아주대학교

주요 연구성과

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서형탁 교수팀, 태양광 이용 친환경 수소 생산 기반 기술 개발
2019.12.30 - 조회수 75
우리 학교 서형탁 교수 연구팀이 태양광을 이용한 친환경 수소 생산에 활용될 수 있는 기반 기술을 개발했다. 수소는 대표적 청정 연료로 차세대 에너지원으로 주목받고 있으며, 최근 전기나 태양광을 이용해 수소를 생산하는 기술 연구가 활발히 진행되고 있다. 서형탁(신소재공학과·대학원 에너지시스템학과, 사진) 교수팀은 물 분해 수소 생산 효율과 내구성이 크게 향상된 실리콘 기반의 태양광전기화학 광음극을 개발하는데 성공했다고 밝혔다. 관련된 내용은 화공 촉매 분야의 저명 국제 학술지인 <어플라이드 카탈리시스 B: 인바이런멘탈(Applied Catalysis B: Environmental), 논문인용지수(IF)=14.229, JCR 저널랭킹 상위 0.962%> 12월24일자 온라인 최신호에 소개됐다. 우리 학교 샨카라 칼라누르(Shankara S. Kalanur) 교수와 박사과정의 유일한 연구원이 함께 참여했다.수소는 수소 연료 전지에 적용되어, 연료 사용 후 물이 배출되는 대표적 청정 연료원이다. 이에 수소는 수소전기차 뿐 아니라 발전과 에너지 저장 등 산업 전반으로 활용 영역이 확장되고 있다. 수소의 생산은 화석연료의 구조를 변화시키는(개질) 방식으로 주로 이루어지고 있으나, 수소 생산 중량의 9배가 넘는 이산화탄소도 함께 배출되는 점이 한계로 지적되어 왔다. 이에 최근 전기나 태양광을 이용하는 광·전기 화학적 물 분해 기술 연구가 활발히 진행되고 있다. 서형탁 교수팀이 개발한 기술은 실리콘 기반의 태양광 전기화학 광음극으로, 반도체 소자나 태양전지에 널리 쓰이는 실리콘 및 산화물 적층 구조를 활용했다. 실리콘은 이미 태양전지에 널리 활용되는 소재이지만, 물 분해와 같은 전해질 수용액 환경에서는 효율이 떨어지고 쉽게 부식되어 사용이 어려웠다.서 교수는 “최근 전기나 태양광을 활용하는 광·전기 화학적 물 분해 기술 연구가 활발히 진행되고 있지만, 기존 화석 연료 개질 방식에 비해 생산 효율이 매우 낮다는 문제가 남아 있었다”며 “하지만 이번 연구에서 저가이며 범용 소재인 실리콘과 몰리브덴 산화물 박막 적층 구조를 광음극으로 적용해 표면에서 수소를 직접 생산해내는데 성공했다”고 말했다.이 기술의 핵심은 태양광이 반도체 광전극에 입사할 때 생성된 전하를 이용해 물을 분해하는 것이다. 기존 연구에서는 광전기 물 분해 전극 중 주로 양극에서 빛을 흡수하는 광양극에 대한 연구가 진행되어 왔으나 서 교수팀은 광음극에 주목했다.연구팀은 물 분해 같은 전해질 수용액 환경에서 쉽게 부식되고 효율이 떨어지는 실리콘의 단점을 극복하기 위해, 표면 전위를 제어해 태양광에 의해 형성된 광전하를 정확한 방향으로 분리하는데 성공했다. 또 산화물을 화학적으로 안정된 실리콘 보호막으로도 활용, 전해질 용액에 의한 부식을 획기적으로 개선했다. 서형탁 교수는 “실리콘 표면에 증착된 몰리브덴 산화물 박막의 정밀 조성 최적화 핵심 원천기술을 확보했다”며 “이에 실리콘 단일 소재 광음극 대비 광전류 효율은 6배, 12시간 연속 수소 생산 전극 내구성은 8배 개선할 수 있었다”고 전했다.연구팀은 앞으로 태양광 에너지만을 이용한 자가 전력 물분해 수소 생산의 실용화 기술 개발을 위해 연구를 이어갈 계획이다. 이번 연구는 한국연구재단의 이공학 기초 연구 지원사업(기본연구 및 중견연구자 지원사업)의 지원을 받아 진행됐다.

