□ 연구개요 • 지구 방사선대 형성과 진화에 관한 최근까지 학계를 주도하는 패러다임에 따르면 whistler mode chorus 파동이 electron 가속을 유발하고 그 결과 다량의 MeV electron을 생성하여 지구 방사선 벨트 형성을 주도하는 것으로 알려져 왔음. • 본 연구에서는 이러한 기존의 패러다임과 달리 방사선 벨트 형성에 대한 새로운 해석을 제안하고 검증하려는 것이 주요 목적 □ 연구 목표대비 연구결과 • 주요 목표: 자기권 꼬리 지역에서 magnetic reconnection이 발생하면 bubble type의 bursty plasma jet을 방출하고 이는 지구 쪽으로 향하는 bubble transport에 의해 수 keV ~ 수 MeV electron 입자들을 방사선 벨트 지역에 직접 공급하여 (즉, 일종의“bubble injection”형태를 통해) 방사선 벨트 전자 플럭스가 직접적으로 증가할 수 있음을 제안하고 이에 대한 종합적 검증을 수행 • 연구 결과: ▷ 지구 방사선대를 관통하는 쌍둥이 위성인 RBSP 관측을 이용하여 bubble injection에 의한 방사선 벨트 직접 형성에 대한 사건들 발견에 성공 ▷ 이러한 방사선 벨트 형성은 매우 빠르고 계단식의 전자 플럭스 증가 형태로 진행됨을 설명함. ▷ 특히, substorm 발생이 시리즈로 연달아 발생할 때 방사선 벨트의 계단식 증폭이 명확한 경우들을 발견하여 증거로 제시함. ▷ 그간 잘 알려진 여러 플라즈마 파동의 효과를 test particle 및 quasi-linear diffusion 시뮬레이션을 통해 정량적으로 평가하고 기여도를 제시함. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) • 연구의 최종 결과는 향후 후속 연구 주제를 구성하고 석박사과정 대학원생 등 후학들의 관련 연구 주제로 이어가는데 활용 할 예정 • 지구 방사선 벨트뿐만 아니라 목성, 토성 방사선 벨트 연구에도 비슷한 관점에서 중대한 영향을 미칠 수 있을 것으로 예상되어 행성 자기권 과학 분야의 후속 연구 주제로 활용 기대 (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 이대영
• 주관연구기관 : 충북대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 방사선 벨트;서브스톰;파동-입자 상호작용;지구 자기권;위성 현장 관측; 2. Radiation belt;Substorm;Wave-particle interaction;Earth’s magnetosphere;Satellite in-situ observations;

□ 연구개요 ● 단일 프레임에서 탄성산란, 비탄성산란, 분리반응 등을 포함하는 직접반응, 그리고 핵융합 반응 등을 동시에 계산할 수 있는 결합채널 방법을 완성하고자 한다. ● 결합채널 및 광학모델 방법을 이용하여 양성자 과잉 핵종의 분리반응 효과를 살펴보고자 한다. ● 쿨롱 쌍극자 및 사극자 들뜸퍼텐셜에 포함된 강도분포 (strength distribution)내의 광자수 (photon number) 계산을 위해, 새로운 계산 프로그램을 개발하고자한다. □ 연구 목표대비 연구결과 ● 양성자 과잉 핵종인 17F+208Pb, 10C+208Pb, 17Ne+208Pb 시스템들의 분리반응 특성에 대해 광학모델 및 결합채널 접근법을 적용하여 살펴봄. ● 쿨롱 쌍극자 및 사극자 들뜸퍼텐셜 내의 강도분포와 관련된 광자수 계산 프로그램 개발함. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) ● 본 연구의 결과들은 중이온가속기를 활용에도 중요하고 그 결과들은 다양한 핵반응 실험, 핵의 구조 연구, 핵천체 물리 실험 등에 기여할 수 있을 것으로 기대된다. ● 저에너지 핵물리에서의 핵반응 양상을 살펴봄으로써, 양성자 과잉핵 및 중성자 과잉핵들의 특징을 살펴볼 수 있다. ● RAON을 통해 양성자 과잉 핵종에 대한 직접적인 공명반응 실험결과를 얻을 수 있다면 안정선에 먼 proton drip line 근처의 양성자 과잉 핵종 생성과정도 이해 할 수 있을 것으로 기대된다. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 소운영
• 주관연구기관 : 강원대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 중핵반응;중성자 과잉 핵종;양성자 과잉 핵종;결합채널 방법;광학모델 방법; 2. Heavy nuclei reaction;Neutron rich nuclei;Proton rich nuclei;Coupled channel method;Optical model method;

