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신현정 연구실
한국과학기술원 기계공학과
신현정 교수
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신현정 연구실

한국과학기술원 기계공학과 신현정 교수

신현정 연구실은 세포역학과 생체역학을 기반으로 세포가 기질 강성, 전기장, 전단응력, 경계 조건 등 다양한 물리적 미세환경에 어떻게 반응하는지를 정량적으로 규명하고, 비표지 고해상도 이미징·미세유체 플랫폼·AI 기반 형태 분석을 결합하여 암 침습, 상처 치유, 뇌질환, 줄기세포 및 조직재생 문제를 해석하고 진단·치료·재생의학 응용으로 확장하는 융합 의공학 연구를 수행한다.

대표 연구 분야
연구 영역 전체보기
세포역학 및 생체역학 기반 세포 거동 분석 thumbnail
세포역학 및 생체역학 기반 세포 거동 분석
주요 논문
5
논문 전체보기
1
article
|
gold
·
인용수 11
·
2024
High-resolution assessment of multidimensional cellular mechanics using label-free refractive-index traction force microscopy
Moosung Lee, Hyuntae Jeong, Chaeyeon Lee, Mahn Jae Lee, Benedict Reve Delmo, Won Do Heo, Jennifer H. Shin, YongKeun Park
IF 5.1
Communications Biology
A critical requirement for studying cell mechanics is three-dimensional assessment of cellular shapes and forces with high spatiotemporal resolution. Traction force microscopy with fluorescence imaging enables the measurement of cellular forces, but it is limited by photobleaching and a slow acquisition speed. Here, we present refractive-index traction force microscopy (RI-TFM), which simultaneously quantifies the volumetric morphology and traction force of cells using a high-speed illumination scheme with 0.5-Hz temporal resolution. Without labelling, our method enables quantitative analyses of dry-mass distributions and shear (in-plane) and normal (out-of-plane) tractions of single cells on the extracellular matrix. When combined with a constrained total variation-based deconvolution algorithm, it provides 0.55-Pa shear and 1.59-Pa normal traction sensitivity for a 1-kPa hydrogel substrate. We demonstrate its utility by assessing the effects of compromised intracellular stress and capturing the rapid dynamics of cellular junction formation in the spatiotemporal changes in non-planar traction components.
https://doi.org/10.1038/s42003-024-05788-4
Traction (geology)
Tractive force
Microscopy
Fluorescence recovery after photobleaching
Materials science
Biological system
Shear stress
Shear force
Mechanics
Optics
2
article
|
gold
·
인용수 9
·
2023
Emotion-Aware Speaker Identification With Transfer Learning
Kyoung Ju Noh, Hyuntae Jeong
IF 3.6
IEEE Access
