□ 연구개요 본 연구과제는 양자플라즈마(quantum plasma)에서의 파동-플라즈마 및 플라즈마-플라즈마 상호작용 연구를 위하여 양자플라즈마의 경계면에서 전파되는 표면파의 감쇄 및 성장과 원자충돌 현상에 의한 산란단면적에 작용하는 양자효과와 비선형 플라즈마 차폐효과를 연구하여 양자플라즈마의 물리적 특성을 밝히고 이를 양자플라즈마, 고밀도 천체플라즈마 등에 응용할 수 있는 양자 플라즈마 현상을 탐구하는 과제이다. □ 연구 목표대비 연구결과 모든 연차별 목표를 100% 달성하였다. 특히 최초 선정시 계획에 없었던 추가연구를 수행하여 2차년도에는 강하게 결합된 플라즈마에서 Wigner time-delay, lower-hybrid surface wave, space charge wave in a self-gravitating plasma, 3차년도에는 충돌 플라즈마에서의 이온 온도 효과, 난류가 란다우 감쇄에 미치는 영향 등을 연구하였다. 당초 계획한 연차별 목표는 다음과 같으며 이를 모두 달성하였다. (1) 1차년도 연구목표: 양자플라즈마 표면파 및 전자산란 연구 - 양자플라즈마 및 비평형 (r, q) 표면파의 분산식 및 성장률 계산 - 양자플라즈마에서의 Compton 산란 계산 (2) 2차년도 연구목표: 양자이온음파 표면파 및 Shannon Entropy 연구 및 추가연구 - 양자이온음파, 난류플라즈마 등의 표면파의 분산식 유도 및 성장률 계산 - 강하게 결합된 플라즈마에서의 원자 Shannon Entropy 계산 (3) 3차년도 연구목표: 강하게 결합된 양자 플라즈마에서 불안정성과 제동복사 연구 및 추가연구 - Two-stream 불안정성의 양자적 효과 계산 - 원통형 플라즈마에 대한 TG mode 연구 - 양자플라즈마에서의 전자-이온 제동복사 계산 (4) 4차년도 연구목표: 양자더스트 표면파 및 양자플라즈마 OST 연구 - 더스트 플라즈마에서의 양자적 효과 및 표면파 계산 - 양자 streaming 플라즈마에서의 표면파의 불안정성 계산 - 양자플라즈마에서의 occurrence scattering time (OST) 계산 (5) 5차년도 연구목표: 양자플라즈마 파동의 비선형 효과 및 이온화 연구 - 비선형 효과가 양자플라즈마 표면파에 미치는 영향 계산 - 전하포획 계산, Photoionization 계산 □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 양자플라즈마 내에서 표면파의 불안정성과 여러 원자 층돌현상에 대한 본 연구를 통하여 이상적 플라즈마 또는 약하게 결합된 플라즈마를 나타내는 고전적인 Debye 가림 모델로는 여태껏 설명하지 못하였던 양자효과, 비선형 가림효과, 중성충돌 효과등의 변화에 따른 양자플라즈마 표면파의 불안정성과 여러 충돌 과정에 대한 산란 단면적 및 반응률의 변화를 조사할 수 있을 것으로 기대하며 이를 통하여 보다 정확한 원자 천이율(atomic transition rate)을 알아내고, 또한 이로 인하여 방출되는 연속 혹은 불연속 방사 스펙트럼을 보다 명확히 이해 할 수 있을 것으로 판단된다. 그리고 이러한 연구결과를 바탕으로 향후 양자플라즈마 내에서 전자분포 형태와 결합 파라미터(coupling parameter), 축퇴파라미터(degeneracy parameter) 등 여러 플라즈마 파라미터들을 규명할 수 있을 것으로 생각하며, 이들 양자플라즈마로부터 방출되는 스펙트럼을 조사, 분석하는데 많은 도움이 될 것으로 보인다. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 이명재
• 주관연구기관 : 한양대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 양자플라즈마;표면파;란다우감쇄;제동복사;횡적 축약 방법; 2. quantum plasma;surface wave;Landau damping;bremsstrahlung radiation;transverse truncation method;

