비만으로 인해 지방조직이 손상되면, 이 과정에서 죽은 지방세포가 간 건강까지 악화시킬 수 있다는 연구 결과가 나왔다. 

제약학과 황성환 교수팀은 비만으로 손상돼 죽은 지방세포가 염증성 면역세포인 S100A8 양성 대식세포를 간으로 끌어들여 지방 축적을 늘리고, 그 결과 대사이상 지방간질환(MASLD)을 악화시킨다는 분자 기전을 새롭게 밝혀냈다. 

대사이상 지방간질환은 간에 지방이 과도하게 쌓이는 질환으로, 전 세계 성인 약 30%에서 나타나는 대표적인 대사질환이다. 비만이 주요 위험인자로 꼽혀 왔지만, 비만 상태에서 죽은 지방세포가 어떤 과정을 거쳐 간세포에 지방을 더 쌓이게 만드는지는 명확히 알려지지 않았다.

이번 연구에서는 비만 상태의 지방세포가 사멸하면서 유리지방산(FFA)과 세포외소포체(EV)를 방출하고, 이 신호가 간 안에 S100A8 양성 대식세포를 축적시킨다는 사실을 확인했다.

대식세포는 몸속에서 이물질을 제거하고 염증 반응을 조절하는 면역세포다. 이 가운데 S100A8 양성 대식세포는 염증 반응과 밀접한 S100A8 단백질을 많이 만드는 특정 대식세포 집단이다. 이 대식세포들이 간으로 이동하면, 원래 간세포의 지방 흡수를 억제하는 단백질인 CCN3의 발현이 줄어든다. CCN3는 세포 성장과 대사 조절에 관여하는 단백질로, 간세포 표면에서 지방산을 받아들이는 통로 역할을 하는 CD36의 발현을 억제하는 기능이 있다.

하지만 S100A8 양성 대식세포가 늘어나면 CCN3가 감소하고, 그 결과 CD36 발현이 증가해 간세포가 지방산을 더 많이 흡수하게 된다. 결국 간 안에 지방이 과도하게 축적되면서 지방간질환이 더 심해지는 것이다.

연구팀은 이런 과정을 규명하기 위해 독창적인 유전자 변형 동물모델을 활용했다. 대식세포에서만 S100A8 유전자가 없도록 만든 마우스와 지방세포가 죽지 않도록 항세포사멸 유전자 BCL2를 과발현시킨 마우스를 구축해 지방세포 사멸과 간 염증, 지방 축적의 연관성을 추적했다.

또 단일세포 전사체 분석(scRNA-Seq)을 통해 지방세포 사멸 신호가 간 내 S100A8 양성 대식세포를 증가시킨다는 점도 확인했다. 단일세포 전사체 분석은 세포 하나하나의 유전자 발현 상태를 정밀하게 분석해 어떤 세포가 늘고 줄었는지, 어떤 기능을 하는지 파악하는 기술이다.

【S100A8 양성 대식세포에 의한 간세포의 지방축적 기전】

연구의 핵심은 지방간질환을 간 자체의 문제만으로 보지 않고, 지방조직과 간 사이의 상호작용이라는 관점에서 풀어냈다는 데 있다. 연구팀은 지방세포 사멸 → 간의 S100A8 양성 대식세포 증가 → CCN3 감소 → CD36 증가 → 간세포 지방 축적이라는 연쇄 경로를 제시하며, 비만이 지방간을 악화시키는 새로운 장기 간 상호작용 기전을 설명했다.

이번 연구는 미국 국립보건원(NIH) 산하 국립 알코올남용·알코올중독연구소(NIAAA) Bin Gao 박사 연구팀과의 국제 공동연구로 진행됐다. NIAAA 측이 동물모델 구축을, 부산대 연구팀이 분자 기전 분석을 맡아 융합 연구 성과를 냈다. 과학기술정보통신부 우수신진연구사업 지원을 받았으며, 제약학과 황성환 교수가 교신저자, 김연수 석박사통합과정생이 제1저자로 수행했다. 

해당 연구 결과는 국제학술지 『Journal of Clinical Investigation』 2025년 11월 3일자에 게재됐다.

- 논문 제목: Adipocyte death promotes hepatic infiltration of S100A8+ macrophages and steatotic liver disease progression in mice (지방세포 사멸이 마우스에서 S100A8 양성 대식세포의 간 내 침윤과 지방간질환의 진행을 촉진한다)

- 논문 링크: https://www.jci.org/articles/view/190635

황성환 교수는 “이번 연구는 지방간질환의 원인을 간 자체가 아닌, 비만으로 손상된 지방조직과 간 사이의 상호작용에서 규명했다는 점에서 의미가 크다”며 “S100A8 양성 대식세포의 병인적 역할을 제시한 중요한 성과”라고 말했다.

연구팀은 이번 성과가 향후 지방세포 사멸, S100A8 양성 대식세포, CD36 매개 지방 흡수 경로를 겨냥한 새로운 지방간질환 치료제 개발에 중요한 단서를 제공할 것으로 기대하고 있다.

* 상단 사진: 연구팀. 왼쪽부터 김연수 석박사통합과정생, 박윤서 석박사통합과정생, 황성환 교수, 정준영 석사과정생, 조예은 석박사통합과정생.

[Abstract]

Both adipocytes and hepatocytes have the capacity to store fat, but the factor(s) that determine fat distribution between these cell types remain unknown. In mice fed a high-fat diet, fat initially accumulates predominantly in adipocytes, while hepatic fat accumulation mainly emerges after the onset of epididymal adipocyte death that results in elevated free fatty acids to promote lipid accumulation in hepatocytes. However, it remains unclear whether other signals after adipocyte death are required to direct and/or promote hepatocytes to store fat and subsequently trigger metabolic dysfunction-associated steatotic liver disease (MASLD, formerly known as nonalcoholic fatty liver disease). Using genetically modified mouse models combined with bulk and single-cell RNA-Seq analysis, we demonstrated that visceral adipocyte death induced an accumulation of S100A8+ macrophages in the liver, which was partially induced by fatty acids and apoptotic adipocyte-derived extracellular vesicles. Macrophage-specific deletion of the S100a8 gene reduced hepatic fat accumulation and MASLD severity in mice. Mechanistically, S100A8+ macrophages suppressed cellular communication network factor 3 (CCN3), a negative regulator of CD36, thereby enhancing CD36 expression in hepatocytes. In conclusion, adipocyte death promotes hepatic infiltration of S100A8+ macrophages, which drive hepatocyte lipid storage and subsequently promote MASLD progression through CD36 upregulation, partially mediated by CCN3 suppression.

- Authors (Pusan National University)

 · First author: Yeonsoo Kim (College of Pharmacy)

 · Corresponding author: Seonghwan Hwang (College of Pharmacy)

- Title of original paper: Adipocyte death promotes hepatic infiltration of S100A8+ macrophages and steatotic liver disease progression in mice

- Journal: Journal of Clinical Investigation

- Web link: https://www.jci.org/articles/view/190635 

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

양산부산대병원과 의과대학 공동 연구진이 성확정 호르몬 치료(Gender-Affirming Hormone Therapy, GAHT)의 심혈관 안전성을 세계 최초로 우산형 문헌고찰(umbrella review)*로 종합 평가해, 치료와 관련된 불확실성을 과학적으로 정리하고 임상 현장에서 활용 가능한 근거를 제시함으로써 환자 맞춤형 관리와 임상 가이드라인 및 보건 정책 수립에 도움을 줄 전망이다.

