안녕하세요. 포항공과대학교에 위치한 biomimetic & environmental materials 연구실을 소개합니다. 저희 연구실은 포항공과대학교(POSTECH) 황동수 교수님의 지도로, 현재 연구교수님 2명, 대학원생 및 연구원 15명으로 구성되어 있습니다(그림 1, 2).

             그림 1. 황동수 교수님                                                         그림 2. 연구실 구성원 단체사진
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저희 연구실은 환경친화적인 생체모사 재료를 생산하고 이를 응용하여 기능성 생체소재를 개발하고 있으며, 표면힘측정기(SFA), 원자간 힘 현미경(AFM), X-ray 회절분석법(XRD)과 같은 여러 첨단 기기를 이용하여 개발한 소재들의 물성을 파악하는 연구를 하고 있습니다.

1. 연구실 분위기
저희 연구실은 7년차 연구실로 현재 박사 과정 4명,석박 통합 과정 9명의 학생들이 있습니다. 학생들뿐만 아 니 라 화 장 품 및 의 약 외 품 과 관 련 된 회 사 인 ‘ANPOLY’를 창업하신 노상철 박사님과 회사 식구분들이 함께 생활하고 있습니다. 또한 저희 연구실은 학생들의 학부 전공이 환경공학과, 화학공학과, 생명공학과, 해양학과, 응용화학과 등 다양하고 대학원 과정도융합생명공학부와 환경공학부로 나누어져 있어서 연구분야가 굉장히 다양합니다. 저희 연구실의 가장 큰 장점은 자신의 아이디어를 자유롭게 시도 할 수 있다는것입니다. 또한 교수님을 포함한 구성원들의 관계가 수평적이어서 의사소통이 원활하고 여러 배경을 가진 구성원들이 있기 때문에 실험을 하는 과정에서 생기는 문제들을 다양한 각도로 사고하여 해결 할 수 있다는 장점이 있습니다.

2. 연구실 생활
저희 연구실을 소개하자면 ‘다양한 아이디어로 빛나는 연구실’이라고 할 수 있습니다. 다양한 학부 출신의 학생들이 모여, 자유롭게 자신의 아이디어를 제시하고 토의함으로써 여러 창의적인 연구를 진행하고 있습니다. 보통 출퇴근시간은 오전 10시-오후 10시로 정해져 있지만, 스케줄에 따라 조정 가능하며 여름에는 바다로, 겨울에는 스키장으로 엠티를 갑니다. 또한 주기적으로 전체 구성원들이 모여 랩미팅을 하고 있으며, 프로젝트에 따라 팀 미팅, 개별미팅을 진행합니다. 경우에 따라, 교수님께서 직접 실험을 가르쳐 주실 때도 있습니다. 랩미팅은 일주일에 한번 진행되며, 진행 방식은 매주 한 명의 학생이 자신의 연구주제를 소개하고, 자신이 한 문헌조사, 실험 방법, 실험결과 등에 대해서 다른 구성원들과 토론하는 방식으로 이루어집니다. 교수님께서는 학생들과 소통하시는 것을 좋아하셔서 학생들이 가지고 오는 질문들을 함께 상의하고 토론하는 방식으로 학생들을 지도하십니다.

3. 주요 연구 분야
저희 연구실은 해양 생체 재료를 모방하여 여러 바이오 메디컬 소재로서의 활용을 연구하고 있습니다. 첫째로, 인체와 매우 유사한 해양 환경에 존재하는 해양 생체 재료를 분리, 생산 및 특성을 규명하고, 바이오 메디컬 소재로의 응용을 위한 생체 모사 재료를 디자인 합니다.
두 번째로, 이러한 연구를 바탕으로 생체재료를 모사하여 환경 친화적인 재료를 합성하고 있습니다. 대표적으로는 나노셀룰로오스, 나노키틴 및 키토산 등이 있으며 그 외에도 이를 변형시킨 다양한 고분자들을 합성합니다. 또한 합성한 기능성 생체소재를 이용하여 지혈제, 약물전달체, 수중 접착제, 수처리 막 등 다양한 분야로 응용하기 위한 연구들을 하고 있습니다. 마지막으로 두 표면간의 상호작용을 측정하는 SFA, 원자 사이에 작용하는 힘을 측정하는 AFM, 시료에 포함된 결정성 물질의 구조에 관한 정보를 제공하는 XRD, 시료의 형태학적 특징과 원소를 분석 할 수 있는 SEM, 시료의 초미세구조를 확인할 수 있는 TEM등과 같은 분석 기기들을 이용하여 생체 모방 환경 친화적 재료의 특성과 성능을 이해하기 위한 연구를 진행하고 있습니다. 이처럼 생체 내 환경과 유사한 해양 환경의 생물들을 모사하여 기능성 생체소재를 개발하고, 이를 실생활에 접할 수 있게 상용화하는 것이 저희 연구실의 장기적인 연구 목표입니다(그림 3).

