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연세리서치매거진 2026 Issue 8 표지

YONSEI RESEARCH MAGAZINE

연세리서치매거진

연세대학교의 우수 연구성과를 한 권에 담아
매년 발간하는 연구 매거진입니다.

최신호

2026 Issue 8

2026.05.13 발간

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RESEARCH HIGHLIGHTS

연구성과 홍보갤러리

신소재공학과 김상우 교수팀, 스스로 전기 만들고 빛으로 상태 알리는 삽입형 소자 개발

신소재공학과 김상우 교수팀, 스스로 전기 만들고 빛으로 상태 알리는 삽입형 소자 개발

신소재공학과 김상우 교수팀, 스스로 전기 만들고 빛으로 상태 알리는 삽입형 소자 개발 - AI가 찾아낸 발광 분자로 배터리 없는 '보이는 소자'를 구현 - 재료 분야 세계적 권위 학술지 'Nature Nanotechnology' 게재 [사진. (왼쪽부터) 신소재공학과 김상우 교수, 맹샹춘 박사후연구원, 권용현 석박통합과정생] 공과대학 신소재공학과 김상우 교수팀이 체내에 삽입된 뒤에도 초음파만으로 스스로 전기를 만들고, 램프를 비추면 피부 너머로 자신의 위치와 손상 여부를 빛으로 알려주는 생분해성 마찰전기 소자를 개발했다. 삽입형 소자는 몸속에 들어간 뒤 구조적·기능적 손상을 확인할 방법이 제한적이다. X-ray, CT, MRI는 큰 장비와 전문 인력이 필요하고, 2차 수술로 직접 확인하는 방식은 환자 부담이 크다. 특히 얇고 유연한 고분자 기반 생분해성 소자는 영상 장비에서도 경계가 뚜렷하게 잡히지 않는다. 연구팀은 초음파 기반 마찰전기 에너지 하베스팅 소자의 구조적 특성에 인광(빛을 흡수한 뒤 천천히 내보내는 발광) 효과를 결합해 이를 해결했다. 관건은 소재였다. 사람 눈에 잘 보이는 색으로 밝게 빛나면서 동시에 마찰전기를 잘 일으키는 분자가 필요했는데, 기존 방식으로는 후보 물질을 하나씩 합성해 측정하는 과정을 반복해야 했다. 연구팀은 학계에 보고된 이리듐(III) 착물의 발광 데이터 1,667건으로 자체 데이터베이스 'PhosIrDB'를 구축하고, 이를 학습한 머신러닝 모델로 가상 후보 분자 27만 2,104개의 발광 색과 효율을 합성 없이 수 분 만에 예측했다. 분자 하나에 수 시간이 걸리는 시간의존 밀도범함수이론(TD-DFT) 계산으로는 사실상 불가능한 규모의 탐색이다. 연구팀은 사람 눈이 가장 민감하게 반응하는 파장대(520~600 nm, 초록~노랑)에서 밝게 빛나는 분자를 선별해 합성했고, 여기에 리간드를 바꿔가며 쌍극자모멘트를 키우는 리간드 엔지니어링을 더해 발광 성능(양자효율 0.82)은 유지하면서 마찰전기 출력만 2.0 V에서 3.6 V로 약 1.8배 높인 최종 분자 'Ir1b'를 도출했다. [그림 1] AI 기반 발광·마찰전기 분자 예측 및 검증 과정. 이리듐(III) 착물 발광 데이터 1,667건으로 구축한 PhosIrDB를 학습한 머신러닝 모델이 27만 2,104개 가상 후보 분자의 발광 색과 효율을 예측해, 사람 눈에 잘 보이면서 마찰전기 출력이 우수한 최종 분자(Ir1b)를 도출하는 과정. 이 분자를 생분해성 고분자인 락트산-글리콜산 공중합체(PLGA)에 분산시켜 제작한 필름형 소자는 외부 초음파(20 kHz, 0.5 W/cm²) 자극만으로 최대 3.6 V의 전압과 약 16 μA의 전류를 자체 생산했으며, 약 300 kΩ 부하에서 최대 출력밀도 약 26 μW/cm²를 기록했다. 생쥐 이식 실험에서는 평상시 피부 아래에서 거의 구분되지 않던 소자가 자외선 램프를 비추자 선명한 인광 윤곽으로 드러났다. 소자를 일부러 손상시키자 발광 윤곽이 조각조각 끊어졌고 전기 출력도 함께 사라져, 눈에 보이는 빛의 형태 자체가 소자의 작동 여부를 알려주는 신호가 됨을 확인했다. 38주(약 9개월)에 걸친 분해 전 과정도 빛으로 추적했으며, 세포 생존율 95% 이상, 이식 8주 후 혈액·간·신장 수치 정상, 주요 장기 조직검사 이상 없음 등 안전성도 함께 검증했다. [그림 2] 상태가 보이는 삽입형 소자의 구동 및 활용 모식도. 초음파 기반 마찰전기 에너지 발생 원리와 인광을 통한 이식 위치·기능성 검증 과정, 그리고 생쥐 실험에서 38주에 걸쳐 소자가 분해되는 과정을 추적한 실제 사진. 이번 연구는 전력을 만드는 마찰전기 신호와 위치·손상을 알리는 인광 신호를 하나의 물질계·하나의 소자 안에서 동시에 구현했다는 데 의미가 있다. 별도의 회로나 센서를 덧붙이지 않고도 진료실에서 램프 하나로 소자 상태를 확인할 수 있어 환자 부담을 줄일 수 있으며, 머신러닝으로 후보 물질을 좁히는 설계 방법론은 다른 발광·생분해성 소재 개발과 신경 자극·약물 전달용 삽입형 소자로도 확장될 것으로 기대된다. 본 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 나노소재개발사업, 글로벌리더연구지원사업, 국가연구소지원사업(NRL2.0)의 지원으로 수행됐으며, 연구 결과는 재료 분야 세계적 권위 학술지 'Nature Nanotechnology(Impact Factor 37.5, JCR 상위 1.5%)'에 8월 14일 온라인 게재됐다. - 논문 제목: Bioresorbable and optically readable triboelectric implants enabled by nanoscale iridophosphors - 논문 주소: https://www.nature.com/articles/s41565-026-02256-4