* 우산형 문헌고찰(umbrella review): 기존에 발표된 체계적 문헌고찰(systematic review)과 메타분석(meta-analysis)을 다시 종합·평가하는 최상위 단계의 문헌고찰 방법.

양산부산대병원 직업환경의학과 김기훈 전임의와 의과대학 융합의과학과 김윤학 교수 연구팀은 성확정 호르몬 치료의 심혈관 안전성을 종합적으로 규명한 연구 논문을 국제 학술지 『International Journal of Transgender Health』 1월 1일자에 게재했다.

- 논문 제목: Gender-affirming hormone therapy and cardiovascular risk: an umbrella review of meta-analyses (성확정 호르몬 치료와 심혈관 위험: 메타분석을 대상으로 한 우산형 문헌고찰)

- 논문 링크: https://doi.org/10.1080/26895269.2025.2608831 

이번 연구는 기존에 발표된 개별 메타분석 연구들을 통합·재평가한 ‘우산형 문헌고찰’ 연구로, 성확정 호르몬 치료를 시행받은 트랜스젠더 인구 3만 명 이상을 포함한 8편의 메타분석 연구를 체계적으로 분석했다.

연구팀은 PRISMA* 가이드라인을 준수해 문헌을 선별했으며, AMSTAR-2**와 GRADE*** 평가 체계를 적용해 근거의 질과 신뢰도를 엄격히 평가했다. 이를 통해 성확정 호르몬 치료가 심혈관 건강 및 주요 심혈관 사건에 미치는 영향을 종합적으로 분석했다.

* PRISMA: Preferred Reporting Items for Systematic Reviews and Meta-Analyses. 체계적 문헌고찰과 메타분석 논문을 투명하고 일관되게 보고하기 위한 국제 표준 보고 지침.

** AMSTAR-2: 체계적 문헌고찰·메타분석의 방법론적 질과 신뢰도를 평가하는 도구.

*** GRADE: 종합된 연구 결과(body of evidence)에 대한 근거의 확실성(신뢰 수준)을 평가하는 체계.

연구 결과, 출생 시 여성으로 지정된(AFAB) 대상자에서 테스토스테론 치료 후 LDL 콜레스테롤과 중성지방 증가, HDL 감소 등 지질대사 변화가 관찰됐으나, 정맥혈전색전증(VTE), 심근경색, 뇌졸중 등 주요 심혈관 사건 발생 위험이 유의하게 증가한다는 근거는 제한적인 것으로 나타났다. 출생 시 남성으로 지정된(AMAB) 대상자에서는 전반적인 심혈관 지표 변화가 상대적으로 크지 않았다.

【성확정 호르몬 치료(GAHT)의 심혈관 안전성에 대한 우산형 문헌고찰 개요 모식도】

이번 연구의 개요, 주요 결과 및 임상적 의의를 요약한 모식도로, 

출생 시 여성으로 지정된(AFAB) 대상자에서는 지질대사 지표(LDL, 중성지방 등)의 일부 변화가 관찰된 반면, 

정맥혈전색전증, 심근경색, 뇌졸중 등 주요 심혈관 사건의 위험이 유의하게 증가한다는 근거는 제한적임을 보여준다.

연구팀은 “성확정 호르몬 치료(GAHT)가 대사 지표에는 영향을 미칠 수 있으나, 현재까지의 근거로는 단·중기적으로 심혈관 사건 위험이 뚜렷하게 증가한다고 단정하기 어렵다”고 설명하며, 개별 환자의 심혈관 위험요인을 고려한 맞춤형 모니터링의 중요성을 강조했다.

이번 연구는 성확정 호르몬 치료의 심혈관 안전성에 대한 최상위 근거를 제시해 임상적 불확실성을 줄이고, 환자 맞춤형 위험 평가·관리와 향후 임상 가이드라인 수립 등에 활용될 수 있을 것으로 기대된다. 

이번 연구에 참여한 의료기관은 △연세대 의과대학 △과학기술연합대학원대 △한국과학기술연구원 △가천대 길병원 △부산대 △부산대병원 △양산부산대병원 △부산대치과병원 등 총 8곳이며, 부산대 의과대학 문현오 박사과정생, 박세진 박사과정생, 이영인 학생이 공동 제1저자, 한국과학기술연구원(KIST) 김원규 교수, 양산부산대병원 김기훈 전임의, 부산대 의과대학 김윤학 교수가 공동 교신저자로 수행했다. 

이번 연구는 과학기술정보통신부·교육부 재원으로 수행된 한국연구재단 연구사업, 보건복지부 재원의 한국보건산업진흥원(KHIDI)을 통한 보건의료기술연구개발사업, 산업통상자원부 재원의 한국산업기술진흥원(KIAT)을 통한 산업혁신인력개발사업, 식품의약품안전처 재원의 연구개발사업 등의 지원을 받아 수행됐다.

* 연구진 사진: 왼쪽부터 양산부산대병원 김기훈 전임의, 의과대학 김윤학 교수, 이영인·박세진·문현오 학생.

[Abstract]

Introduction: Gender-affirming hormone therapy (GAHT) is widely used to help transgender individuals align physical traits with gender identity, yet concerns remain regarding its cardiovascular safety. Previous reviews have produced conflicting findings, often constrained by small sample sizes, short follow-up, and heterogeneous hormone regimens. This umbrella review synthesizes current meta-analytic evidence on cardiovascular outcomes of GAHT.

Methods: We followed PRISMA guidelines and searched Embase, MEDLINE, Scopus, Web of Science, and ScienceDirect through February 2025. Eligible studies were meta-analyses reporting quantitative outcomes of GAHT. Data were extracted on lipid profiles, blood pressure, hematocrit, and cardiovascular events. Pooled estimates were calculated using inverse-variance methods. Study quality was assessed with AMSTAR 2, and evidence certainty was graded with GRADE.

Results: Eight meta-analyses including 30,789 participants were reviewed. Among individuals assigned female at birth (AFAB), GAHT increased low-density lipoprotein, triglycerides, and total cholesterol and decreased high-density lipoprotein. Blood pressure showed no significant change. Among individuals assigned male at birth (AMAB) receiving estradiol, lipid effects were inconsistent. Hematocrit increased predominantly in the AFAB group. VTE prevalence was 0.01 in AFAB and 0.02 in AMAB, while risks of myocardial infarction and stroke were not significantly different. The overall quality of evidence ranged from moderate to low.

Conclusions: GAHT affects lipid metabolism, especially among AFAB individuals, but current data do not indicate a significant increase in cardiovascular events. Given the short follow-up and heterogeneity of study designs, further high-quality research is warranted to guide clinical care. 

- Authors (Pusan National University)

  · Hyunoh Moon, Sejin Park, Yeongin Lee (School of Medicine)

  · Kihun Kim (Department of Occupational and Environmental Medicine)

  · Yun Hak Kim (Department of Anatomy and Biomedical Informatics)

- Title of original paper: Gender-Affirming Hormone Therapy and Cardiovascular Risk: An Umbrella Review of Meta-Analyses

- Journal: International Journal of Transgender Health

- Web link: https://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/26895269.2025.2608831

- Contact e-mail: kihun7603@punyh.co.kr / yunhak10510@pusan.ac.kr

G-램프(LAMP)사업단 미래지구환경연구소 강요셉(사진) 연수연구원 국제공동연구팀이 아토피 피부염의 단계별 치료에 필요한 ‘최소 약물 강도’를 수학적으로 규명해, 환자 상태 기반의 정량적 치료 전략 수립 가능성을 제시했다.

