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(1) DNA

▪ 그래핀 및 그래핀 옥사이드의 표면 극성이 DNA 구조에 미치는 영향

- 미국 공군연구소 명예선임연구원 이자 NCSU 재료공학과 명예교수인 Barry Farmer 교수님과 공동 연구

- 시뮬레이션을 통해 그래핀의 산화된 정도가 ssDNA 구조적 안정성에 영향을 미친다는 사실을 발견함.

▪ Single Stranded DNA의 Persistence Length에 대한 연구 (진행 중)

- ssDNA와 같이 아주 유연한 고분자 사슬은 강직도 즉, Persistence Length를 측정하기가 매우 어려움.

- 시뮬레이션을 통해 왜 Persistence Length를 측정하기가 매우 어려운지. 다른 해결방안은 무엇이 있는지 연구 중

▪ 그래핀과 계면제 1-Octadecylamine (ODA)의 농도가 Double Stranded DNA 구조에 미치는 영향 (진행 중)

- 미국 Duke 대학교 재료공학과 Stefan Zauscher 교수님 연구팀과 공동 연구

- 특정 농도의 ODA가 dsDNA의 사슬을 두가닥으로 나누는 사실을 발견

- 왜 특정 농도에서만 그러한 현상이 발생하는지 실험 (Duke)과 시뮬레이션(NCSU)을 병행하여 연구 중

▪ DNA – RNA와 Quantum Dot에 대한 연구

- 미국 UNC Charlotte 화학과 Kirill Afonin 교수님 연구팀과 공동 연구

(2) Peptides

▪ 팹타이드 Poly Alanine과 그래핀 옥사이드 극성의 영향관계에 대한 연구 (진행 중)

-미국 College of Charleston 화학과 Kristin Krantzman 교수님과 공동 연구

-일반적으로 alpha-helix 구조를 갖는 poly-alanine이 특정 표면에서 구조적 특성을 잃어버림을 발견

- 현재 왜 이러한 현상이 일어나는지 연구 중.

▪ 팹타이드와 팹토이드 (Peptoid)의 그래핀 표면 상에서의 거동 대한 연구 (진행 중)

- NCSU 화학공학과 소속 Erik Santiso 교수님 연구팀과 공동 연구

- 팹타이드와 팹토이드가 특정 환경에서 어떠한 차이점을 보이는지 연구

- 팹토이드 시뮬레이션을 위해 고안된 새로운 Force field가 과연 신뢰한만한지 팹타이드 연구와 비교하는 방법으로 벤치마크 중

(3) Proteins

▪ Intrinsically Disordered Proteins (IDP)의 거동과 시뮬레이션 Force field 및 Water model이 거동에 미치는 영향 (진행 중)

- Texas State University 생화학과 Steven Whitten 교수님 연구팀과 공동 연구

- IDP는 일반적인 환경에서 2차 또는 3차 구조를 갖지 않는 단백질임. 따라서 시뮬레이션과 실험값을 비교하기가 힘듦.

- 가장많이 사용되는 Force field 세 종류와 Water model 세 종류를 가지고 IDP를 시뮬레이션 함.

- 실험값 (Texas State Univ.)과 비교하여 최적의 Force field과 Water model를 제시하는 것이 목표임.

▪ Silk Fibroin과 그래핀, 그래핀 옥사이드, 실리콘 다이옥사이 표면 사이에서 일어나는 변화에 대한 연구

- 미국 조지아택 재료공학과 Vladimir Tsukruk 교수님 연구팀과 공동 연구

- 실크가 그래핀에서는 2차 구조를 잃어버리고, 그래핀 옥사이드 (20% 산화도)에서는 안정된 구조를 취한다는 사실을 발견

- 더불어, 그래핀 옥사이드에서는 심지어 실크의 무작위 사슬이 구조를 띔으로써 안정도가 증가한다는 사실을 시뮬레이션을 통해 밝혀냄

- 실험을 통해 그 사실을 확인하였으며, 추가적인 시뮬레이션을 통해 표면 극성이 안정화에 미치는 영향을 밝혀냄

▪ 새로이 발견한 Aquaporin이 어떻게 물 이외의 여러 물질들을 지방 층 내외로 수송할 수 있는지에 대한 연구 (진행 중)