□ 연구개요 본 연구의 목표는 토모테라피 치료계획에 사용되는 여러 매개변수와 DQA 결과의 상관관계 분석 및 Dosiomics를 통한 선량분포와 DQA 결과의 상관관계를 분석하고 이에 따른 feature들로 복합적인 머신러닝을 구성하여 DQA 결과를 예측하고 치료계획 시 조정이 필요한 매개변수를 제시하는 인공지능기반 시스템을 구축하는 것임. 최종적으로 토모테라피 치료 정확도 및 안정성 향상을 위한 인공지능 기반 방사선 치료계획 보조 시스템(RTP assistant system)을 구현하고자 함. □ 연구 목표대비 연구결과 - 가톨릭 중앙의료원 산하 병원에서 수집한 다양한 토모테라피 시스템 기반 암환자의 치료계획 및 DQA 결과 데이터를 기반으로 다양한 환자 집단의 데이터를 확보함. - 수집된 데이터를 기반으로 방사선 치료계획과 DQA 결과 간의 상관관계를 분석하고 특정 치료계획 매개변수가 DQA 결과에 미치는 영향을 확인함. - 연구에서 개발된 다양한 회귀, 분류, 앙상블 모델을 비교 분석한 결과 Voting Classifier와 Stacking Classifier가 가장 높은 성능을 보임. - 토모테라피 치료계획의 매개변수 조정과 선량분포의 변화가 DQA 결과에 미치는 영향을 정량적으로 예측할 수 있는 인공지능 모델 성능 향상 및 최적화 - 모든 모델에 최적화 된 하이퍼 파라미터들을 적용하여 임상 현장 활용을 위한 예측 성능 평가를 수행함. - 도출된 파라미터들을 재계획에 반영 후, Pass rate 평가를 통해 인공지능 기반 토모테라피 방사선 치료계획 보조 시스템을 구축함. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) [연구과제의 활용계획] － 본 연구를 통해 토모테라피 DQA 결과를 예측하는 모델을 개발함으로써 DQA 측정 전에 실패할 가능성이 있는 치료계획을 미리 확인할 수 있음. 이는 임상 적용 시 DQA 시간과 비용을 줄일 수 있으며 치료계획의 정확도를 보장할 수 있음 － 가톨릭 중앙의료원 산하 병원 데이터를 이용함으로 Tomotherapy Hi-art, Radixact X7, Radixact X9 등 모든 토모테라피 시스템에 적용할 수 있음. － 개발한 시스템을 기반으로 토모테라피 포함 다양한 방사선치료 장비를 이용한 IMRT, SBRT, SRS 등의 다양한 치료기법의 방사선 치료계획 데이터를 수집 및 연구하여 인공지능 기반 통합 DQA 분석 프로그램을 개발할 수 있으며, 인공지능 기반 방사선치료 보조 시스템으로써 고정밀 방사선치료의 정확도를 향상시킬 수 있음. [기대효과] 1. 기술적 측면 - 본 연구기관에서는 다양한 토모테라피 장비(Hi-Art, TomoHD, Radixact X7, Radixact X9)와 치료방식(Tomo-helical & Direct)이 가능하여 광범위한 환자 데이터 수집 가능함. 이러한 환자 데이터들을 학습시킴으로써 한 가지 조건에 국한하지 않고 범용적으로 토모테라피 치료에 적용 가능함. - 본 기관에서는 상기 내용과 같이 다량의 축적된 데이터를 수집 및 학습시킬 수 있는 환경이 조성되어 있기 때문에 결과 예측 모델에 대한 높은 정확성을 기대할 수 있음. 2. 경제적 ․ 산업적 측면 - DQA를 실시했을 때 결과를 기준으로 허용범위 이내면 치료를 진행하지만, 벗어나는 경우 재치료 계획을 시행해야 함. 본 연구를 통해 결과에 영향을 미치는 치료계획 매개변수를 미리 파악하고 이를 고려한 치료계획을 진행한다면 방사선치료를 위한 준비 시간이 단축될 것이며, 단축된 시간만큼 치료 시간을 확보할 수 있음. - 방사선치료 수요가 증가함에 따라 방사선치료 기술에 대한 시장성이 큰 현단계에서 개발한 시스템에 대한 전략을 세워 독보적인 위치를 확보한다면, 시장 선점에 따른 수입대체 및 수출로 인한 국부 증대가 기대됨. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 강영남
• 주관연구기관 : 가톨릭대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 토모테라피;환자별 선량전달 정도관리;인공지능;방사선치료계획 매개변수;정도관리 통과율 결과 예측; 2. Tomotherapy;Patient-specific Delivery Quality Assurance;Artificial Intelligence;Radiation Treatment Plan Parameter;Prediction of Quality Assurance Passing Rate;

