서강대 공동연구팀, 자연 모사 기반 고효율 해수 이산화탄소 포집 신규 '하이드로젤' 개발   '바다 속 이산화탄소' 광물로 바꾸는 신기술로 탄소 순감축 달성공기 중 탄소 포집 방식과 차별화... 바닷물 속 CO2를 광물로 직접 전환대기 포집 한계 깬 해양 생체모방 기술... 열에너지 없이 '탄소 순감축' 달성 ▲ (좌측부터) 화공생명학과 박제영 교수, 박정식 석박통합과정, 고려대 오동엽 교수   서강대학교(총장 심종혁) 화공생명공학과 박정식 연구원, 박제영 교수 연구팀은 고려대학교 오동엽 교수 연구팀과 공동으로, 해양 무척추동물이 껍데기를 만드는 원리를 흉내 내어 바닷물 속 이산화탄소(CO2)를 고효율로 포집하는 새로운 '하이드로젤'을 개발했다고 밝혔다.지구온난화를 막기 위해서는 우리가 배출하는 이산화탄소를 줄이는 것뿐만 아니라, 공기나 바다에 이미 퍼져 있는 이산화탄소를 거대한 청소기처럼 빨아들이는 '탄소 포집 기술'이 반드시 필요하다. 기존의 주요 기술들은 대기 중의 이산화탄소를 직접 포집하는 방식이었다. 하지만 이 방식은 모아둔 이산화탄소를 다시 떼어내기 위해 60도 이상의 높은 열에너지를 써야 한다는 단점이 있었다.이에 연구팀은 공기 대신 '바다'로 눈을 돌렸다. 바다에는 대기보다 40배 이상 훨씬 많은 이산화탄소가 녹아 있기 때문이다. 연구팀은 조개나 산호 같은 해양 생물이 바닷물 속에서 탄산칼슘 껍데기를 단단하게 만드는 '생체광물화' 원리를 모방했다.  ▲ 해양 이산화탄소 포집 및 광물화 동영상의 스크린샷 영상) https://pubs.rsc.org/ta/article-supplement/1292126/mp4/d6ta03540j2_suppl/연구팀이 독자적으로 설계한 이 하이드로젤을 바닷물에 넣으면, 젤 표면 주변의 알칼리성만 살짝 높이고 칼슘 이온을 끌어모은다. 그 결과 바닷물 속에 녹아 있던 이산화탄소가 하이드로젤 표면에서 산업적으로 널리 쓰이는 탄산칼슘 광물인 아라고나이트(Aragonite)로 바로 변환된다. 바닷물 전체의 산성도를 흩트려 생태계를 파괴하던 기존 해양 알칼리화 기술의 문제점도 해결한 것이다. ▲ 연구팀이 제조한 ‘하이드로젤’ 및 해양 이산화탄소 포집 후 형성된 ‘인공 산호’ 광물의 전자현미경 사진 특히 이번 성과는 2025년 노벨화학상을 받은 세계적 석학 야기(Omar M. Yaghi) 교수의 연구로 대표되는 기존 대기 중 탄소 포집 방식의 열역학적 한계를 '해양 직접 광물화'라는 새로운 패러다임으로 극복했다는 점에서 큰 주목을 받고 있다. 야기 교수팀이 2024년 최고 권위의 학술지 '네이처(Nature)'에 발표한 흡착 물질(COF-999)은 습도 50% 환경에서 1그램당 2.05 밀리몰(mmol)의 이산화탄소를 포집했다. 반면, 본 연구팀의 하이드로젤은 이산화탄소 농도가 40배 높은 바닷물 환경을 적극 활용하여 상온에서 1그램당 2.85 밀리몰의 이산화탄소를 고체 광물로 즉각 전환하는 탁월한 효율을 입증했다.이 기술은 고온의 열을 가해 이산화탄소를 가스로 떼어내거나 압축할 필요가 없어 막대한 에너지 소모를 막아준다. 또한, 다 쓴 하이드로젤에 친환경 알칼리 물질을 채워 넣으면 계속해서 이산화탄소를 포집하며 여러 번 재사용할 수 있다. 이러한 재사용 원리 덕분에 전체 공정에서 배출되는 탄소보다 포집하여 없애는 탄소량이 더 많아지는 진정한 의미의 '탄소 순감축(Net-negative)'을 달성할 수 있다.