이형석 연구실
연세대학교 기계공학과
이형석 교수
Mechanotransduction
Cytoskeleton remodeling
Hydrogel
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이형석 연구실
연세대학교 기계공학과 이형석 교수
이형석 연구실은 세포가 인지하는 기계적 미세환경의 변화가 세포골격 리모델링과 신호전달을 통해 염증 반응 및 섬모 기능을 조절하는 과정을 연구합니다. 각질형성세포 및 상피세포에서 기질 강성, 기계적 압축, 액틴 네트워크 물성에 따른 분자 경로와 세포 기능 변화를 분석하며, 컴퓨터 모델링을 통해 액토마이오신 네트워크의 동역학을 해석합니다. 또한 초음파 음향장을 이용해 하이드로겔 중합과 물성 구배를 공간 제어하고 동적 음향 집게 기반 체적 조직 프린팅을 수행합니다. 나아가 폴리카티온 결합 초흡수성 고분자와 하이드로겔 보호층 전기화학 전극으로 계면 안정성과 기능 지속성을 확보하는 소재 연구도 병행합니다.
MechanotransductionCytoskeleton remodelingHydrogelUltrasound-mediated acoustic controlDynamic acoustic tweezers
대표 연구 분야
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세포 기계환경이 염증 및 섬모 기능을 조절하는 기전 연구
Cell mechanobiology for inflammation and ciliary function modulation
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세포 기계환경이 염증 및 섬모 기능을 조절하는 기전 연구
Cell mechanobiology for inflammation and ciliary function modulation
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초음파 음향장 기반 하이드로겔 구배 형성과 동적 음향 집게 조직 프린팅 연구
Ultrasound acoustic fields for hydrogel gradients and dynamic acoustic tweezers tissue printing
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폴리카티온 결합 초흡수성 고분자와 하이드로겔 보호층 전기화학 전극 연구
Polycation crosslinked superabsorbent polymers and hydrogel-protected electrochemical electrodes
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연구 성과 추이
표시된 성과는 수집된 데이터 기준으로 산출되며, 일부 차이가 있을 수 있습니다.
주요 논문
5
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1
Article
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인용수 0
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2026Flexible Dielectric Acoustic Resonator Patch for Tissue Regeneration
Donyoung Kang, Byeongseok Ryu, Sujeong Ahn, Junhyub Kim, Myeonghun Jang, J S Cho, Won-Gun Koh, Hyungsuk Lee
IF 26.8 (2026)
Advanced Materials
초음파(US) 치료는 세포 활성화를 자극하고 조직 재생 및 상처 치유를 촉진하는 비침습적 수단을 제공한다. 그러나 현재의 압전 세라믹 기반 초음파 변환기는 경직되어 있으며 연조직과 기계적으로 부적합하므로 웨어러블 적용에 적합하지 않다. 이러한 한계를 극복하기 위해, 상호 접속(interdigitated) 전극과 유연한 폴리머 기판 사이의 정전기 공진을 이용하여 고주파 음향파를 생성하는 유전 패치를 개발하였다. 우리는 적용 전압의 주파수를 스윕하는 동안 장치 표면에 올려진 액적의 스트리밍 운동(streaming motion)을 분석하여 공진 주파수를 확인하였다. IDE 간격과 기판 두께를 조절함으로써, 20 MHz에서 음향 공진을 나타내는 유전 음향 공진기 패치(DARP)를 제작하였다. 개발된 DARP는 굽힘 시험에서 굽힘 방향과 무관하게 300 사이클 동안 음향 출력의 95% 이상을 유지하였다. 폴리이미드 기반 장치는 약 50%의 광 투과율을 보였으며, 이는 체내(in situ) 영상 촬영에 유리하다. 상처 치유 분석 결과, DARP 자극 후 5분이 경과하면 섬유아세포의 이동 속도가 1.5배 증가하였다. 또한 DARP가 곡면 및 평면 표면을 가진 조직 모사 하이드로젤에 음향 에너지를 전달할 수 있음을 입증하였다. DARP는 초음파 매개 웨어러블 의료 기기와 재생 치료를 개발하기 위한 플랫폼으로 적용될 수 있다.