□ 연구개요 만성 염증성 질환인 류마티스 관절염은 장기적인 치료가 필요하며, 고가 치료약제의 사용이 증가하고 있어 질병 부담금이 높은 대표적인 질환입니다. 또한, 해당 질병에서 주로 사용되는 생물학적 제제의 사용은 부작용으로 감염의 위험성을 증가 시킬 수 있어 류마티스 관절염의 새로운 치료 전략의 개발이 필요합니다. 본 연구에서는 류마티스 관절염에서 저선량방사선의 항염증효과를 확인하고, 그 기전을 규명하며, 적정 선량, 분획, 최적의 치료시기를 제시하여 류마티스 관절염에서 새로운 치료 방법으로서의 가능성을 타진하고자 합니다. □ 연구 목표대비 연구결과 Collagen-induced arthritis mouse에서 항염증효과를 보이는 저선량방사선의 적정선량, 분획, 최적의 치료시기를 결정하기 위해 반복 실험을 진행하였고, 그 결과 류마티스 관절염 증상이 발현된 후 총 2 Gy의 방사선량을 4 분획에 걸쳐 조사하는 것이 항염증효과를 가장 크게 보인다는 것을 알게 되었습니다. 한 mouse model에 국한하지 않고 위와 같은 실험을 K/BxN mouse에서 반복하였고 류마티스 관절염 환자에게서 얻은 세포에서도 같은 결과를 확인하였습니다. 그 기전을 알아보기 위한 실험들에서 저선량방사선은 류마티스 관절염 mice에서 lymphocytes의 activation, proliferation, differentiation, lnflammatory cytokine secretion에는 영향을 주지 않고 국소적인 lymphocyte apoptosis를 증가시키며 immune cell 수를 감소시켰습니다. 그리고 연골 파괴 정도를 감소시켰습니다. 기존 연구 목표에서 적정 저선량방사선 조사 방법의 확립과 항염증효과 기전 규명은 진행되었고, 목표했었던 기존 류마티스 관절염 약제와 저선량방사선 결합치료에 대한 시너지 효과 검증은 추가 실험을 계획하고 있습니다. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 다양한 mouse model 및 류마티스 관절염 환자에게서 얻은 세포에서 저선량방사선이 안전하게 국소적인 항염증효과를 보인다는 것을 확인하였고, 그 적정 치료시기, 선량 및 분획을 확인하였기에 추가적인 임상시험 이후, 환자 적용을 고려해 볼 수 있습니다. 기존 류마티스 관절염 약제와 저선량방사선의 결합치료에 대한 추가 실험을 통해 기존 류마티스 관절염 치료의 효과를 증대시키며 부작용을 감소시키는 치료 전략을 구상해 볼 수 있습니다. 저선량방사선의 항염증효과를 확인했기에, 다른 염증성 질환에서도 해당 치료적용을 확대해 연구할 수 있습니다. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 최훈식
• 주관연구기관 : 경상대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 저선량방사선;류마티스관절염;항염증효과;세포자연사; 2. low-dose radiation;rheumatoid arthritis;anti-inflammatory effect;apoptosis;

□ 연구개요 본 연구는 암의 재발과 전이에 영향을 미치는 암 줄기세포를 치료하고자, 암 줄기세포의 특성분석을 기반으로 신호전달 경로와 그에 따른 세포 형질전환 및 종양 악성화 기전을 밝히고자 함. 암 줄기세포를 제거하는 표적 항암제의 표적이 될 수 있는 표적단백질이면서, 암에서 일어나는 면역회피 혹은 면역저항의 특징을 억제시킬 수 있는 단백질을 찾아 암 치료의 효능을 높이고자 함. 면역세포들과의 분자세포학적 작용 기전을 규명하여, 다각적인 방법을 통하여 효과적으로 암을 치료 할 수 있는 기반을 제공하고자 함. □ 연구 목표대비 연구결과 암 줄기세포 특성분석을 기반으로 특이적 과발현 유전자들을 선별하였으며, 선별된 유전자들에 의한 암의 악성화 조절기전을 밝혔음. 