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Unist

울산과학기술원 에너지화학공학과

이창영 교수

Nanomaterials Engineering

Chemical Warfare Agents Detection

Chemical Warfare Detection

Unist

에너지화학공학과 이창영

UNIST 이창영 교수 연구실은 1차원 나노채널, 특히 단일벽 탄소나노튜브(SWNT)를 중심으로 한 분자 및 이온 수송 현상 연구에서 세계적인 경쟁력을 갖추고 있습니다. 연구실은 나노스케일에서의 분자 이동 메커니즘을 규명하고, 이를 바탕으로 새로운 분자분석 및 센서 기술을 개발하는 데 주력하고 있습니다. 탄소나노튜브의 내부와 외부를 따라 일어나는 이온 및 분자 수송, 표면 기능화, 전기장 제어 등 다양한 물리화학적 접근법을 통해 기존 한계를 극복하는 혁신적 실험 플랫폼을 구축하고 있습니다. 또한, 연구실은 신경펩타이드와 같은 생체분자의 극미량 분석을 위한 마이크로/나노기술 및 질량분석(MALDI-MS) 기반의 첨단 분석법을 개발하고 있습니다. 미세유체 칩, 도넛형 표면 패턴, 나노패턴 표면 등 다양한 미세구조를 활용하여 신경펩타이드의 효율적 수집, 농축, 탈염 및 정량 분석을 실현하고 있으며, 단일 세포 수준의 분비량 측정, 시간적 패턴 분석 등 신경과학 및 생명과학 연구에 필수적인 기술을 제공하고 있습니다. 연구실의 또 다른 핵심 분야는 탄소나노소재 기반의 고감도 가스 센서 개발입니다. 단일벽 탄소나노튜브, 그래핀 등 나노소재를 활용하여 화학작용제, 유해 산업가스, 환경오염물질 등 다양한 기체를 초저농도에서 신속하게 검출할 수 있는 센서를 개발하고 있습니다. 나노소재 표면의 기능화, 인쇄전자 기술, 습윤성 조절, 인공지능 기반 신호분석 등 다양한 융합기술을 적용하여 센서의 선택성, 내구성, 실시간 모니터링 성능을 극대화하고 있습니다. 이외에도 연구실은 슈퍼소수성 마스크, 액체금속 복합체, 인쇄형 컬러리메트릭 페이퍼 등 혁신적 소재 및 공정을 도입하여 방독면, 환경 모니터링, 개인보호장비, 식품안전 등 다양한 응용 분야로 연구를 확장하고 있습니다. 센서 어레이 및 모듈화 기술을 통해 가스 혼합물의 정량적 분석, 서비스 수명 예측, 실시간 경보 시스템 등 실용적 솔루션을 제공하며, 산업안전, 국방, 환경보건, 바이오의료 등 사회 전반에 걸쳐 안전과 건강을 지키는 핵심 기반기술로 자리매김하고 있습니다. 이창영 교수 연구실은 나노과학, 화학공학, 생명과학, 재료공학 등 다양한 학문 분야의 융합을 통해 차세대 나노바이오센서, 분자분석기술, 환경 및 보건 응용기술 개발에 앞장서고 있습니다. 이러한 연구는 미래형 스마트 센서 및 융합 시스템 개발의 선도적 역할을 수행하며, 국내외 학계 및 산업계에서 높은 평가를 받고 있습니다.