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김종현 교수 공동연구팀, 실내 스마트팜용 태양전지 핵심기술 개발
2019.12.16 - 조회수 95
우리 학교 김종현 교수가 포함된 한국-호주 공동 연구팀이 실내조명의 낮은 광량 만으로도 전력생산이 가능한 태양전지 기술개발에 성공했다. 김종현 아주대 교수(응용화학생명공학과·대학원 분자과학기술학과, 사진) 연구팀은 페로브스카이트(Perovskite) 광흡수 소재를 이용하여 실내조명 환경에서 활용 가능한 태양전지 개발에 성공했다고 밝혔다. 전자부품연구원의 박노창 박사팀, 호주 뉴사우스웨일즈대학(University of New South Wales, UNSW)의 윤재성 박사팀이 함께 참여했다.이번 연구 성과를 담은 논문은 나노소재 및 에너지 분야의 저명 학술지인 <나노 에너지(Nano Energy), Impact Factor:15.548/JCR 상위 3.7%> 11월23일자 온라인판에 게재되었다. 이번 연구 논문의 교신저자는 김종현 아주대 교수가 맡았다. 우리 학교 대학원 안명현 학생과 전자부품연구원의 김진철 박사는 공동1저자로 참여했다. 논문 제목은 <실내 저조도 조명환경에서 고출력 페로브스카이트 태양전지 제작을 위한 소자설계 전략과 구동원리(Device Design Rules and Operation Principles of High-Power Perovskite Solar Cells for Indoor Applications)> 이다.그동안의 태양전지는 빛의 양이 많은 태양광조사 환경 하에서 출력이 우수한 태양전지를 중심으로 연구개발 되어 왔다. 하지만 최근 실내 환경에서 사용되는 사물인터넷(IoT, Internet of Things) 센서의 수요가 급격히 증가함에 따라 이들을 독립전원으로 구동시키는데 필요한 고출력 실내 저조도 태양전지의 개발이 요구되어왔다.연구팀의 이번 성과는 높은 광량을 가지는 실외 태양광 환경에서의 우수한 태양전지 성능이 저조도 환경에서의 고출력을 보장해주지 않는다는 것을 처음으로 밝혀내고, 실내 저조도에서 태양전지의 출력을 극대화할 수 있는 원리를 제시했다는 측면에서 그 의미가 크다. 김종현 교수팀은 이번 연구를 진행하며 실내조명 광흡수 성능이 우수한 페로브스카이트 소재에 주목했다. 연구팀은 태양전지의 광흡수층과 계면층에 존재하는 미세한 전하 결함밀도 차이가 저조도 환경에서의 출력감소에 큰 영향을 미친다는 것을 밝혀냈고, 저결함밀도형 전하수송층을 도입함으로써 저조도(400 Lux)에서 100.97uW/cm2의 우수한 출력밀도를 얻을 수 있었다.김종현 교수는 “이번 연구를 통해 다양한 종류의 실내조명에 최적화된 고출력 태양전지를 개발할 수 있게 되었다”며 “관련 기술을 국내 및 호주 스마트팜에 적용하여 농작물 생육환경 센서, 가축 헬스케어 센서 및 환경 모니터링 센서로 실증하는 연구개발을 진행하고 있다”고 말했다. 김종현 교수 연구팀은 이 기술을 이용하여 센서 전문 기업인 ㈜대연씨앤아이와 함께 저조도 태양광모듈 기반 자율독립형 IoT 센서를 개발하고 있다.이번 연구는 한국산업기술진흥원의 국제공동기술개발사업과 한국연구재단의 한-오세아니아 협력기반조성사업 및 이공분야 대학중점연구소지원사업의 지원을 받아 수행되었다.

