광메카트로닉스공학과 김지수·이휘돈 교수 연구팀이 고순도 1.7 ㎛(마이크로미터, 100만분의 1m) 광원을 기반으로 지방만을 선명하게 구별해내는 초고속 광음향 영상 기술을 개발해 지방 조직 진단 및 대사질환 연구의 새로운 전환점을 마련했다.

지방 조직은 인체의 다양한 대사·면역·염증 반응과 밀접하게 연관돼 있으며, 지방량의 변화는 비만, 지방간, 당대사 이상, 심혈관 질환 등 주요 질환의 조기 지표로 활용될 수 있다. 그러나 기존의 생체 지방 영상 기술은 초음파의 낮은 조직 대비, MRI의 높은 비용과 낮은 접근성, 형광 기반 영상의 낮은 침투 깊이 등의 문제로 지방 조직만을 선택해 고해상도·비침습적으로 관찰하는 데 한계가 있었다.

특히, 지방 조직은 1.7 ㎛ 파장에서 매우 강한 광흡수(optical absorption) 특성을 보이기 때문에, 이 파장을 활용하면 지방층을 다른 조직과 구별해 영상화할 수 있다. 그러나 기존 1.7 ㎛ 광원은 크고 복잡한 장비 구조와 낮은 펄스 에너지, 안정성 부족 등으로 인해 고대비 지방 영상 구현이 어려워, 지방층을 선명하게 관찰할 수 있는 새로운 고성능 광원의 필요성이 제기돼 왔다. 

이에, 연구팀은 광섬유(all-fiber)* 기반의 고스펙트럼 에너지밀도(high spectral energy density)** 1.7 ㎛ 나노초 펄스 광원을 개발해, 지방 조직을 선택적으로 고대비로 시각화하는 새로운 광음향 현미경(Photoacoustic Microscopy, PAM)*** 기술을 제안했다. 이 광원은 완전 광섬유 구조로 소형·안정성이 뛰어나며, 기존 대비 월등히 높은 펄스 에너지와 스펙트럼 에너지 밀도를 제공한다.

* all-fiber 구조: 모든 시스템이 광섬유 기반으로 구성된 형태.

** 고스펙트럼 에너지밀도(high spectral energy density): 일정 파장폭에서 전달할 수 있는 에너지양이 높다는 의미로, 신호 세기·영상 대비 개선의 핵심 파라미터.

*** 광음향 현미경(PAM): 빛을 쏘면 조직이 흡수한 에너지가 초음파로 변환되는데, 이 신호를 검출해 조직 구조를 영상화하는 기술. 혈관, 지방, 멜라닌 등 빛 흡수율이 높은 조직을 선명하게 영상화하는 것이 특징.

【연구팀이 개발한 광원을 이용해 획득한 선택적 지방조직 광음향 영상】

이 시스템은 고출력 나노초 펄스를 기반으로 강력한 지방 선택적 광음향 신호를 생성하며, 기존 대비 지방-비지방 조직 간 대비가 획기적으로 향상된 영상을 실시간으로 확보할 수 있다. 깊이 축에서의 분해능 또한 개선돼 정량적 지방 분석이 가능한 고신뢰도 영상 시스템을 구현했다. 이를 통해 지방조직 두께 측정, 지방대사 연구, 피하지방 구조 분석, 지방성 질환 조기 진단, 비만·지방간 연구, 약물 반응 모니터링, 미용·피부의학 분야 등 다양한 영역에서 활용이 기대된다.

또한, 광섬유 구조 덕분에 기존 대비 충격과 열 변화에 강하고, 정렬이 불필요하며, 소형화가 용이해 실제 임상·동물 연구 환경에도 적합한 성능을 확인했다. 현장형(Point-of-care) 의료 진단 기기, 휴대형 PAM 시스템으로의 확장 가능성도 크며, 국내 의료광학 및 광원 산업 경쟁력을 크게 높일 수 있을 것으로 전망된다.

해당 기술을 바이오·의학 분야에 적용할 경우, 지방 조직을 선택적으로 고해상도·고대비로 시각화할 수 있어 지방 대사 질환, 지방층 구조 변화, 피하지방 분포, 지방조직의 염증 반응 등 다양한 생체지표를 비침습적으로 추적할 수 있다. 

교신저자인 김지수 교수와 이휘돈 교수는 “이번 연구는 지방조직만을 선택적으로 고대비로 영상화할 수 있는 혁신적인 광원 기술로, 기존 광원의 여러 한계 중 특히 영상속도, 지방대비도 등을 크게 뛰어넘는 새로운 접근”이라며 “향후 대사성 질환 조기 진단, 지방 연구, 의료·바이오 영상 분야에서 매우 중요한 기술적 전환점이 될 것“이라고 밝혔다.

이번 연구는 부산대 광메카트로닉스공학과 김지수 교수와 이휘돈 교수 및 미국 듀크대학 조순우 박사가 교신저자, 부산대 컬러변조 초감각 인지기술 선도연구센터 박성진 박사와 박상민 박사가 제1저자로 수행해, 국제 학술지 『Photoacoustics』 8월호에 게재됐다.

- 논문 제목: High Spectral Energy Density All-Fiber Nanosecond Pulsed 1.7 ㎛ Light Source for Photoacoustic Microscopy(1.7 ㎛ 대역 고순도 나노초 펄스레이저를 이용한 광음향 영상 시스템)

- 논문 링크: https://doi.org/10.1016/j.pacs.2025.100744 

해당 연구는 과학기술정보통신부 선도연구센터, 보건복지부 연구중심병원 육성 R&D사업 지원을 받았다.

* 상단 연구진 사진: 왼쪽부터 이휘돈 교수, 김지수 교수.

[Abstract]

We present a high spectral energy density all-fiber nanosecond pulsed 1.7 μm light source specifically designed for photoacoustic microscopy (PAM). The system targets the 1st overtone absorption of C–H bonds near 1720 nm within the near-infrared-III (NIR-III) window, where lipids exhibit strong optical absorption, and tissues benefit

from reduced scattering and high permissible fluence. To achieve narrow-linewidth, high pulse energy, and high pulse repetition rate (PRR), we developed a master oscillator fiber amplifier architecture based on stimulated Raman scattering. A 1589.80 nm Raman pump and a custom-built narrow-linewidth Raman seed laser were employed to generate spectrally pure 1719.44 nm pulses (~0.10 nm linewidth). The proposed light source delivers nanosecond pulses (~5 ns) with high pulse energy (≥2.2 μJ) and tunable PRRs up to 300 kHz, resulting in a spectral energy density of approximately 22 μJ/nm—significantly higher than that of conventional 1.7 μm light sources. Performance of the NIR-PAM system was validated through resolution testing with a 1951 USAF target, demonstrating a spatial resolution of approximately 4.14 μm and an axial resolution of approximately 85.5 μm. Phantom imaging of CH2-rich polymer films and ex vivo lipid-rich biological tissues confirmed the system’s high spatial fidelity and strong contrast for lipid-specific structures. This compact, stable, and spectrally refined light source with high spectral energy density can offer an effective solution for high-resolution, label-free molecular imaging and represents a promising platform for clinical photoacoustic imaging applications involving lipid detection and metabolic disease diagnostics.

