이 연구실의 중요한 연구축 중 하나는 카이랄성을 지닌 고분자 및 초분자 구조체를 설계하고, 이를 광학적 기능으로 연결하는 것이다. 연구 데이터에는 원편광 감응 강유전성 고분자 구조체, 카이랄 공액고분자 그래프트 금 나노입자, 원편광 발광 소재, 카이랄 전사 및 증폭 자기조립 등의 주제가 반복적으로 나타난다. 이는 분자 수준의 비대칭성이 어떻게 나노구조의 나선성으로 증폭되고, 다시 거시적 광응답이나 전자소자 기능으로 이어지는지를 탐구하는 연구 방향을 잘 보여준다. 구체적으로는 공액고분자의 나선형 조립, 금 나노입자나 양자점과의 하이브리드화, 강유전성 고분자와의 계층적 결합 등을 통해 카이랄 광학 특성을 강화한다. 이러한 구조는 원편광 발광(CPL), 원편광 감지, 카이랄 광응답 포토트랜지스터, 광 암호화 보안 키 등 차세대 광정보 기술로 확장될 수 있다. 특히 카이랄 전이제 도입, 정렬 조립, 차원 구속 자기조립 같은 전략은 단순한 물질 합성을 넘어, 광학 신호의 세기와 선택성을 제어하는 정교한 소재 공학으로 이어진다. 이 연구는 차세대 광전자 및 보안소재 분야에서 높은 잠재력을 가진다. 원편광을 선택적으로 생성하거나 감지할 수 있는 소재는 디스플레이, 광통신, 정보 암호화, 센싱 시스템에서 중요한 역할을 한다. 이 연구실은 카이랄 초분자 구조의 형성과 기능 발현을 통합적으로 연구함으로써, 화학적 비대칭성을 실제 소자 성능으로 연결하는 독창적인 연구 역량을 보여주고 있다.

이 연구실은 고분자화학과 초분자 나노화학을 기반으로, 분자 수준의 설계를 통해 스스로 조직화되는 기능성 나노구조를 만드는 연구를 수행한다. 특히 공액고분자, 블록공중합체, 펩타이드, 유·무기 하이브리드 구성요소를 활용하여 나노와이어, 나노피브릴, 나노소포체, 나노헬릭스, 나노시트 등 다양한 계층적 구조를 구현하는 데 강점을 보인다. 이러한 연구는 단순히 형태를 만드는 데 그치지 않고, 구조 형성의 원리와 분자 간 상호작용을 정밀하게 해석하여 원하는 물성을 갖는 소재를 설계하는 데 목적이 있다. 연구 방법론 측면에서는 결정화 유도 자기조립, 유화 유도 자기조립, 카이랄 전사, 고분자 그래프트 나노입자 조립, 수용액 기반 자기조립 등 다양한 전략이 활용된다. 특히 공액고분자의 결정성, 분자 배향, 엔트로피·엔탈피 균형, 용매 환경, 계면 조건 등을 제어하여 정밀한 구조체를 유도하며, 이를 통해 전하 이동, 광학 응답, 기계적 유연성 같은 핵심 특성을 향상시킨다. 또한 펩타이드와 고분자를 결합한 하이브리드 조립체를 통해 생체친화성과 기능성을 동시에 확보하는 방향으로 연구가 확장되고 있다. 이러한 자기조립 연구는 차세대 기능성 소재 개발의 핵심 기반기술로서 의미가 크다. 정렬된 나노구조는 광전자소자, 센서, 에너지 소재, 생체재료 등에서 성능을 좌우하는 중요한 요소이기 때문에, 구조 형성 메커니즘을 이해하고 제어하는 능력은 곧 응용 경쟁력으로 이어진다. 이 연구실은 분자 설계에서 구조 형성, 그리고 응용 구현까지 연결되는 통합적 접근을 통해 고성능·다기능 신소재의 원천기술을 구축하고 있다.

