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  • 김신현 교수
  • 김신현 교수
  • - 주소 대전 광역시 유성구 대학로 291 한국화학기술원 응용공학동 W1-3 4101호, 실험실 1111호
  • - 전화 042-350-3911
  • E-mail : kim.sh@kaist.ac.kr
  • Homepage : http://isml.kaist.ac.kr/
  • 약력
  • - 2004. 3. ~ 2009. 1. 한국과학기술원 생명화학공학과 박사
    - 2005. 7. ~ 2006. 2. Harvard University 방문 연구원
    - 2009. 2. ~ 2010. 2. 한국과학기술원 광자유체집적소자연구단 박사후 연구원
    - 2010. 3. ~ 2012. 5. Harvard University 박사후 연구원
    - 2012. 6. ~ 현재 한국과학기술원 생명화학공학과 조교수
    - 2014. 3. ~ 현재 한국과학기술원 생명화학공학과 이원조교수

연구실소개

  • 연성소재 (soft matter or complex fluids)란 열적 스트레스 및 변동에 의해 쉽게 변형이 일어나는 다양한 소재를 일컫는다. 이는 우리가 일상생활에서 흔히 접하는 대다수의 액체나 고분자 물질을 포함하는데, 이들을 구성하는 액체, 콜로이드, 고분자, 거품, 액적, 알갱이물질, 젤, 액정 및 다양한 바이오 물질을 포함한다. 이러한 물질들은 공통적으로, 상온의 열에너지와 유사한 수준에서 일어나는 물리적 거동을 보인다. 본 연구실에서는 이러한 물리적 거동의 이해를 바탕에 두고, 공학적, 화학적 개념을 도입함으로써, 연성 물질을 원하는 형태 및 구조로 디자인하고 응용하여, 인류 사회에 유용한 소재를 개발하고 있다.

연구내용

1. 미세캡슐화 및 방출제어

  • 미세캡슐화 연구는 약물 및 바이오 물질의 생체 내 전달로부터 디스플레이에 이르기까지 폭넓은 분야에서 사용되고 있고, 또한 개발이 필요한 분야이다. 과거의 캡슐화 기술이 벌크상에서의 액적화 기술을 이용했다면, 본 연구실에서는 유체 흐름 및 계면의 정교한 제어를 통해 미세유체소자 내부에서의 액적 제조를 기반으로 한다. 이를 통해, 기존에 달성할 수 없었던, 균일한 크기 및 구조의 캡슐 형성이 가능하며, 100%의 캡슐화 효율을 달성할 수 있다. 무엇보다 중요한 것은, 액적으로부터 캡슐이 형성되는 과정의 화학적∙물리적 프로세스를 제어함으로써, 원하는 기능을 갖는 캡슐이 되도록 디자인을 할 수 있다는 것이다. 이는 본 기술을 통해 형성되는 캡슐의 다양한 응용을 가능케 한다. 예를 들어, 캡슐막을 특정 외부 자극에 민감하도록 설계하면, 원하는 시간과 위치에서 선택적 방출이 가능해지고, 이러한 구조를 이중 내지는 삼중 구조로 만든다면, 여러 가지 약물을 상호오염 없이 보관하고, 이미 프로그램화 된 방식으로 방출패턴을 형성할 수 있게 된다.

2. 기능성 미세 입자의 제조

  • 미세입자는 연성소재의 핵심이 되는 물질로써, 광범위한 분야에서 활용도가 매우 높은 물질이다. 균일한 크기의 미세입자는 유화중합이나 분산중합 혹은 솔-젤 반응 등을 통해 만들어져 왔다. 그러나 이러한 방법은 입자의 크기를 수 마이크로미터 이상으로 제조하기 힘들고, 입자는 등방성 구형입자로 제한이 된다. 이러한 한계를 넘어서고자, 본 연구실에서는 미세유체소자를 이용한 기능성 입자 제조 연구를 수행한다. 이는 입자의 화학적∙구조적 비등방성을 유도하여 기존의 등방 입자로 불가능하였던 다양한 응용을 가능케 하며, 새로운 물리 현상의 관찰을 가능케 한다. 예를 들어 양친성 표면을 갖는 초승달 형 입자를 짝지어진 액적으로부터 제조할 수 있고, 이를 이용해 오일과 물 및 에탄올의 혼합액 사이의 계면을 안정화 시킬 수 있다. 또한, 비슷한 방법으로 초소수성 표면과 친수성 표면을 동시에 갖는 입자를 제조하면, 이를 통해 공기와 물 사이의 계면을 안정화 및 고정화 시킬 수 있게 된다.

3. 콜로이드 광결정

  • 콜로이드 입자의 주기적 적층 구조는 독특한 광특성을 보인다. 이는 광결정 물질의 광밴드갭에 의해 나타나는 현상으로, 특정파장의 빛을 선택적으로 반사하거나, 광결정 내부의 광자의 상태밀도를 변화시킨다. 이러한 물질의 특성은 콜로이드 광결정을 디스플레이 및 보안 물질을 비롯하여 광소자 개발 등 다양한 분야에 폭넓게 응용될 수 있게 한다. 그러나 현재까지 개발된 결정화 기술은 대부분 그 실용적 사용에 문제가 있었다. 본 연구에서는 콜로이드 광결정의 실용적 플랫폼을 개발하고, 이를 통해 다양한 광학적 응용을 모색한다. 특히, 기존의 기술로 달성하기 힘든, 초소형 분광소자 및 보안물질 개발, 반사형 디스플레이소자 개발 등을 집중적으로 연구한다.

연구성과

  • - 대표 논문
  • 1. Osmotic-pressure-controlled concentration of colloidal particles in thin-shelled capsules, Nat. Commun., 5:3068 (2014).
  • 2. Delayed buckling and guided folding of inhomogeneous capsules, Phys. Rev. Lett., 109, 134302 (2012).
  • 3. Robust Chirped Photonic Crystals Created by Controlled Colloidal Diffusion, Angew. Chem. Int. Ed., 50, 11649-11653 (2011).
  • 4. Multiple Polymersomes for Programmed Release of Multiple Components, J. Am. Chem. Soc., 133, 15165-15171 (2011).
  • 5. One-step Emulsification of Multiple Concentric Shells with Capillary Microfluidic Devices, Angew. Chem. Int. Ed., 50, 8731-8734 (2011).
  • 6. Janus Microspheres for Highly Flexible and Impregnable Water-Repelling Interface, Angew. Chem. Int. Ed., 49, 2535-2538 (2010).
  • 7. Optofluidic Synthesis of Electro-responsive Photonic Janus Balls with Isotropic Structural Colors, Adv. Mater., 20, 4129-4134 (2008).