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약학과 김태돈 교수팀, AI기반 합성 mRNA 구조체 설계 기술 개발 및 실증 과제 선정

약학과 김태돈 교수팀, AI기반 합성 mRNA 구조체 설계 기술 개발 및 실증 과제 선정

약학과 김태돈 교수팀, AI기반 합성 mRNA 구조체 설계 기술 개발 및 실증 과제 선정 - Agentic AI 가상 실험실을 활용해 합성 mRNA의 안정성·번역효율을 예측하는 구조체 설계 AI 모델 개발 - 과기정통부 바이오·의료기술개발사업 선정, 2026년부터 2030년까지 총 45억 원 지원 [사진. (왼쪽부터) 약학과 김태돈 교수, 부산대 송길태 교수, 부산대 이경하 교수, ㈜히츠 김우연 대표] 약학과 김태돈 교수팀이 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 지원하는 국가연구개발사업 '바이오·의료기술개발사업'의 'AI기반 합성 mRNA 구조체 설계 기술 개발 및 실증' 과제에 선정됐다. 연세대학교가 주관하고 부산대학교(정보컴퓨터공학부 송길태 교수, 분자생물학과 이경하 교수)와 ㈜히츠(대표 김우연 KAIST 교수)가 공동연구기관으로 참여한다. 코로나19 백신으로 주목받은 mRNA 기반 치료제 개발 기술은 감염병을 넘어 암 백신, 유전자 치료제 개발 등으로 확대될 전망이다. 그러나 mRNA 서열로부터 실제 단백질 발현량을 직접 예측하고 실험적으로 검증한 연구는 제한적이어서, 서열 설계와 기능 실증을 연결하는 통합 검증 체계가 요구돼 왔다. 연구팀은 AI 기반으로 mRNA 구조체를 설계하기 위한 대용량 데이터를 확보하고, 이를 통해 합성 mRNA의 안정성 및 번역효율을 예측하는 구조체 요소 설계 AI 모델을 개발한다. 또한 Agentic AI 기반 mRNA 구조체 설계 가상 실험실을 구축해 신속한 차세대 치료제 후보물질 발굴 체계를 갖추고 이를 실험적으로 검증할 계획이다. [그림] 기능성 RNA의 AI 설계 및 Full-length mRNA 통합 검증 플랫폼 개념도 연구팀은 고효율 mRNA 백신 개발을 위한 신규 합성 기술, RNA 구조와 서열 패턴 정보를 반영하는 RNA-단백질 결합 예측 파운데이션 모델 개발 기술, 바이오 연구 Agentic AI 기술을 선행 연구 성과로 보유하고 있다. 이번 과제는 이러한 성과를 기반으로 mRNA 디자인 기술 주권을 확보하고 혁신적인 유전자 치료제 개발로 이어질 것으로 기대된다. 연구책임을 맡은 김태돈 교수는 "Agentic AI 가상 RNA 실험실 구축을 통해 최적의 mRNA 구조체를 신속히 설계하는 플랫폼을 개발하여 이를 기반으로 차세대 mRNA 의약품 개발의 새로운 패러다임을 만드는 데 기여하겠다"고 말했다. 본 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 지원하는 바이오·의료기술개발사업의 일환으로 수행되며, 2026년부터 2030년까지 5년간 총 45억 원의 연구비를 지원받는다.