- Authors (Pusan National University)

· Corresponding authors: Jeesu Kim, Hwidon Lee (Department of Optics and Mechatronics Engineering)

· First authors: Seongjin Bak, Sang Min Park (Engineering Research Center for Color-Modulated Extra-Sensory Perception Technology)

- Title of original paper: High Spectral Energy Density All-Fiber Nanosecond Pulsed 1.7 μm Light Source for Photoacoustic Microscopy

- Journal: Photoacoustics

- Web link: https://doi.org/10.1016/j.pacs.2025.100744 

- Contact e-mail: hwidonlee@pusan.ac.kr

분자생물학과 정의만 교수 연구팀이 임신 중 초기 신경 발달 시기의 ‘환경호르몬’으로 알려진 내분비계 교란물질(Endocrine disrupting chemicals, EDCs) 노출이 후각 신경 및 후각 신경의 기원인 뇌실하 영역(subventricular zone)에서 세포사멸을 일으키는 것을 발견하고, 그로 인해 냄새 탐지 능력이 감소할 수 있음을 확인했다.

‘내분비계 교란물질’은 체내 호르몬의 정상 기능을 교란시킬 수 있는 화학물질이다. 이 물질은 우리가 흔히 접하는 화장품, 캔, 플라스틱, 페인트, 의약품에서 광범위하게 사용되는데, 인간에게 무분별하게 노출되면서 건강에 부정적인 영향을 미치는 것으로 보고돼 왔다. 이에 전 세계적으로 내분비계 교란물질의 독성과 위해성에 대한 연구가 활발히 이뤄지고 있다.

정의만 교수팀은 알킬페놀 계열의 내분비계 교란물질인 옥틸페놀(4-tert-octylphenol)이 마우스의 후각 신경에 미치는 영향을 조사해, 내분비계 교란물질이 후각 신경에도 영향을 줄 수 있음을 규명했다.

연구팀은 신경발달 시기 옥틸페놀 노출이 후각구의 사구체 층에서 후각 신호 처리와 관련된 도파민성 및 칼레티닌성 세포를 감소시킨다는 것을 확인했다. 성체기 행동 실험을 통해 후각 능력을 평가한 결과 후각 능력이 실제로 감소됐음을 알 수 있었다.

연구팀은 출생 1일 차인 마우스의 뇌실하 영역에 AAV1-CAG-GFP(형광 발현 재조합 아데노 바이러스)를 주입해 뇌세포에 감염시킨 후 출생 후 5일 차 및 성체기 후각구에서 세포의 형태를 살폈다. 그 결과, 옥틸페놀에 노출된 자손 마우스에서 수상돌기의 길이 감소가 관찰됐다. 이러한 결과는 후각 능력의 감소와 밀접한 관계가 있다.

연구팀은 등쪽 뇌실하 영역(dorsal subventricular zone)에서 세포 증식 마커인 BrdU(Bromodeoxyuridine), Ki-67, Phospho-Histone H3를 통해 신경 세포의 수가 감소했음을 확인했으며, 세포사멸 마커인 cleaved caspase-3와 Tunel assay 방법을 통해 옥틸페놀에 노출된 자손 마우스의 해당 영역에서 세포사멸이 발생함을 확인했다.

【환경호르몬인 옥틸페놀의 모계 노출이 자손 마우스 후각구와 뇌실하 영역에 미치는 영향】 

임신 중 자손마우스의 옥틸페놀 노출은 뇌실하 영역 및 후각구 신경 발달 악영향을 미침. 그로 인해 성체기에서 냄새 탐지 능력 감소 확인

또한 연구팀은 후각구에서도 세포 증식 마커가 감소됨을 발견하고, 이 결과를 통해 뇌실하 영역에서의 신경세포 감소가 후각구 (olfactory bulb) 신경 발달에도 직접적인 악영향을 미친다는 점을 밝혀냈다. 이러한 내분비계 교란물질이 후각 신경에도 영향을 줄 수 있다는 연구 결과는 새롭게 밝혀진 발견이다.

이번 연구는 뇌 발달이 활발히 진행되는 임신기부터 수유기까지 어미 마우스에 옥틸페놀을 투여해 자손 마우스가 옥틸페놀에 노출되도록 했으며, 이를 성체가 될 때까지 사육하며 영향을 분석했다.

또한, 연구팀은 마이크로어레이 분석(Microarray)을 통해 옥틸페놀 노출에 의한 자손 마우스 뇌의 유전자 발현 변화 양상을 확인했다. 그 결과, 옥틸페놀 노출군에서 대조군에 비해 후각 수용체, 페로몬 수용체 관련 유전자들의 발현량이 감소했다. 이는 옥틸페놀 노출이 후각구의 유전자 수준에도 악영향을 미친다는 것을 시사하며, 옥틸페놀의 모계 노출이 성체가 된 후에도 지속적인 영향을 미칠 수 있음을 의미한다.

이번 연구는 내분비계 교란물질이 후각 기관에 악영향을 줄 수 있다는 새로운 발견으로, 향후 내분비계 교란물질에 대한 연구에 신선한 패러다임을 제시할 수 있을 것으로 전망된다.

연구책임을 맡은 정의만 교수는 “이번 연구를 통해 내분비계 교란물질이 뇌 발달 과정에 미칠 수 있는 영향에 대한 새로운 관점을 제공했다”며 “앞으로의 연구에서도 다양한 환경적 요인이 뇌 발달에 미치는 영향을 탐구해 그러한 요인들의 위험성을 제고하고, 관련 정책 및 규제 수립에 기여할 수 있도록 연구를 이어갈 계획”이라고 말했다.

해당 연구 결과는 세계적으로 권위 있는 국제 학술지 『Journal of Hazardous Materials』 10월 5일자에 게재됐다.

- 논문 제목: New insights into the olfactory development disrupted by 4-tert-Octylphenol in offspring mice (자손 마우스에서 옥틸페놀의 후각 발달 교란 효과에 대한 새로운 이해)

- 논문 링크: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0304389425024896

이번 연구는 G-LAMP 사업단(중점 테마 연구소: 미래지구 환경 연구소) 및 한국연구재단의 지원을 받아 수행됐으며, 부산대 분자생물학과 이동훈 석사과정생이 제1저자, 연구책임자 정의만 교수가 교신저자로 수행했다.

* 상단 연구진 사진: 왼쪽부터 정의만 교수, 이동훈 석사과정생.

[Abstract]

4-tert-Octylphenol (4t-OP) is an endocrine-disrupting chemical widely used in industrial products that exert neurotoxic effects, thus affecting hippocampal neurogenesis and cognitive function. However, its effect on the subventricular zone (SVZ), a crucial neurogenic niche, remains unclear. The present study demonstrated that maternal 4t-OP exposure significantly reduced neurogenesis in the dorsal SVZ, the primary source of dopaminergic periglomerular cells and superficial granule cells, in the olfactory bulb (OB) in mouse offspring. This reduction in neural progenitor populations led to decreased numbers of OB neurons, particularly tyrosine hydroxylase- and calretinin-positive cells, which play a key role in olfactory processing. These changes persisted in adulthood and were associated with olfactory dysfunction, including impaired odor detection and reduced social odor preference in behavioral tests. These findings indicate that 4t-OP exposure disrupts SVZ neurogenesis, leading to long-term sensory and behavioral deficits, highlighting its potential neurodevelopmental risks. Moreover, the observed impairment in olfactory function induced by 4t-OP exposure provides new insight into how endocrine-disrupting chemicals affect sensory organs.