박제영 교수는 "바닷물 속에 녹아 있는 이산화탄소를 직접 광물로 바꾸는 이번 기술은 막대한 열에너지가 필요했던 기존 대기 중 탄소 포집 기술의 한계를 극복한 것"이라며, "자연에서 배운 친환경적인 방법으로 이산화탄소를 유용한 자원으로 바꿀 수 있는 실질적인 해결책이 될 것"이라고 연구의 의의를 설명했다.  ▲ 해양 이산화탄소 포집 및 광물화 과정을 묘사하는 표지 논문 그림 이번 연구는 과학기술정보통신부의 'C1 가스 리파이너리 밸류업 사업'의 지원을 받아 진행되었다. 연구결과는 재료 화학 분야의 권위 있는 국제 학술지 '저널 오브 머티리얼즈 케미스트리 에이(Journal of Materials Chemistry A)'에 게재되었으며, 그 우수성을 인정받아 전면 표지 논문(Outside Front Cover)으로 선정되었다. ▶ 논문제목:‘Paradigm-shifting carbon capture with high efficiency and net-negativity through bio-inspired oceanic mineralization’(1저자: 박정식 연구원; 공동교신저자: 오동엽, 박제영 교수)▶ 논문링크: https://doi.org/10.1039/d6ta03540j▶ 연구실 홈페이지: https://sites.google.com/view/jyp-plastic-research/  ▲ (좌측부터) 화공생명학과 박정식 석박통합과정, 박제영 교수, 고려대 오동엽 교수   

서강대 공동 연구팀, PET·PEF 폐플라스틱 ‘분리 없이’ 고성능 소재로 업사이클링    ▲ 개발 연구진 : (좌측부터) 이준혁 연구원, 박제영 교수, 오동엽 교수, Bor-Yih Yu 교수   서강대 공동 연구팀, PET·PEF 혼합 폐플라스틱을 분리 없이 고성능 소재로 전환하는 차세대 업사이클링 기술 개발  서강대 화공생명공학과 박제영 교수 연구팀이 고려대 오동엽 교수 연구팀 및 대만국립대학교 Bor-Yih Yu 교수 연구팀과의 공동연구를 통하여, 기존 PET(polyethylene terephthalate)와 차세대 바이오 기반 플라스틱인 PEF(polyethylene furanoate)가 혼합된 폐플라스틱을 별도의 분리 공정 없이 고성능 PEFT(poly(ethylene furanoate-co-terephthalate)) 공중합체로 전환할 수 있는 새로운 업사이클링 기술을 개발하였다.  최근 탄소중립과 자원 순환에 대한 관심이 증가하면서, 석유 기반 PET를 대체하기 위한 바이오 기반 플라스틱 개발이 활발히 이루어지고 있다. 그중 PEF는 바이오매스로부터 유래한 원료를 기반으로 제조할 수 있으며 우수한 열적·기계적 특성을 가져 차세대 친환경 폴리에스터로 주목받고 있다. 그러나 향후 PEF의 사용량이 증가할 경우 기존 PET 폐기물과 혼합되어 새로운 재활용 문제를 야기할 가능성이 있다. 특히 PET와 PEF는 화학 구조와 밀도가 유사하여 기존 선별 기술만으로 완전히 분리하기 어렵고, 혼입된 PEF는 기존 PET 재활용 공정의 품질과 공정 안정성을 저하시킬 수 있다. 추가적인 분리 공정을 도입할 경우 공정 비용과 에너지 소비가 증가하며, 단순 혼합이나 용매 기반 공정 역시 소재의 물성 저하 또는 복잡한 공정이라는 한계를 가진다. 서강대 공동 연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 PET와 PEF를 분리해야 할 대상으로 보는 기존 접근에서 벗어나, 두 소재의 높은 구조적 유사성을 오히려 화학적 업사이클링에 활용하는 전략을 제시하였다. 