FUNCTIONAL ORGANIC MATERIALS SYNTHESIS LAB
고분자융합소재공학부 김형우
본 연구실은 유기합성, 고분자 합성, 그리고 재료과학의 융합을 바탕으로 지속 가능한 기능성 고분자 소재의 설계와 응용을 선도하고 있습니다. 자가분해성 및 자극응답성 고분자, 바이오 기반 고분자, 하이브리드 및 스마트 소재 등 다양한 차세대 고분자 시스템을 개발하며, 환경 문제 해결과 첨단 산업의 요구에 부합하는 혁신적인 솔루션을 제시하고 있습니다.
특히, 자가분해성 고분자 및 자극응답성 네트워크의 분자설계와 합성에 집중하여, 사용 후 원하는 시점에 완전히 분해되거나, 외부 자극에 따라 기능이 변화하는 소재를 개발하고 있습니다. 이러한 소재는 재활용 및 폐기 문제를 해결할 수 있을 뿐만 아니라, 의료용 바이오소재, 스마트 센서, 재사용 가능한 접착제 등 다양한 분야에 응용되고 있습니다.
또한, 바이오매스 유래 단량체 및 천연물 기반 고분자를 활용한 친환경 소재 개발에도 주력하고 있습니다. 생분해성 3D 프린팅 스캐폴드, 바이오 기반 하이드로겔, 지속 가능한 열경화성 수지 등은 의료, 환경, 에너지 등 다양한 분야에서 활용되고 있으며, 생체적합성과 기능성을 동시에 갖춘 혁신적 소재로 주목받고 있습니다.
연구실은 고분자 네트워크의 미세구조, 계층적 다공성, 하이브리드화 등 구조 제어 기술을 바탕으로, 오염물질 흡착 및 분해, 고효율 가스 분리, 에너지 저장, 바이오센서 등 다양한 응용 분야로 연구를 확장하고 있습니다. 3D 프린팅, 마이크로플루이딕스, 나노복합화 등 첨단 가공기술을 접목하여 실제 산업 및 의료 현장에 적용 가능한 고성능 소재를 개발하고 있습니다.
이처럼 본 연구실은 분자설계에서부터 대량합성, 구조제어, 기능성 부여, 실제 응용까지 전주기적 연구를 수행하며, 차세대 고분자 소재 플랫폼 구축과 사회적·산업적 요구에 부합하는 혁신적 연구를 지속적으로 추진하고 있습니다.
Sustainable Materials
Organic Synthesis
Self-Degradable Materials
자가분해성 및 자극응답성 고분자 설계와 응용
본 연구실은 자가분해성(Self-immolative) 및 자극응답성(Stimuli-responsive) 고분자 소재의 설계와 합성에 중점을 두고 있습니다. 자가분해성 고분자는 특정 자극(예: pH, 온도, 화학적 신호 등)에 반응하여 분자 구조가 연쇄적으로 해체되는 특성을 가지며, 이를 통해 재활용이 용이하고 환경 친화적인 소재 개발이 가능합니다. 이러한 고분자들은 기존의 플라스틱과 달리 사용 후 원하는 시점에 완전히 분해될 수 있어, 폐기물 문제 해결에 기여할 수 있습니다.
연구실에서는 다양한 자극에 반응하는 고분자 네트워크 및 열경화성 수지, 접착제, 하이드로젤 등을 개발하고 있습니다. 예를 들어, 자극에 의해 접착력이 사라지는 탈착형 접착제, 온도나 화학적 신호에 의해 약물 방출이 조절되는 하이드로젤, 그리고 외부 신호에 따라 구조적 변형이 가능한 스마트 소재 등이 대표적입니다. 이러한 소재들은 고분자 합성, 분자 설계, 그리고 다양한 기능성 단량체 및 가교제의 도입을 통해 맞춤형으로 제작됩니다.
이러한 연구는 환경 문제 해결뿐만 아니라, 의료용 바이오소재, 스마트 센서, 재사용 및 재활용이 가능한 산업용 소재 등 다양한 분야에 응용될 수 있습니다. 특히, 자가분해성 고분자는 의료기기, 약물전달 시스템, 일회용 제품 등에서 사용 후 잔류물을 최소화할 수 있어 차세대 친환경 소재로 각광받고 있습니다.