이 과정에서 선별된 유전자들은 여러 싸이토카인들과 관계가 있음을 확인하였고, 분비물질들에 의하여 면역세포의 활성화가 조절됨을 확인함. 선별된 특이적 과발현 유전자들은 BIRC5, CTNNAL1, KIF4A, MCM2, RanBP1, WDR34, MFG-E8, EMP3 임. 분비인자들의 경우, 각각의 과발현 유전자들과 묶어 BIRC5, KIF4A - PAI1, CTNNAL1, EMP3 - CCL2, MCM2, WDR34 - CXCL1, RanBP1 - IL18, MFG-E8 – IL8, 을 확인하였음. 각각의 특이적 과발현 유전자들의 발현 유무에 따른 T-세포에 미치는 영향을 확인하기 위하여 공동배양을 실시 하였으며, 그 결과 T-세포에 영향을 주는 유전자는 BIRC5, EMP3, MFG-E8 임을 확인하였음. 관련 내용으로 SCIE 논문 6편을 발표하였으며, 특허는 9개를 출원하였음. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 본 연구개발을 통해 획득한 유전자들의 경우 새로운 치료 표적으로 충분한 가능성을 확인한 바, 다양한 형태의 신규 약물후보물질의 표적으로 사용 가능 함. 또한, 다양한 분비인자들 또한 신규 약물후보물질의 표적으로 사용 가능 함. 선별된 표적 중 면역세포의 활성화에 관여하는 표적물질들은 일반적인 표적치료제의 역할 뿐 아니라 면역치료제로 사용가능 할 것으로 판단되며, 추가적인 연구의 밑바탕이 될 것으로 판단됨. 획득한 유전자들의 경우 방사선 저항능력이 있는 악성암의 방사선민감도를 증진시켜 방사선조사시 세포사멸을 유도하였음. 이에, 신규 약물로 개발시 방사선민감제의 역할도 가능할 것으로 사료됨. (출처 : 요약문 2p)

• 연구책임자 : 김래권
• 주관연구기관 : 한국원자력연구원
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 암줄기세포;신규표적;표적치료제;면역치료제;방사선민감제; 2. Cancer Stem Cells;New target;Targeted therapy;Immunotherapy drugs;Radiation sensitizer;

□ 연구개요 본 연구과제의 최종목표는 방사선치료의 효율을 증대하기 위하여 citrate 환원반응(citrate reduction reaction)을 이용하여 최적의 금 나노입자를 제작하는 방법을 개발하고 이를 검증하는 것. □ 연구 목표대비 연구결과 ■ 연구목표 (1)1차년도(2021) -radiosensitizer 제작에 대한 기존 발표된 연구의 사전조사. -citrate 환원반응을 이용한 금나노입자 제작방법의 simulation 및 방법 결정. (2)2차년도(2022) -citrate 환원반응으로 제작된 금나노입자를 제작. -다양한 방법(microwave, laser, radiation 등등)으로 금나노입자의 제작연구. (3)3차년도(2023) -최적의 citrate환원 반응으로 결정된 금나노입자의 특성 및 DEF 측정. -개발된 금나노입자의 dose enhancement 검증. ■연구과제를 통한 연구결과 -기존의 금나노입자에 대한 방사선치료의 효과에 대한 사전조사를 진행. -금나노입자에 대한 MC 시물레이션을 진행. -고도의 방사선치료의 효과를 검증하는 연구결과 SCI급 논문 2편, 국내 학회지 2편 -방사선치료 선량교정 및 치료효과 검증에 대한 특허 출원 4편, 등록 2편 -금나노입자를 통한 방사선치료의 효과증대에 관한 관련 석사학위 2명 배출 □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) ■연구과제의 활용방안 -연구결과 발표된 논문의 성과를 바탕으로 더욱 정밀하고 안전한 방사선치료를 수행하여, 방사선치료의 효과를 높일 수 있음. -출원 및 등록된 특허를 바탕으로 고도의 정밀한 방사선치료 효과를 검증하고, 치료의 효과를 정확히 검증하는데 적용될 수 있음. ■연구과제의 중요성 -금나노입자를 이용한 방사선치료의 효과 증대에 대한 연구는 방사선치료 분야에서의 혁신적인 접근 방식을 제시하고 있음. -금나노입자의 특성을 활용하여 방사선치료의 효과를 증대시킴으로써 종양의 치료의 효과를 향상시킬 수 있음. 암 환자의 생존율을 향상시키고 치료 과정의 부작용을 중일 수 있음. -금나노입자를 이용한 방사선치료 제작 방법의 최적화 및 효율적인 사용법을 제시함으로써, 의료분야에서 방사선치료의 효과를 극대화할 수 있는 방안을 제공함. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 오세안