□ 연구목적 한국핵융합에너지연구원(KFE)과 독일연방물리기술원(PTB)의 한독 협력 네트워크 구축을 통한 방사선 치료와 기후 변화 대응에 필요한 분자-전자 반응 데이터 생산과 응용 기술 개발에 관한 국제 공동 연구 기반 확립 □ 연구내용 ○ KFE-PTB R&D 연구 협력 기반 구축 ­ 생체 기본 분자 2-propanol에 대한 2차미분산란단면적(doubly differential cross section: DDCS) 측정 실험 및 결과 해석(한국 연구자 PTB 방문 연구수행) ­ R-matrix 이론 계산 방법을 통한 저에너지 전자 영역에 대한 H₂O, CHON(CH₃)₂ 분자에 대한 미분산란단면적(DCS) 계산(독일 연구자 KFE 방문 연구수행) ○ 한독 협력 네트워크 구축을 위한 워크숍 ­ 국제 공동 연구 주제 발굴을 위한 한독 다기관 주제발표 및 협력 논의 ­ 기관 간 연구자 교류를 위한 정기 워크숍 개최 협의 □ 연구결과 ○ KFE-PTB R&D 연구 협력 기반 구축을 위한 연구자 교류 활동 ­ PTB DCS 측정장치를 이용한 2-propanol 분자의 2차 미분산란단면적(doubly differential cross section: DDCS) 데이터 측정 및 Modified independent atomic model(MIAM)/independent atomic model with screening corrected additivity rule(IAM-SCAR) 방법을 이용한 2-propanol 분자의 DCS 계산 수행 ­ R-matrix 이론 및 계산 방법 학습, 물분자(H₂O)와 CHON(CH₃)₂ 분자에 대한 R-matrix 계산 DCS 데이터 생산 및 비교 평가 ○ 한독 협력 네트워크 구축을 위한 다기관 워크숍 ­ 한독 R&D 네트워크 프로그램 워크숍을 통해 KFE-PTB 협력 네트워크 구축을 중심으로 KFE-MPIK, PTB-KRISS 협력 네트워크도 추가로 구축하는 등 다기관 협력 네트워크 구축 성과 달성 ­ DNA 손상, 방사선 방호, 이온/전자 발생 장치 개발, 전자 반응 데이터 생산 및 평가 등의 국제협력 연구를 위한 정기적인 교류 추진 □ 연구결과의 활용계획 ○ KFE-PTB R&D 연구 협력 기반 구축 확립 ­ 한국 KFE와 독일 PTB 간의 ‘방사선 치료와 기후 변화 대응’에 필요한 전자 반응 데이터 연구의 협력 기반 구축을 통해 두 기관의 양적, 질적 성장을 이루고, 해당 연구 분야에서 요구되는 양질의 데이터를 상호 보완적으로 생산, 평가하고 자체 데이터 플랫폼을 통해 보급할 계획 ­ 본 협력을 통한 분자-전자 반응 데이터 생산과 체계화는 방사선 치료 계획 수립 시 사용되는 Monte-Carlo simulator의 정확성을 높일 수 있어 항암 치료 시정밀한 방사선량과 정확한 치료 범위 결정에 따라 선별적 암 살상 효과가 높아지고 부작용을 줄일 수 있어 최적의 치료 효과를 볼 것으로 기대 ­ 최근 환경변화 및 영향에 관한 국민적 관심이 높아지고 있는데, 한독 협력을 통한 분자-전자 반응 데이터는 기후 변화, 오존층 파괴와 같은 대기환경 영향의 원인 규명, 영향 평가 및 오존 파괴 모델링 수립의 기초 데이터로 활용할 계획임 ○ 한독 협력 네트워크 구축을 위한 다기관 워크숍 개최 ­ 한독 R&D 협력 네트워크에 대한 필요성과 공감에 따라 KFE-PTB 중심의 다기관 R&D 협력 네트워크로 확장하여 지속적인 정기 교류와 연구 활성화에 활용하고자 함 (출처 : 연구결과 요약문 3p)

• 연구책임자 : 박연수
• 주관연구기관 : 한국핵융합에너지연구원
• 발행년도 : 20240200
• Keyword : 1. 전자충돌;미분산란단면적;총산란단면적;방사선 치료;기후 변화;국제협력;MC 시뮬레이션;데이터베이스; 2. Electron collision;Differential cross section;Total cross section;Radiation therapy;Climate physics;International cooperation;MC-simulation;Database;