Speech is a natural communication method used by humans. Speaker identification (SI) technology based on human speech has been used as an entry point for many human-computer-interaction applications. The performance of SI models can degrade when dealing with expressive speech uttered in emotional situations because emotion databases do not have sufficient data on expressive speech to train SI models for various emotional states. Generally, SI models are trained using relatively more samples of “neutral” speech than samples of other emotion classes. In this study, we propose an emotion-aware SI (em-SI) method that uses an emotion-embedding vector generated from a pre-trained speech emotion recognition (SER) model along with the acoustic features of speech data. We assess the performance of this method using individual English and Korean corpora and confirm that the proposed method provides an improved performance on multilingual corpora. The evaluation results show that the SI accuracy of em-SI on the Korean Emotion Multimodal Database (KEMDy19) improved by 3.2%, and the average speaker verification (SV) performance in terms of the equal error rate (EER) was improved by 1.3% compared to that of the baseline SI model. The visualization of the embedding vector of em-SI shows that em-SI maps speech data to an embedding space where both SI and emotional information are simultaneously represented. Through the experiments conducted in this study, we confirmed that the em-SI model, which learns by integrating emotion and speaker embedding information, improved the performance of SI for expressive speech.
https://doi.org/10.1109/access.2023.3297715
Computer science
Speech recognition
Embedding
Word error rate
Visualization
Artificial intelligence
Natural language processing
3
article
|
인용수 41
·
2022
Low-cycle fatigue behavior and deformation mechanisms of a dual-phase Al0.5CoCrFeMnNi high-entropy alloy
Kaiju Lu, Fabian Knöpfle, Ankur Chauhan, Hyuntae Jeong, D. Litvinov, M. Walter, Wonkook Kim, Jarir Aktaa
IF 6.8
International Journal of Fatigue
https://doi.org/10.1016/j.ijfatigue.2022.107075
Materials science
Slip (aerodynamics)
Alloy
Composite material
Planar
Deformation (meteorology)
Deformation mechanism
Cyclic stress
Hardening (computing)
Amplitude
정부 과제
33
과제 전체보기
1
2024년 8월-2025년 8월
|60,000,000
실시간 이미징 기반 생체 외 근육 줄기세포 배양 및 분석 플랫폼 개발
인체가 움직이고 힘을 내는 것에 지배적인 역할을 하는 골격근은 조직 내에 존재하는 근육 줄기세포의 존재로 인해 스스로 재생이 가능한 조직임. 이러한 근육 줄기 세포는 평상시 휴지 상태로 존재하다가 근육 부상과 같이 근육 재생이 필요한 경우 활성화되어 근육의 손상을 치유함. 이러한 근육 줄기 세포의 대체될 수 없는 역할로 인해 심각한 근육 손상, 근위축증과 ...
근육 줄기 세포
점탄성 하이드로젤
세포 역학적 분석
근육 재생
2
주관|
2023년 4월-2023년 12월
|6,250,000
미세아교세포 운동 평가 전략 개발: 노화에 따른 뇌의 물리적 환경 변화가 미세아교세포 운동 특성에 미치는 영향