• 주관연구기관 : 영남대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 방사선치료;금나노입자;Citrate 환원반응;방사선증감제; 2. Radiotherapy;Gold Nanoparticle;Citrate Reduction Reaction;Radiosensitizer;

□ 연구개요 재생의학에 있어서 줄기세포를 세포치료제로 이용하기 위해서는 면역 적합성의 극복이 필요함. 이를 위해 환자의 세포를 추출하여 체세포 핵치환 또는 유도만능줄기세포를 제작하여 다시 환자에게 이식하는 방법이 가장 보편적으로 알려져 있으나, 이는 자신의 세포를 이용해야하기 때문에 세포치료제로서 일부 제한점이 있음. 본 연구의 목표는 기존의 만능공여자 세포주 구축에 따르는 여러 약점을 보완하기 위해 체세포 핵치환 기술을 이용한 만능공여자 세포주를 구축하여, 분화된 면역세포의 면역회피 기전 및 세포치료제로서의 안전성 검증을 통해 체세포복제 만능공여자세포의 전임상 단계 연구적 가치를 입증하고자 함 □ 연구 목표대비 연구결과 본 연구에서는 B2M 유전자를 표적으로하여 HLA class I 분자의 넉아웃을 통해 동종 T세포의 반응을 유도하지 않는 ‘Off-the-shelf’개념의 면역거부회피를 통해 저면역세포치료제를 개발하고자 연구를 진행하였음. 본 연구는 저면역원성 체세포복제 배아줄기세포를 수립하여 NK세포와 γδ T 세포로 분화를 유도하여 B2M 유전자가 소실되어도 정상적인 면역세포로의 분화 가능성을 제시함. 나아가서, 저면역 만능공여자 체세포복제 배아줄기세포주 수립을 위해 B2M 유전자를 표적으로 하여 HLA class I 분자를 넉아웃하고, 이어서 CIITA유전자를 표적으로 하는 HLA class II transcription factor를 넉아웃 하여, 항생제 처리를 통한 세포주 선발을 진행하였음. 기존의 면역관련 유전자 편집세포주의 체세포복제 배아줄기세포주 수립의 가능성을 높이고자 NMN을 체세포복제배아에 처리하여 배아줄기세포주 수립을 위해 배반포 품질을 향상시키는 연구에 도입하였음. 체세포복제 후 난자에 NMN을 처리하여 각 그룹별로 배반포 갯수, 생성된 배반포의 전체 세포수 및 내부세포괴 갯수의 분석을 통해 체세포복제 배반포 품질을 향상시키는 결과를 획득하였음. 나아가서 기확립된 Class I/II 넉아웃 유전자 편집 세포주를 사용하여 체세포복제시 CD47을 주입하여 다중 유전자 편집 체세포복제 배아줄기세포주 수립을 목표로 연구를 진행하였음. 하지만 의외의 결과로 CD47을 overexpression 시킬 경우 체세포복제 배반포 생성이 높은 효율로 증가되는 것을 확인함. 또한 본 연구의 연장선으로 6주령의 human fetus skin fibroblast cells 분리하여 대량 배양하였으며, 공여자 적합성 평가 완료하였음. 목표대비 결과를 끌어내는 게 순조롭지 않았으나 연구과정 중 의도치 않은 여러 발견을 통해 특허출원을 하고 목표에 가까운 결과를 도출하였음. □ 연구발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 면역결핍 체세포복제 배아줄기세포주 수립 기술은 그동안 만능공여자 배아줄기세포주 구축에 따르는 여러약점들을 보완할 수 있으며, 그 외의 많은 유전자 편집 체세포 복제 배아줄기세포 치료제를 개발하는 데 있어 활용가능성을 기대할 수 있음. 기존의 체세포복제 배아줄기세포주 수립의 장애를 극복하기 위해 발굴한 고품질 체세포복제 배반포 생산 효율인자는 각종 체세포복제 배아줄기세포주 세포치료제 개발에 도입하여 낮은 복제배아 효율을 극복할 수 있는 원천기술 개발로의 활용 가능 (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 이아름
