Research 1 자연의 설계에서 찾은
강철보다 강한 차세대 섬유

강철은 단단하지만 무겁습니다. 플라스틱은 가볍지만 쉽게 변형되곤 하죠. 만약 무게는 깃털처럼 가벼우면서도 강도는 강철보다 수배나 강력한 소재가 있다면 어떨까요? 최근 항공우주, 국방, 첨단 로보틱스 등 다양한 분야에서 가볍고 강한 섬유형 소재에 대한 수요가 급증하고 있는데요. 하지만 기존 합성 기술로는 소재 본연의 성능을 온전히 구현하기 어려울 뿐 아니라, 제조 과정에서 발생하는 환경적 부담이 컸습니다. 이러한 상황 속 한양대학교 유기나노공학과 한태희·위정재 교수, 단국대학교 융합소재 전공 엄원식 교수 공동연구팀이 DNA와 거미줄의 이중나선 구조 원리를 활용해 강철보다 2배 강하면서도 무게는 1/4에 불과한 초강력 연속 섬유를 개발하는 데 성공했습니다. 수계 환경에서 스스로 꼬인 구조를 형성하는 아라미드계 고분자(PBDT*)에 주목하여, 분자 수준의 질서를 거시적 실 형태까지 완벽하게 전달하는 ‘4단계 계층적 제조 공정’을 설계해 낸 것인데요.

PBDT: 수계 환경에서 DNA와 유사한 이중나선형 초분자 구조를 형성하는 방향족 특수 고분자.

• 이중나선 구조와 비틀림 압축 공정을 적용한 아라미드계 PBDT 섬유의 구조 및 제조 개념도

본 공정을 통해 제조된 실은 인장강도 1.2 GPa, 영률(강성) 103 GPa를 기록했습니다. 아울러 독성 용매 없이 ‘물’을 기반으로 하는 친환경 공정을 적용했으며, 특정 조건에서 구조를 풀어 다시 구성할 수 있다는 지속 가능성까지 갖추었죠. 연구팀은 이번 연구를 통해 확인한 구조 재구성 가능성을 바탕으로, 향후 재활용이 되는 고성능 순환형 섬유 소재로의 확장을 추진할 계획입니다. 미래 소재 산업의 새로운 이정표가 될 이번 성과에 많은 관심과 응원을 부탁드립니다.

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• 논문명 Hydro-Torsional Compaction for Scalable Production of Aramid Nanofiber Threads with Densely Assembled Double-Helical Nanostructures
• 등재 저널 Advanced Materials(2026.3.24.)
• 연구 저자
  • 엄원식 (교신저자/단국대학교)
  • 위정재 (교신저자/한양대학교)
  • 한태희 (교신저자/한양대학교)
  • 정우재 (제1저자/한양대학교)
• 연구 요약
  강철보다 강하고 재활용 가능한 차세대 섬유 소재 개발

  • DNA와 거미줄의 이중나선 구조를 모사하여 강철보다 강력하면서도 가벼운 차세대 섬유를 개발했다.
  • 독성 용매가 없는 물 기반 공정으로 제조하여, 친환경적이고 재활용 가능한 제조 방향성을 확인했다.

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Research 2 원하는 것만 빠르고 정밀하게!
DNA를 매개로 활용한 분자 스위치

우리가 흔히 접하는 초음파는 인체에 무해하면서도 몸속 깊은 곳까지 전달되는 에너지원입니다. 이 초음파를 활용한 기계화학 반응은 외부의 물리적 자극을 화학반응으로 변환해 특정 분자 결합을 선택적으로 제어할 수 있다는 특징을 지녔는데요. 자극 반응형 소재 개발은 물론 바이오 및 의료 응용 분야 연구까지 확장될 가능성이 높아 큰 기대를 모으고 있죠. 다만 기존 방식으로는 초음파로 발생한 힘이 구조 전체로 분산되면서 반응 효율이 낮고, 비특이적 결합 절단이 발생하는 한계가 있었습니다. 이 난제를 해결하기 위해 국립부경대학교 곽민석 교수 연구팀이 독일 아헨공과대학교(RWTH Aachen) 안드레아스 헤르만(Andreas Herrmann) 교수 연구팀과의 공동연구를 통해 원하는 분자만 빠르고 정밀하게 활성화하는 새로운 기계화학 플랫폼을 개발해 냈습니다. 길이 제어가 가능하고 구조적 강성을 갖는 DNA를 초음파 자극 시 힘을 전달하는 매개로 활용해 기존 고분자 기반 시스템 대비 힘 전달 경로를 분자 수준에서 명확히 한 것이 핵심이죠.

• DNA 기반 고효율 힘 전달 플랫폼 개념도

연구팀은 PCR* 기반 합성으로 100~1,000bp** 범위의 DNA 길이를 제어하고, 이에 따른 힘 전달 효율과 결합 절단 거동의 상관관계를 분석했는데요. 그 결과 약 250bp 이상의 DNA 구조에서 15분 이내에 메카노포어*** 영역의 선택적 절단이 완전한 수준으로 달성됨을 확인했으며, 저강도 초음파 조건에서도 안정적으로 작동함을 입증했습니다. 이번 연구성과는 기존 시스템의 효율 및 비특이적 문제를 극복했다는 데 의의가 있는데요. 향후 초음파 유도 약물 방출, 바이오센서 등 바이오·의료 응용 분야로의 폭넓은 확장이 기대됩니다.

