가천대학교(핵심연구지원센터) 바이오나노융합소재 연구센터

“바이오 및 나노 융합 소재 기술 분야의 선도 공동연구 플랫폼을 향하여”

주소: (13120) 경기도 성남시 수정구 성남대로 1342 가천바이오나노연구원 103호

전자우편: sanghan@gachon.ac.kr

전화번호: 031-750-8565/8720

가천대학교 바이오나노융합소재 연구센터 (센터장: 한상윤 교수)는 교육부 기초과학역량강화사업의 일환인 핵심연구지원센터 조성지원 과제를 기반으로 바이오나노융합소재의 연구 개발을 지원하고 이 분야의 공동연구 플랫폼을 제공하는 것을 목표로 구축하고 있다. 센터는, 바이오나노융합소재 연구에 요구되는 특화된 연구 장비를 구축하고, 이를 활용한 특성화된 연구 기술을 개발, 고도화하고 있으며, 구축된 연구 장비 및 기술의 공동활용을 통해 대학, 연구소 및 중소 벤처 기업 연구진의 연구 개발 활동을 지원하고 있다. 더불어, 다양한 교육 프로그램의 제공 및 연구교류회 등의 산학연 네트워크 활성화를 위한 활동을 통해 바이오나노융합연구 분야의 새로운 연구 기회를 창출하고, 융합형 연구 인재를 육성하기 위해 노력하고 있다. 이러한 센터의 조성 활동 및 연구 기술의 고도화를 통해, 바이오 및 나노 융합 소재 기술 분야의 학술적 산업적 성과 창출을 선도하는 공동연구 플랫폼으로 자리잡고자 한다.

Project 1. 센터 특성화의 방향

나노 의학, 약물 전달체, 나노 기술을 이용한 고감도 바이오 센싱 등 다양한 분야에서 바이오나노융합 기술의 확보를 통해 질병의 조기 진단 및 극복 등, 보다 건강하고 쾌적한 삶을 구현하고 신산업을 창출하고자 하는 연구 개발 노력이 지속적으로 진행되고 있다 (제3기 국가나노기술지도(’18 – ‘27). 이러한 연구 개발은 대학 및 연구소 뿐 아니라 많은 중소 벤처 기업에서도 적극적으로 진행되고 있지만, 융합 소재의 특성상 차별화된 연구 개발을 위해서는 다양한 고가 연구 장비 및 특화된 분석 기술이 필요하지만 개별 연구진에게는 이에 대한 접근성이 매우 제한적이라는 어려움이 있는 것이 사실이다. 이러한 문제를 극복하기 위하여, 가천대학교 바이오나노융합소재 연구센터는 융합소재 연구 개발을 지원하고 나아가 공동연구개발 활성화를 통해 새로운 연구 성과를 창출하는 것을 가능하게 하는 연구 플랫폼을 구축, 제공하는 것을 목표로 활동하고 있다. 이를 위해 센터에서는 다양한 바이오 및 나노 소재의 특성 분석 시스템을 체계화하고, 이를 구현하기 위하여 연구 장비를 구조분석, 광학측정, 소재특성 분야로 특성화하여 집적 및 구축하고 있다. 더불어, 연구장비의 구축 뿐 아니라 장비를 활용한 연구 기술의 고도화 및 장비 기술간의 융복합화가 동시에 추진되고 있으며, 집적된 장비 및 기술의 공동활용 제공을 통해 이 분야의 연구 개발 활성화에 기여할 수 있는 방향으로 센터의 구축이 진행 중이다.

Project 2. 가천대학교 바이오나노융합소재 연구센터

가천대학교는 2007년 가천바이오나노연구원의 설립을 시작으로 바이오나노융합연구를 대학 연구 특성화의 핵심 분야의 하나로 삼아 지속적인 지원을 아끼지 않고 있다. 이를 기반으로, 화학과, 바이오나노학과, 식품생물공학과의 3개 학과 연구진이 대학으로부터 가천바이오나노연구원 건물내 338m2의 센터 전용 공간을 확보하여 연구에 적합한 환경으로 개선하고, 흩어져 있던 교내 장비를 센터 전용 공간에 집적하여 본격적인 활동을 개시하였다 (2020년 12월 바이오나노융합소재 핵심연구지원센터 개소). 센터에는 나노 및 바이오 소재에 대한 분석전문가, 바이오 소재 및 센싱 전문가, 그리고 나노 물질 및 소재 전문가가 공동연구진으로 참여하여 다양한 바이오나노융합소재에 대한 연구 기술의 고도화, 그리고 이를 활용한 공동연구 활동에 참여하고 있다. 센터에는 박사급 (맹기호 박사, 전자현미경 전공) 및 석사급 연구원 (송유대 석사, 나노소재 전공; 심예은 석사, 바이오고분자 전공)의 풍부한 연구 경험과 높은 연구 역량을 가진 연구자들이 전담운영인력으로 참여하고 있으며, 장비의 운영 및 활용 기술의 고도화 연구 개발을 진행하고 있다. 또한, 센터는 외부 전문가들로 기술 컨설팅 그룹을 조직하여, 장비의 운영 및 성능 향상, 장비 활용 기술의 고도화에 대한 직접적인 조언을 받으며 연구 시설의 구축 및 구축된 기술의 활용을 진행하고 있다. [그림1]