□ 연구개요 근접장 복사열전달을 이용한 쇼트키 접합 기반 열광전변환 현상의 메커니즘을 분석하고, 나노스케일에서 실험을 통해 근접장 열광전변환 현상을 실증하고 열광전지 시스템의 성능 향상을 규명함. 또한, 근접장 열광전변환 현상 분석 및 실증 경험을 기반으로 태양광을 열원으로 하는 근접장 태양 열광전지 시스템의 성능 분석 모델을 확립하고 실증함. □ 연구 목표대비 연구결과 쇼트키 접합 기반 근접장 열광전지의 층별 생산 광전류를 반영해 전력 생산량을 구하는 해석 모델을 개발했고, 다층 구조의 최적화를 통해 쇼트키 접합 기반 근접장 열광전지를 설계함. 또한, 쇼트키 접합 기반 광냉각기의 층별 전류 손실을 반영하여 복사 냉각 파워 및 COP를 계산하는 해석 모델을 개발하였고, 광학 필터 및 금속 재배열을 통해 근접장 광냉각기의 성능을 향상시킴. 근접장 복사열전달을 증폭하기 위해 표면 플라즈몬 공명 특성을 조절할 수 있는 금속 박막을 설계하고, 근접장 복사열전달 측정용 MEMS 디바이스를 제작, 집적된 열유속 센서를 이용하여 나노 거리에 따른 근접장 복사열전달률을 측정하고 시뮬레이션 결과와 비교함. 쇼트키 접합 기반 근접장 열광전지 및 광냉각기에 적합한 반도체 및 금속 물질을 선정하고, 쇼트키 접합 광전지셀을 직접 제작한 뒤 성능을 체계적으로 분석함. 근접장 열광전변환 구현을 위해 히터와 거리센서가 탑재된 방사체 MEMS 디바이스를 제작하고, 나노 포지셔너를 포함한 실험장치를 구성해 쇼트키 접합 광전지셀과 평행도 및 나노 거리를 유지함. 방사체를 가열하고 광전지셀을 상온으로 유지하며 나노 거리에 따른 근접장 복사열전달 크기 및 전력 생산량 증폭을 측정하여 근접장 열광전지를 구현함. 태양에너지를 열원으로 하는 근접장 태양 열광전지 시스템의 효율을 계산할 수 있는 모델을 확보하고, 태양 집광비와 흡수체 면적비 등 주요 변수에 따른 전력 생산량 및 시스템 효율을 파악함. 집광된 태양에너지를 구현하고, 방사체와 태양 흡수체를 포함하는 중간구조를 제작하여 가열함. 중간구조를 단열해 집광된 태양에너지로 고온 가열하고, 광전지셀과의 나노 거리를 변화시키며 전력 생산량 증폭을 측정하여 근접장 태양 열광전지를 구현함. 계획했던 1차년, 2차년, 3차년, 4차년 연구 목표 및 변경된 5차년 연구 목표를 100% 달성함. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 쇼트키 접합 기반 근접장 열광전지와 근접장 태양 열광전지가 최초로 구현되어 고효율, 고밀도 재생에너지 발전의 원천 기술이 마련됨. MEMS 기술에 기반해 나노 거리 구현 면적 및 발전 면적의 한계를 극복하여 실용성을 향상시키는 후속 연구를 진행하여 기술을 발전시킬 계획임. 또한, 근접장 복사열전달 기반 시스템의 다양한 성능 계산 모델과 구현을 위한 실험적 기법을 개발, 검증하였으므로 이를 신개념 근접장 복사열전달 기반 에너지 디바이스 제안 및 표면파를 이용한 열광전변환 성능 향상 등의 도전적인 실험 연구에 활용할 것임. 근접장 태양 열광전지는 쇼클리-퀘이서 한계를 뛰어넘는 고효율 및 고밀도 발전이 가능하여 태양에너지로부터 더 작은 발전 면적에서 더 많은 전력을 생산할 수 있음. 즉, 재생에너지 발전에 열악한 환경에서도 재생에너지 발전 비율을 늘릴 수 있는 전략적 중요 기술임. 또한, 태양에너지를 열 에너지의 형태로 변환한 다음 활용하므로 열 저장소와 결합하면 태양에너지 수급의 불안정성을 기존 EES보다 낮은 비용으로 극복할 수 있음. (출처 : 요약문 2p)

• 연구책임자 : 이봉재
• 주관연구기관 : 한국과학기술원
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 근접장 복사열전달;표면 플라즈몬;쇼트키 다이오드;열광전변환; 2. Near-field thermal radiation;Surface plasmon;Schottky diode;Thermophotovoltaics;

□ 연구개요 우주에서 일어나는 가장 흥미로운 현상중 하나는 초신성 폭발이다. 별이 가지고 있는 원자핵들은 핵연 소(nuclear burning)를 통해 가장 안정된 원소인 철(56Fe)로 진화하게 된다. 그 이후 더 이상 열에너지 공급이 이루어지지 못함으로 인해 중심으로 으로 원자핵들이 모여들어 충돌을 하게 되고, 그 결과 초신성 폭발로 이어진다. 이러한 현상을 물리학적으로 이해하기 위하여 세계의 많은 천체물리 그룹에서 컴퓨터 시뮬레이션을 진행하고 있다. 본 과제에서는 초신성 폭발 혹은 중성자별-중성자별 충돌 시 컴퓨터 시뮬레이션에 이용되는 고온 고밀 도 핵상태방정식을 새롭게 구성한다. □ 연구 목표대비 연구결과 초기의 연구목표는 통계학적 방법으로 상태방정식 완성하여 천체물리시뮬레이션 커뮤니티에 제공하는 것에 있었다. 그러나, 공동 협력기관의 천체 시뮬레이션 결과를 확인하며 수정 보완하는 기간이 길어짐에 따라, 현재도 공동연구를 수행 중에 있다. 그에 비해, 공동연구에 많은 인력이 필요하지 않은 연구, 특히 차가운 중성자별의 상태방정식에 대한 연구는 논문으로 출판되는 결과를 얻었다. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 현재 국내 초신성 폭발 시뮬레이션 그룹이 없는 상태에서 핵상태방정식을 구성하는 것은 신진연구자들에게 새로운 기회를 제공해줄 수 있다. 즉, 본과제를 함께 수행할 대학원생들에게 새로운 분야에 대한 연구를 함께 수행함으로써, 천체 시뮬레이션 전문가로서 성장할 기회를 얻을 수 있다는 것이다. 이러한 기회가 축적되고 전문가의 수가 늘어나게 되면 국내에서도 천체 폭발 시뮬레이션 그룹이 만들어질 수 있는 계기가 될 수 있으리라 생각한다. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 임연환