https://doi.org/10.1002/adma.202516491
Resonator
Dielectric
Piezoelectricity
Bending
Transducer
Acoustic wave
Resonance (particle physics)
Acoustic resonance
Electrode
2
Article
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인용수 4
·
2024Spatial regulation of hydrogel polymerization reaction using ultrasound-driven streaming vortex
Byungjun Kang, Jisoo Shin, Donyoung Kang, Soo-Ho Chang, Chanryeol Rhyou, Seung‐Woo Cho, Hyungsuk Lee
IF 9.7 (2024)
Ultrasonics Sonochemistry
초음파는 높은 비용 효율성, 신속한 반응성, 비접촉식 작동과 같은 장점을 바탕으로 화학 공정을 조절하기 위한 대체 도구로서 주목받고 있다. 선행 연구에서는 음향 기포 공동현상이 기능성 물질을 합성하기 위한 에너지를 생성할 수 있음을 보여주었다. 본 연구에서는 초음파 매개 입자 조작 기법을 사용하여 하이드로겔의 물리적 및 화학적 특성의 공간적 분포를 제어하는 방법을 제시한다. 우리는 겔화 과정에서 형성되는 미세 하이드로겔 입자들을 하이드로겔 용액 내에서 국소화할 수 있는 표면 탄성파(surface acoustic wave) 장치를 개발하였다. 표면 탄성파의 적용을 통해 제작된 하이드로겔은 기계적, 물질 전달, 구조적 특성에서의 구배(gradient)를 나타내었다. 이러한 특성 구배를 갖는 겔은 세포 형태를 지시하는 세포 배양 기질로 활용될 수 있음을 입증하였으며, 이는 계면 조직공학(interfacial tissue engineering)에 유익하다. 또한 음향 기반 방법과 특성 구배를 갖는 제작 하이드로겔은 소프트 로보틱스, 생의학 센서, 또는 바이오전자(bioelectronics) 응용을 위한 유연한 고분자 재료 설계에 적용될 수 있다.
https://doi.org/10.1016/j.ultsonch.2024.107053
Self-healing hydrogels
Materials science
Acoustic streaming
Nanotechnology
Soft robotics
Polymerization
Substrate (aquarium)
Bioelectronics
Cavitation
Tissue engineering
3
Article
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인용수 11
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2021Matrix Stiffening Enhances DNCB-Induced IL-6 Secretion in Keratinocytes Through Activation of ERK and PI3K/Akt Pathway
Hyewon Chung, Seunghee Oh, Hyun‐Woo Shin, Yunam Lee, Hyungsuk Lee, Seung Hyeok Seok
IF 8.786 (2021)
Frontiers in Immunology
액틴 골격 리모델링. 구체적으로, 기계감지와 신호전달은 화학적 자극과 결합되어 사이토카인 생성이 조절되며, 2,4-dinitrochlorobenzene에 대한 반응으로 기질이 더 단단한 경우 케라티노사이트에서 인터루킨-6(IL-6) 생성이 증가한다. 우리는 β1 인테그린과 포컬 어드헤전 키나아스(FAK) 발현이 기질 강성이 증가함에 따라 향상되었고, ERK 및 PI3K/Akt 경로의 활성화가 경화(stiffening) 매개 IL-6 생성에 관여함을 확인하였다. 종합하면, 본 연구 결과는 케라티노사이트의 친염증성 반응을 조절하는 데 있어 기질 경화의 핵심적 역할을 규명하며, 병적 기질 경화와 동반되는 피부 질환에 대한 중요한 임상적 함의를 제공한다.
https://doi.org/10.3389/fimmu.2021.759992
Cell biology
Proinflammatory cytokine
Protein kinase B
PI3K/AKT/mTOR pathway
Signal transduction
Extracellular matrix
Cytokine
Mechanotransduction
Integrin
Chemistry
최신 정부 과제
9
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1
2021년 2월-2026년 2월
|176,331,000원동적 음향 집게를 이용한 고해상도 체적 조직 프린팅 기술 개발
체내 조직을 모사하는 연구는 조직 재생, 약물 개발, 질병 모델 분야에서 활발하게 진행되어 오고 있다. 그럼에도 불구하고, 체내 조직과 유사한 기능을 갖는 인공 조직을 제작하는데 어려움이 있다. 본 제안서에는 조직 고유의 정밀하게 조직화 되어 있는 세포들의 배열 구조에 착안하여 고해상도로 세포와 세포외기질을 패턴화하여 조직을 제작할 수 있는 연구를 제안한...
동적 음향 집게
세포-세포외기질 입자
체적 프린팅
교대 배열
인공 조직
연속 출력
하이드로젤
정적 음향 집게
2
주관|
2021년 2월-2026년 2월
|195,923,000원동적 음향 집게를 이용한 고해상도 체적 조직 프린팅 기술 개발
연구개발내용은 크게 세포-세포외기질 입자 제작과 동적 음향장 내의 기계적 거동 분석, 동적 음향
집게를 이용한 다종 세포-세포외기질 입자들 다차원 패터닝과 인공 조직 제작, 연속 프린팅 장치를
이용한 멀티 조직 제작으로 나뉘어짐.
○ 세포-세포외기질 입자 제작과 동적 음향장 내의 기계적 거동 분석
- 세포-세포외기질 입자 제작 장치 개발: 동적 음향 집게를 이용한 위치제어를 위해서 세포와 세포외
기질 혼합물로 이루어진 구형태의 입자 제작 장치를 제작함. 4채널 유체 채널과 펌프로 설계함.
- 다양한 종류와 크기의 세포-세포외기질 입자 제작: 입자 제작 장치의 유량과 세포 농도를 조절하여
다양한 종류와 크기의 세포-세포외기질 입자를 제작함
- 정적/ 동적 음향 집게에 대한 세포-세포외기질 입자의 기계적 거동 분석: 세포-세포외기질 입자에
정적/ 동적 음향 집게를 인가할 경우 입자의 종류에 따른 기계거 거동을 분석함. 입자들의 기계적 거
동을 조절하기 위한 최적의 운동 조건을 도출함.