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윤현철 · 김재호 교수 연구팀, 스마트폰 기반 '무세척 면역센싱 랩온어칩' 기술개발
2019.11.20 - 조회수 269
우리 학교 연구팀이 심근경색 등의 질병을 스마트폰으로 간단히 진단할 수 있는 '광학 바이오센서'를 개발했다. 이에 따라 심근경색 의심 환자가 병원을 방문해 1시간 가량 소요되던 검사 소요시간을 15분까지 대폭 낮출 수 있게 됐다.윤현철 · 김재호 교수 연구팀(분자과학기술학과)은 '재귀반사형 광학 바이오센서' 개발 연구결과가 바이오센서 분야의 주요 학술지인 ‘랩온어칩(Lab on a chip)’의 표지논문으로 선정 게재됐다고 20일 밝혔다. 공동연구자로 김가람, 전형진 연구원이 센싱 시스템의 효용성을 증명하기 위해 ‘스마트폰 활용 면역진단용 랩온어칩 구현 연구’에 참여했다.   논문 제목은 <Wash-free non-spectroscopic optical immunoassay by controlling retroreflective microparticle movement in a microfluidic chip>이다. 이번 연구는 삼성전자미래기술육성센터의 ICT 창의과제 및 과학기술정보통신부 미래소재디스커버리 사업의 지원으로 진행됐다. 기존의 형광 기반의 광학 바이오센서는 특정 파장대의 광원이 필수적이고, 이를 관측하려면 광학 필터와 추가적인 광학 시스템이 필요해 기기의 구성이 복잡하고 가격이 높다는 단점이 있다.  이에 연구팀은 스마트폰에서 추가의 장치 없이 운용할 수 있는 광학 바이오센서를 구현하고자, 도로 표지판과 안전조끼 등에서 흔히 활용되는 ‘재귀반사(반사된 빛을 그 소스로 되돌려 보내는 현상)'에 주목했다.   연구팀은 “바이오센서의 신호검출원리로 재귀반사현상을 이용함으로써 특정 파장대의 광원이 아닌 일반적인 백색광에서도 민감한 신호를 얻을 수 있고 배경신호가 최소화됐다"며 "관측을 위한 복잡한 광학 시스템이 없이도 스마트폰에 내장된 플래시와 카메라만을 이용해 결과 검출이 가능하다"고 설명했다. 스마트폰에 결합된 바이오센서는 응급상황에서의 검사가 필요한 심근경색 등의 질병에 대응하는데 요긴하게 쓰일 것으로 기대된다. 연구팀은 심근경색 마커에 대한 면역진단용의 바이오센서의 시제품을 개발해, 상용화를 목표로 현재 창업프로세스를 진행 중이다.

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권오필 교수, 불소 이용한 새로운 광변환 소재 개발
2019.11.05 - 조회수 270
우리 학교 권오필 교수(응용화학생명공학과·대학원 분자과학기술학과)연구팀이 불소를 이용한 새로운 광변환 소재를 개발했다. 권오필 교수는 지난 4일 새 광변환 소재 개발 연구 성과가 광학분야 저명학술지인 <어드밴스드 옵티컬 매터리얼즈(Advanced Optical Materials)> 11월 표지 논문으로 선정됐다고 5일 밝혔다.  논문 제목은 <새로운 퀴놀리니윰 단결정을 이용한 고효율 광대역 캡-프리 테라헤르츠 광원(Efficient Gap-Free Broadband Terahertz Generators Based on New Organic Quinolinium Single Crystals)>이다. 이번 연구에서 연구팀은 불소 치환체를 음이온에 도입해 형성된 직교형태의 구조가 빛의 특성을 조절하는 광학소재를 개발했다. 앞서 연구팀은 형태특이성이 없는 불소 치환체를 양이온에 도입하는 연구를 통해 광변환 특성을 조절하는 연구를 동일 학술지인 <어드밴스드 옵티컬 매터리얼즈(Advanced Optical Materials)>에 발표한 바 있다. 해당 논문은 지난 2월 표지논문으로 선정되는 등 학계의 주목을 받아왔다. 권오필 교수는 "이번 연구는 기존 단순히 불소 치환체를 도입하는 연구에서 형태특이성이 있는 불소 치환체를 음이온에 도입해 빛의 특성을 바꾸는 진일보한 연구"라며 "이는 다양한 광변환 소재의 새로운 설계기술이 될 것"이라고 말했다.