- Authors (Pusan National University): Dong Hun Lee, Eui-Man Jung (Department of Molecular Biology)

- Title of original paper: New insights into the olfactory development disrupted by 4-tert-Octylphenol in offspring mice

- Journal: Journal of Hazardous Materials

- Web link: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0304389425024896 

- Contact e-mail: jungem@pusan.ac.kr

의생명융합공학부 박형기(사진) 교수팀은 일본 연구진과 함께 COVID-19 mRNA 백신 접종자의 항체 반응을 대규모로 분석해, 돌파감염(백신 접종을 완료했음에도 감염되는 경우) 위험이 높은 집단을 규명하고 이를 조기에 파악할 수 있는 방법을 제시했다. 

연구팀은 2021년부터 2025년까지 4년에 걸쳐 수집한 약 2,500명의 항체 및 임상 데이터를 수학적 모델링과 AI(인공지능) 기법으로 정밀 분석했다. 이를 통해 mRNA 백신에 의해 유도되는 항체 반응이 △높고 오래 유지되는 ‘내구형’ △충분히 형성되지 않는 ‘취약형’ △처음에는 높게 형성되지만 급격히 줄어드는 ‘급속저하형’ 등 몇 가지 특이적 패턴을 보인다는 사실을 확인했다. 

특히, ‘취약형’과 ‘급속저하형’ 집단은 돌파감염 위험이 유의하게 높았으며, 돌파감염을 경험한 이들은 접종 후 조기 단계에서 혈중 IgA(S) 항체가가 낮게 나타났다. 이는 IgA 항체가 돌파감염 위험을 조기에 가늠할 수 있는 바이오마커로 활용될 가능성을 시사한다. IgA(Immunoglobulin A)는 우리 몸의 점막 면역을 담당하는 대표적인 항체다.

mRNA 백신은 COVID-19 확산을 억제하는 데 큰 역할을 했다. 하지만 접종자 중 일부는 백신을 접종했음에도 불구하고 빠르게 감염을 겪는 경우가 있었다. 이는 백신이 유도하는 항체 반응에 개인차가 크다는 것을 의미하지만, 그동안 백신 유도 항체의 패턴을 정밀하게 분석한 연구는 드물었다. 

이에 연구팀은 백신 접종 후 항체 동태를 면밀히 추적 분석해, 돌파감염 위험이 높은 고위험군을 파악하는 방법을 수립하는 것이 시급하다고 판단해 연구를 시작했다.

이러한 연구에서의 어려운 점은 데이터를 반복적이고 장기적으로 측정하는 데 시간적·물리적 제약이 크다는 점이다. 이를 극복하기 위해 연구팀은 항체 변동을 설명하는 수학적 모델을 개발해 데이터를 정량적으로 분석할 수 있도록 했다. 

또한 비지도 기계학습(Unsupervised Machine Learning)을 활용해 특이적 항체 변동 패턴을 분류하고, 돌파감염이 빠르게 일어나는 집단을 식별하는 데 성공했다. 그리고, 이러한 집단은 연령 등 기본 임상 정보만으로는 조기 파악이 어렵지만, IgA 항체가 유용한 예측 인자가 될 수 있음을 밝혀냈다.

【연구 개념도】

포스트 코로나 시대와 미래 신종 감염병 대응에서 가장 큰 과제 중 하나는 효율적인 백신 접종 체계 확립이다. 특히, 제한된 의료 자원을 고위험군에 적절히 분배하는 것이 중요하다. 

이번 연구는 수학적 모델과 AI를 결합한 첨단 분석기법으로 개인별 항체 반응 차이를 과학적으로 분류했으며, 이를 통해 추가접종의 적절한 시기와 우선순위를 과학적 근거 기반으로 제시할 수 있게 됐다. 

이 분석기법은 향후 다양한 감염병과 백신 플랫폼의 접종 전략 수립을 위한 분석에 적용 가능하며, 미래 팬데믹 대비와 개인 맞춤형 면역 관리 정책에도 크게 기여할 것으로 기대된다.

이번 연구는 박형기 교수가 제1저자로 수행했으며, 일본 후쿠시마현립의대의 츠보쿠라 마사하루(Masaharu Tsubokura) 교수 연구팀이 수집한 항체 데이터를 바탕으로 일본 나고야대 이와미 신고(Shingo Iwami) 교수 연구팀과 박형기 교수 연구팀이 수학적 모델과 AI 기법을 결합해 분석을 진행했다.

해당 연구 결과는 융합 의학 분야의 세계적 권위지인 『Science Translational Medicine』 9월 17일자에 게재됐다.

- 논문 제목: Longitudinal antibody titers measured after COVID-19 mRNA vaccination can identify individuals at risk for subsequent infection (COVID-19 mRNA 백신 접종 후 항체 변화 추적을 통한 돌파감염 위험군 규명)

- 논문 링크: https://www.science.org/doi/10.1126/scitranslmed.adv4214 

박형기 교수는 “이번 연구를 통해 mRNA 백신 항체 반응의 차이를 정밀하게 규명하고, 추가접종이 더 일찍 필요한 집단을 과학적으로 제시할 수 있었다”며 “이는 향후 백신 정책 수립과 팬데믹 대비 전략 마련에 중요한 근거가 될 것”이라고 말했다.

박 교수는 이어 “이번 연구는 수학적 모델이 기존의 데이터 분석 기법과 결합될 때 다양한 분야의 난제를 해결할 수 있는 강력한 도구가 될 수 있음을 보여준 점에서도 의미가 크다”고 덧붙였다.

[Abstract]

Although COVID-19 posed a major threat, the success of mRNA vaccines enabled rapid development and distribution, helping to control the pandemic. However, vaccine-induced immunity wanes over time, and large individual differences make it difficult to design optimal booster strategies. Identifying poor responders who fail to sustain antibody levels is therefore crucial for prioritizing revaccination.

In this study, we analyzed longitudinal antibody data from 2526 individuals in Fukushima (2021–2022) using mathematical modeling and machine learning. We identified three distinct antibody persistence patterns—durable, vulnerable, and rapid-decliner—and found that rapid-decliners tended to become infected earlier. This suggests that the ability to maintain antibodies, rather than high initial titers, may be more important for preventing early infection. Additionally, individuals who experienced breakthrough infections showed lower early spike-specific IgA levels after booster vaccination, indicating that IgA may serve as a useful marker for assessing breakthrough infection risk.

This approach provides valuable evidence for optimizing vaccine allocation and enhancing population-level immunity in future pandemics and the post–COVID-19 era.