강요셉 연구원은 미국 애리조나주립대와의 공동연구를 통해 중증 아토피 피부염의 치료 과정을 비선형 동역학 시스템*으로 모델링하고, 임상에서 흔히 쓰이는 2단계(초기-유지) 치료 전략을 수학적으로 제시했다.

*　비선형 동역학 시스템(non-linear dynamical system): 시간에 따라 변하는 어떤 상태(state)를 식으로 모델링할 때, 그 변화 규칙이 ‘선형’이 아닌 시스템.

아토피 피부염은 만성 염증성 질환으로 재발이 잦고 장기 치료가 필요한 대표적인 난치성 질환이다. 특히 중증 아토피 피부염의 경우 치료 반응이 제한적이며, 환자별 상태에 따라 얼마나 강한 치료가 필요한지에 대한 정량적 기준이 부족해 경험적 판단에 의존하는 한계가 있었다.

이에, 연구팀은 아토피 피부염을 비선형 동역학 시스템으로 모델링하고, 치료 과정을 급성 염증을 억제하기 위해 항생제를 투여하는 ‘초기 치료 단계(Get Control)’와 증상이 가라앉은 상태(remission)를 유지하기 위해 보습제를 적용하는 ‘유지 단계(Keep Control)’의 2단계로 나눠 치료 전략에 대한 수학적 틀을 확립했다. 연구팀이 치료적으로 가장 중요하게 던진 질문은 ‘각 단계가 성공하기 위해 필요한 최소 약물 용량은 얼마인가?’였다. 

분석 결과, 제어의 크기(약물 용량)는 중증 아토피 피부염을 결정짓는 두 가지 근본 요인, 즉 피부 장벽의 투과성(barrier permeability)과 면역 제거 능력(immune clearance capacity)에 직접적으로 연결돼 있었다. 연구팀은 초기 치료 단계에서 만성 염증 상태를 벗어나기 위해 필요한 항생제 용량과 유지 단계에서 증상이 가라앉은 상태를 지속하기 위해 필요한 보습제 수준을 구체적으로 구분해 제시했다.

【중증 아토피피부염의 2단계 제어 전략 개념도(Get Control–Keep Control)】

상단은 시간에 따른 아토피피부염(AD) 중증도의 변화를, 하단은 피부 장벽 상태의 회복 과정을 나타낸다.
초기의 Get Control (GC) 단계에서는 단기간의 집중 치료를 통해 질병 중증도를 빠르게 감소시키며,
이후 Keep Control (KC) 단계에서는 유지 치료를 통해 안정적인 상태를 지속한다.

우선, 초기 치료 단계에서는 항생제 최소 강도가 피부 장벽 상태와 면역 반응에 따라 선형 또는 구간별 선형 관계를 따르는 것으로 나타났다. 즉 피부 장벽이 더 손상됐거나 면역 제거 능력이 낮을수록 만성 염증 상태를 벗어나기 위해 더 강한 초기 개입이 필요하며, 반대로 상태가 비교적 양호하면 낮은 강도 치료로도 염증 억제가 가능할 수 있음을 시사한다. 

반면 유지 단계에서는 보습제 요구량이 비선형적으로 증가하며, 피부 장벽이 약할수록 급격히 증가하는 특성이 확인됐다. 이는 중증 아토피 관리에서 염증을 가라앉히는 것만으로는 부족하며, 장벽의 구조적 취약성을 안정화하는 장기 유지 전략이 치료 성패를 좌우한다는 점을 강조한다.

연구팀은 이번 성과가 중증 아토피 치료를 ‘경험적 판단’에서 ‘정량적 제어’ 문제로 재구성했다는 점에서 학술적·임상적 의미가 크다고 설명했다. 또한 피부 장벽 손상, 미생물 변화, 면역 이상 등 복합 요인을 시간에 따라 변하는 동역학 시스템으로 연결해 병태 메커니즘과 수학 모델을 결합한 융합 연구 사례로 소개했다. 

향후 환자별 장벽 지표, 염증 정도, 재발 패턴 등 실제 임상 데이터를 이 모델에 결합하면, 개인별 최적 초기 치료 강도와 유지 치료 수준을 더 정밀하게 예측해 최소한의 약물로 치료 효과를 극대화 할 수 있는 전략 수립에 기여할 것으로 기대된다.

【아토피피부염 병태생리 과정의 개념적 모식도와 동역학적 상태 분류】

(a)는 치료가 없는 경우와 치료가 적용된 경우를 모두 포함하는 아토피피부염(AD) 병태생리의 핵심 수학 모델을 도식화한 것이다.
환경적 자극은 병원체(P)를 증가시키고 선천면역반응(R)을 활성화하며, 이는 칼리크레인(K) 발현을 유도해 피부 장벽(B)을 손상시킨다.
장벽 손상은 병원체 침투를 더욱 촉진해 염증을 지속시키며, 수지상세포(D)의 축적은 Gata3(G)를 활성화시켜 만성 상태를 유도한다.
항생제(A)는 병원체를 직접 억제하고, 보습제(E)는 피부 장벽 회복을 촉진한다.

이번 연구는 교육부·한국연구재단의 중점테마연구소(G-LMAP)지원사업을 통해 강요셉 연구원이 교신 및 제1저자로 수행했다. 해당 논문은 ‘Controlling severe atopic dermatitis dynamics(중증 아토피 피부염 동역학의 제어)’라는 제목으로 국제 학술지 『Chaos』 3월 17일자 Featured Article로 소개됐다.

- 논문 링크: https://doi.org/10.1063/5.0308283 

강요셉 연구원은 “이번 연구는 ‘얼마나 치료해야 하는가’라는 임상적 질문에 대해 수학적으로 답을 제시한 데 의미가 있다”며 “환자 상태에 맞는 최적의 치료 강도를 설계할 수 있는 기반을 마련했다”고 말했다.

[Abstract]

Atopic dermatitis (AD) is a pervasive inflammatory skin disease, with severe forms constituting a refractory phenotype that devastates quality of life through relentless pruritus, widespread lesions, and resistance to standard therapies. A central clinical challenge is to steer the disease away from chronic inflammation and sustain remission. Framed in dynamical terms, this amounts to controlling the remission dynamics of AD. We establish a mathematical x-x-framework for the canonical two-phase clinical strategy: the “Get Control” (GC) phase, where antibiotics are administered to suppress acute inflammation, and the “Keep Control” (KC) phase, where emollients are applied to maintain remission. A key question of therapeutic relevance is: what are the minimal drug doses required for each phase to succeed? Our analysis reveals scaling laws that tie the control amplitude (drug dose) directly to two fundamental determinants of severe AD: barrier permeability and immune clearance capacity. These laws delineate the antibiotic dosage required to exit chronic inflammation in GC and the emollient level needed to sustain remission in KC. The uncovered scaling principles elevate treatment design from heuristic to quantitative, leading to a theoretical x-x-framework for precision, phase-based analysis of treatment control in severe AD. By aligning clinical intervention with the dynamical structure of the disease, the x-x-framework points toward personalized, optimally dosed strategies for overcoming refractory cases.