이 연구실은 펩타이드 자기조립을 활용한 바이오나노소재 연구에서도 두드러진 성과를 보이고 있다. 출판물과 특허, 프로젝트에는 펩타이드 자기조립, 항동결 조성물, 세포 보존, 약물전달, 치료용 나노에이전트, 나노센서, 항균 기능 등이 폭넓게 포함되어 있다. 특히 짧은 펩타이드의 분자 설계와 자기조립 특성을 이용해 생체친화적이고 기능적으로 정교한 나노구조체를 만들고, 이를 바이오의학적 문제 해결에 적용하는 것이 핵심이다. 대표적으로 항동결 및 저온보존 연구에서는 얼음-물 계면을 제어하는 펩타이드 나노시트, 나노에이전트, MOF 복합체 등을 통해 얼음 재결정화를 억제하고 세포, 조직, 수정란, 난자 등의 보존 효율을 높이고자 한다. 또한 자기조립 다층 나노소포체나 펩타이드 기반 전달체를 활용해 단계적 약물 방출, 조직 표적 전달, 세포 내 전달, 항암 및 항균 효과를 구현하는 방향으로 연구가 진행되고 있다. 이는 바이오콜드체인, 재생의학, 개인맞춤형 치료, 차세대 전달 플랫폼과 직접 연결되는 응용성이 높은 주제다. 이 연구의 강점은 생체모사적 설계와 기능 구현을 동시에 추구한다는 점이다. 자연계의 얼음결합 단백질, 세포막 상호작용, 분자 인지 특성에서 영감을 받아 인공 펩타이드 나노소재를 설계하고, 이를 실제 보존제나 치료 플랫폼으로 발전시키고 있다. 따라서 이 연구실은 화학·재료·바이오의 경계를 넘나드는 융합 연구를 통해, 고효율 저온보존 기술과 정밀 약물전달 기술의 원천소재를 개발하는 데 중요한 역할을 하고 있다.

이 연구실은 기능성 고분자 및 초분자 소재의 형성과 변화를 실시간으로 관찰하는 고급 이미징 연구에서도 독보적인 역량을 보인다. 다수의 프로젝트와 학술발표에는 액상 투과전자현미경(LP-TEM), 실시간 TEM, 전자현미경 토모그래피, 4D 이미징, cryo-TEM 등이 반복적으로 등장한다. 이는 정적인 구조 분석을 넘어, 용액 내에서 일어나는 자기조립, 성장, 열화, 상전이, 구조 재배열 과정을 시공간적으로 추적하여 구조-물성 상관관계를 밝히는 연구라는 점에서 큰 의미가 있다. 특히 공액고분자의 결정화 유도 조립, 펩타이드의 동적 자기조립, 블록공중합체의 미셀 및 폴리머좀 형성, 에너지 소재의 열화 과정 등을 실시간으로 가시화하고 있다. 여기에 딥러닝 기반 영상 해석과 정량 추적 기술을 접목하여, 복잡한 동역학 거동을 더 정밀하게 분석하려는 시도가 활발하다. 이러한 접근은 기존 분석법으로는 포착하기 어려웠던 초기 핵생성, 구조 성장 경로, 불균일성, 동적 이종성 등을 해석하는 데 유리하며, 재료 설계의 정확도를 크게 높여준다. 결과적으로 이 연구는 새로운 소재를 단순히 합성하는 수준을 넘어, 왜 특정 구조가 형성되고 어떻게 기능이 나타나는지를 직접 관찰하고 설명하는 데 기여한다. 이는 차세대 고분자 재료, 바이오나노소재, 광전자소자, 에너지 저장소재 개발에서 매우 강력한 플랫폼 기술이다. 이 연구실은 첨단 현미경과 데이터 기반 해석을 결합하여, 자기조립 나노과학의 근본 원리와 응용 최적화를 동시에 추진하고 있다.