• 주관연구기관 : 연세대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 중성자별;상태방정식;초신성폭발;핵물질;대칭에너지; 2. Neutron Stars;Equation of States;Supernova Explosion;Nuclear Matter;Symmetry Energy;

□ 연구개요 수계 전해질 기반의 금속공기전지는 기존 상용화된 리튬이온전지와 달리 안정적이고 높은 에너지밀도를 갖고 있어 주목을 받고 있음. 특히 아연공기전지는 아연 금속의 높은 안정성 및 가격 경쟁력을 바탕으로 많은 기업이 아연공기전지기반의 전기자동차 개발에 박차를 가하고 있음. 하지만 아연공기전지의 주요 문제점인 충⸱방전 시 일어나는 산소 환원 및 발생 반응의 느린 속도로 인하여 상용화에 많은 어려움을 겪고 있음. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 두 가지 반응을 활성화할 수 있는 전기화학촉매는 필수요소임. 본 연구를 통하여 차세대 전기화학촉매 개발과 더불어 수계 전해질 기반의 금속공기전지 개발 및 시스템 최적화를 진행하였음. 더 나아가 방사광 X-선 기반 분석 기술을 이용하여 차세대 전기화학촉매의 반응 메커니즘을 규명하였음. 특히 금속 산화물 기반의 전기화학촉매는 전이금속과 산소 등으로 이루어진 결정구조로 X-선 회절 분석법을 통해 구조 분석이 가능함. 또한 차세대 전기화학촉매의 이해도를 높이기 위해서는 결정구조뿐만 아니라 물리 화학적 구조분석이 동시에 이루어져야함. 특히 방사광 X-선 기반 분석 기술 중 물질의 전자구조와 원자들의 거리에 따른 정보 등을 파악할 수 있는 X-선 흡수 분광법을 통하여 연구를 진행하였음. □ 연구 목표대비 연구결과 본 연구를 통하여 최종 목표였던 피로클로르 산화물 (pyrochlore, A₂B₂O₇) 기반의 차세대 금속공기전지용 전기화학촉매를 개발하였음. 특히 비스무트 (Bi) 및 이트륨(Y) 등의 다양한 A-site 금속들과 4d 오비탈 기반의 루테늄 (Ru) 및 5d 오비탈 기반의 이리듐 (Ir) 등의 B-site 전이금속들을 이용하여 우수한 산소 환원 및 발생 반응 (ORR/OER)을 나타내는 차세대 전기화학촉매를 개발하였음. 더 나아가 선정된 피로클로르 산화물 기반의 전기화학촉매 후보 물질에 대하여 방사광 X-선 기반 분석기술을 이용하여 구조적 이해도 향상을 통한 디자인 전략을 수립하였음. 이를 위하여 경 X-선 기반의 흡수 분광법을 이용하여 금속 산화물 기반의 차세대 전기화학촉매 내에 존재하는 다양한 금속 및 전이금속의 전자 및 국부 구조를 분석하였음. 특히 피로클로르 산화물내의 A-A, A-B, B-B, A-O 및 B-O 등의 다양한 결합에 대한 길이와 각각의 원자에 대한 배위수 분석을 통하여 국부 구조 파악이 가능하였음. 또한 in situ X-선 흡수 분광 분석용 삼전극 전지 개발을 통하여 산소 환원 및 발생 반응 시 발생하는 전기화학촉매의 물리 화학적 변화를 분석함으로써 반응 및 열화 메커니즘을 규명하였음. 더 나아가 본 연구를 통해 개발한 피로클로르 산화물 기반의 공기 양극을 이용하여 아연공기전지의 충⸱방전 성능을 향상시켰으며 친환경적인 차세대 전지 기술로 제시하였음. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 본 연구를 통하여 개발된 전기화학촉매는 금속공기전지 뿐만 아니라 동일한 산소 환원 및 발생 반응을 활용하는 수소연료전지의 성능 향상에도 기여할 것으로 기대함. 더 나아가 차세대 전지 및 에너지 소재 연구와 방사광 X-선 기반 분석 기술의 융합을 통해 시너지 효과를 기대함. 특히 금속공기전지는 친환경적인 차세대에너지원으로써 리튬이온전지, 태양전지 및 수소연료전지와 함께 전기자동차와 다양한 전자기기 등에 활용되어 녹색 기술 구현이 가능함. 또한 최적화된 방사광 X-선 기반 분석 기술의 활용 범위를 전지 산업 및 타 연구 분야로 확대함으로써 융합 연구를 선도하고 산업화에 이바지할 것으로 기대함. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 박주혁