미세아교세포는 뇌의 면역세포라고 불리며 대식 작용을 통해 유해 물질을 제거하는 신경염증반응 역할을 한다. 하지만 노인이나 신경퇴행성질환인 환자들의 뇌에서 미세아교세포의 대식 작용이 원활하게 이뤄지지 않아 신경염증반응에 문제가 생겨 유해 물질이 축적된다는 사실이 보고되고 있다. 대식 작용이 정상적으로 이루어지기 위해서는 미세아교세포의 효율적인 주변 탐색 및 이동이 필수적이다. 하지만 노화로 인해 미세아교세포의 밀도가 증가하고 뇌의 강성이 감소하는 등 뇌의 물리적 환경이 변화하면 미세아교세포의 주변 탐색 및 이동에 변화를 가져오기 때문에 정상적인 대식 작용에 영향을 끼치게 된다. 이를 바탕으로 본 연구에서는 미세아교세포의 운동성과 노화에 의한 뇌의 물리적 환경 변화에 주목하여 노인성 신경퇴행성질환의 발생이 쉬워지는 원인을 찾고자 한다. 또한 세포의 운동은 특정한 법칙에 따라 움직이는 것이 아니라 랜덤하게 움직이기 때문에 다량의 데이터에 대한 통계 분석을 통해 모델링 하는 것이 필수적이다. 이를 위해 빅데이터 분석을 통해 물리적 환경 변화에 따른 미세아교세포의 랜덤 운동 모델을 확립하고자 한다.
노화
미세아교세포
운동
강성
3
주관|
2022년 3월-2024년 12월
|477,000,000
구형구축 예방을 위한 스트레스 분산 마이크로 패터닝 구조 및 약물 전달 기능을 갖는 3차원 생체 패치 적용 인공 유방보형물 복합체 개발
연구개발 내용 ○환자맞춤형 보형물 설계를 위한 생체조직 스트레스 분포 분석 -Finite Element Modeling (FEM) 기반 보형물에 의한 생체조직 변형 시뮬레이션 알고리즘 개발 및 검증 ○구형구축 환자 보형물 주변 기질의 다각적 분석 -구형구축환자 재수술에서 얻어지는 인공보형물 주변 피막을 5구획으로 나누어 구획별 보형물 표면, 구형구축 피막 세포-기질의 섬유화 중등도 및 염증 반응 세포 분석 (myofibroblast mechanical activation 등) -비표지 기반 Second harmonic generation (SHG)-Two Photon Microscopy (TPM) 이미징 시스템을 설계하여 구형구축 피막 조직 및 섬유화 특성 분석 -피막유래 섬유아세포를 안정적으로 유지할 수 있는 체외 배양 환경 구축 및 검증 -부위별 피막유래 섬유아세포의 형태학적 변화 추적 및 분류를 위한 AI 알고리즘 구축 -Traction force microscopy(TFM)와 digital Partical Image Velocimetry (dPIV), 세포 수축력 고속 대량 스크리닝 등의 기법 활용하여 다양한 세포역학적 지표 확보 -부위별 피막유래 섬유아세포의 유전자 발현 양상 추적을 위한 NGS 분석 수행 -인공보형물 주변 피막조직의 부위별 형태학적/세포역학적 지표, 유전자 발현 양상과 생체조직 변형 시뮬레이션을 통해 확보한 응력 분포를 매핑하여 구형구축 발생 메커니즘 규명 ○인공보형물과 host tissue 간 mechanical mismatch의 감소와 구형구축 예방 약물 전달이 가능한 3차원 지지체 개발 및 성능 최적화 -Electrospinning 기법을 활용하여 다양한 밀도와 alignment를 가진 생분해성 3차원 지지체 제작 -구형구축 예방 효과가 뛰어난 것으로 알려진 Omega-3의 안정적인 공급을 위한 NE drug carrier 소재를 발굴 및 평가하여 개발된 3차원 지지체에 적용 ○3차원 지지체 자체 평가 시스템 개발 -3D TFM과 세포수축력 고속대량스크리닝 플랫폼을 결합하여 3차원 지지체의 효과 검증 및 평가 -인공보형물-지지체-조직 간 물리적 조건을 모사한 체외 배양 바이오리액터를 개발하여 다양한 조합의 인공보형물-지지체 복합 구조에 의한 구형구축 예방효과 예측에 활용 -동물모델에 인공보형물-지지체 복합 구조를 삽입하여 구형구축과 주변 면역반응, 섬유화 등 확인 -Laser Speckle Imaging Rheology 시스템의 개발을 통한 구형구축 피막 조직 및 섬유화 특성 분석 -대면적 패치 형태로의 확장을 통한 임상활용으로의 프로토콜 제시 및 3차원 지지체가 적용된 인공보형물의 임상적 효용성 검증
AI 기반 세포 분류 및 평가
생체 지지체
비표지 바이오이미징
3차원 보형물 이식환경 모사시스템
약물전달시스템
최신 특허
특허 전체보기
상태출원연도과제명출원번호상세정보
등록2022하이브리드 학습 기반 형태 및 이동 특성을 통한 세포의 특수형 분류 방법 및 장치1020220085594
등록2021고분자 박막이 코팅된 소수성 기판을 이용한 뇌 아교세포 분리 배양 방법1020210016129
등록2019다중 세포 자극 장치1020190121069
전체 특허

하이브리드 학습 기반 형태 및 이동 특성을 통한 세포의 특수형 분류 방법 및 장치

상태
등록
출원연도
2022
출원번호
1020220085594

고분자 박막이 코팅된 소수성 기판을 이용한 뇌 아교세포 분리 배양 방법

상태
등록
출원연도
2021
출원번호
1020210016129

다중 세포 자극 장치

상태
등록
출원연도
2019
출원번호
1020190121069