연구팀은 폐 PET와 PEF 사이의 직접 용융 에스테르 교환반응(direct melt transesterification)을 통해 별도의 분리 및 상용화제 첨가 없이 두 고분자를 하나의 PEFT 공중합체로 전환하였다. * 에스테르 교환반응(transesterification) : 고분자 내 에스테르 결합이 서로 교환되는 화학반응으로, 서로 다른 폴리에스터 사슬을 재배열하여 새로운 공중합체 구조를 형성할 수 있는 반응  연구팀은 직접 에스테르 교환반응을 이용하는 공정과 기존의 해중합 및 재중합 공정을 비교하여 합성 경로와 PET/PEF 조성에 따른 구조와 물성 변화를 체계적으로 분석하였다. 그 결과, PET와 PEF가 단순히 물리적으로 혼합되는 것이 아니라 분자 수준에서 무작위로 배열된 PEFT 공중합체를 형성하는 것을 확인하였다. 이러한 무작위 사슬 구조는 규칙적인 결정 형성을 억제하여 높은 투명성과 향상된 열가공성을 구현하는 동시에, PET와 PEF가 갖는 분자 간 상호작용을 유지하여 우수한 기계적 특성을 확보할 수 있도록 하였다.  ▲ PET·PEF 혼합 폐플라스틱의 분리 없는 업사이클링을 통한 고성능 PEFT 공중합체 제조 개념도  특히 개발된 PEFT 소재는 우수한 기계적 성능과 가스 차단 특성을 동시에 나타냈다. P50 소재는 101 MPa의 높은 인장강도를, T20 소재는 378%의 높은 파단신율을 나타내어 기존 상용 고분자 대비 우수한 강도와 연성의 균형을 확보하였다. 또한 P50은 PET 대비 수분 및 산소 차단 성능이 각각 약 2배와 3배 향상되었으며, 이를 바탕으로 식품 포장용 필름과 용기 등 실제 포장 소재로서의 활용 가능성을 확인하였다. 또한, 연구팀은 Aspen Plus 기반 공정 시뮬레이션과 전과정평가(Life Cycle Assessment, LCA)를 통해 환경적 효과도 검증하였다. 분리 및 해중합 공정을 생략한 T20 공정은 0.83 kg CO₂ eq.의 온실가스 배출량을 나타내어 기존 재활용 PET 대비 약 53% 감소한 것으로 나타났다. 본 연구는 향후 PEF의 상용화 확대에 따라 발생할 수 있는 PET·PEF 혼합 폐기물 문제에 선제적으로 대응하여, 분리의 대상이었던 혼합 폐플라스틱을 새로운 고성능 소재로 전환하는 순환형 소재 전략을 제시했다는 점에서 의미가 있다. 서강대학교 연구팀은 “이번 연구는 PET와 PEF의 구조적 유사성을 활용하여 혼합 폐플라스틱을 별도의 분리 공정 없이 고성능 소재로 전환할 수 있음을 보여주었다”며, “향후 PEF 상용화에 따른 새로운 혼합 폐플라스틱 문제에 대응하고, 고성능·저탄소 순환형 플라스틱 기술로 확장될 수 있을 것으로 기대된다”고 밝혔다. 연구 결과는 재료 및 에너지 분야의 국제 저명 학술지 Journal of Materials Chemistry A에 “Separation-free upcycling of emerging PET/PEF waste streams into high-performance PEFT copolymers via direct melt transesterification” 제목으로 게재되었다.(1) 연구실 홈페이지: https://sites.google.com/view/jyp-plastic-research/(2) 논문 링크: https://doi.org/10.1039/D6TA04823D 