○ 동적 음향 집게를 이용한 다종 세포-세포외기질 입자들 다차원 패터닝과 인공 조직 제작
- 동적 음향 집게를 이용한 다종 세포-세포외기질 입자 패터닝 기술 개발과 1차원 선형 구조의 인공
조직 제작: 정적 음향 집게와 동적 음향 집게를 사용하여 두 가지 이상의 세포-세포외기질 입자를 동
시에 조작하여 교대 배열로 패터닝하고 하이드로젤을 경화하여 조직을 제작하는 기술 개발
- 다차원 구조의 인공 조직 제작: 1차원 선형 교대배열 패턴을 갖는 조직 제작을 발전시켜, 2차원 바
둑판 패턴의 조직, 복잡한 3차원 패턴의 조직을 제작.
○ 연속 프린팅 장치를 이용한 멀티 조직 제작
- 인공 조직 연속 프린팅 장치 설계 및 제작: 이종의 조직들을 연속적으로 출력할 수 있는 장치 개발.
장치는 세포-세포외기질 입자 주입부, 동적 음향 집게 인가부, 하이드로젤 경화부, 제작된 조직의 출
력부로 구성됨
- 상호 연결된 멀티 조직 제작: 두 개의 이종 조직을 연속적으로 출력하여 조직간 상호 작용이 가능한
멀티 조직 제작
동적 음향 집게
세포-세포외기질 입자
체적 프린팅
교대 배열
인공 조직
연속 출력
하이드로젤
정적 음향 집게
3
주관|
2021년 2월-2026년 2월
|170,804,000원동적 음향 집게를 이용한 고해상도 체적 조직 프린팅 기술 개발
연구개발내용은 크게 세포-세포외기질 입자 제작과 동적 음향장 내의 기계적 거동 분석, 동적 음향 집게를 이용한 다종 세포-세포외기질 입자들 다차원 패터닝과 인공 조직 제작, 연속 프린팅 장치를 이용한 멀티 조직 제작으로 나뉘어짐.
○ 세포-세포외기질 입자 제작과 동적 음향장 내의 기계적 거동 분석
- 세포-세포외기질 입자 제작 장치 개발: 동적 음향 집게를 이용한 위치제어를 위해서 세포와 세포외기질 혼합물로 이루어진 구형태의 입자 제작 장치를 제작함. 4채널 유체 채널과 펌프로 설계함.
- 다양한 종류와 크기의 세포-세포외기질 입자 제작: 입자 제작 장치의 유량과 세포 농도를 조절하여 다양한 종류와 크기의 세포-세포외기질 입자를 제작함
- 정적/동적 음향 집게에 대한 세포-세포외기질 입자의 기계적 거동 분석: 세포-세포외기질 입자에 정적/동적 음향 집게를 인가할 경우 입자의 종류에 따른 기계거 거동을 분석함. 입자들의 기계적 거동을 조절하기 위한 최적의 운동 조건을 도출함.
○ 동적 음향 집게를 이용한 다종 세포-세포외기질 입자들 다차원 패터닝과 인공 조직 제작
- 동적 음향 집게를 이용한 다종 세포-세포외기질 입자 패터닝 기술 개발과 1차원 선형 구조의 인공 조직 제작: 정적 음향 집게와 동적 음향 집게를 사용하여 두 가지 이상의 세포-세포외기질 입자를 동시에 조작하여 교대 배열로 패터닝하고 하이드로젤을 경화하여 조직을 제작하는 기술 개발
- 다차원 구조의 인공 조직 제작: 1차원 선형 교대배열 패턴을 갖는 조직 제작을 발전시켜, 2차원 바둑판 패턴의 조직, 복잡한 3차원 패턴의 조직을 제작.
○ 연속 프린팅 장치를 이용한 멀티 조직 제작
- 인공 조직 연속 프린팅 장치 설계 및 제작: 이종의 조직들을 연속적으로 출력할 수 있는 장치 개발. 장치는 세포-세포외기질 입자 주입부, 동적 음향 집게 인가부, 하이드로젤 경화부, 제작된 조직의 출력부로 구성됨
- 상호 연결된 멀티 조직 제작: 두 개의 이종 조직을 연속적으로 출력하여 조직간 상호 작용이 가능한 멀티 조직 제작
동적 음향 집게
세포-세포외기질 입자
체적 프린팅
교대 배열
인공 조직
연속 출력
하이드로젤
정적 음향 집게
최신 특허
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바이오폴리머를 재구성하기 위한 장치, 바이오폴리머를 재구성하는 방법, 및 이에 의해 제조된 생체적합성 바이오폴리머 조성물
상태
공개출원연도
2024출원번호
1020240103672음향파 이용 입자 정렬용 몰드, 및 이를 이용한 음향파 이용 입자 정렬 방법
상태
공개출원연도
2024출원번호
1020240064610복합 세포군 정렬 방법, 이에 의해 제조된 환부 치료용 복합 세포군 구조체, 및 이를 이용한 환부 치료 방법
상태
공개출원연도
2024출원번호
1020240064630