• 주관연구기관 : 차의과학대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 체세포복제;만능공여자세포;배아줄기세포;면역세포분화;면역세포치료제; 2. Somatic Cell Nuclear Transfer;Universal Donor Cells;HLA class I;HLA class II;Immune Cells;

□ 연구개요 1. 매우 높은 자기장 아래에서 QSL 상태의 변화 연구 2. 위치 희석에 의한 순수 키타에프 양자 스핀 액체 탐구 3. 3차원 스핀 그물 시스템 Cu₃TeO₆과 일차원 양자 자성 물질 NiTe₂O₅의 국소적 저온물성과 자성 측정을 위한 ¹²⁵Te NMR 연구 4. 이차원 층상물질, Transition metal dichalcogenide, 2H-TaSe₂의 저온 국소물성에 대한 ⁷⁷Se NMR 연구 5. p-형 반도체 물질, CuAlO₂에서 핵자기공명 (NMR) 및 핵사중극공명(NQR) 연구 □ 연구 목표대비 연구결과 1. 2020년 본 중견연구 1차년도에 맞이한 코로나 팬데믹의 직접적 영향으로 고자기장 연구소 (NHMFL, Tallahassee, FL) 를 방문할 수 없어 이 연구목표는 시도할 수 없었음. 연구계획서에 제시한 두 번째 세부목표로 이동하여 연구를 진행하기로 함. 2. 키타에프 양자 스핀 액체 물질의 자기 이온 Ru³⁺를 비자기 이온 Ir³⁺로 대체함으로써 위치 희석 효과가 물성에 어떤 영향을 주는지 관측하기 위해, 우리는 Ir³⁺가 10%와 20% 도핑된 두 단결정 시료를 준비하였고, ³⁵Cl NMR 측정을 함. 3. Cu₃TeO₆은 비전통적인 자기적, 위상론적 성질 때문에 주목을 받는 3차원 반강자성 스핀 그물(spin web) 물질로, 이 물질의 고유한 양자 자성을 탐구하기 위해 핵자기 공명 실험을 계획하였음. NiTe₂O₅은 새로 발견된 유사-일차원 스핀-1 체인 시스템으로, 하이젠베르크 시스템에서 흔하지 않은 독특한 AFM 스핀 구조의 물리적 원인을 이해하고 고유의 양자 상을 탐색하기 위해 핵자기공명 실험을 추진. 4. 2H-TaSe₂은 전하밀도파 (charge density wave, CDW)와 초전도 현상이 동시에 나타나는 보기 드문 물질로, 이차원에서 전하밀도파의 원인과 초전도 현상과의 관계를 규명해, 궁극적으로 고온 초전도체의 원리를 이해할 목적으로 NMR 연구를 계획하고 추진함. 5. CuAlO₂은 박막의 형태일 때 투명해지는 성질 등 응용 가능성이 높고 물리적으로도 흥미로운 성질들이 있어 오랫동안 연구되어 온 p-형 반도체 물질임. 하지만 현재까지 이 물질의 단결정에 대한 연구 및 저온 물성 연구는 매우 드물었음. 이에 우리는 단결정 시료의 NMR/ NQR 실험을 통해 저온에서 CuAlO₂의 국소적 물성을 탐구하고자 하였음. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 1. 우리는 α-RuCl₃에서 위치 희석이 임계 도핑에 이르면 틈없는 스핀 액체 상태인 무작위 단일항(random singlet) 상이 유도된다는 것을 직접적으로 증명했다. 이는 무질서(disorder)가 양자 스핀 액체 상에 끼치는 영향에 대한 중요한 통찰력을 제공하는 것이다. 따라서 양자 스핀 액체의 궁극적 이해에 크게 기여를 한 논문이라고 할 수 있다. 2. 우리 연구 결과는 강한 스핀 틈 행동이 3차원 시스템의 복잡한 교환 작용과 강한 스핀-격자 결합을 바탕으로 발현하는 비전통적인 스핀 동역학과 관련되어 있다는 것을 암시한다. 이러한 이례적으로 강한 스핀 들뜸의 존재는 Cu₃TeO₆이 별난 3차원 양자 자석이라는 국소적 증거이며, 따라서 우리 연구 결과는 양자 자성 연구의 저변을 크게 넓힌 것이다. 또한 상자성 상태에서 이징같은 강한 스핀 상관의 존재는 저차원 자성 연구에 있어 이례적인 놀라운 발견으로, 스핀-전하의 상호작용이 비전통적인 양자 현상을 유도할 수 있다는 것을 실증했으며 양자 자성 이해를 크게 진보시킨 연구이다. 3. 