인공지능 기술을 활용하여 국가연구개발 과제정보에 대한 요약정보를 생성하여 제공합니다.
※ '19년도~'22년도 과제정보를 대상으로 서비스가 제공됩니다.
[ 과제 ] 유전변이-미세먼지 상호작용에 의한 선천성 기형 위험예측 연구
□ 최종목표
유전변이-미세먼지 상호작용을 고려한 선천성 기형 위험예측 기술 개발
□ 세부목표:
○ 질환 지식베이스 정보분석에 기반하여 주요 선천성 기형의 유전적 특성 분석 및 발생 위험지표 발굴
○ 한국인의 선천성 기형 및 미세먼지 연관 유전변이와 DNA 메틸화 변이 보유 빈도 추정
○ 한국인 선천성 기형 (심실중격결손) 환자의 유전적 위험 및 유전-미세먼지 상호작용 평가
유전변이-미세먼지 상호작용을 고려한 선천성 기형 위험예측 기술 개발
□ 세부목표:
○ 질환 지식베이스 정보분석에 기반하여 주요 선천성 기형의 유전적 특성 분석 및 발생 위험지표 발굴
○ 한국인의 선천성 기형 및 미세먼지 연관 유전변이와 DNA 메틸화 변이 보유 빈도 추정
○ 한국인 선천성 기형 (심실중격결손) 환자의 유전적 위험 및 유전-미세먼지 상호작용 평가
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○ 질환 지식베이스 정보분석에 기반하여 주요 선천성 기형의 유전적 특성 분석 및 발생 위험지표 발굴
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[ 과제 ] 양자-고전 결합 방정식의 모델링, 이론적 해석과 수치해석에 관하여
본 연구과제에서는 양자 입자와 고전 입자 사이의 상호작용을 기술하는 새로운 방정식을 모델링하여 도입하고, 그 방정식의 이론적인 연구와 수치해석적인 연구를 진행고자 한다. 이러한 양자-고전 상호작용은 주위에서 종종 관찰되곤 한다. 예를 들어, 상대적으로 무겁기 때문에 고전역학의 지배를 받는 원자핵과 상대적으로 가볍기 때문에 양자역학의 지배를 받는 전자 사이의 상호작용, Boson과 Fermion 사이의 상호작용 역시 한 예라고 할 수 있다. 한편, 본 연구과제에서는 양자 입자 사이에서의 동기화 현상인 양자동기화와 고전 입자 사이에서의 군집현상 중 하나인 플로킹 현상을 결합한 방정식을 새로이 제안하여, 기존에 연구되어오던 양자세계와 고전 세계에서의 현상을 넘어 서로 다른 두 세계 사이에서의 상호작용에 관한 새로운 현상을 기술하는 방정식을 제시하고자 한다. 또한, 새로운 방정식에 대한 이론적인 연구(예를 들어, 해의 존재성, 유일성과 정칙성, 해의 점근적인 행동 등)과 수치해석적인 연구(예를 들어, 이산화 방법, error estimate 등)을 진행하고자 한다.
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본 연구과제에서는 양자 입자와 고전 입자 사이의 상호작용을 기술하는 새로운 방정식을 모델링하여 도입하고, 그 방정식의 이론적인 연구와 수치해석적인 연구를 진행고자 한다.
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[ 과제 ] Top-down 공정으로 제작된 수직/수평 배열의 실리콘 나노와이어 광-전류 변환 소자 및 이의 일체형 고해상도 망막 자극 전극에의 응용
○ 본 연구는 빛을 전기적 신호로 변환시킬 수 있는 실리콘 나노와이어 광검출기를 개발하고 이를 다채널 망막 신경 자극 전극과 통합하여 시력이 상실된 환자의 시력을 보완할 수 있는 ‘일체형 고해상도 망막 전극 기술 개발’을 최종 목표로 함.