- Author (Pusan National University): Hyeongki Park (School of Biomedical Convergence Engineering)

- Title of original paper: Longitudinal antibody titers measured after COVID-19 mRNA vaccination can identify individuals at risk for subsequent infection

- Journal: Science Translational Medicine

- Web link: https://www.science.org/doi/10.1126/scitranslmed.adv4214

- Contact e-mail: hkpark@pusan.ac.kr

응용화학공학부 김채빈 교수 연구팀이 한양대 및 동의대와의 공동연구로, 자기장과 빛을 이용해 정밀하게 제어할 수 있는 상어 피부 모사 마이크로 구조체 개발에 성공했다.

자연계 생물들은 고유의 마이크로 구조를 통해 탁월한 기능을 발현한다. 연구팀은 이 가운데 상어 피부의 구조에 주목했다. 상어 피부는 ‘리블렛(riblet)’이라고 하는 단단한 비늘이 교차하고 층층이 적층된 구조를 이루고 있어, 유체 저항을 줄이고 빠르게 헤엄칠 수 있게 해준다.

이러한 생체 구조를 모사한 인공 상어 피부를 항공기, 선박 등 차세대 운송 수단의 외피에 적용한다면, 마찰 저감을 통해 연료 소모를 획기적으로 줄일 수 있을 것으로 보인다.

실제로 1980년 미국항공우주국(NASA) 랭글리연구소는 인공 상어 피부를 비행기 표면에 부착하면 공기 저항을 감소시킬 수 있다고 보고한 바 있으며, 이 기술은 이후 연료 절감을 위한 핵심 기술로 지속적인 연구가 이어지고 있다.

하지만 상어 피부의 리블렛 구조는 단순한 나열이 아닌, 미세한 비늘이 교차하고 중첩된 3차원 복합 구조를 띠고 있어 기존의 복제 성형(replica molding) 기술로는 정밀한 구현이 매우 어려웠다.

이번 연구에서는 자기장으로 형성된 마이크로 구조체를 빛에 노출해 실시간으로 고정·해제 가능한 혁신적인 재료를 선보였다. 

기존 연구에서는 자기장으로 상어 비늘에 해당하는 인공 리블렛을 원하는 방향으로 구부렸어도 자기장을 제거하면 원래 형태로 돌아갔다. PDMS(폴리디메틸실록산) 같은 유연한 소재를 활용해도, 구조를 고정하기 위해 레진을 함침(含浸)하거나 열과 압력을 가하는 복잡한 후처리 과정이 필요했다.

반면, 이번 연구 소재는 빛을 통해 구조를 고정한 후 필요 시 다시 빛과 자기장으로 원상복귀시킬 수 있다. 이를 위해 연구팀은 ‘동적 공유 결합(Dynamic Covalent Bonds) 기반의 가교 고분자(CAN, Covalent Adaptable Networks)’를 마이크로 구조체에 적용했다. 특히 빛에 반응해 동적 교환 반응을 일으킬 수 있는 이황화 결합(disulfide bond)을 도입함으로써, 광(光) 자극으로 분자 수준에서 결합 재배열을 구현해 마이크로 구조의 성공적인 형상 제어가 가능하도록 설계했다.

【(a) 자기장과 빛을 통해 원격으로 제어되는 샤크 스킨의 제작 모식도

(b) 세워진 형태의 마이크로 구조의 현미경 이미지(왼쪽)와 굽혀진 형태의 마이크로 구조의 현미경 이미지(오른쪽)】

이러한 광반응성 메커니즘은 분자동역학 시뮬레이션을 통해 분자 수준에서 명확하게 규명됐으며, 빛의 세기에 따라 반응 특성이 어떻게 달라지는지도 정밀 분석됐다.

연구팀은 이황화 결합 기반의 CAN과 자성입자를 혼합한 복합재료를 개발했다. 이 소재는 열경화 전 액상의 상태에서 자성 입자를 균일하게 분산시킨 뒤, 자체 개발한 상어 피부 유사 몰드에 주입해 열에 의해 경화된다. 이후 외부 자기장을 활용해 자화(磁化) 프로파일을 설계함으로써, 외부 자기장에 반응하는 정밀한 마이크로 구조를 제작할 수 있었다.

제작된 구조는 초기에는 각 리블렛이 수직으로 세워진 형태이나, 자기장을 적용시키면 자화된 내부 자성 입자들이 반응해 리블렛들이 누운 상태가 된다. 이 상태에서 빛을 쪼이면 굽혀진 구조는 동적 교환반응으로 인해 사슬의 응력을 완화하고 형상을 고정하게 돼 실제 상어 피부와 같이 교차로 적층된 구조를 형성하게 된다. 이는 현재까지 보고된 인공 구조 중 실제 상어 피부와 가장 유사한 수준이다.

【왼쪽부터 김채진 교수, 윤여명 박사과정생】

김채빈 교수는 “이번 기술은 상어 피부 구조를 구현했을 뿐만 아니라, 빛과 자기장을 활용한 지능형 마이크로 구조로 설계해, 향후 에너지 효율화, 스마트 소재, 자가 치유 표면 등 다양한 응용 분야로의 적용이 기대된다”고 말했다.

이번 연구는 한양대·동의대와의 공동연구로, 응용화학공학부 김채빈 교수가 교신저자, 윤여명 박사과정생이 제1저자로 수행했다. 한국연구재단의 지원을 받았다. 

해당  연구 결과는 저명한 국제 학술지 『Advanced Materials』 10월 2일자에 게재됐으며, 연구의 우수성을 인정받아 표지 논문(Front cover)으로 선정됐다.

- 논문 제목: Light Fueled In-Operando Shape Reconfiguration, Fixation, and Recovery of Magnetically Actuated Microtextured Covalent Adaptable Networks (빛을 이용해 형상 전환과 고정, 복원이 가능한 자성으로 구동되는 동적 공유결합으로 가교된 고분자 기반 마이크로 구조)

- 논문 링크: https://doi.org/10.1002/adma.202503161

【저널 표지 논문 이미지】

[Abstract]

A research team led by Prof. Chae Bin Kim (Pusan National University) has developed innovative disulfide-based covalent adaptable networks (DS-CANs) that enable reversible shape-shifting and fixation using magnetic fields and ultraviolet (UV) light. Traditional magnetic micropillar arrays, composed of PDMS and magnetic particles, deform under a magnetic field but fail to retain their shape once the field is removed. Previous fixation strategies—such as water-soluble binders or thermosetting resins—faced limitations in reversibility and environmental compatibility. The newly developed DS-CANs address these challenges, enabling UV- or heat-triggered shape locking at room temperature without the need for solvents or resins. These materials also offer spatiotemporal control, reprocessability, and self-healing capabilities.

To demonstrate their functionality, the team fabricated DS-CAN/NdFeB micropillar arrays that respond to magnetic fields and retain their programmed shapes after UV exposure. The reversible deformation and fixation processes were further validated using non-equilibrium molecular dynamics and Monte Carlo simulations. Additionally, the successful formation of ribbed microstructures mimicking shark skin highlights the material's potential for complex 3D shaping. This breakthrough opens new possibilities for soft robotics, programmable surfaces, and smart adhesives, while also offering energy-efficient solutions for drag reduction in smart surface and transport systems. 