- Author (Pusan National University): Yoseb Kang (Mathematics Department)

- Title of original paper: Controlling severe atopic dermatitis dynamics

- Journal: Chaos

- Web link: https://doi.org/10.1063/5.0308283

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

나노소재 기반 약물전달 기술이 항암 치료와 정밀의학의 핵심 플랫폼으로 떠오르고 있지만, 실제 생체 내에서 어떤 조직/어떤 세포가 어떻게 반응하는지까지 정밀하게 확인할 수 있는 안전성 평가 체계는 아직 충분하지 않다. 기존 독성 평가는 주로 생존율, 형태 이상, 조직 손상 등 개체(whole organism) 또는 조직 수준 지표에 의존해 왔기 때문에, 나노입자 특성에 따라 달라질 수 있는 세포 유형별 반응과 분자 수준 변화를 놓치기 쉽다는 한계가 있었다.

이에, 융합의과학과 오창규 교수와 김윤학 교수 연구팀은 다공성 실리콘 나노입자(porous silicon nanoparticles, pSiNPs)의 생체적합성을 개체에서 단일세포 해상도까지 한 번에 연결해 분석하는 다중 스케일(multi-scale) 전략을 제시해 관심을 모으고 있다. 연구팀은 투명하고 발달이 빠르며 독성·발생 연구에 널리 활용되는 제브라피시 배아(zebrafish embryo) 모델을 이용해 pSiNPs 노출 후 생존율, 형태학적 변화, 장기 발달, 심박수 등 거시적 지표를 먼저 평가했다. 이어 동일 조건에서 확보한 시료를 대상으로 단일세포 RNA 시퀀싱(scRNA-seq)을 수행해, 개별 세포 단위에서 유전자 발현 변화를 정밀하게 추적했다.

특히 이번 연구의 핵심은 개체 수준에서 관찰되는 표현형(phenotype)과 단일세포 전사체 변화(transcriptomic response)를 유기적으로 연결해, 조직 및 세포 유형별 반응을 한눈에 볼 수 있는 고해상도 ‘생체적합성 지도(biocompatibility atlas)’를 구축했다는 점이다. 

분석 결과, pSiNPs는 전반적으로 높은 생체적합성을 보였으며, 단일세포 수준에서도 세포 구성 및 유전자 발현 변화가 거의 관찰되지 않았다. 특히 산화 스트레스, 면역 반응, 세포 사멸 등 독성과 관련된 주요 경로에서도 유의한 변화가 확인되지 않아, 세포 유형 전반에 걸쳐 안정적인 생체 반응을 나타냈다.

【연구진 왼쪽부터 오창규 교수, 권은정 박사후연구원, 김예진 박사과정생】

연구팀은 이번 플랫폼이 특정 소재(pSiNPs)에만 국한되지 않고, 향후 다양한 나노소재에도 적용 가능한 체계적 생체적합성 스크리닝 프레임워크가 될 수 있다고 강조했다. 개체 수준 독성 결과와 단일세포 전사체 데이터를 통합해 해석함으로써, 나노소재 기반 치료제 개발 과정에서 안전성 평가의 기준을 고도화하고, 세포 유형별 반응 메커니즘을 바탕으로 한 정밀한 설계·개선 전략 수립에도 기여할 것으로 기대된다.

이번 연구는 경희대와의 공동연구로 수행됐으며, 융합의학과 오창규 교수와 의학과 및 융합의과학과 김윤학 교수가 공동 교신저자, 의학연구원 소속 권은정 박사후연구원, 융합의과학과 김예진 박사과정생이 공동 제1저자로 참여했다. 국제 학술지 『Biomaterials』 온라인 3월 12일자에 소개됐으며, 8월호에 게재될 예정이다.

- 논문 제목: A Multi-Scale Biocompatibility Atlas of Porous Silicon Nanoparticles: From Whole Embryo to Single-Cell Resolution(다공성 실리콘 나노입자의 생체 적합성 아틀라스: 개체 수준에서 단일 세포 해상도까지의 통합적 분석)

- 논문 링크: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41833253 

* 상단 연구 이미지: pSiNP의 다중 스케일 생체 적합성 지도: 전체 배아에서 단일 세포 해상도까지

[Abstract]

The clinical translation of nanomedicines, such as porous silicon nanoparticles (pSiNPs), requires rigorous and multidimensional safety evaluation that extends beyond conventional in vitro assays, which often fail to capture complex in vivo interactions. Here, we establish a multi-scale assessment pipeline employing the zebrafish (Danio rerio) model, integrating whole-organism phenotyping with single-cell RNA sequencing (scRNA-seq) for high-resolution biological profiling. Zebrafish embryos demonstrated exceptional tolerance to pSiNPs, with no observable changes in survival, developmental morphology, or overall growth. Transient and mild reductions in cardiac and locomotor activity observed 2 h post-exposure were fully restored within 24 h, indicating minimal physiological perturbation. At the molecular level, unbiased scRNA-seq analyses revealed a largely quiescent transcriptomic landscape: pSiNP exposure did not disrupt cellular composition or activate gene programs related to stress, toxicity, or inflammation. This integrative, organism-to-single-cell blueprint of biocompatibility provides compelling evidence supporting the safety of pSiNPs and highlights their potential as a robust platform for next-generation drug delivery and theranostic applications.

- Authors (Pusan National University)

∙ First authors: Eun Jung Kwon (Medical Research Institute), Yejin Kim (Department of Convergence Medical Sciences, School of Medicine)

∙ Corresponding authors: Yun Hak Kim (Department of Anatomy, School of Medicine), Chang-Kyu Oh (Department of Biochemistry, School of Medicine)

- Title of original paper: A Multi-Scale Biocompatibility Atlas of Porous Silicon Nanoparticles: From Whole Embryo to Single-Cell Resolution

- Journal: Biomaterials

- Web link: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41833253

- Contact e-mail: Chang-Kyu Oh (ck1988@gmail.com)

응용화학공학부 성동기 교수 연구팀이 항공우주 부품에 요구되는 경량화와 고내열성, 제빙 및 전자파 차폐(遮蔽) 성능을 동시에 갖춘 탄소섬유 복합재료를 높은 에너지 효율로 제조하는 기술을 개발했다. 이 기술을 적용하면 기존 대비 단 5% 수준의 에너지로도 가볍고 튼튼한 소재를 만들 수 있어, 항공우주를 비롯한 다양한 첨단 산업의 혁신이 기대된다.

연구팀은 탄소나노튜브(CNT) 필름을 이용한 줄가열 공정을 개발해, 기존의 고분자 재료가 가진 내열성의 한계를 극복해 고온에서 안정할 뿐 아니라 항공우주 부품에 필수적인 제빙과 전자파 차폐 성능까지 갖춘 항공우주용 경량 탄소섬유 복합재료를 친환경적으로 제조할 수 있는 기술을 확보했다.

섬유강화 복합재는 가볍고 강도가 우수해 항공기, 우주 구조물, 자동차 등 다양한 산업 분야에서 널리 활용되고 있다. 특히 탄소섬유 복합재는 강철보다 가벼우면서도 높은 비강도(比强度)와 강성을 가져 차세대 항공우주 산업의 핵심 소재로 주목받고 있다. 

최근 항공우주 분야에서는 엔진 구조물, 고온 환경에 노출되는 외장재 등 고온에서도 기계적 성능과 구조적 안정성을 유지할 수 있는 복합재에 대한 요구가 증가하고 있다. 그러나, 이를 위해서는 내열성이 우수한 폴리이미드 등 고내열 수지를 사용한 300℃ 이상의 고온 공정이 필요해 에너지 소모가 크고 높은 점도로 인해 고품질의 복합재 제작이 어렵다는 한계가 있다.