• 주관연구기관 : 계명대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 전기화학촉매;피로클로르 산화물;아연공기전지;X-선 흡수 분광법;방사광; 2. Electrocatalyst;Pyrochlore oxide;Zinc-air batteries;X-ray absorption spectroscopy;Synchrotron radiation;

□ 연구개요 본 연구의 목적은 방사성동위원소에 의해 발생하는 체렌코프방사의 에너지를 광감제에 전달함으로써 방사성동위원소를 광감제의 excitation source로 활용하여 기존 광역동치료의 한계점(빛 투과의 한계로 인하여 피부암 또는 내시경 접근 가능한 암에만 적용할수 있다는 점)을 극복하는 새로운 항체 기반 표적 광역동치료 방법을 개발하고 이의 유효성을 평가하는 것에 있음. □ 연구 목표대비 연구결과 ① 1단계 목표: (ⅰ) 방사성동위원소(Radioisotope, RI)가 표지된 항체 개발을 위한 암 특이적인 수용체에 결합하는 항체 선정 및 이의 RI 표지 (ⅱ) 방사성동위원소에 의해서 발생하는 Cerenkov luminescence(CL) 확인 (ⅲ) CL-기반 광역동치료에 활용 할 수 있는 광감제를 선정 → 연구 결과: (ⅰ) 암에 특이적으로 과 발현하는 HER2 수용체에 선택적으로 결합하는 항체 trastuzumab을 방사성동위원소의 전달 platform으로 선정하고 방사성동위원소 ⁶⁴Cu 표지 조건 확립 (ⅱ) ⁶⁴Cu에 의해서 발생하는 CL 확인 및 CL에 의해서 여기 되는 광감제 protoporphyrin IX(PpIX)를 광감제로 선정. ② 2단계 목표: (ⅰ) PpIX의 암세포에서 축적하는 것을 확인 (ⅱ) 방사성동위원소에 의해서 발생하는 CL energy의 광감제 전달 평가 (ⅲ) RI 표지 항체와 광감제의 combinational treatment로 인하여 in vitro 및 in vivo 항암효과 평가 → 연구 결과: (ⅰ) 5-aminolevulinic acid(5-ALA)에 의한 PpIX의 암 선택적 축적 확인(in vitro 및 in vivo) (ⅱ) ⁶⁴Cu에 의해서 발생하는 CL energy의 PpIX 전달 확인 (ⅲ) 5-ALA 및 ⁶⁴Cu-DOTA-trastuzumab의 combinational treatment로 인한 in vitro 및 in vivo 항암효과 확인 □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 본 연구는 난치성 암의 치료에 있어서 부작용 및 재발 가능성이 높은 기존 방사선치료 및 화학요법의 단점을 극복하기 위한 새로운 체렌코프방사 에너지 전달 기반 암-표적 광역동치료 방법을 개발하고 이의 유효성을 평가하는 것에 목적이 있고, 이의 달성을 통해 기대되는 효과는 다음과 같은. ① 난치성 암에 대한 새로운 치료 regimen 제시: 암으로 인하여 사망하는 환자의 대부분은 뼈, 폐, 간 및 뇌 전이암으로 인하여 사망함. 따라서 원발암의 수술적 제거 이후에 전이암에 대한 효율적인 치료 여부가 질병 예후를 결정함에 있어서 가장 중요한 부분임. 하지만 전이암의 치료는 현재까지 화학요법에 크게 의존하고 있는데, 화학요법은 부작용 및 다중약물내성에 의한 낮은 임상 효율로 인하여 환자 삶의 질을 저하시키고, 실질적으로 사망률을 낮추는 데에 효율적이지 않음. 따라서 환자의 부담을 줄일 수 있고, 치료효율이 높은 새로운 치료 방법의 개발이 시급한 가운데, 방사성동위원소 기반 표적 광역동치료는 기존 치료 방법의 대안으로 제시될 수 있음. ② 국민 보건복지의 향상에 기여: 본 연구에서 제안하는 암 표적 광역동치료의 유효성이 입증된다면, 본 치료 방법을 다양한 암 종에 적용 할 수 있기 때문에 인류 생명 연장의 가장 큰 걸림돌인 암을 극복하는 것에 있어서 크게 도움이 될 것이라고 예상함. 또한 암의 치료효율의 증진과 부작용의 최소화, 그리고 치료 기간을 단축시킴으로써 국가적 의료비용 절감과 국민 보건복지의 향상에 기여할 것이라고 예상됨. ③ 의료용 방사성동위원소에 새로운 가치 부여: 방사성동위원소 기반 체렌코프방사 에너지 전달을 광감제의 excitation source로 이용함으로써 종양의 진단에만 국한되었던 진단용 방사성동위원소의 연구 활용범위를 크게 확장 시킬 것이라 예상됨. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 강지수
• 주관연구기관 : 한국원자력의학원
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 방사성동위원소;체렌코프발광;광역동치료;항체;표적 치료; 2. Radionuclide;Cerenkov Luminescence;Photodynamic therapy;Antibody;Targeted therapy;