Nanomaterials Engineering
Chemical Warfare Agents Detection
Chemical Warfare Detection
1차원 나노채널에서의 분자 수송 및 탄소나노튜브 기반 연구
본 연구실은 1차원 나노채널, 특히 단일벽 탄소나노튜브(SWNT)를 활용한 분자 및 이온 수송 현상에 대한 심층 연구를 수행하고 있습니다. 탄소나노튜브는 원자 수준의 매끄러운 표면, 1~2nm의 작은 직경, 그리고 매우 높은 종횡비를 지니고 있어 나노스케일에서의 수송 현상을 연구하기에 이상적인 소재입니다. 연구팀은 나노튜브의 내부뿐만 아니라 외부 표면을 따라 이온과 분자가 어떻게 이동하는지, 그리고 이러한 특성이 새로운 분자 분석 및 센서 기술로 어떻게 확장될 수 있는지 탐구합니다. 특히, 외부 표면을 통한 이온 및 분자 수송의 특이성을 활용하여 광학적 특성 분석 도구를 개발하고, 나노채널의 포어 입구 엔지니어링을 통해 신경펩타이드 등 생체분자의 단분자 수준 분석을 실현하고 있습니다. 이 과정에서 전기장, 표면 기능화, 나노구조 설계 등 다양한 공정 및 이론적 접근법을 결합하여, 기존 한계를 극복하는 혁신적인 실험 플랫폼을 구축하고 있습니다. 이러한 연구는 나노유체역학, 생체모사 나노채널, 차세대 센서 및 분자분석기술 등 다양한 분야에 응용될 수 있으며, 물질의 선택적 수송, 에너지 저장, 환경 정화, 생명현상 모사 등 다방면의 파급효과를 기대할 수 있습니다.
신경펩타이드 질량분석 및 마이크로/나노기술 기반 바이오분석
연구실은 살아있는 신경세포에서 방출되는 신경펩타이드의 극미량 분석을 위해 마이크로/나노기술과 질량분석(MALDI-MS) 기반의 혁신적 분석법을 개발하고 있습니다. 신경펩타이드는 신경계에서 중요한 신호전달 분자이지만, 극소량 존재하고 높은 염 농도, 샘플 희석 및 손실 등으로 인해 기존 분석법으로는 정밀한 측정이 어려웠습니다. 본 연구실은 미세유체 칩, 나노패턴 표면, 도넛형 표면 패턴 등 다양한 미세구조를 활용하여 신경펩타이드의 효율적 수집, 농축, 탈염 및 정량 분석을 실현하고 있습니다. 특히, 탄소나노튜브 및 그래핀 등 나노소재와 결합된 표면 패턴을 통해 극미량의 신경펩타이드도 높은 민감도와 선택성으로 검출할 수 있으며, MALDI-MS와 결합하여 공간 분포 및 동적 변화를 시각화할 수 있습니다. 또한, 신경세포의 선택적 자극 및 방출 펩타이드의 시간적 패턴 분석, 단일 세포 수준의 분비량 정량 등 신경과학 및 생명과학 연구에 필수적인 기술을 제공하고 있습니다. 이러한 연구는 신경계 질환의 조기 진단, 신경전달물질의 작용 메커니즘 규명, 신약 개발 등 다양한 바이오의료 분야에 응용될 수 있으며, 극미량 생체시료 분석의 새로운 패러다임을 제시합니다.
탄소나노소재 기반 가스 센서 및 환경·보건 응용
본 연구실은 단일벽 탄소나노튜브, 그래핀 등 1차원 및 2차원 탄소나노소재를 기반으로 한 고감도, 고선택성 가스 센서 개발에 주력하고 있습니다. 탄소나노소재는 분자 결합에 매우 민감하여 화학작용제(CWA), 유해 산업가스(TIC), 환경오염물질 등 다양한 기체를 초저농도(ppb~ppt) 수준에서 신속하게 검출할 수 있습니다. 연구팀은 나노소재 표면의 기능화, 인쇄전자 기술, 습윤성 조절, 인공지능 기반 신호분석 등 다양한 융합기술을 적용하여 센서의 선택성, 내구성, 실시간 모니터링 성능을 극대화하고 있습니다. 특히, 인쇄형 컬러리메트릭 페이퍼, 슈퍼소수성 마스크, 액체금속 복합체 등 혁신적 소재 및 공정을 도입하여, 방독면, 환경 모니터링, 개인보호장비, 식품안전 등 다양한 응용 분야로 확장하고 있습니다. 또한, 센서 어레이 및 모듈화 기술을 통해 가스 혼합물의 정량적 분석, 서비스 수명 예측, 실시간 경보 시스템 등 실용적 솔루션을 제공하고 있습니다. 이러한 연구는 산업안전, 국방, 환경보건, 바이오의료 등 사회 전반에 걸쳐 안전과 건강을 지키는 핵심 기반기술로 자리매김하고 있으며, 미래형 스마트 센서 및 융합 시스템 개발의 선도적 역할을 수행하고 있습니다.
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Hygroscopic micro/nanolenses along carbon nanotube ion channels
YT Kim, H Min, MS Strano, JH Han*, CY Lee*
Nano Letters, 2020.02
2
Three-dimensional, high-resolution printing of carbon nanotube/liquid metal composites with mechanical and electrical reinforcement
YG Park, H Min, H Kim, A Zhexembekova, CY Lee*, JU Park*
Nano Letters, 2019.08
3
High-yield fabrication, activation, and characterization of carbon nanotube ion channels by repeated voltage-ramping of membrane-capillary assembly
H Min, YT Kim, SM Moon, JH Han, K Yum, CY Lee*
Advanced Functional Materials, 2019.07
1
나노채널의 포어입구 엔지니어링을 통한 고해상도 신경펩타이드 단분자 분석 기술 개발
재단법인 한국연구재단
2024년 03월 ~ 2025년 02월
2
반도체특성화대학지원사업
한국산업기술진흥원
2024년 03월 ~ 2025년 02월
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에너지-머신러닝 융합형 혁신 인재 양성 교육연구단
재단법인 한국연구재단
2024년 03월 ~ 2025년 02월