연구팀은 이 문제를 해결하기 위해, 기존처럼 금형 외부를 전체 가열하는 방식 대신 탄소나노튜브 필름을 탄소섬유에 배치해 전류를 흘려 직접 발열시키는 줄가열 공정을 제안했다.  

이 기술은 전기에너지를 열에너지로 변환해 필요한 부위에 열을 직접 전달함으로써, 고온 프레스 장비를 쓰는 기존 공정 대비 약 5% 수준의 에너지만으로도 제조가 가능하고, 수지 함침성(含浸性)을 크게 높여 내부 기공을 효과적으로 억제했다. 그 결과 기계적 강도와 구조적 신뢰성이 향상됐으며, 유리전이온도 약 362 ℃ 수준의 고내열 특성을 확보해 고온 환경에서도 안정적인 성능을 유지할 수 있음을 확인했다. 

또한, 탄소나노튜브 필름 도입으로 항공기 구조물에 필요한 제빙 및 전자파 차폐 성능을 동시에 확보했다. 특히, 성형 공정 중 탄소나노튜브 필름의 균일한 발열 특성은 복합재 두께 방향의 온도 편차를 최소화해 구조적 안정성을 향상시켰으며, 대면적 구조물로의 확장이 가능한 에너지 효율적 공정임을 검증했다. 

이번에 개발한 복합재 제조 기술은 항공기 외장재, 엔진 구조물 등 300℃ 이상의 고내열·다기능 특성이 요구되는 항공 우주 분야를 비롯해 에너지 효율적 대면적 구조물 제조가 필요한 다양한 첨단 산업 분야로의 확장이 기대된다.

성동기 교수는 “탄소섬유 복합재료는 높은 강도를 가진 경량소재로서 다양한 산업에 적용되고 있지만, 내열성이 낮아서 고온 환경에서의 적용성은 제한적이다. 이번 연구에서는 탄소나노튜브 필름을 활용한 새로운 줄가열 공정을 통해 고내열 탄소섬유 복합재료를 기존 기술 대비 낮은 에너지로 제조하는 공정 기술을 제안했다. 특히 유리전이온도 362 ℃ 수준의 고온 안정성과 제빙·전자파 차폐 기능을 하나의 구조 내에 통합함으로써, 항공기 외장재와 우주 구조체 등 극한 환경용 차세대 구조물에 적용 가능한 핵심 기술로 발전할 수 있을 것으로 기대된다”고 말했다. 

【연구진: 왼쪽부터 성동기 교수, 정미주 석사 졸업생, 김송희 석사과정생, 김다영 석박사통합과정생】 

이번 연구는 부산대 응용화학공학부 성동기 교수가 교신저자, 정미주 석사 졸업생, 김송희 석사과정생, 김다영 석박사통합과정생이 공동 제1저자로 수행했으며, 한국재료연구원과 미국 텍사스주립대(The University of Texas at Austin)가 공동연구로 참여했다.

해당 연구 성과는 학술지 국제 학술지 『Composites Part B: Engineering』 4월호에 게재됐다.

- 논문 제목: CNT film-integrated polyimide composites: Scalable joule heated infusion process and multifunctional aerospace applications(탄소나노튜브필름이 통합된 폴리이미드 복합재료: 확장 가능한 줄 가열 공정 및 다기능 항공우주 응용)

- 논문 링크: https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2026.113471

이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 나노소재기술개발사업 및 미래기술연구실 지원을 받았다. 

※ 용어 설명

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

  - 탄소나노튜브 필름: 탄소나노튜브를 얇은 필름 형태로 집적한 전도성 소재로, 우수한 전기·열 전도성과 경량 특성을 동시에 가져 다양한 기능성 응용 분야에 활용됨.

  - 줄가열 공정: 전도성 물질에 전기를 가하면 열이 발생하는 원리를 이용하여 고분자 재료를 녹이고 경화하는 공정으로 비싼 장비없이 낮은 전기에너지로 복합재료 생산이 가능함. 

* 상단 연구 이미지: CNT 필름 기반 줄가열 공정을 이용한 탄소섬유 복합재료 제조공정 및 항공우주 응용. CNT 필름을 줄가열 장치로 활용해 높은 에너지 효율로 폴리이미드를 녹이고 경화함으로써 고내열 탄소섬유 복합재료를 제조하는 공정 기술(위)과 이를 이용해 다양한 항공우주 산업에 적용할 수 있는 응용 분야(아래)를 나타냄.

[Abstract]

Researchers at Pusan National University have developed a carbon nanotube (CNT) film based Joule heating infusion process for manufacturing high-temperature carbon fiber-reinforced polyimide composites for aerospace applications. By directly converting electrical energy into heat through CNT films, the process enables uniform thermal delivery, significantly reducing void formation and improving mechanical reliability. The resulting composite achieved a glass transition temperature of approximately 362 ℃ while requiring only about 5% of the energy consumption of conventional hot pressing. Furthermore, the integrated CNT film provides additional multifunctional properties, including de-icing capability and enhanced electromagnetic interference shielding. This study presents an energy-efficient and scalable manufacturing platform for high-performance, multifunctional aerospace composites.  

- Authors (Pusan National University)

 · Co-first authors: Mi Ju Jeong, Song Hee Kim, Dayoung Kim (School of Chemical Engineering)

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

- Title of original paper: CNT film-integrated polyimide composites: Scalable joule heated infusion process and multifunctional aerospace applications

- Journal: Composites Part B: Engineering

- Web link: https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2026.113471

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

기관지 CT 영상에서 전문가(의사/연구자)가 ‘이 부분이 기도(airway)’임을 표시해 둔 ‘주석’이 없는 부분은 대개 배경으로 인식돼 기도의 말초 가지를 놓치기 쉽다. 이에 주석이 빠져 있는 아주 작은 말초 기도까지 AI가 새로 찾아내 끊긴 기도 길을 이어줌으로써, 내비게이션 기관지내시경의 정확도를 향상할 수 있는 모델이 부산대와 양산부산대병원 연구진에 의해 개발돼 관심을 모으고 있다.

의생명융합공학부 김민우 교수 연구팀은 양산부산대병원 호흡기내과 설희윤 교수팀과의 공동연구를 통해, CT 주석이 누락된 말초(peripheral) 기도 분지까지 AI(인공지능)가 발견하고 연결성을 복원해 내비게이션 기관지내시경에서 환자 맞춤형 기도 지도(airway map)의 완성도와 시술 정확도를 향상시킬 수 있는 AI 모델을 개발했다. 

폐 말초 병변의 진단과 치료에서 내비게이션 기관지내시경은 점점 더 중요해지고 있다. 시술의 핵심은 환자 CT로부터 3차원 기도 지도를 만들고, 입(기관)에서 목표 병변까지 이어지는 경로를 정확히 계획하는 것이다. 하지만 실제 임상 환경에서는 말초로 갈수록 기도가 가늘어지고 기도벽이 얇아져 CT 대비가 낮아지면서, 말초 기도 분지가 영상에서 잘 보이지 않는 문제가 반복돼 왔다.