서강대 공동연구팀, 폐 PET를 고성능 엔지니어링 플라스틱 PBT로 전환하는 저온 업사이클링 기술 개발       ▲ 개발 연구진 (좌측부터) 서강대 박제영 교수, 고려대 오동엽 교수, 신미라, 안영환 대학원생 서강대학교 화공생명공학과 박제영 교수 연구팀은 고려대학교 오동엽 교수 연구팀 및 현대자동차 연구진과의 공동연구를 통해, 폐 PET를 고성능 엔지니어링 플라스틱인 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT)로 전환하는 저온 화학적 업사이클링 기술을 개발하였다. 탄소중립형 화학산업으로의 전환을 위해서는 메탄올과 같은 C1 기반 화학원료뿐 아니라, 사용 후 플라스틱에 축적된 고분자 탄소자원을 다시 고부가가치 화학소재로 전환하는 기술이 중요하다. 특히, PET는 음료병, 섬유, 포장재 등 일상생활 전반에서 널리 사용되는 대표적인 폴리에스터계 플라스틱이다. 그러나 사용 후 PET의 상당 부분은 고품질 소재로 재활용되지 못하고, 기존 재활용 공정은 물성 저하, 높은 에너지 소비, 복잡한 분리·정제 과정 등의 한계를 가진다. 특히 PBT는 자동차 및 전자소재 분야에서 사용되는 고부가가치 엔지니어링 플라스틱이지만, 주로 석유 기반 원료에 의존해 생산되고 있어 지속가능한 대체 생산 경로의 필요성이 커지고 있다. 공동연구팀은 폐 PET를 단순히 저부가가치 재생 플라스틱으로 되돌리는 것이 아니라, 고성능 PBT로 전환하는 분자 수준의 업사이클링 전략을 제시하였다. 본 연구에서는 choline chloride/zinc acetate 기반 deep eutectic solvent(DES) 촉매와 anisole 보조용매를 함께 사용하여, 150 °C의 비교적 낮은 온도에서 PET의 부탄디올 매개 글리콜리시스를 효과적으로 유도하였다. DES 촉매는 반응물의 친핵성과 PET 에스터 결합의 반응성을 동시에 높이고, anisole은 PET 사슬의 방향족 구조와 상호작용하여 고분자 내부 팽윤을 촉진함으로써 저온 조건에서도 높은 해중합 효율을 가능하게 하였다. 그 결과, 최적 조건에서 4시간 반응만으로 PET 전환율 94.5%, bis(4-hydroxybutyl) terephthalate(BHBT) 수율 83.6%를 달성하였다. 회수된 BHBT는 dimethyl terephthalate와의 중합을 통해 재생 PBT(r-PBT)로 전환되었으며, 제조된 r-PBT는 상용 PBT에 준하는 열적 특성과 기계적 강도를 보였다. 특히 인장강도 64 MPa와 파단신율 290%를 나타내어, 폐 PET 유래 소재임에도 엔지니어링 플라스틱으로 활용 가능한 우수한 물성을 구현하였다. 연구팀은 또한 전과정평가(LCA)를 통해 본 기술의 환경성을 검증하였다. 비교 대상은 대표적인 C1 화학원료인 메탄올을 사용하는 기존 메탄올분해 기반 PBT 재활용 공정으로 설정하였다. 분석 결과, 제안된 글리콜리시스 기반 공정은 메탄올분해 기반 공정 대비 지구온난화지수(GWP)를 19%, 비재생에너지 사용량(NREU)을 4% 낮출 수 있는 것으로 나타났다. 이는 폐 PET에 축적된 탄소자원을 고부가가치 PBT로 전환하는 동시에, 기존 C1 기반 재활용 경로보다 환경 부담을 줄일 수 있음을 보여준다. 이번 연구는 폐 PET를 기존 PET 재생 소재로 되돌리는 수준을 넘어, 자동차·전자소재 등에 활용 가능한 고성능 PBT로 전환했다는 점에서 의미가 크다. 