고려대 연구팀, 생체 내 나노코딩 제어 시스템 세계 최초 개발

고려대학교는 신소재공학부 강희민·김영근 교수 연구팀이 임플란트 소재 표면에서 줄기세포의 부착과 분화를 조절할 수 있는 생체 내 나노코딩 제어 시스템을 세계 최초로 개발했다고 27일 밝혔다.

신소재공학부 김영근 교수와 강희민 교수는 "나노바코드를 이용한 리간드 주기성과 배열순서의 정밀한 코딩 제어 시스템 개발로 임플란트 소재의 생체내 줄기세포의 제어 가능성을 검증했다"면서 "이로써 향후 환자 맞춤형 재생·면역치료 분야에 적용할 수 있을 것으로 기대한다"고 말했다.

이번 연구 논문은 세계적인 국제학술지 `Advanced Materials (Impact Factor: 27.398)`(21일자)에 게재됐다.

 

Remote control of  Time-Regulated Stretching of Ligand Presenting Nanocoils In Situ Regulates the Cyclic Adhesion and Differentiation of Stem Cells
Advanced Materials 2008353 (2021) [doi: 10.1002/adma.202008353]

Native extracellular matrix (ECM) can exhibit cyclic nanoscale stretching and shrinking of ligands to regulate complex cell–material interactions. Designing materials that allow cyclic control of changes in intrinsic ligand-presenting nanostructures in situ can emulate ECM dynamicity to regu-late cellular adhesion. Unprecedented remote control of rapid, cyclic, and mechanical stretching (“ON”) and shrinking (“OFF”) of cell-adhesive RGD ligand-presenting magnetic nanocoils on a material surface in five repeated cycles are reported, thereby independently increasing and decreasing ligand pitch in nanocoils, respectively, without modulating ligand-presenting surface area per nanocoil. It is demonstrated that cyclic switching “ON” (ligand nanostretching) facilitates time-regulated integrin ligation, focal adhesion, spreading, YAP/TAZ mechanosensing, and dierentiation of viable stem cells, both in vitro and in vivo. Fluorescence resonance energy transfer (FRET) imaging reveals magnetic switching “ON” (stretching) and “OFF” (shrinking) of the nanocoils inside animals. Versatile tuning of physical dimensions and elements of nanocoils by regulating electrodeposition conditions is also demonstrated. The study sheds novel insight into designing materials with connected ligand nanostructures that exhibit nanocoil-specific nano-spaced declustering, which is ineective in nanowires, to facilitate cell adhesion. This unprecedented, independent, remote, and cytocompatible control of ligand nanopitch is promising for regulating the mechanosensing-mediated dieren-tiation of stem cells in vivo.

조성진, "고려대 연구팀, 생체 내 나노코딩 제어 시스템 세계 최초 개발", 매일경제 MBN, 2020년 08월 27일, https://www.mk.co.kr/news/it/view/2020/08/883751/

속도·에너지 극대화 `자기메모리` 상용화 성큼

▲ 왼쪽부터 김영근 교수, 김용진 박사(공동제1저자), 이민혁 석박사통합과정(공동제1저자)

국내 연구진이 차세대 메모리로 불리는 자기메모리의 상용화를 한 단계 앞당긴 연구 성과를 내놨다.

김영근 고려대 신소재공학부 교수와 같은 학과 이민혁 연구원 공동 연구진은 차세대 자기메모리의 전류를 저감할 수 있는 소재 기술을 개발했다고 15일 밝혔다.

자성메모리는 자석 성질을 갖고 있는 물질과 그렇지 않은 물질이 차곡차곡 쌓인 형태로 이뤄져 있다. 자성층의 자성 방향, 즉 N극과 S극이 바뀌면서 정보가 저장되는데 이처럼 N극과 S극을 바꾸는 기술을 `스핀궤도토크`라고 한다. 그런데 스핀궤도토크를 위해서는 기존 메모리 대비 5배 이상 많은 전류를 흘려줘야만 했다. 그만큼 비용이 증가해 상용화의 걸림돌로 작용했다. 김 교수 연구진은 자성메모리를 구성하고 있는 층 사이에 텅스텐 기반의 소재를 넣음으로써 전류를 낮추는 데 성공했다.

 

Large reduction in switching current driven by spin-orbit torque in W/CoFeB heterostructures with W–N interfacial layers
Acta Materialia 200, 551–558 (2020) [doi: 10.1016/j.actamat.2020.09.032]


Injecting an electrical current into a nonmagnetic layer toward the in-plane direction can reverse the magnetization direction of an adjacent ferromagnetic layer in a nonmagnet/ferromagnet heterostructure via spin-orbit torque (SOT). One of the most critical issues for memory and logic device applications is to reduce the critical current to assure low energy consumption. Herein, we report both enhanced SOT effi- ciency and reduced SOT-induced switching current in perpendicularly magnetized W/CoFeB heterostruc- tures, where ultrathin tungsten nitride (W–N) layers with various N-compositions and thicknesses are placed in between W and CoFeB layers. The composition of the W–N layers affects the microstructure and, therefore, the electrical properties. The measured SOT efficiency is 0.54, and the switching current reduces to approximately one-fifth of its original value in the 0.2-nm-thick W–N layer sample containing 42 at% N. Our results suggest interface engineering is a practical approach to reduce switching current. 