○ 본 과제에서는 우수한 광-전류 변환 특성의 실리콘 나노와이어 광검출기 소자를 고도화하고 이를 이식형 전극과 통합한 ’광검출기-전극 일체형 고해상도 인공망막 전극‘ 개발을 목표로 하고 있으며, 이를 위해 1-2차년도에는 실리콘 나노와이어 어레이, 고해상도 전극 및 구동회로의 요소 기술 개발 및 통합을 목표로 하고 있으며, 3차년도에는 완전 이식형 시스템의 구현 및 안정성 확보를 위한 연구를 수행하고자 함.
○ 본 과제에서는 우수한 광-전류 변환 특성의 실리콘 나노와이어 광검출기 소자를 고도화하고 이를 이식형 전극과 통합한 ’광검출기-전극 일체형 고해상도 인공망막 전극‘ 개발을 목표로 하고 있으며, 이를 위해 1-2차년도에는 실리콘 나노와이어 어레이, 고해상도 전극 및 구동회로의 요소 기술 개발 및 통합을 목표로 하고 있으며, 3차년도에는 완전 이식형 시스템의 구현 및 안정성 확보를 위한 연구를 수행하고자 함.
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본 연구는 빛을 전기적 신호로 변환시킬 수 있는 실리콘 나노와이어 광검출기를 개발하고 이를 다채널 망막 신경 자극 전극과 통합하여 시력이 상실된 환자의 시력을 보완할 수 있는 ‘일체형 고해상도 망막 전극 기술 개발’을 최종 목표로 함.
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[ 과제 ] 인공 신경망 학습을 통한 3차원 엮임 재료 기반의 고효율 마이크로 열교환기 개발
본 연구에서는 3차원 금속 마이크로 엮임 재료라는 새로운 개념의 마이크로 스케일의 재료를 사용하여, 기계 학습을 통한 고효율 마이크로 열교환기를 설계하고 개발하는 것을 최종 목적으로 한다. 열교환기는 거대한 엔진에서부터 컴퓨터나 핸드폰의 작은 전자기계에 이르기까지 필수적으로 사용되는 시스템으로서, 내부에서 발생된 고온의 열을 신속하게 외부로 방출함으로써 고열로 인한 시스템의 손상을 막는 동시에 시스템의 효율을 높이는 매우 중요한 역할을 한다. 열교환기의 기본적인 원리는 고온부 주변을 유체가 빠른 속도로 흐르면서 고온부로부터 전달받은 열을 신속하게 외부로 방출하는 것이다. 본 연구에서 보다 효율적인 열교환을 위해 사용하고자 하는 연구 대상은 구리와 같이 높은 열전도율을 가지는 소재로 만들어진 3차원 마이크로 엮임 재료인데, 이는 200 마이크론 내외의 직경을 가지는 금속 와이어가 3차원으로 서로 직교하며 엮여 있는 구조를 가지고 있는 것이 특징이다. 재료가 벌크 형태의 덩어리로 존재하는 것이 아니라 매우 가느다란 금속 와이어가 서로 교차하며 짜여 있기 때문에 외부와 접촉할 수 있는 표면적이 매우 큰 것을 알 수 있으며, 이를 통해 열전달 성능을 크게 높일 수 있을 것이다.
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본 연구에서는 3차원 금속 마이크로 엮임 재료라는 새로운 개념의 마이크로 스케일의 재료를 사용하여, 기계 학습을 통한 고효율 마이크로 열교환기를 설계하고 개발하는 것을 최종 목적으로 한다.
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[ 과제 ] 나노기계가공을 활용한 산화층 분석 기반의 전기화학-자기입자 하이브리드 폴리싱 공정의 가공물리학적 연구
- 기보유한 나노가공기술을 통해 실험 위주의 단순 이종공정 조합방식에서 탈피한 연마입자 수준에서 가공메커니즘과 산화막을 가공물리학적으로 분석하여 과학적 근거에 기초한 진보된 하이브리드 표면연마 기술력을 확보함.
- 본 연구에서 하이브리드화의 목적은 전기화학 폴리싱에 의한 광택, 내부식성 등의 효과를 그대로 유지하면서, ECP 공정만으로는 달성시키기 어려운 표면의 파상도(Waviness), 거칠기(Roughness), 미세 피팅부식(Pitting)등을 개선시키기 위하여 자기입자연마를 도입하고 이들을 Hybrid화 시키고자 함.