□ 연구개요 총 3년에 걸쳐 진행된 본 연구를 통해 전 세계에 분포하는 둥굴레속 식물을 대상으로 명명법 연구, 형태와 유전변이 양상 분석, 계통유연관계 분석을 진행하여 속 내 종의 한계를 설정하고 실체가 확인된 종 목록을 새롭게 작성하였음. 국가별 분포 식물을 대상으로 순차적으로 250개 이상의 학명을 검증하였고, 14,000여점의표본을 유형화하며, 주요 표본관과 야외채집 샘플을 수집하여 형태적변이 양상과, 분자계통분석을 수행하였음. 연구결과 3개의 학명에 대해 lectotypication을 진행하였고, 일부 분류군에 대해 새롭게 분류학적 처리를 수행하였으며 둥굴레속 분류군들의종다양성 기원지를 특정하고 분화시점을 파악하였음. □ 연구 목표대비 연구결과 본 연구의 목표는 크게 다음과 같이 네 가지로 정리하여 연구를 수행하였음: 1) 지역별로 표본 및 식물종 샘플을 1차적으로 수집하고, 2) 이 후 연관 학명 명명 관계 확인 및 정정하여 목록화, 3) 3차적으로 표본 및 수집 샘플의형태적, 분자적 분석을 통해 형태 및 유전변이 양상을 파악하고, 4) 마지막으로 분석된 변이양상을 바탕으로 계통유연관계와 그룹 별 분화시기를 분석하여 종의 한계를 설정. 본 연구를 통하여, 속에서 기존에 발표된 256개의 학명을 목록화하여 총 93개의 정명을 정리하였고, 계통연구에 기반하여 기존 인석된 정명 중 일부를 이명처리하여 분류학적 처리를 수행하였음. 분자계통 연구와 형태관찰을 통해 P. verticillatum 지역집단 중 신종후보를 발굴하였으며, 총 둥굴레속 70분류군 352개체를 수집하여 엽록체 유전체 데이터와 200개의 유전자 데이터를 수집하였음. 수집된 데이터를 바탕으로 계통수를 작성하여 기존에 보고된 분류군 사이의 계통유연관계를 수정 보완하였고, 추가적으로 둥굴레속 70분류군의 분화시점 및 기원을 파악한 결과 분석 결과 둥굴레속 분류군들의 분화시점과 기원지를 특정하여 당초 연구목표한 내용을 100퍼센트 이상 초과 수행하였음. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 연구개발 성과의 활용: 본 연구는 둥굴레속 식물 전체를 아우르는 광범위한 샘플수집을 포함하며 유전체 전체에 걸쳐 수백개의 유전자를 타깃하여 염기서열 분석이 가능한 target capture 분석법을 단자엽 식물에 성공적으로 적용한 예로서 단자엽식물 나아가 피자식물 전체의 계통연구에 활용이 가능할 것임. 본 연구 결과 둥굴레속의 일부 분류군의 분류학적 처리가 새롭게 수정되어 해당속의 생태, 생리연구 등 기초연구와 활용연구 모두에 새로운 분류체계로 제공될 것이며 GSPC 전략1에서 명시하는 전지구식물의 온라인 목록화 작업의 한 예로서 위협의 강도가 높은 타 분류군의 연구모델로 활용이 가능할 것임. 연구개발 성과의 기대효과: 본 연구 결과는 아시아 전역에서 약용, 식용으로 활발하게 이용되고 있는 자연 자원인 둥굴레속에 대한 속 수준의 통합적 분류연구로 상업적 이용시 동정오류로 인한 혼동을 방지하는데 기초 자료를 제공할 것임. 상업적 이용가치가 큰 둥굴레속 식물의 종의 한계설정이나 종간의 계통학적 유연관계 연구를 통해 둥굴레속 식물 중 자원가치가 높은 식물과 유연관계가 높은 새로운 자원식물의 발굴을 기대할 수 있음 (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 이수랑
• 주관연구기관 : 조선대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 둥굴레;계통분석;형태변이;분화시기; 2. Polygonatum;Phylogenomic;Morphological variation;Divergence time;

□ 연구개요 최근 폐암을 비롯한 여러 암 발생과 진행에 있어 immune checkpoint가 중요하며 immune checkpoint inhibitor가 암 치료에 매우 효과적임이 밝혀지고 있음. 한편 성차가 있는 대장암에서는 immune checkpoint inhibitor의 효과에도 성차가 있을 것으로 추정됨. 이러한 배경에서 본 연구의 최종목표는 '대장암 발생과 진행에 있어서 estrogen/Nrf2/immune checkpoints의 상호관계를 규명하여 성차에 근거한 기전을 밝히고 이에 기반한 immune checkpoints inhibitor 효과를 극대화하는 방법 수립'하고자 함에 있음. □ 연구 목표대비 연구결과 1차년도: 염증성 대장암 유발 모델을 이용하여 androgen 및 estrogen이 대장암 발병 및 발생 위치에 미치는 영향 비교: 내인성 및 외인성 testosterone이 대장염 및 대장암 발생을 증가시키고, 특히 2mm를 초과하는 큰 사이즈의 tumor 발생 및 submucosal invasive tumor 발생 등 aggressive tumor 발생과 관련 있음을 증명함. 