또한 독성 할로겐화 용매를 사용하지 않고, 저온 조건에서 높은 수율과 우수한 물성을 동시에 달성함으로써, 지속가능한 플라스틱 순환경제 구현을 위한 새로운 업사이클링 플랫폼을 제시하였다. - 폐 PET 저온 업사이클링 및 r-PBT 제조 공정 개요 박제영 교수는 “이번 연구는 폐 PET를 고성능 엔지니어링 플라스틱으로 전환할 수 있는 저온 화학적 업사이클링 전략을 제시한 것”이라며, “메탄올 기반 화학공정과의 비교를 통해 저탄소 촉매공정 설계의 중요성을 확인했다는 점에서도, 향후 탄소자원 고부가가치화 기술 개발에 기여할 수 있을 것”이라고 덧붙였다. 이번 연구 결과는 화학공학 분야의 국제 저명 학술지인 Chemical Engineering Journal (Elsevier)에 게재되었으며, 폐 PET를 저온 조건에서 고부가가치 엔지니어링 플라스틱 PBT로 전환하는 새로운 화학적 업사이클링 전략의 중요성을 인정받아 주목할 만한 연구 성과로 평가받고 있다   ▶ 논문제목: ‘Synergistic low-temperature upcycling of post-consumer PET into engineering-grade PBT: Dual-activation by deep eutectic solvents and anisole-induced swelling’ ▶ 논문링크: https://doi.org/10.1016/j.cej.2026.177960 ▶ 연구실 홈페이지: https://sites.google.com/view/jyp-plastic-research/   ▶화학공학 분야의 국제 저명 학술지인 Chemical Engineering Journal (Elsevier) 표지 전문         

본교 황금래 박사 교수 임용 – 한림대학교 융합신소재공학전공      본교 화공생명공학과 강태욱 교수님 연구실의 황금래 박사가 2026년 9월부터 한림대학교 융합신소재공학전공에 조교수로 임용되었다.   황금래 박사는 본교 화공생명공학과 학부를 2015년 2월에 졸업하고, 본교 대학원에 석박사통합과정으로 진학하였다. 강태욱 교수님 지도하에 나노소재를 기반으로 미세유체 플랫폼과 광학 검출 기술을 결합하여 질환 관련 생체 분자를 고감도로 분석하고 미세 생체 환경을 제어하는 연구를 진행하였고, 2021년 8월에 박사학위를 취득하였다.(학위 논문 제목: Fabrication of Optically Manipulated Plasmonic Nanostructure Assemblies and Their Applications to Surface-enhanced Raman Spectroscopy-based Molecular Detections). 이후 서강대학교 바이오융합기술연구소에서 박사후 연구원으로 근무하며 관련 연구를 이어왔다.황금래 박사는 University of California at Berkeley, University of Pennsylvania 및 Harvard University의 세계 최우수 연구기관들과 공동연구를 진행하였으며, Nature Biomedical Engineering, Advanced Materials, Light: Science & Applications (Nature Publishing Group), Science Advances를 포함한 분야 최상위 저널들에 다수의 논문을 게재하는 등 우수한 연구성과를 도출하였다. 