이 한계는 AI 학습 과정에서도 그대로 드러났다. 인공지능 학습에 널리 활용되는 공공 데이터셋의 기도 주석(라벨)은 실제 임상 CT 기반으로 만들어졌지만, 말초 분지에서는 누락이 빈번하다. 그 결과, 분할(segmentation) 모델이 제공된 라벨만을 ‘정답’으로 학습할 경우 실제로 존재하는 말초 기도를 과소 분할하는 경향이 생기고, 특히 내비게이션에 중요한 ‘분지 연결성(연속성)’이 약화될 수 있다는 지적이 있었다.

연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 불완전한 주석 환경에서도 말초 기도 가지의 연속성을 보존할 수 있도록 설계된 딥러닝 기반 기도 분할 프레임워크를 제안했다. 기존처럼 라벨에 최대한 근접한 정밀 분할에만 초점을 두기보다, 내비게이션 기관지내시경의 임상 요구에 맞춰 센터라인 기반의 연결성과 말초 분지까지의 경로 지속성을 더 중요한 목표로 재정의했다.

연구팀은 해부학적 맥락 정보를 활용해 말초 후보 영역을 더 효과적으로 탐색하고, 얇은 말초 구조에서 발생하는 불확실성을 낮추는 한편, 말초 분지 및 중심선 연결성에 유리한 학습 제약을 적용해 누락 라벨에 과도하게 맞추며 실제 기도를 놓치는 현상을 완화했다. 또한 CT 해상도와 슬라이스 두께 변동으로 말초 분지가 소실되는 상황에도 강인하도록 설계해, 다양한 임상 조건에서의 활용 가능성을 높였다.

【CT로부터 3차원 기도 지도를 생성하는 모델 개요와 내비게이션 기관지내시경에서의 활용】

이를 통해 시술 전 계획 단계에서 더 완성도 높은 기도 지도 생성과 경로 추출이 가능해지고, 내비게이션 신뢰도를 높여 말초 병변 접근 효율 개선으로 이어질 것으로 전망된다.

전문가가 말초 분지를 추가 보강한 데이터로 평가한 결과, 제안 방법은 말초 기도 복원 성능이 우수했으며, 공공 데이터뿐 아니라 양산부산대병원 데이터에서도 검증해 일반화 성능을 확인했다. 특히, 중국 상하이교통대 Institute of Medical Robotics와 상하이흉부병원 Department of Respiratory and Critical Care Medicine이 공동 주최한 MICCAI 2022 공식 국제 의료영상 AI 챌린지인 ‘Airway Tree Modeling Challenge’(ATM22, https://atm22.grand-challenge.org)에 해당 연구 방법을 직접 보내 평가받은 결과, 말초 기도를 더 깊숙이 찾는 평가지표에서 48개 비교군 중 현재까지 세계 1위를 기록하고 있다. 

해당 연구는 국제 학술지 『IEEE 트랜잭션 온 메디컬 이미징(IEEE Transactions on Medical Imaging)』 3월 9일자에 게재됐다.

- 논문 제목: Discovery of Peripheral Airway Beyond Incomplete CT Annotations for Navigational Bronchoscopy(불완전 CT 주석을 넘어 내비게이션 기관지내시경을 위한 말초 기도 발견)

- https://ieeexplore.ieee.org/document/11426976 

이번 연구는 부산대 김민우 교수와 양산부산대병원 설희윤 교수가 공동 교신저자, 부산대 정보융합공학과 AI전공 이시열 박사과정생과 서민경 박사과정생이 공동 제1저자로 수행했다. 해당 연구는 과학기술정보통신부 한국연구재단의 기본연구, 정보통신기획평가원의 인공지능융합혁신인재양성사업 지원을 받았다.

공동 교신저자인 김민우 교수와 설희윤 교수는 “이번 연구의 핵심은 말초 폐암 진단을 위한 내비게이션 기관지내시경의 정확도를 높이는 환자 맞춤형 기도 지도 완성도 향상에 있다”며 “특히 CT 주석이 불완전한 학습 데이터를 활용하면서도 말초 기도 분지의 연결성을 정밀하게 복원할 수 있는 인공지능 모델을 개발했다는 점이 큰 의미”라고 밝혔다. 

이어 “자동차 내비게이션처럼 목표 지점까지의 경로를 제시하고 시술 중에도 상대적 위치를 지속적으로 안내할 수 있는 통합 내비게이션 플랫폼으로 확장해 나갈 수 있는 기반을 마련했다”고 덧붙였다.

연구팀은 향후 이 접근법이 기도 구조뿐 아니라 혈관, 신경 등 얇은 관 구조물처럼 주석 누락이 잦은 다양한 의료영상 영역으로 확장될 수 있다고 보고 있다. ‘완벽한 라벨’이 전제되기 어려운 임상 현실을 고려할 때, 제한된 주석만으로도 실제 구조를 더 잘 찾아내고 연결성을 보존하는 실용적 AI 개발 방향을 제시할 것으로 기대된다.

* 상단 연구진 사진: 왼쪽부터 김민우 교수, 이시열 박사과정생, 서민경 박사과정생, 설희윤 교수.

[Abstract]

Navigational bronchoscopy relies on patient-specific airway maps derived from preoperative CT to plan and guide access to peripheral lung lesions. However, public CT airway datasets often contain incomplete annotations, especially in thin, low-contrast distal branches, so conventional deep-learning models trained to match these labels tend to under-segment the periphery, reducing branch continuity and navigation reliability.

In this work, we present a deep learning x-x-framework that discovers and recovers peripheral airways beyond incomplete CT annotations, prioritizing topology and centerline connectivity that are most relevant for bronchoscopy guidance. The proposed approach improves peripheral branch reconstruction and demonstrates robustness across diverse scan conditions, validated on public data and an independent clinical dataset from Yangsan Pusan National University Hospital. Looking ahead, we aim to integrate this airway mapping technology with ongoing work on respiration-induced map deformation correction and endoscopic tool localization to build a navigation-like guidance platform that continuously informs operators of the optimal path and the tool’s relative position during procedures.

- Authors (Pusan National University)

 · Co-first authors: SiYeoul Lee, Minkyung Seo (Department of Information Convergence Engineering)

 · Co-corresponing authors: HeeYun Seol (Department of Internal Medicine, Division of Pulmonary and Critical Care Medicine, Pusan National University Yangsan Hospital, Pusan National University School of Medicine), MinWoo Kim (School of Biomedical Convergence Engineering)  

- Title of original paper: Discovery of Peripheral Airway Beyond Incomplete CT Annotations for Navigational Bronchoscopy

- Journal: IEEE Transactions on Medical Imaging

- Web link: https://ieeexplore.ieee.org/document/11426976 

- Contact e-mail: mkim180@pusan.ac.kr

첨단융합학부 광메카트로닉스공학전공 정세영 명예교수와 김승철 교수 연구팀이 기존 박막 성장 기술의 한계를 뛰어넘는 새로운 초고품질 금속 박막 성장 개념인 ‘Homoepitaxy-like Heteroepitaxy*’를 제시하고, 이를 통해 결함 없는 초평탄 은(Ag) 박막 구현에 성공했다. 이렇게 성장된 은 박막은 반사율이 99.7%에 이르며 결함이 없어, 금속 박막을 새로운 기능성 플랫폼으로 재정의할 수 있는 새로운 가능성을 제시했다. 연구팀의 박막 성장기술(epitaxy**)은 특정 기판에 제한되지 않고 다양한 재료 시스템으로 확장 가능하다는 점에서 산업적 파급력 또한 클 것으로 전망된다.