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신소재공학과 이규형·김상우 교수팀, 광대역 갭 세라믹 소재 기반 고성능 마찰전기 나노발전기 개발

신소재공학과 이규형·김상우 교수팀, 광대역 갭 세라믹 소재 기반 고성능 마찰전기 나노발전기 개발

신소재공학과 이규형·김상우 교수팀, 광대역 갭 세라믹 소재 기반 고성능 마찰전기 나노발전기 개발 - 광대역 갭 특성의 MgWO4를 활용하여 세라믹 복합체의 전하 손실 억제 효과 구현 및 고온 구동 안정성 향상 - 에너지 소재·소자 전문학술지 'Nano Energy' 게재 [사진. (왼쪽부터) 이규형 교수, 김상우 교수, 한기현 박사, 박철오 박사, 이선우 연구원] 공과대학 신소재공학과 이규형·김상우 교수팀(제1저자: 한기현·이선우, 교신저자: 박철오·김상우·이규형)이 광대역 갭 특성 세라믹 소재인 마그네슘 텅스테이트(MgWO4)를 활용해 누설전류에 의한 전하 손실을 억제한 고분자 복합체 기반 마찰전기 나노발전기(TENG)를 개발했다. 고분자에 세라믹을 첨가한 복합체는 유전 특성과 전하 저장 능력을 향상시킬 수 있지만, 세라믹 함량이 증가하면 누설전류와 전하 손실로 인해 오히려 출력이 감소하는 한계가 있었다. 연구팀은 이를 해결하기 위해 세라믹 소재의 높은 유전 특성뿐 아니라 밴드갭과 전기적 절연성을 고려한 새로운 소재 설계 전략을 제시했다. 연구팀은 기존에 개발된 NiWO4보다 넓은 밴드갭을 갖는 MgWO4를 PDMS에 복합화해 누설전류를 효과적으로 억제하는 동시에 고출력을 유지할 수 있는 세라믹 첨가 범위를 확대했고, 이를 통해 고온에서도 낮은 누설 특성과 안정적인 마찰전기 출력을 유지하는 TENG을 개발했다. 이번 연구는 고분자–세라믹 복합체에서 전하 저장과 전하 손실을 동시에 고려한 필러 선택 기준을 제시했다는 데 의미가 있다. 향후 고온 환경에서 구동되는 에너지 하베스터와 자가발전 센서 등 다양한 복합소재 기반 전자소자에 활용될 것으로 기대된다. [그림] 광대역 갭 특성 MgWO4 복합화를 통한 고온 누설전류 억제 효과 본 연구는 한국연구재단 중견연구자지원사업, 한국산업기술진흥원 산업혁신인재성장지원사업 및 서울앵커센터 서울시 지역성장 인재양성체계(ANCHOR) 지원으로 수행됐으며, 연구 결과는 에너지 소재·소자 전문학술지 'Nano Energy(Impact Factor 16.7, JCR 상위 5.5%)'에 8월 5일 온라인 게재됐다. - 논문 제목: Leakage-suppressed MgWO4–PDMS composite triboelectric nanogenerators with an expanded ceramic loading window - 논문 주소: https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2026.112269

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