서강-유펜 융합연구센터 국제공동연구 성과, Nature Biotechnology 표지 논문 선정 – 세계 최초 혈관화된 인간 고형암 CAR-T 면역치료 체외 플랫폼 개발 서강대학교와 미국 펜실베니아대학교가 공동 설립한 서강-유펜 신종감염병 테라노스틱스 융합연구센터(공동연구책임자: 강태욱 교수/서강대, Dan Huh 교수/펜실베니아대)의 국제공동연구 성과가 생명과학 분야 최고 권위 학술지인 Nature Biotechnology(Impact Factor: 41.7)의 표지 논문(Cover Article)으로 선정되었다. 이번에 표지 논문으로 선정된 연구는 실제 인간의 고형암 조직을 혈관화하여 CAR-T 세포의 항암 효과를 체외에서 정밀하게 평가할 수 있는 tumor-on-a-chip 플랫폼을 세계 최초로 개발한 연구이다. 기존의 2차원 세포배양이나 동물실험의 한계를 극복하고 실제 인체 내 종양 미세환경을 정밀하게 재현함으로써, 차세대 면역세포치료제 개발과 맞춤형 항암치료 연구의 새로운 가능성을 제시하였다.이번 성과는 과학기술정보통신부의 해외우수연구기관 협력허브 구축사업의 지원을 받아 수행되었으며, 서강-유펜 신종감염병 테라노스틱스 융합연구센터를 중심으로 이루어진 국제공동연구 성과이다. 이번 Nature Biotechnology 표지 논문 선정은 서강-유펜 신종감염병 테라노스틱스 융합연구센터의 세계적 연구 경쟁력과 국제공동연구 역량을 보여주는 대표적인 성과로 평가된다.   * 연구지원 및 참여 연구진본 연구는 과학기술정보통신부의 해외우수연구기관 협력허브 구축사업(과제번호: RS-2023-00259341)의 지원을 받아 수행되었다.주요 참여자: 강태욱 교수(서강대학교 화공생명공학과), Dan Huh 교수(펜실베니아대학교 Bioengineering)연구실 홈페이지 : https://sites.google.com/view/twkanggroup   * 논문 정보: A tumor-on-a-chip for in vitro study of CAR-T cell immunotherapy in solid tumors* 논문 링크 : https://doi.org/10.1038/s41587-025-02845-z* 기사(연합 뉴스) : https://n.news.naver.com/article/001/0015703085?sid=102    

조용현 박사과정 (지도교수 강문성) ACS Photonics 논문 개제  강문성 교수 연구팀(제1저자 조용현 연구원)은 페로브스카이트 나노결정(PeNC)의 뛰어난 발광 효율을 유지하면서 초미세 패턴을 형성할 수 있는 새로운 '직접 포토리소그래피' 공정 기술을 개발했다.  페로브스카이트 나노결정은 색 순도가 높고 발광 효율이 뛰어나 차세대 발광다이오드(LED) 디스플레이용 핵심 소재로 주목받고 있다. 그러나 이온 결합 특성으로 인해 외부 환경에 극도로 취약하여, 극성 용매(현상액)를 사용하는 기존 포토리소그래피 공정을 적용하면 나노결정이 심각하게 훼손되는 한계가 있었다.  연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 감광액(Photoresist) 사용을 배제하고, 빛을 받으면 나노결정 입자의 리간드 사이를 서로 연결해주는 벤조페논(Benzophenone) 기반의 광유도 리간드 가교제(LiXer)를 도입했다. 특히 밀도범함수이론(DFT) 및 시간의존 밀도범함수이론(TD-DFT)을 활용한 양자화학 계산을 통해 분자 구조와 에너지 준위를 최적화함으로써, 기존에 심자외선(254 nm) 영역에서 빛을 흡수하던 벤조페논이 디스플레이 산업 표준 광원인 i-line 자외선(365 nm)에서도 원활하게 광반응을 일으키도록 새롭게 설계했다.  