11월 과학기술인상, 서울대 고승환 교수 선정

-장기모사칩에 적용 가능한 투명 실리콘 미세패터닝 기술 개발

과학기술정보통신부(장관 이종호, 이하 ‘과기정통부’)와 한국연구재단(이사장 이광복, 이하 ‘연구재단’)은 이달의 과학기술인상 11월 수상자로 서울대학교 기계공학부 고승환 교수를 선정했다고 지난달 2일 밝혔다. ‘이달의 과학기술인상’은 우수한 연구개발 성과로 과학기술 발전에 공헌한 연구개발자를 매월 1명씩 선정하여 과기정통부 장관상과 상금 1천만 원을 수여하는 상이다.
  과기정통부와 연구재단은 고승환 교수가 기존의 장기모사칩1) 제작 공정의 한계를 극복하고, 시간과 비용을 크게 절감할 수 있는 투명 실리콘 미세패터닝2) 기술을 개발한 공로를 높이 평가했다고 밝혔다.
  장기모사칩은 인체 내 생리현상을 재현하여 동물실험을 대체하는 신약개발의 중요한 기술로 등장했다. 기존의 장기모사칩 제작방식은 준비된 틀에 실리콘 기반의 투명 탄성체(폴리디메틸실록산, PDMS3))를 부어 굳게하는 ‘몰딩방식’으로, 시간과 비용이 많이 소요되어 이를 대체할 ‘레이저 직접 가공법’ 연구가 주목받았다.
  고승환 교수 연구팀은 틀이 필요 없고 즉석에서 가공형상을 바꿀 수 있는 ‘레이저 직접 가공법’을 개선하여, 높은 표면가공과 정밀도를 갖는 3차원 미세패터닝 제작 기술을 세계 최초로 개발했다. 연구팀은 불투명한 폴리디메틸실록산이 투명한 폴리디메틸실록산보다 효과적으로 레이저를 흡수해 열분해 반응이 유도될 수 있다는 점에 주목하고, 이 열분해 연쇄반응 현상을 이용해 3차원 프린터처럼 원하는 모양을 쉽고 간단하게 만들 수 있는 폴리디메틸실록산 가공법을 개발했다. 새로운 폴리디메틸실록산 가공법을 통해 기존의 제작 방식으로 만들기 어려웠던 다양한 장기모사칩을 생산하는 등 다양한 바이오 기기에 적용 가능성을 제시했다. 해당 연구성과는 2021년 1월 국제학술지 ‘네이처 머티리얼스(Nature Materials)’에 게재됐다.
  고승환 교수는 “이번 과학기술인상 수상으로 연구결과를 인정받아 연구자로서 자부심을 느끼며 앞으로 더욱 열심히 연구에 매진하겠다”고 수상소감을 밝혔다.

[주요 연구성과]

<장기모사칩에 적용 가능한 투명 실리콘 미세 패터닝 기술 개발>

<그림 1> 실리콘기반 투명 탄성체의 3차원 미세 패터닝 기술 개발
실리콘 기반의 투명 탄성체는 생적합성 소재로 다양한 생물학적 실험 및 임상 실험에 사용되는 미세소자 개발에 활용되고 있다. 그러나 기존의 광식각 제작 공정은 시간과 비용이 높고 3차원 구조를 구현하기 어렵기 때문에 이러한 단점을 극복한 차세대 3차원 미세 패터닝 기술 개발이 주목을 받고 있다. 이에 연구진은 레이저광을 활용하여 실리콘기반 투명 탄성체를 선택적으로 열분해함으로써 높은 표면가공과 정밀도를 갖는 차세대 3차원 미세패터닝 제작기술을 세계 최초로 개발하여 실제 바이오 기기에 적용 가능함을 보였다. 

<그림 2> 실리콘기반 투명 탄성체의 3차원 미세구조체의 생체모사장기칩에 최초로 적용
신약 개발에 그동안 동물실험이 주로 행해져왔지만 동물실험이 점점 더 어려워지는 상황이다. 이에 동물실험을 대신할 수 있는 대체시험법으로 인체 내 복잡한 생리현상을 재현하고, 실험결과를 정확히 예측·해석할 수 있는 생체모사장기칩 개발이 신약개발에 매우 중요한 기술로 등장했다. 연구팀은 레이저 가공을 직접 적용하기 어려웠던 광 투과성 투명한 소재를 미세 패터닝 할 수 있는 방법으로 선택적 레이저열분해를 세계 최초로 개발하여 투과성 소재를 사용하고 미세 패터닝이 필요한 미세유체 채널, 미세유체 칩, 세포
배양 칩, 장기유사체(오가노이드) 등에 폭넓게 적용 가능함을 세계 최초로 제시했다. 

고승환 교수
- 연세대학교 기계공학과 학사
- 서울대학교 기계공학과 석사
- 미국 유시(UC) 버클리(Berkeley) 기계공학과 박사
- 유시(UC) 버클리, 로렌스버클리국립연구소(LBNL) 박사후 연구원
- 한국과학기술원 기계공학부 조/부교수
- 현재 서울대학교 기계항공공학부 교수
□ 전문 분야
- 유연, 신축성 및 입는 전자소자 개발
- 소프트 로봇
- 가상현실 (VR/AR) 햅틱소자 개발
- 자연모사공학
- 친환경 소자 및 공정 개발

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