- Authors (Pusan National University) · Yeomyung Yoon (School of Chemical Engineering) · Chae Bin Kim (School of Chemical Engineering, Department of Polymer Science and Engineering, Research Institute for Convergence of Biomedical Science and Technology)

- Title of original paper: Light-Fueled In-Operando Shape Reconfiguration, Fixation,and Recovery of Magnetically Actuated MicrotexturedCovalent Adaptable Networks

- Journal: Advanced Materials

- Web link: https://doi.org/10.1002/adma.202503161

우리가 아는 감기 바이러스 중 일부는 코로나바이러스 계열이다. 그중 ‘OC43’은 코로나19의 친척 격으로, 감기 증상뿐 아니라 폐렴이나 뇌염까지 유발할 수 있어 면역이 약한 사람에겐 위험하다.

나노바이오융합연구소 유소영(사진) 연구교수팀이 성균관대와의 공동연구를 통해 흔히 생각하는 약이 아닌, ‘박테리오파지’라는 좋은 바이러스를 이용해 감기처럼 퍼지는 코로나바이러스 ‘OC43’의 감염을 차단하고 염증까지 억제할 수 있는 착한 바이러스 ‘Ac-SLPhage’ 치료제를 개발했다. 박테리오파지는 박테리아를 감염시키는 바이러스로, 사람에게는 무해하며 생명공학·의료 분야에서 다양하게 활용된다.

【유소영 연구교수】

‘OC43’는 사람 코로나바이러스의 일종으로, 감기 증상부터 중증 폐렴·뇌염까지 유발할 수 있으며, 숙주를 감염시킬 때 ‘시아산’이라는 물질을 인식해 세포로 침입한다. 

치료제 개발에 나선 연구팀은 시아산 계열 리간드(세포 표면 수용체에 결합해 생물학적 반응을 일으키는 분자)인 9-O-acetylated sialic acid를 박테리오파지 표면에 다중으로 결합시켰다. 그러자 코로나바이러스가 이 가짜 수용체를 진짜로 착각해 달라붙으면서, 결국 숙주 세포에 침입하지 못하고 무력화됐다. 실험 결과, 감염 억제율 99.5%, 세포 손상 최소화, 생존율 향상 등의 효과가 나타났다.

또한, 이 Ac-SLPhage 치료제는 면역세포를 회복형(M2)으로 바꿔 염증을 줄이고 손상된 조직 회복을 돕는다. 

감염이 일어나면 면역세포가 과잉 반응하면서 몸에 해로운 염증이 생긴다. M1은 ‘싸우는 면역세포’, M2는 ‘회복하는 면역세포’인데, Ac-SLPhage는 M2형 분화를 유도해 과잉 염증을 완화하고 손상된 조직 회복을 촉진했다. 이로써 감염으로 인한 염증성 사이토카인(IL-6)의 분비가 줄고, 세포 내 항산화 시스템(HO-1, NQO1)도 강화됐다.

생후 5일령 마우스를 대상으로 한 실험에서 Ac-SLPhage는 감염 전·후 모두 생존율 증가, 폐 조직 염증 감소, 바이러스 농도 저하를 유도했다.

특히, 정맥·비강·복강 투여 모두에서 폐 조직에 선택적으로 축적됐다. 이는 약물이 호흡기 질환 치료의 목표 장기인 폐에 잘 도달했다는 의미로, 감염 부위에 정확하게 작용하는 ‘표적 치료제’로서의 가능성을 보여준다.

면역반응이나 항체 생성도 거의 유발되지 않아 반복 투여가 가능한 치료제로서의 안정성도 확인됐다. 

【‘감기 코로나 바이러스’를 막고 폐를 지키는 착한 바이러스(Ac-SLPhage)의 효능 검증】

(A) 실험 설계도. 감기처럼 생긴 코로나 바이러스(OC43)를 쥐에 감염시키고, 감염 전후로 Ac-SLPhage를 주사해 효과를 비교함.

(B) OC43의 감염은 폐, 비강, 신장 등에 축적되지만 Ac-Phage를 주사한 경우 OC43의 감염이 현저히 줄어듦.

(C) 폐 조직 현미경 사진. 감염되면 폐가 망가지지만, Ac-SLPhage를 맞으면 건강한 폐처럼 구조가 유지됨.

(D) 형광 염색 이미지. 감염된 폐에는 녹색 바이러스 단백질(N-protein)과 빨간색 염증 단백질(IL6)이 늘어나지만 Ac-SLPhage를 맞으면 확연히 줄어듦.

(E) 유전자 발현 분석 결과. 면역세포 중 하나인 대식세포도 M2형으로 유도돼 염증을 완화하고 조직을 회복시키게 됨.

유소영 연구교수는 “이번 연구는 바이러스가 세포에 침투할 때 사용하는 열쇠구멍(리간드)을 속여 감염 자체를 원천 차단하고, 동시에 우리 몸의 면역 시스템이 스스로 회복하도록 유도했다는 점에서 큰 의의가 있다”며 “특히 ‘착한 바이러스’라 불리는 박테리오파지를 기반으로 설계해, 인체에 무해하면서도 면역 회복 효과까지 겸비한 치료 전략을 구현했다. 이는 기존 약물이 도달하지 못한 감염 초기 단계와 숙주 회복 과정을 동시에 공략할 수 있는 기술로, 박테리오파지를 임상 치료제로 활용할 수 있는 실질적 가능성을 제시했을 뿐만 아니라, 비슷한 감염 메커니즘을 가진 다른 경우에도 적용 가능해 코로나바이러스 계열 팬데믹 대응에 대한 기대감을 갖게 한다”고 말했다.

해당 연구 성과는 부산대 나노바이오융합연구소 유소영 연구교수 팀과 성균관대 정우재 교수팀이 공동으로 수행했으며, 세계적 학술지 『Journal of Controlled Release』 9월 10일자에 게재됐다.

- 논문 제목: A multivalent 9-O-acetylated sialic acid-conjugated bacteriophage platform for antiviral and immunomodulatory therapy for human coronavirus OC43(인간 코로나바이러스 OC43에 대한 항바이러스 및 면역조절 치료를 위한 다가 9-O-아세틸 시알산 결합 박테리오파지 플랫폼)

- 논문 링크: https://doi.org/10.1016/j.jconrel.2025.113996 

이번 연구는 보건복지부 보건의료기술연구개발사업, 과학기술정보통신부 중견연구지원사업 등의 지원을 받았다.

* 상단 연구 이미지: Ac-SLPhage의 작동 방식

- 왼쪽 붉은색 영역은 감기 바이러스(OC43)가 세포에 침투했을 때 발생하는 염증, 산화 스트레스, 세포 손상을 보여준다.

- 오른쪽 녹색 영역은 착한 바이러스 ‘Ac-SLPhage’가 감기 바이러스를 포위하고, 세포를 보호하는 과정을 나타낸다.

- Ac-SLPhage는 코로나 바이러스가 사용하는 시아산을 표면에 다발로 결합해, 바이러스가 세포 대신 파지에 착각하고 달라붙도록 유도한다. 