기존 나노물질 패터닝에 주로 쓰이던 고에너지의 심자외선(254 nm)은 페로브스카이트의 발광 효율을 급감시키고, 이를 복구하기 위한 할라이드 후처리 공정은 다색 패턴 구현에 적용하기 어렵다는 단점이 있었다. 반면 연구팀이 도입한 365 nm 자외선 기반 가교 시스템은 나노결정에 미치는 물리적, 광학적 손상을 원천 차단할 수 있다.  연구팀은 개발된 기술을 적용해 녹색 발광을 띠는 CsPbBr3 페로브스카이트 나노결정을 2 um 크기의 고해상도 패턴으로 정밀하게 구현해 냈다. 그 결과, 복잡한 후처리 공정 없이도 페로브스카이트의 발광 효율이 공정 전 초기 효율의 88% 수준까지 높게 유지됨을 확인했다. 무엇보다 산업 현장에서 널리 쓰이는 365 nm 광원을 그대로 활용할 수 있어, 신규 장비 도입 없이 기존 대면적 양산 라인에 즉시 적용 가능하다는 장점이 있다.  해당 연구는 산업통상자원부에서 추진하는 ‘이종기술융합형사업(소재부품기술개발)’과 과학기술정보통신부·한국연구재단이 추진하는 ‘기초연구실개척형사업(집단연구지원)’의 지원을 받아 수행되었으며, 국제학술지 ACS Photonics에 게재되었다.   ▶논문제목: Direct Photolithography of Perovskite Nanocrystals via 365nm UV Induced Ligand Cross-Linking▶논문링크: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsphotonics.6c00317   

서강대 공동연구팀, 고강도·자가치유·다중분해가 가능한 바이오 기반 친환경 폴리우레탄 개발      ▲ 개발 연구진 (좌) 진세빈 박사 (중) 서강대 박제영 교수 (우) 고려대 오동엽 교수  사용 중에는 강인하고, 폐기 후에는 선택적으로 분해되는 차세대 지속가능 고분자 플랫폼    서강대학교 화공생명공학과 박제영 교수 연구팀은 고려대학교 오동엽 교수 연구팀과의 공동연구를 통해, 높은 기계적 강도와 우수한 자가치유 성능을 동시에 갖추면서도 사용 후에는 다양한 환경 자극에 따라 선택적으로 분해될 수 있는 바이오 기반 폴리(우레탄-우레아) 엘라스토머를 개발하였다.   ▲ a) 바이오기반 자가치유 다중 분해성 고분자 구조, b) 사용 중: 고강도·자가치유 / c) 폐기 후: 환원·UV·효소 분해   이번 연구는 기존 석유계 플라스틱이 가지는 높은 내구성과 환경 잔존성 문제를 동시에 해결하기 위한 전략으로, ‘사용 중(in-use)’에는 강인한 기계적 성능과 자가치유를 통해 수명을 연장하고, ‘폐기 후(on-demand)’에는 환원·광·효소 등 다양한 조건에서 빠르게 분해될 수 있도록 설계된 지속가능 고분자 플랫폼을 제시했다.  공동연구팀은 바이오 기반 caprolactone/glycolide 유래 매크로다이올에 방향족 이황화 결합(aromatic disulfide)과 우레아 결합을 동시에 도입하는 분자구조 설계를 통해, 기존 자가치유 고분자에서 흔히 나타나는 ‘강도–동적 기능성 간 trade-off’를 극복하였다. 방향족 이황화 결합은 동적 공유결합 교환반응을 통해 자가치유성과 자극응답성을 제공하고, 우레아 결합은 강한 수소결합 네트워크를 형성하여 높은 기계적 강도와 구조적 안정성을 부여한다.   그 결과, 개발된 소재는 최대 인장강도 36 MPa, 신율 400% 이상의 우수한 기계적 특성을 나타냈으며, 80°C 조건에서 최대 98% 수준의 자가치유 효율을 달성하였다. 또한 UV 조사만으로도 상온에서 90% 이상의 자가치유가 가능해, 열에너지 의존성을 줄인 차세대 스마트 소재로서의 가능성을 입증했다.   더 나아가, 해당 소재는 기존 고내구성 플라스틱과 달리 다양한 환경에서 선택적 분해가 가능하다. 