- 이 하이브리드 공정에서 고려할 점은 스테인리스강의 전기화학 폴리싱에서 생성되는 크롬 산화막은 금속표면의 내부식성을 향상시키는 유익한 표면층이기 때문에 자기입자연마에 의하여 유익한 산화층이 과도하게 제거되면 ECP의 효과가 미약해져 단순한 기계적 자기입자 연마와 동일한 결과를 가져올 수 있으므로 산화층의 최표면만 의도적으로 제거할 필요가 있음.
- 본 연구는 기존의 실험중심 연구들과 다르게 기계적 가공과 전기화학적 가공이 표면에 미치는 상관성을 기보유한 나노가공기술을 통해 입자 하나의 단위에서 가공물리학적으로 분석함. 이는 이종공정을 단순히 조합하는 것이 아닌 표면 산화막에 대한 과학적 분석을 통하여 금속 표면의 산화막이 기계적으로 다량제거되지 않도록 가공특성을 고찰하고 과학적 근거에 기초한 하이브리드 표면 연마기술력 확보를 목표로 함. 또한 표면의 품질에 대한 지표로 평활도, 평탄도, 표면 결점, 내식성, 항균성, 광택을 분석하여 표면 완전성의 관점에서 표면 품질을 판단하는 점이 이전 연구들과는 비교할 수 있는 차별점임.
- 본 연구에서 하이브리드화의 목적은 전기화학 폴리싱에 의한 광택, 내부식성 등의 효과를 그대로 유지하면서, ECP 공정만으로는 달성시키기 어려운 표면의 파상도(Waviness), 거칠기(Roughness), 미세 피팅부식(Pitting)등을 개선시키기 위하여 자기입자연마를 도입하고 이들을 Hybrid화 시키고자 함.
- 이 하이브리드 공정에서 고려할 점은 스테인리스강의 전기화학 폴리싱에서 생성되는 크롬 산화막은 금속표면의 내부식성을 향상시키는 유익한 표면층이기 때문에 자기입자연마에 의하여 유익한 산화층이 과도하게 제거되면 ECP의 효과가 미약해져 단순한 기계적 자기입자 연마와 동일한 결과를 가져올 수 있으므로 산화층의 최표면만 의도적으로 제거할 필요가 있음.
- 본 연구는 기존의 실험중심 연구들과 다르게 기계적 가공과 전기화학적 가공이 표면에 미치는 상관성을 기보유한 나노가공기술을 통해 입자 하나의 단위에서 가공물리학적으로 분석함. 이는 이종공정을 단순히 조합하는 것이 아닌 표면 산화막에 대한 과학적 분석을 통하여 금속 표면의 산화막이 기계적으로 다량제거되지 않도록 가공특성을 고찰하고 과학적 근거에 기초한 하이브리드 표면 연마기술력 확보를 목표로 함. 또한 표면의 품질에 대한 지표로 평활도, 평탄도, 표면 결점, 내식성, 항균성, 광택을 분석하여 표면 완전성의 관점에서 표면 품질을 판단하는 점이 이전 연구들과는 비교할 수 있는 차별점임.
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본 연구에서 하이브리드화의 목적은 전기화학 폴리싱에 의한 광택, 내부식성 등의 효과를 그대로 유지하면서, ECP 공정만으로는 달성시키기 어려운 표면의 파상도(Waviness), 거칠기(Roughness), 미세 피팅부식(Pitting)등을 개선시키기 위하여 자기입자연마를 도입하고 이들을 Hybrid화 시키고자 함.