- 동시에 세포 내 면역 경로(JNK, ERK)를 정상화하고, 항산화 효소(HO-1, NQO-1)를 활성화해 감염된 세포를 보호한다.

[Abstract]

A research team at Pusan National University, led by Research Professor So Young Yoo from the Institute of Nano-Bio Convergence, has developed a “good virus” therapy that can block and control infections caused by the human coronavirus OC43—a cousin of COVID-19 that spreads like a cold but can lead to pneumonia or even brain inflammation.

The team engineered a bacteriophage (a harmless virus that targets bacteria) to display special sugar-like molecules called sialic acids, which OC43 normally uses to enter human cells. By mimicking these entry points, the modified phage tricks the virus into attaching to it instead of healthy cells—stopping infection before it begins.

More than just a blocker, the therapy also helps the immune system recover. It shifts immune cells from an aggressive, inflammatory state to a healing mode, reducing harmful inflammation and boosting antioxidant defenses. In animal studies, the treatment increased survival, protected lung tissue, and showed no serious side effects—even when delivered through the nose or bloodstream.

The study, conducted in collaboration with Sungkyunkwan University, was published in the Journal of Controlled Release on September 10, 2025, and was supported by the Ministry of Health and Welfare and the Ministry of Science and ICT. 

The platform offers a promising strategy for future coronavirus outbreaks and other respiratory infections.

- Author (Pusan National University): So Young Yoo (Institute of Nanobio Convergence)

- Title of original paper: A multivalent 9-O-acetylated sialic acid-conjugated bacteriophage platform for antiviral and immunomodulatory therapy for human coronavirus OC43

- Journal: Jounral of Controlled Release

- Web link: https://doi.org/10.1016/j.jconrel.2025.113996 

- Contact e-mail: yoosy2@gmail.com

응용화학공학부 성동기 교수 연구팀은 강성(Rigid)과 연성(Flexible)을 동시에 갖춘 ‘종이접기형’ 복합재료를 개발해, 차세대 로봇, 전개형 우주 구조물, 웨어러블 기기 등에 활용 가능한 소재 및 공정 기술을 확보했다. 강하지만 자유롭게 변신 가능한 트랜스포머 로봇, 작게 접어 우주선에 싣고 나가 우주에서 넓게 펼 수 있는 태양광 패널, 자유롭게 접히는 폴더블 폰. 이 모든 것이 가능할 전망이다.

강철보다 강하면서 강철의 절반 이하로 가벼운 섬유강화 복합재료는 항공기, 자동차, 풍력발전, 레저용품 등에 사용되고 있지만, 단단한 특성으로 인해 유연성이 필요한 첨단 분야 적용에 한계가 있었다. 연구팀은 이를 극복하기 위해 기존의 단일 고분자만을 적용하는 복합재료를 넘어, 강성과 연성을 선택적으로 구현하는 새로운 복합재료 기술을 제안했다. 

연구팀은 두 가지 다른 성질을 가진 고분자 수지를 한 번에 필요한 부위에만 선택적으로 넣을 수 있는 새로운 제조 공정을 개발했다. 이 기술을 ‘다중수지 토출공정(Multi-resin dispensing)’이라고 하는데, 다른 종류의 고분자 수지를 선택적으로 함침해 단단한 수지는 힘을 많이 받는 부위에, 유연한 수지는 접히거나 움직이는 부위에 골라서 넣을 수 있다. 

이 공정을 이용해 연구팀은 대표적인 항공용 경량 구조재인 강성의 탄소섬유(Carbon Fiber)*와 방탄 소재인 연성의 케블라섬유(Kevlar Fiber)**로 일체형 복합재료를 제조했다. 하나의 직물이지만 어떤 부분은 튼튼하고, 어떤 부분은 부드럽게 접히는 일체형 하이브리드 복합재료가 탄생한 것이다.

* 탄소섬유: 탄소 함량이 매우 높은 가볍고 강한 섬유로서 고강도·고탄성 특성이 필요한 항공우주, 자동차, 스포츠용품 등에 널리 사용됨.

** 케블라섬유: 가벼우면서도 철보다 5배 이상 강한 인조 섬유로서 방탄복, 헬멧, 소방복 등 고강도 보호장비에 사용됨.

신규 복합소재는 뛰어난 기계적 물성을 가질 뿐만 아니라, 1,000번에 이르는 반복적 접힘과 펼침에도 우수한 내구성을 유지했다. 

기존에는 강성과 유연성을 동시에 가지려면 여러 재료를 조립하거나 복잡한 공정을 거쳐야 했다. 하지만 이 기술은 한 번의 공정으로, 한 장의 재료에 ‘기능을 구분해서 넣을 수 있는’ 스마트한 방법이다. 

또한, 고가의 장비나 노동력 없이도 2분 내에 복합재료를 만들 수 있는 대량생산 공정으로 산업에 적용하기가 용이할 것으로 전망된다. 특히 신규 공정을 이용해 삼각기둥형 종이접기 구조물(TCO, Triangular cylindrical origami)을 설계해 자동화 공정으로 제작한 후 반복적인 접힘과 펼침 과정에서도 탁월한 내구성과 안정성을 검증했고, 대량생산이 가능한 고속성형 공정 개발로 다양한 산업으로의 활용 가능성을 보였다.

지금까지 유연성이 뛰어나 소프트 로봇에 적용 가능한 소재나 우수한 강성으로 구조재에 적용하는 소재는 각각 많이 개발돼 왔지만, 이번에 개발된 기술은 강·연성을 하나의 구조에서 동시에 구현하는 복합재료를 대량생산할 수 있는 것으로, 로봇 관절부, 우주항공 전개 구조체, 웨어러블 기기 등 첨단산업 분야에서의 폭넓은 활용이 기대된다. 

【왼쪽부터 성동기 교수, 손승모 박사과정생】 

성동기 교수는 “이번 연구는 이종섬유 적층 설계, 다중 고분자의 선택적 토출 공정과 종이접기 구조를 융합해 항공기 수준의 강성을 가지면서도 자유롭게 접고 펴는 전개가 가능한 일체형 복합재료를 수월하게 제조하는 기술을 처음 제안한 것으로, 영화에서 보던 트랜스포머(Transformer) 로봇이나 태양광 돛(Solar sail) 우주선 등을 구현할 수 있는 핵심기술로 발전할 수 있다”고 말했다.

이번 연구는 부산대 응용화학공학부 고분자복합재료연구실의 독자적인 연구로, 성동기 교수가 교신저자, 손승모 박사과정생이 제1저자로 수행했다. 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 나노소재기술개발사업과 미래기술연구실사업의 지원을 받았다.

해당 성과는 국제 학술지 『Composites Part B: Engineering』 10월호에 게재됐다.

- 논문 제목: Deployable fiber-reinforced polymer for advanced monolithic Rigid-Soft robotics applications(일체형 강·연성 로보틱스용 전개형 섬유강화 복합재료)

- 논문 링크: https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2025.112754

* 상단 연구 이미지: 전개 가능한 일체형 복합재료 제조 기술 개발 및 응용 분야 모식도.