지속 가능한 바이오 기반 및 하이브리드 고분자 소재 개발
연구실은 바이오 기반 원료를 활용한 지속 가능한 고분자 소재의 개발에도 활발히 연구를 진행하고 있습니다. 바이오매스 유래 단량체, 천연물 기반 고분자, 그리고 생분해성 고분자 네트워크를 설계하여, 환경에 미치는 영향을 최소화하는 동시에 우수한 기계적, 화학적 특성을 갖는 소재를 창출하고 있습니다. 예를 들어, 나린제닌, 멘톨 등 천연 유래 화합물을 활용한 열경화성 수지, 생분해성 3D 프린팅 스캐폴드, 바이오 기반 하이드로젤 등이 대표적입니다.
이러한 바이오 기반 고분자 소재는 의료용 임플란트, 조직공학, 약물전달 시스템, 환경 정화 소재 등 다양한 분야에 적용되고 있습니다. 특히, 생체적합성과 생분해성을 동시에 갖춘 소재는 인체 내 삽입 후 자연스럽게 분해되어 2차 수술이 필요 없는 의료기기 개발에 큰 기여를 하고 있습니다. 또한, 하이브리드 소재의 경우 무기 나노입자, 금속 촉매, 탄소나노소재 등과의 복합화를 통해 기능성을 극대화하고, 에너지, 환경, 센서 등 다양한 첨단 응용 분야로 확장되고 있습니다.
연구실은 이러한 지속 가능한 소재의 대량 합성, 구조 제어, 기능성 부여, 그리고 실제 응용을 위한 공정 개발까지 전주기적 연구를 수행하고 있습니다. 이를 통해 친환경적이고 고기능성의 차세대 고분자 소재 플랫폼을 구축하고, 사회적·산업적 요구에 부합하는 혁신적인 솔루션을 제시하고 있습니다.
기능성 고분자 네트워크 및 스마트 소재의 구조 설계와 응용
본 연구실은 기능성 고분자 네트워크 및 스마트 소재의 구조 설계와 응용에도 집중하고 있습니다. 고분자 네트워크의 미세구조, 가교 방식, 다공성 및 계층적 구조를 정밀하게 제어함으로써, 흡착, 분리, 촉매, 센서, 에너지 저장 등 다양한 기능을 부여할 수 있습니다. 예를 들어, 계층적 다공성 구조를 갖는 폴리머 모노리스, 자가치유 및 형태기억 특성을 지닌 복합소재, 그리고 외부 자극에 따라 물성이나 기능이 변화하는 스마트 소재 등이 연구되고 있습니다.
이러한 소재들은 오염물질의 선택적 흡착 및 분해, 유해 화학물질의 신속한 제거, 고효율 가스 분리막, 전기화학적 에너지 저장소자, 바이오센서 등 다양한 분야에 적용되고 있습니다. 특히, 미세구조 제어를 통해 표면적을 극대화하거나, 선택적 결합 부위를 도입하여 특정 분자에 대한 인식 및 분리 효율을 높이는 등, 맞춤형 기능성 소재 개발이 활발히 이루어지고 있습니다.
연구실은 또한 3D 프린팅, 마이크로플루이딕스, 나노복합화 등 첨단 가공 및 제조기술을 활용하여, 실제 산업 및 의료 현장에 적용 가능한 고성능 소재를 개발하고 있습니다. 이를 통해 차세대 환경·에너지·바이오 융합 소재 분야에서 선도적인 연구성과를 창출하고 있습니다.
1
Poly(carboxypyrrole)s That Depolymerize from Head to Tail in the Solid State in Response to Specific Applied Signals
Hyungwoo Kim,*, Adam D. Brooks, Anthony M. DiLauro, Scott T. Phillips*
J. Am. Chem. Soc., 2020
2
Grafting Self-Immolative Poly(benzyl ether)s Toward Sustainable Adhesive Thermosets with Reversible Bonding and Triggered De-Bonding Capabilities
Byeongjun Choi, Ji Woo Kim, Geunyoung Choi, Songah Jeong, Eunpyo Choi, Hyungwoo Kim*
J. Mater. Chem. A, 2023
3
Radiopaque, Self-Immolative Poly(benzyl ether) as a Functional X-Ray Contrast Agent: Synthesis, Prolonged Visibility, and Controlled Degradation
Geunyoung Choi, Byeongjun Choi, Bobby Aditya Darmawan, Songah Jeong, Juyeong Jo, Eunpyo Choi, Hyungwoo Kim*
Biomacromolecules, 2024
1
능동 해중합 반응 메커니즘을 보이는 고분자 네트워크 재료 합성및 바이오 응용 연구
2
수요형 분해성을 갖는 바이오 기반 엔지니어링 플라스틱의 지속 가능한 플랫폼 기술 개발(2단계)
3
수요형 분해성을 갖는 바이오 기반 엔지니어링 플라스틱의 지속 가능한 플랫폼 기술 개발(1단계)