그림 1. 가천대학교 바이오나노융합소재 연구센터 조직

Project 3. 센터의 연구 장비 및 시설 구축

지난 3년간의 센터의 조성 단계를 거치며, 센터는 3개 기술 분야, 주장비 18점 (43억원) 및 장비 기술 구축을 완료하였으며, 이를 기반으로 개소 초기에 목표한 센터의 기본적인 장비 포트폴리오를 완성하였다. 센터의 장비 기술 포트폴리오는, 나노 물질의 미세 구조 분석을 위한 장비로써, 전자현미경인 300kV HR-TEM (FEI, TECNAI G2 F30), FE-SEM (JEOL, JSM-7500F), 나노 물질의 물리 화학적 특성을 연구하기 위한 장비로써, BET (Micromeritics, ASAP2020), NTA (ParticleMetrix, PMX 120), DLS (Brookhaven Inc., ZetaPALS), TGA (Perkin Elmer, TGA8000), 나노 물질의 광학적 특성 연구 및 세포 및 조직내에서의 거동을 연구하기 위한 장비로써, 공촛점 현미경 (Perkin Elmer, TGA8000), 형광현미경 (Nikon, Eclipse 80i), 라만 현미경 등을 포함하고 있다. 또한 복잡한 바이오 물질의 분석을 위하여, 다핵종 분석이 가능한 500MHz NMR (JEOL, ECZ-500R), 고분해능 UHPLC-오비트랩 질량분석 시스템 (Thermo Fisher Scientific, Orbitrap Exploris 120 System), UHPLC-UV-MS (APCI) 시스템 (Thermo Fisher Scientific, Ultimate 3000), GC-MS/FID 시스템 (Shimadzu, GCMS QP2020)을 보유하고 있으며, 무기 물질의 분석을 위한 ICP-OES (Perkin Elmer, Avio 550) 구축도 완료하였다. 이러한 주요 장비 이외에도 연구 활동을 지원하고자 범용 장비로서 UV-VIS 분광기, FT-IR 분광기, 마이크로플레이트 리더 등도 보유하여, 원활한 공동 활용의 기회를 제공하고 있다. 이 장비들은 단독 활용 뿐 아니라, 이종의 연구장비의 융복합화를 통해 새롭고 혁신적인 연구 기회를 제공할 수 있으리라 기대한다. 아울러, 센터는 구축 장비의 성능 향상을 통해 고도화된 연구 기회를 제공하려는 노력도 지속적으로 진행하고 있다. 예를 들어, 현재 고분해능 UHPLC-오비트랩 질량분석 시스템에 2차원 LC 기술을 도입하여 복잡계인 바이오 시료에서 1차원 LC로는 밝혀 내기 어려운 바이오 물질을 2차원 기술을 통해 고감도로 검출할 수 있는 기술 도입이 진행 중이며, 기존 액체상의 시료만 분석 가능했던 500MHz NMR에 고체 시료 측정이 가능한 프로브 기술을 도입함으로써 바이오나노입자 뿐 아니라 단백질 구조 등의 생물리화학적 연구에서 배터리 내부에서의 이온 거동 등 첨단 소재 연구까지 가능하게 함으로써 센터가 제공하는 고도화된 연구 기회의 폭을 확장해 나아가는 노력도 지속적으로 진행하고 있다.[그림 2]

센터는 단순히 연구 장비 및 분석 기술의 공동 활용 기회를 제공하는 활동 뿐 아니라 센터 내부에서의 연구 활동을 진작하려는 노력도 활발히 진행 중이다. 예를 들어, 센터 전용 공간 내에 91m2의 실험준비실과 원심농축기 및 현미경 등 다양한 부대 장치들을 갖추고, 이곳에서 시료 전처리 등의 사전 연구 활동이 가능하도록 연구 환경을 제공하고 있다.

그림 2. 센터의 연구장비 포트폴리오 [*Adapted with permission from J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 16, 5761–5768. Copyright 2010 American Chemical Society]

Project 4. 센터의 교육 프로그램 및 활동

센터는 실질적인 장비의 활용을 하는 연구자 지원을 위하여 연구 기술에 대한 교육 프로그램을 마련하여 왔다. 연 2회 외부 전문가들을 초빙한 ‘일반 장비교육 심포지엄’ 공개 강좌를 제공함으로써 일반 연구자들에 대한 센터 집적 장비에 대한 이해를 돕고 센터 활용의 홍보를 추진해오고 있다 (현재 총 4회 214명 수강). 더불어 장비를 직접 사용할 연구자들을 위해 3-5명 내외의 소규모 그룹을 대상으로 장비 사용을 교육하는 ‘전문 장비교육 프로그램’을 제공하고 있으며, 이를 통해 현재 13개 장비에 대해 총26회의 교육을 실시하였으며 약 140명의 교육 수료자를 배출하였다. 이러한 프로그램은 장비 활용 연구자를 위한 센터의 서비스이기도 하지만 센터의 실질적인 활성화를 위해 수행하고 있으며, 이는 교외 연구진에도 공개되며 센터의 홈페이지를 통해 일정을 확인하고 참가를 신청할 수 있다.

