화에 유리하기 때문에 웨어러블· 투명 디스플레이 등 차세대 디스플레이에 폭넓게 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

이번 연구는 서울시립대 물리학과의 박유정 연구교수와 이진희 박사후 연구원이 제1저자와 공동연구원으로 참여했으며, 경희대 화학과의 브라이트 워커(Bright Walker) 교수와 성균관대 신소재공학과 김한기 교수팀과 협력해 이루어졌다.

▲ 물리학과 서정화 교수

이 연구 결과는 세계적 권위를 가진 국제 학술지인 Wiley의 재료 분야 상위 저널 (Q1)인 “Advanced Materials Technologies”에 “Photoelectron Spectroscopic Study of the Interfacial Electronic Structures of Metal-Ion Containing Polyelectrolytes on ITO substratesAmbipolar Charge Injection and Bright Light Emission in Hybrid Oxide/Polymer Transistors Doped with Poly(9-Vinylcarbazole) Based Polyelectrolytes”라는 제목으로 5월 16일에 온라인 게재되었고 10월 21일 표지 논문으로 선정되었다.

본 연구는 한국연구재단 기초연구실지원사업, 중견연구자지원사업과 창의·도전연구 기반지원사업 지원으로 수행되었다.

1차분류

주요연구성과

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연구논문

생명공학과 최인희 교수 연구팀, 광학 우물구조 기반 중합효소연쇄반응(PCR) 가속화 기술 개발

YY2020197 — Thu, 15 Feb 2024 07:32:58 +0000

생명공학과 최인희 교수 연구팀, 광학 우물구조 기반 중합효소연쇄반응(PCR) 가속화 기술 개발 YY2020197 2024-02-15 (목) - 16:32

- 나노과학기술분야 세계적 학술지 ‘Nano Letters’ 논문 게재

- 바이러스 검출에 효율적으로 사용할 수 있는 PCR 검출 속도 가속화 관련 연구 진행

서울시립대학교(총장 원용걸) 생명과학과 최인희 교수 연구팀은 바이러스 검출 속도를 향상시키는 기술을 개발했다고 발표했다. 서강대학교 기계공학과 김동철 교수팀과 하버드 메디컬 스쿨 루크 리 교수와의 공동 연구를 통해 플라즈몬 광학 우물구조를 활용한 중합효소연쇄반응(PCR) 가속화 기술을 성공적으로 개발하였다.

중합효소연쇄반응(PCR)은 DNA 중합효소를 이용하여 검출을 하고자 하는 특정 DNA 서열을 기하급수적으로 증폭하는 방법으로, 소량의 검체 내에 포함되어 있는 세균이나 바이러스의 DNA에 적용하여 감염성 질환의 진단 등에 널리 사용되어 왔다.

▲ (상단 왼쪽부터) 서울시립대 생명과학과 최인희 교수, 한승연 석사, 안현지 석사, (하단) 하버드 메디컬 스쿨 루크 리 교수, 서강대학교 기계공학과 김동철 교수, 곽태진 박사

연구팀은 자발적인 계면 반응에 의해 플라즈몬 금 나노입자가 결합되어 있는 구형의 광학 우물구조의 빛을 열로 전환할 수 있는 특성을 이용해 중합효소연쇄반응을 가속화할 수 있는 반응기로서 확장하는 연구를 수행하였다.

플라즈몬 광학 우물구조는 중합효소연쇄반응의 반응기로 사용되며, 구형의 구조적 특성으로 인해 빛을 내부에 가둘 수 있다. 이 구조는 즉시 광-열 전환을 가능하게 하며, 온도 분포로 인해 형성되는 대류 흐름을 통해 분자를 농축시켜 반응 속도를 가속화한다. 시뮬레이션 계산에 따르면, 플라즈몬 광학 우물구조의 높은 광열 전환효율과 분자 농축 능력은 기존의 열 순환기를 사용한 방법에 비해 반응 속도를 5배 이상 빠르게 만들 것으로 예상된다.

따라서 플라즈몬 광학 우물구조에 조사되는 빛의 패턴을 조절함으로써 반응물의 신속한 가열과 냉각을 가능하게 하는 열주기를 효과적으로 구현할 수 있었으며, 30사이클의 중합효소연쇄반응을 평균 11분 30초 이내에 완료하여 플라즈몬 광학 우물 플랫폼의 효율적인 핵산 증폭 성능을 확인하였다.

해당 연구 결과는 나노과학기술 분야 세계적 권위를 가진 국제 학술지인 미국화학회(American Chemical Society, ACS)의 ‘나노레터스 (Nano Letters)’에 'Plasmonic Optical Wells-Based Enhanced Rate PCR'라는 제목으로 최신호에 (2월 7일) 온라인 게재되었다.

본 연구는 한국연구재단 중견연구과제와 미공군 과학연구실 지원사업의 지원으로 수행되었으며, 생물학연구정보센터(BRIC)의 '한국을 빛내는 사람들 (한빛사)'에 소개되었다.