(위) 신규 강·연성 일체형 복합재료 고속 성형공정 이미지 및 구조

(가운데) 실제 ‘종이접기’ 복합재료의 압축-전개 이미지

(아래) 신규 소재 및 공정의 응용 분야 - 항공우주, 로보틱스, 웨어러블 디바이스 등

[Abstract]

Researchers at Pusan National University have developed an origami-inspired fiber-reinforced polymer composite that selectively integrates rigid and flexible epoxy resins into carbon and Kevlar fibers within a single structure. This novel multi-resin dispensing method allows rapid fabrication in under two minutes, yielding a composite with excellent mechanical properties and durability under repeated folding, offering significant advancements for robotic joints and deployable aerospace structures.

- Authors (Pusan National University)

 · First author: Seung Mo Son (School of Chemical Engineering)

 · Corresponding author: Dong Gi Seong (Department of Polymer Science and Engineering / School of Chemical Engineering)

- Title of original paper: Deployable fiber-reinforced polymer for advanced monolithic Rigid–Soft robotics applications

- Journal: Composites Part B: Engineering

- Web link: https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2025.112754

- Contact e-mail: dgseong@pusan.ac.kr 

고분자공학과 이재준(사진) 교수 연구팀이 극한 충격 시 에너지를 효과적으로 흡수하는 새로운 고분자 재료의 원리를 규명했다.

연구팀은 금속-리간드 간 분자 결합이 아주 빠르고 강한 충격(고변형률 응력파)을 받으면 변형률이 낮은 결합이 선택적으로 끊어지며, 이 과정에서 충격 에너지를 흡수하고 흩어지는 현상을 실험과 시뮬레이션을 통해 입증했다.

현대사회는 고속 이동체의 확산, 무인항공기와 위성의 상용화, 우주 탐사 임무의 증가, 국가 간 군사적 긴장과 테러 위협 고조 등으로 인해 초고속 충격이나 폭발 상황에 노출되는 빈도가 점차 증가하고 있다. 이러한 환경에서는 106/s 에 달하는 고변형률 응력파(high strain rate stress wave 또는 충격파 shockwave)가 순간적으로 재료에 전달되며, 기계적 손상뿐 아니라 인명 피해, 정보 손실, 시스템 마비 등 복합적 위험을 유발할 수 있다.

이에 따라, 충격파를 능동적으로 흡수하거나 효과적으로 분산시키는 소재 기술은 미래 사회의 안전과 지속 가능성을 위한 핵심 기술 영역으로 주목받고 있다. 단순한 기계적 강도뿐만 아니라, 극한 응력 하에서 에너지를 소산시키는 ‘스마트한 재료 반응성’이 요구되며, 이번 연구는 바로 이러한 요구에 대한 과학적 해답을 제시하고 있다.

연구팀은 고속 충격 환경에서 고분자 내부의 특정 결합, 특히 금속-리간드 간 정사각형 평면 구조(square planar configuration)가 낮은 결합 변형률로 인해 응력에 집중적으로 반응하며 선택적으로 해리(解離)되고, 이 과정이 전체 시스템의 에너지 소산(dissipation)에 결정적인 역할을 한다는 사실을 실험과 계산을 통해 입증했다.

【레이저 유도 충격파를 활용한 충격파 소산 실험을 통해 금속-이미다졸 결합의 해리에 따른 충격파 감쇠율을 평가.
밀도범함수 이론(DFT) 계산을 통해 금속-이미다졸 결합의 기하구조에 따른 변형률 임계점의 변화와 이에 따른 충격파 감쇠 특성의 이해】

이를 위해 레이저 유도 충격파 실험으로 매우 짧은 시간 동안 발생하는 고변형률 응력 환경을 구현하고, 이로 인한 재료 내 분자 구조의 반응을 추적했다. 연구팀은 응력의 경계 조건과 파동의 진행 방향에 따라 금속-리간드 결합 중에서도 리간드가 금속 이온을 중심으로 서로 반대쪽에 위치한 ‘트랜스(trans)’ 형태가 우선적으로 해리되며, 이 해리가 전체 재료 시스템의 에너지 흡수 성능을 향상시킨다는 것을 확인했다.

이번 연구의 또 다른 주목할 점은 실험에 활용된 금속-리간드 기반 고분자 재료가 동적 결합의 특성 덕분에 우수한 자가치유(self-healing) 능력과 재공정성(reprocessability)을 동시에 갖춘다는 점이다. 손상 시에도 스스로 회복이 가능하며 새로운 모양의 형태로 재공정이 가능해, 우주 장비, 방탄 보호 소재, 극한 기능성 코팅 등 극한 환경에서 반복적 충격을 견뎌야 하는 응용 분야에서 기존 고분자 재료의 한계를 극복할 수 있을 것으로 기대된다.

한편, 충격파는 수 마이크로초 내에 수천 배의 변형률(strain rate)을 유발하기 때문에, 이러한 극한 조건에서 동적 결합의 해리 거동을 예측할 수 있는 계산적 접근이 매우 어려웠다.

이에 대해 연구팀은 레이저 유도 충격 실험 데이터를 기반으로 밀도범함수 이론 계산(DFT)을 연계하는 방식으로 해석 프레임워크를 구성했다. 이로써 실제 재료 내부에서 일어나는 결합 해리 현상을 시간·공간적으로 정밀하게 추적할 수 있었으며, 이러한 방식은 향후 금속-리간드 기반 고분자 설계에 실질적이고 재현성 있는 계산 도구로 활용 가능하다는 점에서 학문적·산업적 의미가 크다.

【(a) 연구에 활용된 금속-리간드 결합과 DFT에 활용된 금속-이미다졸 결합 모형
(b) 결합 신장 과정 동안 DFT 계산을 통해 얻은 금속-이미다졸 복합체의 상대적인 에너지 프로파일로,
각 금속의 배위 기하구조를 최대 에너지와 최대 힘을 통해 비교함. 

(c) 다양한 배위 기하구조에 따른 결합 파단 변형률과,
서로 다른 입력 압력에서 충격파에 의해 유도되는 제한적인 압축 변형률의 비교】 

이재준 교수는 “이번 연구는 분자 단위에서 응력파의 영향을 해석하고 재료의 설계로 연결한 실험-계산 통합 사례”라며 “특히 고속 충격 조건에서 변형률 임계점(strain threshold)을 중심으로 설계된 금속-리간드 결합이 고성능 충격흡수재로 기능할 수 있다는 점을 최초로 정량적으로 증명했다”고 설명했다. 

이번 연구는 한국연구재단의 지원을 받아, 부산대 고분자공학과 조승래(제1저자, 현 KAIST 신소재공학 석사과정) 학부연구생, 이혜미 석사과정생과 제시은 석사과정생, KIST 학생연구원이자 서울대 재료공학부 이주호 박사과정생, 부산대 기계공학과 배수원 교수, KIST 김태안(공동 교신저자) 박사, 연구 책임자 부산대 고분자공학과 이재준(교신저자) 교수가 주도해 수행했다. 