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박대찬 교수, 공동연구로 '장 내 염증 억제 원리' 발견
2019.10.17 - 조회수 324
우리 학교 박대찬 교수가 참여한 연구에서 염증성 장 질환의 새로운 치료제 개발 가능성을 높이게 됐다. 장내 항상성 유지 과정을 밝혀낸 연구를 통해 효과적인 염증성 장 질환 치료제를 개발할 수 있게 된 것이다. 한국연구재단은 17일 우리 학교 박대찬 교수와 서울대 백성희 교수, 연세대 황성순 교수 연구팀이 핵수용체에 의해 장 내 염증을 제어하는 원리를 찾아냈다고 밝혔다. 궤양성 대장염과 크론병 같은 염증성 장 질환은 호전과 재발을 반복하는 특성을 보이는 질환이다. 심한 경우 장이 막히거나 장내 일부 구멍(천공)이 생길 수 있다.연구팀은 특정 핵수용체('알오알 알파') 결핍 상태에서 장 내 염증이 더 심해지는 사실을 동물(생쥐) 실험에서 확인했다고 설명했다. 덱스트란 화합물을 사용해 장 내 염증 반응을 지속해서 유도했더니 '알오알 알파' 유전자 결핍 실험군 생존율이 정상군보다 감소했다. 알오알 알파 유전자가 염증반응 촉진 유전자(NFkB)를 억제하고 있었다고 연구팀은 밝혔다. 연구팀은 "다양한 분자 세포 생물학적 실험으로 미세한 부분까지 확인한 데 의의가 있다"며 "이미 시판 중인 알오알 알파 기능 조절제도 염증반응을 일부 저해할 수 있다는 사실도 규명했다"고 말했다. 한편, 연구는 과학기술정보통신부·한국연구재단의 리더 연구자 지원 사업과 기초연구사업으로 수행했다.

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오윤미 교수 "언어 발화 속도 상관없이 전달된 정보량 비슷"
2019.09.05 - 조회수 512
우리 학교 교수가 속한 국제 공동연구진이 언어의 발화 속도가 빠르거나 느리거나 상관없이 유사한 정보량이 전달되는 사실을 발견했다. 이에 따라 말하는 속도가 빠르다고 언어의 효율성이 높은 것이 아니라, 언어와 화자간의 긴밀한 상호작용을 통해 언어의 정보 전달 속도가 최적화된다는 사실이 입증된 것이다. 오윤미 교수(불어불문학과)가 공동 제1저자로 참여한 연구 내용은 <사이언스 어드밴시스(Science Advances)> 9월 4일자(현지시각)로 온라인 게재됐다. 논문의 제목은 <상이한 언어, 유사한 효율성: 인간 의사소통의 적소를 통한 유사한 정보 전달 속도 (Different languages, similar efficiency: comparable information rates across the human communicative niche)>이다. 국제 공동연구팀은 크리스토프 꾸뻬 홍콩대 교수(언어학과), 오윤미 아주대 교수(불어불문학과), 댄 데디유(프랑스 국립과학연구센터 DDL연구소), 프랑소와 펠레그리노 연구부장(프랑스 국립과학연구센터 DDL연구소)으로 구성됐다. 연구팀은 17개 언어마다 10명의 화자들이 자연스럽게 읽은 15개의 텍스트를 녹음해 ▲17개 언어의 초 당 평균 발화 속도 ▲음절 당 평균 정보 밀도 ▲초 당 평균 정보전달 속도 등을 비교했다. 연구에서 사용된 15개의 텍스트는 동일한 의미 정보를 담고 일상 생활과 관련된 내용이 포함되도록 구성했다.  연구에 따르면, 세계 언어 가운데 스페인어나 일본어와 같이 발화 속도가 빠르거나, 중국어와 태국어와 같이 발화 속도가 느린 언어가 존재하고(특히, 성조가 있는 경우), 언어마다 음운 체계와 문법적 특성에 따라 음절 당 포함되는 정보량이 동일하지 않았다.     정보전달 속도(초 당 평균 전달되는 정보의 양)는 정보 밀도와 발화 속도를 통해 산출됐는데, 연구팀은 발화 속도와 정보전달 속도 사이의 균형(trade-off)이 존재한다는 것을 찾아냈다.     음절 당 포함되는 정보량이 적은 ‘정보 밀도가 가벼운’ 언어의 경우, 음절 당 포함하는 정보량이 많은 ‘정보 밀도가 무거운’ 언어보다 발화 속도가 더 빨랐다. 이번 연구에서 분석한 17개 언어의 경우, 정보 밀도와 발화 속도 간의 균형에 의해 초 당 평균 39비트(bits)의 유사한 속도로 정보를 전달했다. 연구진은 언어 간의 유사한 정보 전달 속도가 인간이 의사소통과 생물학적, 문화적 적소(niche)를 구축하며 형성되는 것이라고 설명했다. 또 이러한 적소는 인간의 효율적인 정보 전달을 위해 구축되고, 그 과정에서 정보의 생성과 전달, 처리에 필요한 인간의 인지적, 생리적 능력에 따른 제약을 받게 된다고 분석했다. 오윤미 교수는 "언어 외적인 요소들의 제약 때문에 각 언어와 화자들 간의 긴밀하고 활발한 상호작용이 일어나고 이를 통해 발화 속도와 정보 밀도 간의 균형이 이뤄진다"며 "이런 현상은 언어 진화의 역동성을 보여준다"고 설명했다. 이어 오윤미 교수는 "만약 한 언어의 구조에 변화가 생겨 정보 밀도가 바뀌게 된다면 그 언어를 사용하는 화자들은 최적의 정보 전달 속도를 유지하기 위해 발화 속도를 조절하게 될 것"이라고 말했다.