이 기술의 개발을 통해, 바이러스를 더 빠르게 감지하고, 이를 통해 감염병의 확산을 더욱 효과적으로 막을 수 있을 것으로 기대됩니다.

1차분류

주요연구성과

2차분류 주요연구성과

연구논문

생명과학과 최인희 교수 연구팀, 나노재료분야 세계적 학술지 표지논문 게재

YY2020197 — Thu, 08 Feb 2024 07:19:39 +0000

생명과학과 최인희 교수 연구팀, 나노재료분야 세계적 학술지 표지논문 게재 YY2020197 2024-02-08 (목) - 16:19

- 나노재료분야 세계적 학술지 ‘Materials Letters’ 표지논문 게재

- 콜라겐과 금 나노입자를 기반으로 한 새로운 광활성 콜라겐하이드로겔 나노소재 개발

서울시립대학교(총장 원용걸) 생명과학과 최인희, 최정우 교수와 화학공학과 이종범 교수 연구팀은 (주)네오리젠바이오텍(대표 서정민)과 공동으로 “콜라겐 및 금 나노입자를 기반으로 한 새로운 광활성 콜라겐하이드로겔 나노소재(Au-CHP)”를 개발했다고 7일 밝혔다.

새로운 광활성 콜라겐하이드로겔 나노소재(Au-CHP)는 생체적합성 콜라겐, 열감응성 고분자 및 금을 원료로 사용하여 고분자 중합을 통해 매우 빠르고 간단한 방법으로 금 나노입자가 하이드로젤 내부에 도입된다.

제작된 나노입자 소재는 생체 활성 단백질을 담지 후 가시광선을 조사하였을 때, 전달체 내부에 존재하는 금 나노입자의 광열 전환에 의해 발생한 국소적 열에 의해 열 감응성 고분자 구조가 변화함에 따라, 세포 내에서도 빛을 이용한 비침습적 방법을 통해 담지 된 단백질을 높은 효율로 방출할 수 있게 한다.

▲ (좌측상단부터 시계방향으로) 서울시립대 생명과학과 최인희 교수, 최정우 교수, 화학공학과 이종범 교수, 서정민 (주)네오리젠바이오텍 대표, 홍선호 박사과정생, 이승기 박사, 김도윤 연구원.

이번 연구는 나노소재 합성기술을 생명과학 분야에 적용한 바이오 융합 연구의 대표적인 사례로 평가된다. 특히, 자극 감응성 나노입자를 사용하여 생체 내에서 정확하고 효율적인 단백질 전달을 가능하게 한다.

광열 전환 효과(Photothermal conversion effect)란 금이나 은과 같은 플라즈몬 금나노입자에 특정 파장의 빛이 조사되면 빛 에너지를 열로 변환하는 현상이다. 이 효과를 이용하면 빛을 이용하여 원하는 시점에 원하는 만큼 약물을 방출할 수 있는 자극 감응성 약물 전달 시스템을 구현할 수 있다.

연구팀은 이 광열 전환 효과를 응용하여 하이드로젤 내부에 금 나노입자의 밀도를 조절함으로써 발열량을 정밀하게 조절할 수 있는 시스템을 개발했다. 이 시스템은 단백질 방출 시 열로 인한 손상을 최소화하면서 동시에 열 감응성 하이드로젤 구조 변형을 유도하여 전달 효율을 효과적으로 높일 수 있다는 점을 확인했다.

자극감응성 나노입자를 사용한 전달 기술은 생체 내에서 정확하고 효율적인 단백질 전달을 가능케 하며, 특히 화장품 분야에서도 나노입자는 입자 크기와 높은 안전성을 기반으로 피부 조직 내로 안전하고 높은 효율로 단백질을 전달할 수 있어 향후 관련 제품 개발에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

이번 연구는 서울시립대학교 기초 보호학문 및 융복합 분야 R&D 기반조성사업 및 중소벤처기업부 산학연 Collabo R&D 사업의 지원으로 수행되었으며, 연구 결과는 나노재료 분야의 권위 있는 국제 학술지인 ‘Materials Letters’지 최신호(2월 5일)의 표지논문으로 게재되었다.

1차분류

주요연구성과

2차분류 주요연구성과

연구논문

전자전기컴퓨터공학부 이주한 교수 연구팀, 2차원 맥신 (MXene) 기반 초광대역 포화흡수소자 제작 기술 개발

YY2020197 — Mon, 29 Jan 2024 06:54:07 +0000

전자전기컴퓨터공학부 이주한 교수 연구팀, 2차원 맥신 (MXene) 기반 초광대역 포화흡수소자 제작 기술 개발 YY2020197 2024-01-29 (월) - 15:54

- 나노과학 분야 국제저명 학술지 Journal of Material Chemistry C 에 뒷표지 논문으로 선정

서울시립대학교(총장 원용걸) 전자전기컴퓨터공학부 이주한 교수 연구팀(공동 제1저자 이경택, 권서영 연구원)은 ‘꿈의 신소재’로 주목받고 있는 2차원 나노물질인 맥신 (MXene)을 기반으로 한 초광대역 포화흡수소자 기술을 개발하였음을 발표하였다.