- 호주 University of Adelaide 생물학과 Maria Hrmova 교수님 연구팀과 공동 연구

- 연구 막바지 단계에 있음. 공동연구자의 요청으로 논문이 게재된 후 업데이트 할 예정임

(4) Enzymes

▪ 이온성액체의 양이온, 음이온이 리파아제 Candida antarctica Lipase B (CALB)의 구조와 기능에 미치는 영향

- 한국 인하대학교 생명공학과 구윤모 교수님 연구팀, 한국 한남대학교 화공신소재공학과 하성호 교수님 연구팀과 공동 연구

- 수 많은 이미다졸리움계 이온성액체 중에서 어떠한 양이온, 음이온의 조합이 CALB의 효소 반응성에 가장 최적한 조합인지 밝혀냄

- 특히 이온성액체가 효소 활성화 부위 주변의 구조적인 변화에 지대한 영향을 미치는 것을 밝힘.

- 시뮬레이션 결과를 바탕으로 실험을 성공적으로 진행함.

▪ CALB의 최대 효소 활성화를 위핸 단백질 돌연변이에 대한 연구

- 미국 화학공학 회사 Eastman Chemical Company의 책임연구원 Stephanie Clendennen 연구팀과 공동 연구

- CALB가 에스터계열 물질 생산에 아주 뛰어난 효소이지만 특정 구조의 알코올을 기질로 잘 쓰지 못함.

- 시뮬레이션을 통해 사측에서 사용하는 유기용매혼합물이 CALB의 구조에 어떠한 영향을 미치는지 밝혀냄

- 이와 동시에 어떠한 아미노산을 돌연변이 시켜야할지 시뮬레이션 결과를 토대로 회사측에 제시함

- 2년 간의 긴밀한 산학 연구를 통해 기존 CALB보다 약 13배 효소 반응성이 뛰어난 돌연변이 CALB를 얻어냄

- 2017년 관련 돌연변이와 실험 방법이 특허로 승인.

(5) 물질의 화학적, 기계적 특성

▪ 그래핀–Self Assembled Monolayer (SAM) 복합체의 기계적 특성과 SAM의 화학적 변화가 기계적 안정성에 미치는 영향

- 미국 Duke University 재료공학과 Stefan Zauscher 교수님 연구팀과 공동 연구

- SAM의 극성이 그래핀 SAM복합체 기계적 안정도에 영향을 미친다는 것을 실험 (Duke)과 시뮬레이션 (NCSU)를 통해 밝혀냄

- 실험적으로 측정하기 힘든 환경에 있는 복합체를 시뮬레이션을 통해 기계적 특성을 예측해 냄.

▪ 이온성액체와 물의 조성에 따른 당의 용해도 변화에 대한 연구

- 한국 인하대학교 생명공학과 구윤모 교수님 연구팀, 한국 한남대학교 화공신소재공학과 하성호 교수님 연구팀과 공동 연구

- 이온성액체와 설탕물을 혼합한 뒤 물을 증발 시키면 이온성액체에 당을 과포화 시킬 수 있음. 

- 이는 이온성액체와 당을 이용한 효소 반응을 증진시키는데 큰 영향을 끼치는 실험 방법임.

- 시뮬레이션을 통해 왜 증발을 통해 당이 이온성액체에 용해되는지 밝혀냄.

▪ 용매의 종류와 표면의 극성이 그래핀 및 그래핀 옥사이드의 기계적 안정성에 미치는 영향에 대한 연구

- 세 가지 일반적인 용매인 물, 에탄올, 메탄올을 이용하여 시뮬레이션을 진행.

- 세 가지 용매가 얼마나 효율적으로 여러정의 그래핀이나 그래핀 옥사이드에서 한 장만을 떼어내는지 연구.

- 또한 표면의 산화도가 이러한 기계적 안정성에 어떠한 영향을 미치는지 밝혀냄.