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아주대 연구팀, 천연가스 활용 '효소모방 촉매 시스템' 개발
2019.09.05 - 조회수 701
우리 학교 연구진이 셰일가스 등 천연가스의 주성분인 메탄을 상온에서 산화시킬 수 있는 '효소모방 촉매 시스템'을 개발했다. 이에 따라 풍부한 에너지 자원인 천연가스를 화학자원으로 활용할 수 있는 가능성을 높이게 됐다.박은덕 교수(에너지시스템학과)는 5일 매우 온화한 조건에서도 메탄을 빠른 속도로 산화시킬 수 있는 철 화합물과 금속 촉매 시스템을 개발했다고 밝혔다.해당 연구는 촉매분야의 저명 학술지인 <ChemCatChem>에 9월호 표지 논문으로 선정됐다. 논문의 제목은 <수소 존재하에서 철염과 Pd/C촉매 상에서 산소를 이용한 메탄의 수용액상 선택적 산화 (Aqueous‐Phase Selective Oxidation of Methane with Oxygen over Iron Salts and Pd/C in the Presence of Hydrogen)>이다. 해당 논문의 제1저자로는 강종규 학생(에너지 시스템학과, 박사과정)이 참여했다.  아주대 연구팀이 주목한 천연가스는 화학제품의 원료로 사용하게 되면 기존 석유화학제품보다 가격 경쟁력을 가질 수 있고 선진국이 핵심기술을 보유중인 있는 석유화학공정 과 견줄 수 있는 독자적인 천연가스기반 화학공정을 개발할 수 있다.현재 천연가스의 주성분인 메탄은 석유와 달리 전 세계에 널리 분포하고 있고, 미국과 중국 등에 매장된 셰일가스를 포함하면 석탄보다 오래 사용할 수 있는 자원이지만 아직 주로 연료로만 사용되고 있다. 또 메탄은 자연계에 존재하는 탄소와 탄소간의 단일결합을 갖는 탄화수소 화합물 중에서 가장 강한 탄소와 수소결합을 갖고 있어 이를 활성화해 화학제품을 제조하는 것이 어려웠다. 하지만 우리 학교 연구팀은 이번 연구에서 상온에서 메탄의 탄소와 수소결합을 활성화해 메탄올과 포름산을 제조할 수 있는 촉매 시스템을 개발했다. 이는 과산화수소와 같은 고가의 산화제를 사용하는 기존 연구와 달리 공기중에 있는 산소를 직접 활용해 연속적으로 메탄을 전환할 수 있는 기술을 새로이 선보인 것이다.  특히, 연구팀은 자연계에 존재하는 메탄 산화 효소를 모방해 철이온을 활성금속으로 사용하고 공기중의 산소를 산화제로 사용한 촉매 시스템을 제안했다. 이는 NAD(P)H를 환원제로 사용하는 효소시스템과 달리 산업적으로 제조가 용이한 수소를 환원제로 사용해 연속적으로 메탄을 산화시킬 수 있는 촉매 시스템이다.  또 연구팀은 제시된 촉매 시스템을 통해 메탄의 강한 탄소와 수소결합을 끊어 메탄올과 포름산 등 다양한 메탄 산화체를 세계 최고 속도로 제조하고, 상온뿐 아니라 0℃인 얼음물에서도 빠른 속도로 메탄을 화학제품으로 전환시킬 수 있음을 입증했다. 박은덕 교수는 “해당 연구는 자연계에 존재하는 메탄 산화 효소를 모방하여 산업적으로 적용이 가능한 메탄 산화시스템을 제시함으로써 관련 연구의 활성화에 기여할 수 있다"고 말했다. 이어 박 교수는 "천연가스 중에 가장 안정한 메탄을 활성화시킬 수 있는 기술이 개발됨으로써 기존에 연료로만 주로 사용되던 다른 가스자원을 화학제품으로 활용하는데 기여할 수 있다"며 "매우 안정한 메탄을 공기중의 산소를 이용하여 산화시킬 수 있기 때문에 앞으로 수질오염이나 토양오염을 유발하는 난분해성 물질을 경제적으로 처리하는 신환경기술분야에도 적용할 수 있다"고 설명했다.