또한 대변 장내미생물 분석을 통해 testosterone 이 장내미생물총의 불균형을 초래하여 대장암 발생에 기여한다는 새로운 사실을 확인함. 2차년도: 대장암 성별 차이의 발생 기작으로 estrogen 또는 Nuclear factor erythroid 2 p45-related factor2 (Nrf2)의 immune checkpoints 발현에 미치는 영향: Male 대장암군에서 발생한 좌측대장 종양이 estrogen 처리에 의해 유의성 있게 감소했으며, 대장암군에서 증가한 PD-L1 발현 또는 감소한 ERβ 발현 역시 estrogen에 의해 감소 또는 증가했음. 이러한 PD-L1 발현 및 대장암 발생에 대한 estrogen의 항종양 효과는 야생형(WT)군 보다 Nrf2 결핍(KO)군에서 더 강하게 나타남. 특히 대장 tumor 및 non-tumor 조직에서 epithelial cell 보다는 암미세환경에 중요한 stromal cell과 mononuclear immune cell에서 PD-L1이 발현됨을 확인. 더 나아가 성별, 대장암, 에스트로겐, 나이 및 Nrf2 유전자에 의해 조절되고 동시에 이들에 영향을 주는 장내미생물을 규명함. 3차년도: 대장암 진행 및 전이에 있어 estrogen/Nrf2/immune checkpoints의 dual role에 대해 연구함: Estrogen은 DSS에 의한 대장염 발생 시기에 동시 복강주사해야 항종양 효과를 나타남을 확인하였고, 에스트로겐이 Nrf2 메틸화 수준을 저해함으로써 대장암 발생에 영향을 미칠 수 있음을 규명함. 이를 확실하게 밝하기 위해 MC38 대장암 세포주를 등에 주입한 male 대장암군과 비교하여 항-PD-L1 항체 및 estrogen 병용 투여시 MC38 female 수준으로 종양 성장이 저해되었고, 이는 Estrogen이 종양내 PD-L1 발현 및 종양 면역세포의 분포를 조절함으로써 대장암 저해에 관여함을 규명함. 또한 성별, 에스트로겐, 항-PD-L1 조절에 관여하는 장내미생물을 규명함. 4차년도: 인체 대장암 및 대장선종, 정상 조직에서 immune checkpoints 및 Nrf2 발현에 대해 알아보고 이의 성별 차이를 연구함: PD-L1 발현은 정상대조군보다 대장선종과 대장암군에서, 고식적 선종에 비해 톱니바퀴선종 조직에서 높게 발현하였음. 다변량 분석 결과, PD-L1 발현은 결합된 양성 점수(CPS) cutoff 가 1인 proximal CRC를 가진 남성과 반비례 관계, proximal CRC를 가진 여성은 dMMR/MSI-high 및 높은 EGFR 발현과 유의한 연관성을 보임을 확인함. 특히 COX-2, Nrf2, PD-1 mRNA 발현은 정상대조군보다 대장선종, 대장암군의 병변조직에서 유의하게 증가함을 확인. 건강대조군, 선종, 대장암 환자의 대변샘플 NGS 실험에서 락테이트와 뷰티레이트 생산 균주가 대장질환 예방에 기여할 수 있음을 규명함. 5차년도: 대장암 코호트에서 남녀별 Nrf2 및 immune checkpoints 발현이 대장암 병기 및 전이에 미치는 영향을 평가하고 immune checkpoints inhibitor 사용 유무에 따른 효과 연구: 대장암 진행에 따라 대장 병변조직 내 NRF2와 PD-L1의 발현증가를 확인하였고 이는 건강대조군 대장보다 높았음. 또한 NRF2 및 KEAP1의 메틸레이션 수준이 건강대조군보다 대장암 조직에서 낮음을 확인함. 또한 Ninjurin1 KO mouse AOM/DSS 대장암 모델에서 Ninjurin1과 남성호르몬 testosterone 이 대장염 및 대장암 발생을 증가시키고, 특히 2mm를 초과하는 큰 사이즈의 tumor 발생 및 submucosal invasive tumor 발생 등 aggressive tumor 발생과 관련 있음을 증명함. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 첫째, 과학적 연구 설계로 대장암 성별 차이의 중요성을 증명함. 대장암 연구에서 널리 사용되는 AOM/DSS 동물모델에 대한 성별 차이를 밝힘으로 향후 대장암 연구에서 성별 차이를 바탕으로 연구해야함을 매우 확실하고 과학적으로 밝힘. 둘째, 대장에서의 에스트로겐/Nrf2/면역관문 작용 기전에 대한 다양한 접근으로 성차의학의 이해를 도모. Nrf2의 역할을 에스트로겐 및 면역관문 억제제 anti-PD-L1과 관련해 재조명함으로써 대장암 치료에 있어 보다 안전하고 효율적인 맞춤요법 수립에 기여. 셋째, 대장암 예방 및 치료에 있어 프로바이오틱스의 효과적인 이용 가능성을 높임. 장내 미생물과 숙주의 상호작용을 성호르몬 및 대장암 치료제의 관점에서 접근하였고 probiotics를 통한 효과적인 대장암 예방 및 치료 전략수립의 근거를 제공. 넷째, 성차의학의 중요성에 대한 사회적 공감대의 형성에 기여. 성차의학의 발달은 성별 차이에 대한 지식을 보강하여 특정 성별에 검증되지 못한 부작용 가능성에 대한 관심을 유발함으로써 대장암은 물론 타 질환에서의 성차의학적 접근의 필요성에 대한 과학자들의 인식 형성에 기여함. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 김나영