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[ 과제 ] 컬러 영상 복원을 위한 HSV 색 모델 기반 변분법적 모델링 및 최적화
디지털 컬러 영상들은 영상 획득 과정에서 잡음, 흐림, 픽셀 정보의 누락, 낮은 가시성 및 낮은 대비, 반사 등의 문제를 가지게 된다. 특히 잡음은 환경, 전송 채널 및 기타 요인의 영향으로 인해 영상 획득, 압축 및 전송 중에 빈번하게 발생한다. 따라서 본 연구에서는 잡음이 존재하는 여러 컬러 영상 복원 문제들을 해결하기 위해, RGB 색 공간이 아닌 다른 색 공간(예를 들어, HSV 색 공간)에서 정의된 정규화에 기반을 둔 변분법적 모델들을 개발하고 이를 해결하기 위한 최적화 알고리즘들을 개발하고자 한다. 구체적으로, ① 가산 잡음이 존재하는 영상의 디블러링 및 디노이징, ② 가산 잡음이 존재하는 영상의 인페인팅, ③ 곱 잡음 또는 곱 잡음과 가산 잡음이 동시에 존재하는 원격 탐사 영상의 복원, ④ 잡음이나 흐림이 존재하는 저조도 영상의 밝기 향상 및 복원, ⑤ 부분적으로 반사되는 표면을 통해 촬영된 단일 영상이나 비디오 영상에 잡음이 존재하는 경우에 반사 및 잡음 제거를 위한 정규화 및 변분법적 모델들을 개발하고자 한다.
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본 연구에서는 잡음이 존재하는 여러 컬러 영상 복원 문제들을 해결하기 위해, RGB 색 공간이 아닌 다른 색 공간(예를 들어, HSV 색 공간)에서 정의된 정규화에 기반을 둔 변분법적 모델들을 개발하고 이를 해결하기 위한 최적화 알고리즘들을 개발하고자 한다.
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[ 과제 ] 전압인가-광촉매 시스템을 이용한 목질 폐기물의 고부가 가치 물질 전환 연구: 리그닌 전환 거동 연구와 리그닌 전환 선택성 향상 연구
본 제안 연구의 최종목표는 새로운 전압인가-광촉매 기술을 활용하여 목질 폐기물인 리그닌으로부터 화학합성원료로 활용될 수 있는 고부가 가치 물질을 공급하는 것임. 새로운 전압인가-광촉매 시스템의 활용을 통해 리그닌의 고부가 가치 물질 전환의 선택성을 향상시키고자 함. 전환 대상 물질은 크게 페놀류, 벤조퀴논류, 다이카르복실류로 해당 물질들은 모두 각종 레진, 나일론, 에폭시, 고분자, 약재 등의 합성 주원료 물질임.
리그닌은 목질을 구성하는 주성분 중 하나로 아직까지는 그 활용이 이루어지지 않고 대부분 폐기되고 있으나 최근에 다양한 화학합성 원료의 공급원으로 주목받고 있음. 리그닌은 페놀류들이 서로 교차-결합된 고분자로 본 연구책임자 그룹을 포함한 몇몇 연구 그룹에서의 최근 연구결과를 통해 광촉매를 이용한 리그닌의 전환 가능성이 확인됨.
하지만 광촉매를 이용한 리그닌의 전환의 메커니즘은 아직 자세히 알려진 바가 없으며, 전환 선택성에 획기적인 향상이 필요한 상황임. 본 제안 연구에서는 광촉매에 전압을 인가해서 빛 흡수로 생성된 광촉매 내 정공의 위치 에너지를 조절하여 광촉매 활성을 조절하고자 하며, 이를 통해 리그닌 전환의 선택성을 조절 및 향상 시키고자 함. 이와 더불어 액상 조건에서의 라디칼 종 분석과 분자-광촉매 표면 분석을 통해 리그닌의 광분해 메커니즘을 자세히 규명하고자 함. 이를 통해 새로운 전압인가-광촉매 시스템에 대한 선제적인 기술을 확보하는 동시에 광촉매를 이용한 리그닌 전환 메커니즘 이해, 그리고 전환 선택성 향상 기술을 도출하고자 하며, 이는 인류의 화석원유 의존성을 극복할 수 있게 해주는 중요한 과학적 연구결과로 활용될 수 있을 것으로 기대됨.