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아주대 연구팀, 유전체 손상 복구하는 'CTCF' 단백질 규명
2019.08.26 - 조회수 751
우리 학교 연구진이 생체 내 유전체의 손상을 정확하게 복구하는 조절 시스템을 발견했다. 이에 따라 헬스케어 분야의 새로운 지식을 확보함과 동시에 난치성 암 치료 및 노화 방지 가능성을 높이게 됐다.   이종수 교수(생명과학과)는 21일 유전체 손상 중 가장 위험한 DNA 이중가닥이 끊어졌을 때, 이를 정확하게 복구할 수 있는 ‘CTCF’ 단백질 작용을 규명했다고 밝혔다. 해당 연구는 유전체·유전학·분자생물학 분야 저명 학술지인 <뉴크레익 액시드 리서치 (Nucleic Acids Research)>에 7월 24일자로 온라인 게재됐다. 논문의 제목은 <CTCF는 CtIP과 함께 끊어진 DNA 이중가닥의 정확한 복구를 촉진한다(CTCF cooperates with CtIP to drive homologous recombination repair of double-strand breaks)>이다. 해당 논문의 제1저자로는 우리 학교 생명과학과 황순영 박사과정 학생과 강미애 연구교수가 참여했다.  유전체가 다양한 환경이나 생체 내부 요인으로 손상되면, 신체는 이를 복구하는 시스템을 작동시킨다. 손상된 유전체를 복구하는 일은 암과 노화, 각종 발병 억제 측면에서 중요하기 때문에 지난 2015년 노벨화학상은 손상된 DNA의 복구 과정을 규명한 3명의 과학자에게 수여됐고, 현재 관련 연구가 전 세계적으로 활발히 진행 중이다. 앞서, CTCF는 유전 현상 중 하나인 ‘유전체 각인’에서 중요한 역할을 수행하고, 3차원적 유전체 구조를 형성하는 단백질로 알려져 있었다. 하지만 아주대 연구팀은 이번 연구를 통해 CTCF가 유전체의 정확한 복구 과정을 선택하고 결정하는 단계에서 역할을 한다는 것을 입증한 것이다. CTCF의 기능이 비정상적인 경우에는 유전체의 안정성이 극심하게 훼손돼 생존에 위협을 끼쳤다.    우리 학교 연구팀은 유전체가 손상되면 CTCF가 손상 부위로 이동해 ‘실수 없이(error-free) 정확하게 복구’하거나 ‘변이를 유발하며(error-prone) 복구’하는 두 복구 경로의 선택 갈림길 단계에서 ‘실수 없이 정확하게 복구’하는 경로로 진입하도록 조절한다고 설명했다. 이 때 CTCF는 손상 DNA가 상동 유전자를 복제해 정확하게 복구하는데 필요한 다양한 상동 복구 인자들의 소집을 촉진하고, 이로써 정확한 유전체 복구가 원활히 이뤄졌다.   이종수 교수는 “해당 연구는 유전체 손상과 직접 연관된 유전질환, 암, 노화질환, 발생질환 등 다양한 질병의 원인을 이해하는 중요한 성과”라며, “향후 이들의 치료제를 개발하는데 기반이 되고, 현재 마땅한 치료법이 없이 치사율이 높은 삼중음성유방암 치료와 항노화 전략 개발에 응용할 수 있다"고 말했다.

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