* Homoepitaxy(호모에피택시): 기판과 동일한 물질 위에 같은 물질을 결정성 있게 성장시키는 에피택시 방법 / Heteroepitaxy(헤테로에피택시): 기판과 서로 다른 물질을 결정 정렬을 유지하며 성장시키는 에피택시 방법.

** Epitaxy(에피택시): 기판(substrate)의 결정 구조를 그대로 따라가며 결정 방향이 정렬된 단결정 박막을 성장시키는 기술.

최근 반도체 기술은 초고속화와 고집적화가 동시에 요구되면서 기존 금속 배선과 박막 소재의 구조적 한계가 점차 뚜렷해지고 있다. 특히 금속 박막 내부의 낱알경계(grain boundary), 표면 거칠기, 구조적 결함은 전기적 성능 저하와 신뢰성 약화의 주요 원인으로 지적돼 왔다. 이에 따라 단결정 수준의 고품질 금속 박막 성장 기술은 차세대 반도체·광전자 소자 구현을 위한 핵심 연구 과제로 부상하고 있다.

연구팀은 이번 연구에서 기존 박막 성장 개념을 확장한 새로운 접근법인 ‘Homoepitaxy-like Heteroepitaxy’를 제안했다. 이는 단결정 구리(Cu) 박막을 버퍼층으로 활용해, 서로 다른 기판 위에서도 마치 동일 물질 위에서 성장한 것과 유사한 결정성을 확보하는 기술이다.

이 기술은 연구팀이 보유한 Atomic Sputtering Epitaxy(ASE) 기술을 기반으로 한다. 스퍼터링 과정에서 원자들을 개별 원자 단위로 공급함으로써, 서로 다른 기판 위에 금속 박막을 성장시키면서도 원자 배열과 성장 동역학을 정밀하게 제어할 수 있도록 설계됐다. 이를 통해 기존 heteroepitaxy에서 불가피하게 발생하던 격자 불일치와 계면 응력 문제를 최소화하고, 표면 확산과 핵 생성 과정을 정밀하게 조절해 초평탄 표면과 높은 결정성을 동시에 확보했다.

그 결과 연구팀은 낱알경계가 없는 초고품질 은(Ag) 박막을 구현하는 데 성공했다. 이렇게 성장된 은 박막은 반사율이 99.7%에 이르며, 구조적 결함이 거의 없는 수준의 단결정 특성을 보였다. 특히 기존 다결정 금속 박막에서 나타나던 전기적 산란 요인을 크게 줄일 수 있어, 고속·고신뢰성 금속 배선 및 광학·전자 소자용 핵심 소재로 활용될 가능성이 높다.

【Ag/Cu 이종구조에서 급격히 변하는 계면 구조 및 기판 수직 방향에서 관찰한 평면구조】

이번 기술의 가장 큰 강점은 특정 기판에만 국한되지 않고 다양한 재료 시스템으로 확장 가능하다는 점이다. 기존 heteroepitaxy 방식이 가진 구조적 불안정성을 최소화하면서도, 다양한 기판 환경에서 금속 박막을 결함 없는 단결정으로 구현할 수 있어 산업적 파급력이 매우 클 것으로 기대된다. 연구팀은 이번 성과가 다양한 초고품질 금속 박막 성장 영역을 새롭게 개척하는 계기가 될 것으로 보고 있다.

정세영 교수는 “이번 연구에서 개발된 은 박막은 거의 완벽에 가까운 박막”이라며 “이 연구는 금속 박막을 단순한 전도층이 아닌 고기능성 소재로 확장시키는 새로운 방향을 제시한다”고 말했다. 이어 “향후 원자층 단위 성장 제어 기술과 결합될 경우, 차세대 광전자 소자, 고주파 통신 기술, 첨단 반도체 공정 등 다양한 분야에서 폭넓게 활용될 수 있을 것”이라며 “앞으로도 연구실이 보유한 금속 단결정 박막 성장 기술을 바탕으로 새로운 금속 단결정 박막 개발을 지속해 나가겠다”고 밝혔다.

이번 연구는 금속 박막의 성장 메커니즘을 근본적으로 재정의하며, 금속 박막의 물리적 특성과 응용 가능성을 획기적으로 확장한 성과로 주목받고 있다. 연구팀은 이번 성과를 통해 차세대 반도체, 광전자, 고주파 통신 분야에서 요구되는 초고품질 금속 소재 개발을 선도할 것으로 기대하고 있다.

【연구진: 왼쪽부터 정세영 명예교수, 김승철 교수, 김수재 박사, 정태인 박사졸업생】

부산대-성균관대 공동으로 수행된 이번 연구는 정세영 명예교수와 김승철 교수가 공동 교신저자, 단결정은행연구소 김수재 박사와 인지메카트로닉스공학과 정태인 박사졸업생이 공동 제1저자로 참여했다. 해당 연구 결과는 재료과학 분야의 세계적 권위 학술지 『Reports on Progress in Physics』 2월 23일자에 게재됐다.

- 논문 제목: Homoepitaxy-like heteroepitaxy via monolayer interface achieves grain-boundary-free ultraflat silver thin films (단원자층 계면 제어로 낱알경계 없는 초평탄 은 박막을 구현한 새로운 Homoepitaxy-like Heteroepitaxy 기술)

- 논문 링크: https://doi.org/10.1088/1361-6633/ae3e3d 

* 상단 연구 이미지: Homoepitaxy-like Heteroepitaxy 성장한 Ag 박막

[Abstract]

Wafer-scale growth of metallic films into single crystals is challenging due to large lattice mismatches and uncontrollable atomic stacking during deposition. Here, single-crystalline Ag(111) films are grown on atomically flat Cu(111) buffer layers using atomic sputtering epitaxy, despite the significant Ag/Cu lattice mismatch (about 13%). The mismatch strain is confined to the first Ag monoatomic interface layer and does not spread into the adjacent Ag layers. This effective strain relaxation occurs through regulated in-plane displacements of Ag atoms where Ag and Cu atoms meet periodically. Although the grain-boundary-free Ag thin films initially exhibited twin boundaries, we successfully demonstrated conditions that significantly reduced them—a feat considered challenging in thin film growth technology. The resulting films have inherently flat surfaces with occasional monoatomic steps, making them ideal for use as reflectors and plasmonic devices.

- Authors (Pusan National University)

· Su Jae Kim (Crystal Bank Research Institute)

· Tae-In Jeong (Department of Cogno-mechatronics Engineering)

· Seungchul Kim, Se-Young Jeong (Department of Cogno-mechatronics Engineering, Department of Optics and Mechatronics Engineering, Engineering Research Center for Color-Modulated Extra-Sensory Perception Technology)

- Title of original paper: Homoepitaxy-like heteroepitaxy via monolayer interface achieves grain-boundary-free ultraflat silver thin films

- Journal: Reports on Progress in Physics

- Web link: https://doi.org/10.1088/1361-6633/ae3e3d 

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

유독성 용매를 쓰지 않으면서도 15cm×15cm 크기의 대면적 기판에 결함 없는 균일 박막을 코팅하는 기술이 개발돼, 페로브스카이트 태양전지 상용화의 난제로 꼽혀 온 ‘공정 친환경성’과 ‘확장성(스케일업)’ 문제가 동시에 해소될 전망이다.