리그닌은 목질을 구성하는 주성분 중 하나로 아직까지는 그 활용이 이루어지지 않고 대부분 폐기되고 있으나 최근에 다양한 화학합성 원료의 공급원으로 주목받고 있음. 리그닌은 페놀류들이 서로 교차-결합된 고분자로 본 연구책임자 그룹을 포함한 몇몇 연구 그룹에서의 최근 연구결과를 통해 광촉매를 이용한 리그닌의 전환 가능성이 확인됨.
하지만 광촉매를 이용한 리그닌의 전환의 메커니즘은 아직 자세히 알려진 바가 없으며, 전환 선택성에 획기적인 향상이 필요한 상황임. 본 제안 연구에서는 광촉매에 전압을 인가해서 빛 흡수로 생성된 광촉매 내 정공의 위치 에너지를 조절하여 광촉매 활성을 조절하고자 하며, 이를 통해 리그닌 전환의 선택성을 조절 및 향상 시키고자 함. 이와 더불어 액상 조건에서의 라디칼 종 분석과 분자-광촉매 표면 분석을 통해 리그닌의 광분해 메커니즘을 자세히 규명하고자 함. 이를 통해 새로운 전압인가-광촉매 시스템에 대한 선제적인 기술을 확보하는 동시에 광촉매를 이용한 리그닌 전환 메커니즘 이해, 그리고 전환 선택성 향상 기술을 도출하고자 하며, 이는 인류의 화석원유 의존성을 극복할 수 있게 해주는 중요한 과학적 연구결과로 활용될 수 있을 것으로 기대됨.
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본 제안 연구의 최종목표는 새로운 전압인가-광촉매 기술을 활용하여 목질 폐기물인 리그닌으로부터 화학합성원료로 활용될 수 있는 고부가 가치 물질을 공급하는 것임. 새로운 전압인가-광촉매 시스템의 활용을 통해 리그닌의 고부가 가치 물질 전환의 선택성을 향상시키고자 함. 전환 대상 물질은 크게 페놀류, 벤조퀴논류, 다이카르복실류로 해당 물질들은 모두 각종 레진, 나일론, 에폭시, 고분자, 약재 등의 합성 주원료 물질임.
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[ 과제 ] 삼중항-삼중항 소멸 광에너지 상향전환 기술을 위한 D-A-H 기반 고효율 삼중항 광감응제의 개발
본 연구는 삼중항-삼중항 소멸 광에너지 상향전환기술 (Triplet-Triplet Annihilation Upconversion, TTA-UC)의 구성성분인 Triplet photosentisitizer의 구조와 Triplet 특성간의 상관관계를 규명하고 우수한 특성의 Sensitizer를 개발하여 TTA-UC의 성능을 증진 시키는 연구이다. 기존 Porphyrin 계열 Triplet photosensitizer의 낮은 빛 흡수 능력, 중금속 독성에 의한 생체내 사용 부적합, 복잡한 구조로 인한 높은 합성 비용의 단점을 극복하기 위한 대안으로서 Donor-Acceptor (D-A), Donor-Acceptor-Heavy atom (D-A-H)의 photosensitizer를 개발하는 것이 이 연구의 주된 목표이다.
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본 연구는 삼중항-삼중항 소멸 광에너지 상향전환기술 (Triplet-Triplet Annihilation Upconversion, TTA-UC)의 구성성분인 Triplet photosentisitizer의 구조와 Triplet 특성간의 상관관계를 규명하고 우수한 특성의 Sensitizer를 개발하여 TTA-UC의 성능을 증진 시키는 연구이다.