PCR(Polymerase Chain Reaction): DNA를 시험관 내에서 선택적으로 증폭·합성하는 분자생물학적 기법으로, 원하는 DNA 서열과 길이를 정밀하게 제작할 수 있음 bp: 핵산의 길이를 재는 기본 단위로 짝을 이룬 염기 1쌍을 의미 메카노포어(mechanophore, MP): 초음파 등 기계적 힘을 받으면 특정 화학 결합이 선택적으로 반응하거나 절단되도록 설계된 분자 단위

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• 논문명 DNA-mediated force transmission for precise and efficient mechanochemical activation
• 등재 저널 Chem(2026.3.3.)
• 연구 저자
  • 곽민석 교수(교신저자/국립부경대학교)
  • 안드레아스 헤어만(교신저자/RWTH 아헨공과대학교)
  • 김규린 박사(제1저자/국립부경대학교, (현)광주과학기술연구원)
• 연구 요약
  DNA 기반 초음파 분자 스위치 플랫폼 개발

  • DNA를 초음파 힘 전달 매개체로 활용하여 특정 분자 결합을 선택적으로 제어할 수 있는 기술을 개발했다.
  • 분석 결과, 250bp 이상의 구조에서 15분 이내에 최대 99.9%의 선택적 절단 효율을 달성했다.

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Research 3 식물 잎을 빚는
체관의 비밀

식물은 따스한 햇볕을 쬐며 광합성을 하고, 이렇게 만들어진 영양분을 체관을 통해 온몸으로 보냅니다. 이 당연해 보이는 원리 뒤에는 오랫동안 풀리지 않는 미스터리가 존재했는데요. 그동안 과학계는 영양분을 만드는 ‘잎’과 이를 나르는 ‘체관’의 발달이 밀접하게 연관되어 있을 것으로 추측해 왔을 뿐, 두 조직이 어떤 분자적 기작으로 통합 조절되는지는 베일에 싸여 있었죠. 최근 포항공과대학교 황일두 교수 연구팀이 식물의 체관에서 시작된 미세한 특정 신호가 잎 모양을 정교하게 빚어내는 핵심 원리를 찾아냈습니다. 체관에서 유래한 ‘JUL1’ 단백질의 이동성에 주목, 이 단백질이 마이크로RNA* 생성을 제어해 잎의 발달을 유도한다는 사실을 밝혀낸 것인데요. 실험 결과에 따르면, JUL1 단백질은 마이크로RNA의 원료가 되는 전사체**에 직접 결합해 이들이 성숙하는 과정을 억제하고, 단백질이 정상적으로 작동하지 않을 경우 체관이 비정상적으로 발달하는 현상이 확인되었습니다.

마이크로RNA(microRNA): 유전자 발현을 조절하는 아주 작은 RNA. 특정 유전자가 과도하게 작동하지 못하도록 단백질 생산을 억제하는 ‘스위치’ 역할을 한다. 전사체: DNA 형태로 유전자에 기록된 정보를 RNA 형태로 옮겨 적은 복사본

• 주요 연구 내용
  • JUL1의 새로운 표적
    : miR165/166 발견
  • JUL1의 이동성과
    ‘비 세포 자기적’ 작용
  • miRNA 생성 과정
    억제 기작 규명

연구팀은 이번 연구를 통해 줄기 속 체관 유래 단백질이 잎 모양을 결정하는 ‘구조적 축’ 역할을 한다는 사실을 최초로 규명했습니다. 특히 RNA의 구조 조절을 통해 마이크로RNA 생성을 저해한다는 새로운 조절 방식을 제시했으며, 식물학의 오랜 난제였던 ‘조직 간 통합 발달’을 규명했다는 점에서 큰 의의가 있는데요. 향후 작물의 외형과 수송 능력을 동시에 최적화함으로써, 변화하는 환경에서도 높은 생산성을 유지하는 맞춤형 작물 개발에 기여하는 중요한 열쇠가 되어줄 것으로 보입니다.

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• 논문명 JULGI coordinates vascular development and leaf patterning through non-cell-autonomous regulation of miR165/166
• 등재 저널 Nature Communications(2026.1.10.)
• 연구 저자
  • 황일두 교수(교신저자/포항공과대학교)
  • 박소영 대학원생(공동 제1저자/포항공과대학교)
  • 조현섭 박사(공동 제1저자/포항공과대학교)
• 연구 요약
  체관 유래 단백질에 의한 잎-관다발 발달 통합 조절 기전 규명

  • 줄기 속 체관 유래 단백질이 잎의 모양을 결정하는 ‘구조적 축’ 역할을 한다는 사실을 최초로 입증했다.
  • 작물의 외형과 수송 능력을 최적화해 변화하는 환경에 강한 맞춤형 작물을 개발에 활용될 수 있을 것으로 전망된다.

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