 

이새봄, "[과학] 속도·에너지 극대화 `자기메모리` 상용화 성큼", 매일경제, 2020년 12월 16일, https://www.mk.co.kr/news/it/view/2020/12/1288460/

The 6th International Conference on Electronic Materials and Nanotechnology for Green Environment

Research professor Y. S. Jeon and graduate students M. J. Ko, Thomas M. S. Koo, G. W. Kim, T. H. Kim, J. H. Moon, S. W. Byun, M. H. Lee in our lab attended the 'The 6th International Conference on Electronic Materials and Nanotechnology for Green Environment' held in Jeju, Korea on Nov. 1~4, 2020.

연구교수 전유상과 대학원생 고민준, 김규원, 구명석, 김태현, 문준환, 변상원, 이민혁이 11월 1~4일 제주도에서 개최된 'The 6th International Conference on Electronic Materials and Nanotechnology for Green Environment'에 참석하였다.

발표내용

  • 전유상: Barcode Nanowire Based Simultaneously Cell and Interferon-Gamma Sensing Platform at the Single Cell Level
  • 고민준: Multi-Component Mesocrystalline Assemblies for the Efficient Wastewater Purification System
  • 김규원: Enhancing Spin-Orbit Torque Efficiency by Utilizing Ta or V Alloy in the W/CoFeB Interface
  • 김태현(Best Poster): Effect of MgO Spacer Layer between Pt and CoFeSiB on Interfacial Dzyaloshinskii-Moriya  
    Interaction
  • 구명석: Terbium Ions Coordinated Iron Oxide Nanoparticles Detecting Bacterial Spores via Emitting Fluorescent Signals
  • 문준환: Electrical Properties of Co and CoW Nanowires for Interconnect Applications
  • 변상원: Application of Radially Grown ZnO Nanowires on Poly(Lactic Acid) Microfibers for Cancer Immunotherapy
  • 이민혁: Reduction of Spin-Orbit Torque Switching Current by Inducing Nitrogen-Based Interfacial Engineering

2020 추계 대한금속재료학회

Graduate students S. H. Kim and D. B. Lee in our lab attended the '2020 Fall virtual conference of the Korean Institute of Metals and Materials' held on Oct. 28~30, 2020.

2020년 10월 28~30일 온라인으로 개최된 2020년도 추계 대한금속 재료학회에 참석하였다.
이번 추계 대한금속 재료학회에 대학원생 김승현과 이대범이 참석하였다.

발표내용

  • 김승현: Composition-driven structure transformation and magnetic properties of electrodeposited Co-W nanowires
  • 이대범: Bio-mineralization 형성 과정을 모사한 Poly(lactic acid)(PLA) 섬유 ZnO 나노선 복합체의 합성 메커니즘

 

NANO Korea 2020

Graduate student J. H. Moon in our lab attended the 'NANO Korea 2020' held in KINTEX, Korea on July 1~3, 2020.

2020년 7월 1~3일 KINTEX에서 개최된 나노코리아 2020에 참석하였으며, 대학원생 문준환이 참석하였다.

발표내용

문준환 (Poster): Single Co and Co-W Nanowire for Studying Electrical Properties and Microstructural Evolution to Alternate Interconnect Materials



KMS 2020 summer conference

Graduate students T. H. Kim and M. H. Lee in our lab attended the 'KMS 2020 summer conference' held in Gangneung, Korea on July 19~21, 2020.

2020년 7월 19~21일 강릉에서 개최된 2020년도 하계학술대회에 참석하였다.

이번 동계정기학술대회에는 대학원생 김태현 이민혁이 참석하였다

발표내용

김태현 (Poster): Effect of MgO spacer layer between Pt and CoFeSiB on interfacial Dzyaloshinskii-Moriya interaction

이민혁 (Poster): Interfacial Engineering Induced Spin-Orbit Torque Switching Current Reduction in W/W-N/CoFeB structures

The 58th winter annual conference of the Korean vacuum society

Research professor Y. S. Jeon and graduate students M. J. Ko, Thomas M. S. Koo, J. H. Moon, M. H. Lee in our lab attended the 'The 58th winter annual conference of the Korean vacuum society' held in Gangwon, Korea on Feb. 9~ 12, 2020.

2020년 2월 9~12일 강원도에서 개최된 제 58회 한국진공학회 동계정기학술대회에 참석하였다.

이번 동계정기학술대회에는 연구교수 전유상과 대학원생 고민준, 구명석, 문준환, 이민혁이 참석하였다.

발표내용

  • 전유상 (Oral): Crystallization process of helical nanostructures via template assisted electrodeposition method
  • 고민준 (Poster): Strategy to control magnetic coercivity by elucidating crystallization pathway-dependent microstructural evolution of magnetite mesocrystals
  • 문준환 (Poster): 전기도금법을 이용한 반도체 배선소재용 저저항 소재 연구
  • 이민혁 (Poster): 중금속/Nb/CoFeB/MgO 구조에서 스핀전류의 확산적 거동 분석
  • 구명석 (Poster): Fe3O4-Tb nanoparticles detectable bacterial spores