이 연구는 2023년 11월 21일, 영국의 왕립화학회에서 발행하는 국제저명학술지인 'The Journal of Materials Chemistry C'에 뒷표지(Back Cover) 논문으로 게재되었다.

맥신은 금속층과 탄소층이 교대로 쌓인 2차원 나노물질로, 전기 전도성이 높고 우수한 화학적 특성을 지니고 있어 전자, 신소재, 화학공학 등 다양한 분야에서 주목받고 있다.

연구팀은 맥신의 한 종류인 나이오븀 카바이드 (Niobium Carbide)의 적외선 대역에서의 광학적 비선형 (Optical Nonlinearity) 특성을 활용하여 근적외선 뿐만 아니라 단파적외선 대역을 포함하는 초광대역 동작이 가능한 광섬유 기반의 포화흡수소자 (Saturable Absorber) 제작 기술을 개발하였다. 특히 제작된 하나의 포화흡수소자를 1.5-um 대역 동작 레이저와 1.9-um 대역 동작 레이저에 삽입하여 두 레이저 모두 안정적인 초단펄스 출력 구현이 가능함을 보임으로써 제작된 포화흡수소자의 레이저 응용성을 입증하였다.

▲ 서울시립대 전자전기컴퓨터공학부 이주한 교수(좌측, 교신저자), 이경택 연구원(중앙, 제1저자), 권서영 연구원(우측, 제1저자)

이주한 교수는 “본 연구에서 밝힌 Nb4C3 맥신의 광학적 비선형성을 기반으로 제작한 포화흡수소자는 그 성능이 우수하여 실제 산업용으로 응용될 수 있을 것으로 기대하며 향후 연구실 창업 기업인 ㈜크로마넷( www.kromanet.com)을 통하여 맥신기반 포화흡수소자 및 이를 이용한 초단펄스 광섬유 레이저들을 상용화할 계획이다.”라고 전했다.

이 연구는 한국연구재단의 선도연구센터(ERC) 사업과 STEAM연구 미래유망융합기술파이오니어 사업의 지원으로 수행되었다.

1차분류

주요연구성과

2차분류 주요연구성과

연구논문

생명공학과 최인희 교수 연구팀, 미세 플라스틱이 피부 건강에 미치는 잠재적 위험성 발견

YY2020197 — Thu, 25 Jan 2024 06:48:50 +0000

생명공학과 최인희 교수 연구팀, 미세 플라스틱이 피부 건강에 미치는 잠재적 위험성 발견 YY2020197 2024-01-25 (목) - 15:48

- 환경과학 분야 국제 학술지 ‘Journal of Hazardous Materials’ 게재

- 생물학연구정보센터의 ‘한국을 빛내는 사람들’ 선정

서울시립대학교(총장 원용걸) 생명과학과 최인희 연구팀(제1저자 엄성현 석사졸업생)은 최근 국제적으로 주목받는 환경문제인 미세 플라스틱이 인간 피부에 미치는 잠재적 위험성에 대한 연구 결과를 발표하였다.

이 연구는 세계적인 학술지 'Journal of Hazardous Materials'에 게재되어 학계의 주목을 받고 있다.

▲ 서울시립대 생명과학과 최인희 교수(좌측, 교신저자), 엄성현석사졸업생(우측, 제1저자)

연구팀은 인간 피부 유래 세포를 이용하여 실제 인간 피부에 미세 플라스틱 노출 영향을 효과적으로 평가하기 위하여 3차원 세포 배양체인 스페로이드를 활용하였다. 연구에서는 미세 플라스틱의 3차원 침투 패턴과 스페로이드의 형태 변화, 그리고 아데노신 3인산 (ATP) 생성을 비롯한 여러 생리학적 활성에 미치는 영향을 다각도로 확인하였다.

또한, 연구팀은 인공 제품에 함유될 수 있는 폴리스티렌 미세 플라스틱에 노출된 피부 유래 세포에서 피부의 여러 기능에 중요한 역할을 하는 세포 외 기질 (ECM)을 분해하는 세포 외 기질 분해효소 (MMP)의 증가를 확인했다고 밝혔다. 이는 세포 간 연접을 느슨하게 하기에 피부 건강과 관련하여 시사하는 바가 크다.

이번 연구는 한국 연구재단과 중소기업기술정보진흥원의 지원을 받아 수행되었으며, 한국을 대표하는 우수한 연구 성과로 인정받아 생물학연구정보센터(BRIC)의 '한국을 빛내는 사람들'에 소개되었다.

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주요연구성과

2차분류 주요연구성과

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