• 주관연구기관 : 서울대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 대장염 및 대장암;AOM/DSS 마우스 모델;성별 차이;면역관문 PD-L1;코호트; 2. Colitis and colon cancer;AOM/DSS mouse model;Sex difference;Immune checkpoint PD-L1;Cohort;

□ 연구개요 본 제안은 병원 내부 시설에서 스티로폼 절단과 중금속 합금(납, 비스무스, 카드뮴 등)을 녹여 제작하는 기존 방사선치료용 차폐 블록(shielding block) 제작 방법의 문제점을 개선하기 위해, 재사용 금속 3D 프린팅 물질을 이용한 친환경 방사선 빔 차폐 블록 제작 시스템을 개발하고, 이를 기반으로 임상 적용 절차를 정립하는 연구를 수행하고자 함. □ 연구 목표대비 연구결과 재사용 금속 3D 프린팅 물질을 이용한 친환경 방사선 빔 차폐 블록 제작 시스템을 개발하고, 이를 기반으로 임상 적용 가능성을 평가하는 연구 수행. 아래와 같은 세부 연구 내용을 목표로 함. 1. 재사용 가능한 방사선 빔 차폐 블록 제작용 금속 FDM(fused deposition modeling) 3D 프린팅 물질 개발 연구 -전자선 빔 몬테칼로(Monte Carlo, MCNP 코드 이용) 전산 모사를 통해 재사용 가능한 새로운 방사선 차폐용 금속 FDM 3D 프린팅 물질 발굴: 적합한 금속 파우더 2 종류와 고분자 바인더(결합제, 가소제, 윤활제로 구성) 조성비 도출. -시험용 시편 제작 및 방사선 선량 측정/평가를 통한 최종 후보 물질 선정. -분쇄, debinding, sintering을 통한 차폐 블록 재사용 방법 고안 및 바운딩 재료 변경을 통한 재사용 횟수 증대 연구 수행. 2. 3D 프린팅을 위한 전자선 빔 차폐 블록 자동 설계 프로그램 개발 연구 -방사선치료계획 정보 해석을 통해 치료기(Varian사 선형가속기 기준)에 장착 가능한 차폐 블록 설계 및 3D프린터로 출력 가능한 파일(STL) 변환 프로그램 연구. 3. 3D 프린팅을 이용한 친환경 전자선 빔 차폐 블록 제작 시스템의 임상 적용 연구 -유방 암 및 두경부 체표 종양 환자의 전자선 빔 치료용 차폐 블록 제작 및 임상 적용 가능성 평가, 임상 적용 절차서 개발 연구. 위 게획한 목표를 모두 달성함. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) ○ 과학/기술적 효과: 본 연구는 관련 분야 최초의 연구로 방사선치료뿐만 아니라 영상의학, 핵의학을 포함한 의료기기용 차폐체, 차폐 시설 제작 등에 적용 가능한 원천 기술로 자리 잡을 수 있을 것으로 생각됨. ○ 경제/산업적 효과: 기존 대비 약 1/8의 면적과 1/10의 저비용으로 친환경 제조 공정 구축이 가능하여 방사선 관련 의료 장비 산업 분야 파급효과가 매우 큰 새로운 산업 모델로 자리 잡을 수 있을 것으로 생각됨. ○ 사회적 효과: 친환경 제조 공정으로 작업 공간 내 중금속 오염 위험 감소, 작업자 안전 향상, 폐기물 재활용 등 친환경 제작 공정 구축에 크게 기여할 것으로 생각됨: 병원내 공작실 대체. ○ 임상적 효과: 전자선 빔 치료뿐만 아니라 양성자 및 X-선, 근접방사선치료 등에서 방사선 빔 조형 및 특수 방사선 치료용 차폐체 제작 정확도를 향상하고 제작 환경 개선에 크게 기여할 것으로 생각됨. 특히 환자 맞춤형 차폐체 제작에 적극 활용될 것으로 생각됨. ○ 연구를 통해 관련 제반 지식을 정립했으며 기술적 한계를 극복하여 새로운 제작 기술 개발에 성공함. 본 연구 결과를 근거로 기업과 공동으로 산업화 과제 도출 및 새로운 의료 기기 제조 모델 구축 연구로 확장하고자 함. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 주상규
• 주관연구기관 : 삼성서울병원
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 삼차원 프린팅;방사선 차폐 블록;재사용 금속 3D프린팅 물질;방사선치료; 2. 3D printing;radiation shielding block;reusable metal 3D printing material;radiation therapy;