첨단융합학부 서지연 교수와 유기소재시스템공학과 김효정 교수 연구팀은 페로브스카이트 태양전지의 대면적 제조 공정에서 필수로 사용돼 온 유독성 ‘항용매(Anti-solvent)’*를 완전히 제거하면서도 고품질 박막을 구현할 수 있는 ‘시드 프라이밍 진공 결정화(S-VAC)’** 공정 기술을 개발했다.

* 항용매(Anti-solvent): 페로브스카이트 물질을 녹이지 않는 용매로, 박막 코팅 중 빠르게 결정을 형성시키기 위해 떨어뜨리는 액체. 주로 클로로벤젠 등 유독성 발암물질이 사용돼 환경 및 안전 문제가 제기됨.

** S-VAC(Seed-primed Vacuum-Assisted Crystallization): 연구팀이 개발한 기술로, 용액 안에 미리 결정의 씨앗(Seed)을 형성시킨 뒤 진공 장비를 이용해 이를 수직으로 성장시켜 박막을 만드는 공정.

특히 이번 성과는 부산대·한국전력연구원 등 국내 연구팀과 태양전지 분야의 세계적 석학인 스위스 로잔연방공과대학(EPFL) 마이클 그라첼(Michael Grätzel) 교수의 국제 공동연구로 수행돼, 기술의 신뢰도와 재현성을 높이는 동시에 향후 실증·사업화 및 글로벌 확산 가능성까지 끌어올릴 전망이다.

앞서, 지난 2월 4일 마이클 그라첼 교수는 부산대가 올해 개교 80주년을 기념해 마련한 해외석학 초청특강에 초청돼, 분자 태양전지와 페로브스카이트 태양전지 기술의 과학적 진전 및 산업적 가능성을 국내 연구진과 공유하기도 했다. 부산대는 마이클 그라첼 교수와의 지속적인 후속 연구를 통해 차세대 에너지 전환 연구 지평의 확대와 글로벌 협력 네트워크가 강화될 것으로 기대하고 있다.

페로브스카이트 태양전지는 소면적(단위 셀)에서는 높은 효율을 보이지만, 면적이 커질수록 코팅 불균일과 결함 증가로 효율이 급격히 떨어지는 문제가 상용화의 걸림돌로 지적돼 왔다. 기존 스핀코팅 기반 공정은 빠른 결정화를 유도하기 위해 클로로벤젠 등 유해 물질을 포함하는 항용매를 사용해야 했고, 이는 환경 규제와 작업자 안전 문제는 물론 대면적 공정에서의 균일도 확보를 어렵게 만들었다.

연구팀은 이러한 한계를 해결하기 위해 전구체 용액에 올레일아민(Oleylamine)을 첨가해 용액 내부에 나노 크기의 ‘광활성 시드(Seed)’를 균일하게 미리 형성한 뒤, 진공 공정으로 용매 거동을 제어하며 시드를 수직 방향으로 성장시키는 방식으로 치밀하고 균일한 박막을 구현했다. 이로써 항용매를 전혀 사용하지 않는(Anti-solvent-free) 공정임에도 대면적 박막 품질을 확보할 수 있었다.

실증 결과, 연구팀은 15cm×15cm 크기의 대면적 기판에서도 용액공정으로 결함 없이 균일한 페로브스카이트 박막을 제조했으며, 이를 적용한 미니 모듈은 19.1%의 광전변환 효율을 달성했다. 또한 1년 이상의 실외 구동 테스트에서도 초기 효율의 94% 이상을 유지해 장기 안정성까지 입증했다. 

【연구의 핵심 성과(고효율 대면적 모듈)를 증명하는 데이터 모음】

이번에 개발한 기술(S-VAC)이 작은 셀뿐만 아니라, 큰 태양전지 판(모듈)으로 만들었을 때도 세계 최고 수준의 성능을 냈음을 나타냄.
기존 기술 대비 향상된 성능을 볼 수 있으며, 국내 인증기관에서 측정한 태양전지 성능곡선은 15×15㎠ 면적에서 19.1%의 효율을 보여줌.

이번 연구에는 부산대 첨단융합학부 서지연 교수와 유기소재시스템공학과 김효정 교수, 스위스 로잔연방공대 마이클 그라첼 교수, 한국전력연구원 김도형 수석연구원이 교신저자로 참여했으며, 부산대 나노융합기술학과 김선주 박사과정생과 권동건 석박사통합과정생이 공동 제1저자로 수행했다.

서지연 교수는 “이번 연구는 페로브스카이트 태양전지 상용화의 최대 걸림돌이었던 ‘대면적 균일 코팅’ 과 ‘공정의 유독성’ 문제를 동시에 해결한 획기적인 성과”라며 “향후 친환경적이고 효율적인 대량 생산 공정 개발에 크게 기여할 것으로 기대한다”고 말했다.

해당 연구 결과는 에너지 소재 분야의 국제 학술지 『Advanced Energy Materials』 1월호에 게재됐다. 

- 논문 제목: Uniform Monolithic Perovskite Films for Scalable Modules: Anti‐Solvent‐Free Crystallization via Seed Priming and Vacuum Processing[대면적 모듈을 위한 균일 페로브스카이트 박막: 시드 프라이밍 및 진공 공정을 통한 무(無) 항용매 결정화 기술]

- 논문 링크: https://doi.org/10.1002/aenm.202506521 

* 상단 연구진 사진: 지난 2월 4일 부산대 80주년 기념 해외석학 초청특강을 위해 부산대를 방문한 스위스 로잔연방공대 마이클 그라첼 교수와 국내 연구진이 부산대에서 개발한 페로브스카이트 공정 기술로 제작한 미니 모듈을 들고 기념 사진을 촬영하고 있다. 왼쪽부터 부산대 권동건 석박사통합과정생, 부산대 김효정 교수, 한화큐셀 문수진 연구소장, 로잔연방공대 마이클 그라첼 교수, 한국전력연구원 김도형 수석, 부산대 서지연 교수. 

[Abstract]

The scalable fabrication of perovskite solar modules (PSMs) is currently hindered by the difficulty of controlling crystallization over large areas and the reliance on toxic anti-solvents. To address these challenges, we report a novel Seed-primed Vacuum-Assisted Crystallization (S-VAC) strategy that enables the formation of high-quality perovskite films without the use of anti-solvents. By introducing oleylamine (OAm) into the precursor solution, we induced the formation of stable $\alpha$-phase seeds, which serve as templates for crystal growth. Subsequent vacuum processing facilitates the vertical growth of these seeds, resulting in dense, uniform, and pinhole-free films across large substrates. Consequently, the fabricated perovskite mini-modules achieved a power conversion efficiency (PCE) of 19.1%. Notably, the modules exhibited exceptional long-term stability, retaining over 94% of their initial efficiency after one year of outdoor testing. This eco-friendly and scalable approach offers a promising pathway for the commercialization of high-performance perovskite photovoltaics.

- Authors (Pusan National University): Sun-Ju Kim (Department of Nano Fusion Technology), Ji-Youn Seo (Department of Nanoenergy Engineering), Hyo Jung Kim (Department of Organic Material Science and Engineering)

- Title of original paper: Uniform Monolithic Perovskite Films for Scalable Modules: Anti-Solvent-Free Crystallization via Seed Priming and Vacuum Processing

- Journal: Advanced Energy Materials

- Web link: https://doi.org/10.1002/aenm.202506521 

- Contact e-mail: j-y.seo@pusan.ac.kr