센터는 공동연구 활성화에도 많은 노력을 기울이고 있다. 현재 센터에서는 공동연구원들을 중심으로 약물전달체, 표적지향적 나노치료제, 고감도 검지 등의 다양한 바이오나노융합 분야의 공동 연구가 활발히 진행되고 있다. 더불어, 외부연구진과의 연구 교류 및 공동 연구 활성화를 추진하는 ‘바이오나노 연구교류회’ 및 권역내 중소 벤처기업의 기술 개발 지원 및 공동 개발 주제 발굴을 위한 ‘산학협력 워크샵’도 활발히 진행되고 있다.[그림 3] 센터의 활성화를 위한 홍보 노력으로 신문 지면 (동아일보)과 학회 구두 발표 (대한화학회, 한국분석과학회)를 통하여 센터 소개를 진행하였으며, 센터 브로셔를 이용한 맞춤형 이메일 홍보를 해오고 있다. 이러한 센터 활성화 노력의 결과로, 센터 개소 후 지난 2년간 50개 기업, 13개 연구소, 25개 대학의 교외 연구진이 본 센터를 활용하여 연구 개발을 수행하였으며, 42편의 본 센터의 장비 활용을 사사한 논문이 출판되었다. 이를 통해 센터의 활동이 학술적 산업적 성과 확산에 기여하고 있다.

그림 3. 센터의 프로그램 및 활동

Project 5. 센터의 장단기 발전 계획과 전망

2020년 12월 개소 이래, 본 센터는 교내 흩어져 있던 바이오나노융합소재에 적용 가능한 연구 장비들을 체계적으로 집적하여 성능 향상을 통한 활용도 제고 및 연구 기술 고도화를 추진해오고 있으며, 정부 및 대학의 전폭적인 재정 지원을 받아 높은 수준의 연구 환경 구축을 위한 최신 연구 장비를 지속적으로 도입해오고 있다. 더불어 센터의 홍보와 다양한 프로그램의 제공을 통해 교내외 산학연 협력 네트워크를 마련함으로써 바이오나노융합연구 분야의 높은 수준의 공동연구 활성화 플랫폼으로 자리잡기 위한 노력을 지속적으로 추진해오고 있다. 본 센터는 단순한 공동활용 서비스 기능을 넘어,선도 연구 기관으로 성장하기 위한 장기적인 비전과 계획을 가지고 활동을 추진 중이다. 지난 기간 센터의 조성 및 정착 단계를 넘어, 연구 장비와 기술의 고도화 및 차별화, 활발한 연구 교류 및 산학협력 활동의 전개, 그리고 우수한 연구 인력의 육성을 통해 ‘융합연구 허브로서의 선도 연구센터의 구축’을 목표로 끊임없이 노력을 경주할 예정이다. 향후 본 센터를 기반으로 이루어질 다양한 학문적 산업적 연구 활동에 대한화학회 회원들의 많은 관심과 참여를 기대한다.

한상윤 연구책임자

가천대학교 바이오나노대학 화학과 교수

sanghan@gachon.ac.kr

가천대학교 “바이오나노융합소재 연구센터”의 센터장인 화학과 한상윤 교수는 서울대학교 화학교육과를 졸업하고, 서울대학교 화학과에서 음이온 광전자 분광학으로 이학박사 학위를 취득하였다. (2000) 이후 미국 JILA 연구소 (University of Colorado at Boulder)에서 실시간 이온 반응동역학의 박사후 연구를 수행하였으며 (2000-2002), 한국표준과학연구원 나노바이오융합연구센터에서 질량분석을 이용한 나노바이오융합연구를 수행하였다 (2003-2013). 2013년 현재의 가천대학교 바이오나노대학 화학과로 자리를 옮겨 생체 환경에서 나노입자 및 약물전달체에 자발적으로 생성되는 지질 및 대사체 코로나 및 이의 생화학적 영향에 대해 연구하고 있다. 본 센터는 소속대학 참여연구진과 함께, 바이오나노융합 분야의 연구 개발을 수행하는 대학 및 중소 벤처 기업 연구진이 함께 느끼고 있는 접근가능한 연구 장비 및 환경의 구축, 기술 교류를 위한 네트워크에 대한 필요성을 공감하여 그 구축을 추진하고 있다. 본 센터는 특화된 연구 기술을 구축하고 공동연구를 활성화하고자 하며, 이를 기반으로 새로운 연구 기회를 공유하는 것을 목표로 하고 있다. 이에 본 센터 연구 개발 활동에 많은 관심과 참여를 기대한다.