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Basic Science & Engineering on the Edge
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Department of Biophysics
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물리적 속성(에너지)이 "양자화“ 될 수 있다는 "양자화 가설” 에 기본 개념.
생물 물리학은 생물학적 현상을 물리학적 접근 방식과 방법을 적용하여 이해하고자 하는 다학제 간 학문입니다. 생물 물리학은 분자에서 유기체 및 사람에 이르기까지 모든 규모의 생물학적 조직을 이해하고자 합니다.
양자 메타표면은 자연계에 존재하지 않는, 나노미터 수준의 인공 메타원자로 설계된 광학 디바이스로, 인공 원자의 디자인에 따라 광학적 성질이 결정이 된다. 양자 메타표면 디바이스는 양자적 빛-물질 상호작용을 효과적으로 조절할 수 있다. 구체적으로, 양자 메타표면은 광자의 얽힘 상태 및 단일 광자 상태 등과 같은 빛의 양자 상태를 조절할 수 있고, 더 나아가 강한 빛-물질 상호결합 및 결맞음 에너지 전달 현상과 같은 양자적 빛-물질 상호작용을 극대화 할 수 있다.
양자 바이오포토닉스는 생물학적 요소와 광자 사이의 상호 작용을 다루는 기술을 사용하여 양자 역학의 원리로만 설명할 수 있는 살아있는 유기체의 생물학적 과정, 원리 및 현상을 연구하는 학문입니다.
퀀텀 IC 칩은 양자현상을 활용하여 셀의 생리현상 모니터링과 과 질병을 진단을 초정확, 초신속 및 초민감하게 할 수 있는 미래형 PoCT 의 한종류임
양자 플라즈몬, 양자점, 탄소 양자점 또는 그래핀 양자점 기반 IC 나노 회로 또는 IC 미세유체 회로는, (1) 살아있는 세포에서 양자 생물학적 전자 전달(QBET) 이해, (2) 맞춤 의학을 위한 오가노이드의 조직 형성에서 QBET의 역할 조사, 그리고 (3) 예방 의학에 엄청난 영향을 미칠 예측 의학을 위한 초고속 정밀 분자 진단이 가능한 회로 시스템
*QBICs: Quantum Biological Integrated Circuits (양자생명 IC 회로)
미세요소유체칩은 전자칩을 제조하기 위한 마이크로/나노 공정기술을 응용하여 제작된다. 의공학 분야에 국한되지 않고 화학, 물리학, 광학, 재료, 공학 등 다양한 분야의 응용에 미세요소유체칩을 활용할 수 있다. 최근 미세요소유체 칩은 인간의 생리/병리학 및 스크리닝 약물 연구를 위해 동물을 대체하는 인간 장기를 재구성하는데 확대되어 적용되고 있다.
오가노이드 (organoid)란 성체줄기세포 (adult stem cell), 배아줄기세포 (embryonic stem cell), 유도만능줄기세포 (induced pluripotent stem cell)로부터 형성되는 특정 생체기관을 모방 가능한 3차원 (3D) 구조의 세포 집합체이다. 특히 환자의 혈액과 같은 비침습적 시료로부터도 역분화줄기세포를 생성하여 모든 인공장기를 구현할 수 있기 때문에, 오늘 날 모든 생명과학/공학/생명물리학 연구자들에게 각광을 받고 있는 연구주제이다. 이러한 오가노이드 기반 장기유사체기술은 2010년대 중반부터 급속히 발전하고 있으며, 2013년 The Scientist지에서 가장 진보된 과학적 성과, 2015년 MIT에서 선정한 10대 미래유망기술, 2022년 한국생명공학연구원 5대 미래 유망 바이오기술로 선정된 바 있다.
크리스퍼 유전자 가위 기술 (CRISPR gene editing)은 세포 속 유전자의 특정 염기서열을 인식하여 원하는 부분을 자르고 편집하거나 염기서열을 자체를 부분 교환하는 기술을 뜻한다. 이는 1세대 유전자 가위 기술인 징크핑거 뉴클레이즈 (ZFNs), 2세대인 탈렌 (TALENs)에 이어 3세대 기술로써 점차 진보하고 있으며, 최근엔 DNA의 잘림 (cutting)없이 염기서열를 조작하는 CRISPR-dCas9 기반 염기서열 조작 (base editing) 방식도 활발히 사용되어지고 있다. 본 기술은 유전자 치료 (gene therapy)를 실현하고자 특히 줄기세포/오가노이드 기반 연구자들에 의해 널리 사용되어지고 있으며, 본 기술의 개발자인 에마뉘엘 샤르팡티에 (Emmanuelle Charpentier), 제니퍼 다우드나 (Jennifer A. Doudna)는 2020년 그 공로를 인정받아 노벨화학상을 수상하였다.
Liang Hu, Xiaoling Liu , ect. and Luke P LEE, Science Advances, 2023. 03. 15.,
Yangkyu Kim , Aleksandr Barulin ORCID logo , Sangwon Kim , Luke P. Lee and Inki Kim, Nanophotonics, 2023년 2월,
김인기 외, Nature Communications, 2022년 10월,