​그림 3. 주요 연구 분야

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4. 교수님 인터뷰
“긴 시간 동안 연구를 하다 보면 연구가 잘 되지 않는 경우도 있고, 잠시 중단이 되는 경우도 있습니다. 이런 힘든시간을 이겨내려면 자신이 하고 싶은 연구를 하는 것이 좋겠지요. 그리고 그 연구가 인류에 도움이 된다는 믿음을 가지고 책임감 있게 밀고 나가야 합니다. 자신의 연구를 사랑할 수 있도록 하는 연구실을 진학했으면 좋겠습니다.”

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5. 맺음말
해양 소재 및 이를 기반으로 한 생체 모사 재료는 훌륭한 생체 적합성과 다기능성을 가지고 있어 다양한 분야에서의 활용이 기대되고 있습니다. 해양 소재는 무궁무진한 다양성과 기능성을 가지고 있지만, 아직까지 이를 응용하여 기능성 생체 소재를 개발하고, 산업적으로 응용을 하는 연구는 많지 않습니다. 저희 연구실은 해양 소재를 모사한 재료들을 이용하여 산업화를 하기 위해 실험실 자체의 회사를 운영하고 있을 뿐만 아니라, 산업체 및 정부기관과 협력하여 다양한 과제를 수행하고 있습니다. 감사합니다.

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6. 대표 연구 논문
Kim S., Huang J., Lee Y., Dutta S., Yoo H.Y., Jung Y.M., Jho Y., Zeng H., Hwang D.S.,"Complexation and coacervation of like-charged polyelectrolytes inspired by mussels" Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) 2016, 113, 7, E847-E853
Yoo H. Y., Iordachescu M., Huang J., Hennebert E., Kim S., Rho S., Foo M., Flammang P., Zeng H.,Hwang D., Waite J. H., Hwang D.S. "Sugary interfaces mitigate contact damage where stiff meets soft"2016, Nature Commun . 7:11923
Kim S., Yoo H. Y., Huang J., Lee Y., Park S., Park Y., Jin S., Jung Y. M., Zeng H., Hwang D. s.,Jho Y., “Salt Triggers the Simple Coacervation of an Underwater Adhesive When Cations Meet Aromatic π Electrons in Seawater” ACS Nano 2017, 11 (7), 6764-6772
Huang K. Y., Yoo H. Y., Jho Y. S., Han S., Hwang D.S."Bicontinuous Fluid Structure with Low Cohesive Energy: Molecular Basis for Exceptionally Low Interfacial Tension of Complex Coacervate Fluids" ACS Nano 2016, 10, 5051-5062
Lim C., Huang J., Kim S., Lee H., Zeng H., Hwang D.S.,"Nanomechanics of Poly(catecholamine) Coatings in Aqueous Solutions" Angew. Chem. Int. Ed. 2016, 55, 3342-3346
Kang T., Banquy X., Heo J., Lim C., Lynd N.A., Lundberg P., Oh D.X., Lee H.K., Hong Y.K.,Hwang D.S.,Waite J.H., Israelachvili J.N., Hawker C.J. "Mussel-Inspired Anchoring of Polymer Loops that Provide Superior Surface Lubrication and Antifouling Properties" ACS Nano 2016, 10, 930-937