전하밀도파와 초전도 현상 사이의 관계에 대한 의문은 수십년간 물리학계의 화두였으며, 우리 연구 결과는 두 현상들이 단순히 공존하거나 경쟁하는 관계가 아니라, 전하밀도파의 이맞음 (commensurability)이 초전도와 경쟁한 다는 가설의 근거를 제시하고 있다. 따라서, 이 연구는 고온 초전도 연구에 있어 중요한 획을 긋는 연구 결과라고 할 수 있다. 4. 양자역학이 정립된 이후 고립된 스핀 해밀토니안 시스템에서 폰노이만-위그너 정리를 실험적으로 직접 증명한 첫 번째 논문이라는데 큰 의미가 있다. 이 논문은 잘 정의된 조절 변수의 함수로 중첩된 양자 상태를 자유롭게 조절할 수 있다는 것을 증명한 것으로, 양자 물리학의 근본적 원리에 대한 이해를 깊게 할 뿐만 아니라 양자 계산이나 양자 정보 과정의 진보를 이끌 커다란 잠재성을 갖고 있다. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 백승호
• 주관연구기관 : 국립창원대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 핵자기공명;양자스핀액체;키타에프; 2. Nuclear Magnetic Resonanc;Quantum spin liquid;Kitaev;

□ 연구개요 최근 맟춤의료 (personalized medicine)의 중요성이 커지면서 개인에 맞는 치료를 찾는 것이 중요해졌다. Breiman (2001)이 만든 랜덤 포레스트 (Random forest)는 널리 쓰이는 기계학습 방법의 하나로, 알고리즘이 분명하고 여러 통계 프로그램에서 설치되어 있어 널리 쓰이고 있다. Athey et al. (2019)는 이 랜덤 포레스트를 이용하여 개인별 이질적 치료효과를 계산하는 방법을 제시하고, Cui et al. (2023)은 Athey et al. (2019)의 방법론을 하나의 사건이 있을 때에 생존데이터에 대해서 치료효과를 랜덤 포레스트를 이용해서 계산하는 방법을 제시했다. 하지만 경쟁위험 데이터 (competing risks data)에서는 이질적 치료효과를 랜덤 포레스트를 이용해서 계산하는 방법이 제시된 바가 없다. 이 연구에서는 경쟁위험 데이터 (competing risks data)에서는 이질적 치료효과를 랜덤 포레스트를 이용해서 계산하는 방법론을 제시하고자 한다. □ 연구 목표대비 연구결과 이 연구에서는 Athey et al. (2019)과 Cui et al. (2023)에서 제시된 방법론을 바탕으로 경쟁위험 데이터에 대해서 랜덤 포레스트를 이용하여 인과효과를 계산하는 방법론을 만들었다. 이 방법은 Robinson (1988)의 추정함수를 랜덤 포레스트에 응용한 것으로, Breiman (2001)이 만든 랜덤 포레스트 방법론을 영향함수 (influence function)을 이용하여 누적사건함수 (cumulative incidence function)을 치료효과로 보고 추정하는 방법을 제시하였다. 이 때 Cui et al. (2023)에서 제시한 이중강건 (doubly robust) 랜덤 포레스트 방법을 경쟁위험 데이터에 적용해서 만들고 새롭게 Buckley and James (1979)의 방법을 응용한 랜덤 포레스트 방법 (BJ 랜덤 포레스트)를 제시하였다. 또한 Athey et al. (2019)과 Cui et al. (2023)에서 제시된 통계적 이론을 근거로 근사이론과 분산 및 신뢰구간을 계산하는 방식을 제시하였다. 시뮬레이션을 돌려보았을 때 평균제곱오차 상으로 Ishwaran et al. (2014)의 랜덤 포레스트를 이용한 방법보다 더 나은 결과를 보였다. 그리고 Radiation Therapy Oncology Group (RTOG 9410) 데이터에 이 방법론을 적용하였다. 그리고 하위그룹분석을 위해 선형회귀를 치료효과를 이용한 결과변수에 적용하는 방법을 제시하였다. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 이 연구결과를 경쟁위험 데이터 하에서 개인별 이질적인 치료효과를 계산하고 그에 따른 통계적 추론을 할 수 있는 방법을 제시했다. 이 통계적 추론을 할 수 있다는 것은 굉장히 중요한데, 통계적 추론을 함으로써 일반적인 기계학습 방법론이 가지고 있던 취약점을 보완할 수 있기 때문이다. 