해당 연구 결과는 고분자 재료 분야의 권위 있는 국제 학술지 『Polymer Testing』 9월호에 게재됐다. 

- 논문 제목: Enhancing Shock Wave Energy Dissipation in Metallosupramolecular Polymer by Tuning Metal-Imidazole Coordination Interactions (금속-이미다졸 배위 조절을 통한 메탈초분자 고분자의 충격파 에너지 소산 성능 향상) 

- 논문 링크: https://doi.org/10.1016/j.polymertesting.2025.108885  

[Abstract]

Professor Jaejun Lee’s group in Pusan National University, Republic of Korea, in collaboration with Dr. Tae ann Kim’s team at KIST (Korea Institute of Science and Technology), has experimentally and computationally demonstrated how metallosupramolecular bonds dissipate energy under extreme impact. When exposed to very fast, high-strain-rate stress waves, metal-ligand bonds with lower maximum strain selectively break, absorbing and scattering shock energy. The findings were published in the September issue of Polymer Testing (Elsevier top 1% journal, JIF Percentile 98.6 in MATERIALS SCIENCE, CHARACTERIZATION & TESTING).

- Author (Pusan National University): Jaejun Lee (Department of Polymer Science and Engineering)　  

- Title of original paper: Enhancing Shock Wave Energy Dissipation in Metallosupramolecular Polymer by Tuning Metal-Imidazole Coordination Interactions

- Journal: Polymer Testing

- Web link: https://doi.org/10.1016/j.polymertesting.2025.108885

- Contact e-mail: jlee-pse@pusan.ac.kr

특정 사건(event)이 언제 발생하는지를 다루는 통계 분석법인 ‘생존분석(Survival Analysis)’을 한층 정교하게 발전시킨 부산대학교 연구팀의 새로운 데이터 분석 기법이 주목받고 있다. 

※ 생존분석(Survival Analysis)에서 ‘생존(survival)’은 어떤 사건이 일어나지 않고 유지되는 기간을 의미한다. 핵심은 사건 발생 여부뿐만 아니라, 시간과 사건 발생 확률을 함께 고려한다는 점이다.

교육학과 이계진(사진) 교수 연구팀은 기존 이산시간 생존분석(Discrete-Time Survival Analysis, DTSA)을 발전시킨 ‘구조적 이산시간 생존분석(Structured Discrete-Time Survival Analysis, S-DTSA)’ 연구를 완성해 국제 저명 학술지 『Structural Equation Modeling: A Multidisciplinary Journal』 9월 3일자에 게재했다. 해당 학술지는 사회과학 연구 방법론 분야에서 권위를 인정받는 SSCI 저널로, 다년간 인용지수 1위를 차지하며 전 세계 연구자들이 참고하고 있다.

- 논문 제목: Discrete-Time Survival Analysis Incorporating Time Structure in Developmental Research(Time-to-event 자료분석을 위한 이산생존분석의 재해석)

- 논문 링크: https://doi.org/10.1080/10705511.2024.2432598 

이산시간 생존분석(DTSA)은 행동과학 연구에서 사건 발생 확률을 추정하는 데 널리 사용돼 왔다. 예를 들어, 학생이 학업을 중도에 그만두는 시점, 특정 행동이 반복되는 시점, 심리적 증상이 발현되는 시점 등을 분석하는 데 유용하다. 그러나 기존 DTSA는 사건 발생 확률이 시간에 따라 어떻게 변하는지 ‘독립적으로’ 추정하기 때문에, 실제로 존재할 수 있는 선형적 변화나 이차적(곡선형) 변화, 혹은 구간별로 달라지는 변화 양상을 충분히 반영하지 못한다는 한계가 있었다.

이로 인해 연구자는 사건 발생 과정을 이론적으로 설명하거나, 실제 데이터에 존재하는 구조적 패턴을 정확히 반영하는 데 어려움을 겪었다.

연구팀이 제안한 Structured DTSA(S-DTSA)는 이러한 문제를 보완했다. 이 방법은 ‘잠재성장곡선모형(latent growth modeling, LGM)’의 틀을 활용해 사건 발생 확률의 변화를 선형, 이차, 혹은 구간별 함수 형태로 구조적으로 모형화할 수 있도록 한다.

【시간 흐름에 따라 관심 사건이 일어날 위험 로짓(hazard logits)의 변화(왼쪽)와

위험 확률(hazard probability)의 변화(오른쪽)를 기존의 전통적 DTSA기법(▲)과 새로운 접근 방법인 S-DTSA기법(●)으로 비교한 그래프】

이를 통해 불필요한 모수 추정을 줄이는 동시에, 사건 발생 확률의 시간적 궤적을 하나의 구조적 패턴으로 이해할 수 있다. 예를 들어 “위험 확률이 언제 가장 높은가?”, “시간이 지남에 따라 위험 곡선이 어떻게 변하는가?”, “집단별 차이는 어떤가?”와 같은 질문에 보다 직관적으로 답할 수 있게 된다.

Structured DTSA의 가장 큰 장점은 간명하면서도 해석력이 뛰어나다는 점이다. 특히 사건 발생 확률이 시간이 지남에 따라 이차곡선 형태로 변하는 경우, 연구자는 최대 위험 시점이나 위험 곡선의 형태를 쉽게 파악할 수 있으며, 이를 통해 집단 간 차이도 명확하게 분석 가능하다.

이계진 교수는 “이번 연구 결과를 통해 교육학 분야에서 비교적 주목받지 못했던 생존분석 기법이 보다 쉽고 널리 활용될 수 있기를 기대한다”며 “발달 연구나 행동 연구에서 사건 발생 과정을 더 정교하게 이해하고 이론적 해석을 확장하는 데 기여할 것”이라고 말했다.

사회과학 데이터 분석 방법론의 새로운 가능성을 제시한 이번 연구는 교육학, 심리학은 물론 다양한 사회과학 연구에서 사건 발생 시점 분석의 타당성과 응용 범위를 넓혀줄 것으로 기대된다.

[Abstract]

Discrete-time survival analysis (DTSA) is a method widely used by social and behavioral researchers as it aids in the exploration of patterns in time-to-event measures. However, the traditional DTSA models often fail to adequately represent the structured dynamics of hazardous processes. This study introduces structural DTSA, an alternative approach that extends traditional DTSA by incorporating functional forms of hazard changes. With structural DTSA, a reparameterization of the functional forms is also possible for more meaningful interpretations of the results of time-to-event data analyses. This study aims to provide a detailed tutorial on structured DTSA, demonstrating its applicability in social and behavioral research. Henceforth, we demonstrate the application of structured DTSA using data on smoking initiation from the National Longitudinal Study of Youth 1997 (NLSY97). These findings highlight the potential of structured DTSA for various developmental studies.

- Author (Pusan National University): Kejin Lee (Department of Education)

- Title of original paper: Discrete-Time Survival Analysis Incorporating Time Structure in Developmental Research

- Journal: Structural Equation Modeling: A Multidisciplinary Journal

- Web link: https://doi.org/10.1080/10705511.2024.2432598 

- Contact e-mail: kejin@pusan.ac.kr