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[ 과제 ] 메타표면 기술을 기반으로 한 테라헤르츠 분광 시스템-온-칩(SoC) 연구
전자기파 중 테라헤르츠파 대역은 마이크로파와 적외선의 중간에 위치하고 있으며, 파장 30 um~3 mm 사이에 해당된다. 테라헤르츠파는 생체조직의 비파괴진단, 원격제어, 보안검색은 물론 천체관측, 단일 생체분자 진동 관측과 같은 천문학, 생물학, 의학의 영역까지 무궁무진한 응용 가능성을 가지고 있다. 특히 최근에는 테라헤르츠파를 이용하여 COVID-19 바이러스를 검출할 수 있다는 사실이 알려져 다시 한번 큰 주목을 받고 있다 [1]. 이와같이 테라헤르츠파는 응용처가 많지만, 실제 테라헤르츠파를 발생시키고 검출하기 위해서는 에미터, 디텍터, 각종 미러와 렌즈 등을 포함하는 매우 복잡하고 큰 시스템이 필요하다 [2].
본 과제에서는 물리학을 바탕으로 한 기초 연구를 통해 새로운 방식의 테라헤르츠파 분광 시스템(THz spectroscopy system-on-chip)을 제안하고자 한다. 테라헤르츠파를 바이러스 검출이나 각종 의료, 바이오 영역에 널리 활용하기 위해서는 가볍고 간단한 분광 시스템이 필요한데 최근 가시광선 영역대에서 활발히 연구되고 있는 메타표면(메타 서피스, metasurface) 기술을 테라헤르츠파에 활용한다면 분광 시스템을 칩 수준까지 소형화할 수 있을 것으로 기대된다. 이를 통해 본 연구에서는 현재 수십에서 수백 cm 크기의 테라헤르츠 분광 시스템을 2~3 cm 수준으로 매우 컴팩트 (compact)하게 줄이는 것을 최종 목표로 한다.
본 과제에서는 물리학을 바탕으로 한 기초 연구를 통해 새로운 방식의 테라헤르츠파 분광 시스템(THz spectroscopy system-on-chip)을 제안하고자 한다. 테라헤르츠파를 바이러스 검출이나 각종 의료, 바이오 영역에 널리 활용하기 위해서는 가볍고 간단한 분광 시스템이 필요한데 최근 가시광선 영역대에서 활발히 연구되고 있는 메타표면(메타 서피스, metasurface) 기술을 테라헤르츠파에 활용한다면 분광 시스템을 칩 수준까지 소형화할 수 있을 것으로 기대된다. 이를 통해 본 연구에서는 현재 수십에서 수백 cm 크기의 테라헤르츠 분광 시스템을 2~3 cm 수준으로 매우 컴팩트 (compact)하게 줄이는 것을 최종 목표로 한다.
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본 과제에서는 물리학을 바탕으로 한 기초 연구를 통해 새로운 방식의 테라헤르츠파 분광 시스템(THz spectroscopy system-on-chip)을 제안하고자 한다.
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[ 과제 ] 항생제 내성 유전자 진단을 위한 신규 바이오마커 개발
슈퍼내성균의 내성 유전자 신규 검출 바이오마커 개발:
지금까지의 선행연구에서 개발된 항균제 내성 유전자(β-lactamase 유전자) 62종류 외에 본 과제를 통하여 새로이 발견된 ESBL과 carbapenemase 내성에 대한 신규 바이오마커를 개발하고 자 함. 새로 보고되거나 현재 개발되지 않은 항균제 내성균들의 내성 유전자 염기서열을 비교 분석하여 항균제 내성 유전자 검출을 위한 바이오마커 5종(CRH-1, AXC-1, EBR-1, YEM-1, BPS-2)을 개발하고자 함.
지금까지의 선행연구에서 개발된 항균제 내성 유전자(β-lactamase 유전자) 62종류 외에 본 과제를 통하여 새로이 발견된 ESBL과 carbapenemase 내성에 대한 신규 바이오마커를 개발하고 자 함. 새로 보고되거나 현재 개발되지 않은 항균제 내성균들의 내성 유전자 염기서열을 비교 분석하여 항균제 내성 유전자 검출을 위한 바이오마커 5종(CRH-1, AXC-1, EBR-1, YEM-1, BPS-2)을 개발하고자 함.
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본 과제를 통하여 새로이 발견된 ESBL과 carbapenemase 내성에 대한 신규 바이오마커를 개발하고 자 함.
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