이 방법은 여러 방면에서 사용될 수 있다. 우선 의학에서 다양한 경쟁적인 질병이 있는 경우에 각 질병에 대한 개인별 이질적 치료효과를 측정할 수 있다. 또한 정책결정을 할 경우에 경쟁적인 사건들이 일어나는 상황에서 정책결정이 어떤 분야에 각 개인마다 어떤 효과를 불러오는지 파악할 수 있다. 그리고 각 치료효과 또는 정책효과의 통계적 유의성을 신뢰구간 계산을 통해서 검정할 수 있다. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 조영주
• 주관연구기관 : 건국대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 경쟁 위험;랜덤 포레스트;이중 강건;인과 효과;하위그룹 분석; 2. Competing risks;Random forest;Doubly robust;Causal effect;Subgroup analysis;

□ 연구개요 본 연구의 목표는 다중 우주위성을 이용한 과거 40년간 (1982-2021) 동아시아 에너지/복사/이산화탄소 지면 플럭스의 연간변동 및 경향성 정량화이다. 이산화탄소-에너지-복사는 생지물리 및 생지화학 과정에서 밀접하게 연관되어 있으며, 육상 생태계의 생산성에도 영향을 준다. 현존하는 위성 기반 산출물들이 상호 간 연관성을 고려하지 않고 개별적으로 모듈을 개발한 것과 달리, 연구책임자가 개발한 BESS(Breathing Earth System Simulator)는 대기 복사, 광합성, 증발산, 에너지 수지 평형 등이 연관 지어 만들어진 모델이다. 생태계 호흡량 모듈 개발 등을 통해 향상된 BESS (BESSv2.0)를 기반으로 동아시아에서의 이산화탄소/에너지/복사 지면 플럭스를 관측하며, 1982-2021년 기간의 연간변동 및 경향성을 정량화한다. □ 연구 목표대비 연구결과 다음은 본 과제의 연차별 연구목표의 세부사항이다. ○ 1차년도 (2019년): 100% - 모형 입력자료 다운로드 - 입력자료 전처리 - 현장 관측 자료 구축 ○ 2차년도 (2020년): 100% - 시공간적으로 연속적인 입력자료 구축 - BESSv2.0 모델 내 이산화탄소 플럭스 알고리즘 개발 및 향상 - BESSv2.0 모델 내 에너지 및 복사 플럭스 알고리즘 향상 - 현장 관측 자료 구축 ○ 3차년도 (2021년): 100% - BESSv2.0 내 이산화탄소 플럭스 평가 - BESSv2.0 내 에너지 및 복사 플럭스 평가 - 현장 관측 자료 구축 ○ 4차년도 (2022년): 100% - 지면 플럭스 연간 변동 지도 제작 - 지면 플럭스 경향성 지도 제작 - 현장 관측 자료 구축 ○ 5차년도 (2023년): 100% - 지면 플럭스 연간 변동 분석 - 지면 플럭스 경향성 분석 - 현장 관측 자료 구축 □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 본 연구에서 개발한 지면 이산화탄소/에너지/복사 플럭스 산출물과 알고리즘 코드는 기후변화, 원격탐사 등 관련 분야의 연구에 활용성이 높으며, 다양한 국제공동연구진과의 협력을 통해 후속 연구를 진행중이다. 본 연구개발 성과를 통해 1) 지면 플럭스 경향성과 연간변동 및 시공간 패턴에 대한 이해를 높임으로써 신기후체제에 선도적으로 대응, 2) 장기간의 지면 플럭스 분석 결과를 통해 기후모형을 평가하고 불확실성을 줄이는데 활용, 3) 우주위성을 활용한 지면 플럭스 모니터링을 통해 향후 부가가치가 큰 작황, 수자원 모니터링 등 우주위성 활용산업 성장에 기여할 수 있을 것이라 기대한다. (출처 : 요약문 2p)

• 연구책임자 : 류영렬
• 주관연구기관 : 서울대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 우주위성;지면 플럭스;기후변화;연간 변동;경향성; 2. Satellite;Land flux;Climate change;Interannual variability;Trend;

□ 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;