환원 조건에서는 37°C에서 4일 이내 99% 이상 질량 손실을 보였으며, UV 조건에서는 광유도 분해, 효소 조건에서는 21일 동안 기계적 물성의 현저한 감소를 나타냈다. 이는 실제 환경 변화에 따라 다중 경로로 분해될 수 있는 ‘multi-pathway degradation’ 특성을 의미하며, 플라스틱 폐기 후 환경 부담을 획기적으로 줄일 수 있는 가능성을 보여준다.  연구팀은 특히 이번 기술이 단순 생분해성 플라스틱을 넘어, 높은 물성·자가치유·재가공성·환경 분해성을 하나의 시스템 내에 통합했다는 점에서 큰 의미가 있다고 설명했다. 개발된 소재는 향후 친환경 코팅재, 웨어러블 전자소자, 스마트 패키징, 연성 전자기기 및 지속가능 소비재 분야 등 다양한 산업으로의 확장이 기대된다. 연구 결과는 화학공학 분야의 국제 저명 학술지인 Chemical Engineering Journal (Impact Factor: 13.2)에 “In–Use Robust and Self–Healing, On–Demand Multi–Pathway Degradations: Bio–Based Poly(Urethane–Urea) Elastomers with Disulfide Bonds” 제목으로 게재되었다. (1) 연구실 홈페이지: https://sites.google.com/view/jyp-plastic-research/(2) 논문 링크: https://doi.org/10.1016/j.cej.2025.172098  

서강대 화공생명공학과 공동 연구팀, 고성능·재활용 가능한 차세대 바이오 기반 폴리우레탄 개발  ▲ 개발 연구진 : (좌측부터) 이준혁 연구원, 김해민 연구원, 박제영 교수, 오동엽 교수  서강대 공동 연구팀, 고성능·재활용 가능한 차세대 바이오 기반 폴리우레탄 개발 서강대 화공생명공학과 박제영 교수 연구팀이 고려대 오동엽 교수 연구팀과 공동연구를 통하여 높은 기계적 강도를 유지하면서도 자가치유 및 화학적 재활용이 가능한 차세대 바이오 기반 의사 비트리머 (pseudo-vitrimer) 소재를 개발하였다.  최근 환경 문제와 자원 순환에 대한 관심이 증가함에 따라, 기존 고분자 소재를 대체할 수 있는 지속가능한 소재 개발이 중요한 과제로 떠오르고 있다. 특히 열경화성 고분자는 우수한 기계적 성질을 가지지만, 한번 형성된 네트워크 구조로 인해 재활용이 어렵다는 한계가 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 동적 결합을 도입한 vitrimer 소재가 제안되었으나, 일반적으로 기계적 강도가 낮아 실제 산업 적용에는 제약이 있었다.  서강대 공동 연구팀은 이러한 한계를 극복하기 위해, 가역적인 Diels–Alder 반응을 기반으로 하는 새로운 pseudo-vitrimer 개념을 도입하였다. 이를 통해 네트워크 구조 내에서 선택적으로 결합 교환이 일어날 수 있도록 설계함으로써, 기존 vitrimer의 장점인 재가공성과 자가치유 기능을 유지하면서도 높은 기계적 강도를 동시에 확보하였다. * 자가치유 (self-healing) : 외부 손상에 의해 끊어진 고분자 사슬이 자발적으로 재결합하여 구조와 기능을 회복하는 스마트 재료  연구팀이 개발한 소재는 기존 폴리우레탄 대비 약 1.4배 향상된 기계적 강도를 보였으며, 열 자극에 의해 손상된 구조가 효과적으로 복원되는 자가치유 특성을 나타냈다. 또한, 단순한 물리적 재가공을 넘어 화학적 분해 및 재합성이 가능한 재활용성을 확보하여, 기존 열경화성 고분자의 한계를 극복하였다. 특히 본 연구에서는 바이오 기반 단량체를 활용하여 친환경성을 확보함과 동시에, 분자 구조 설계를 통해 기계적 성능과 동적 네트워크 특성 간의 상충 관계(trade-off)를 효과적으로 해결하였다. 서강대학교 연구팀은 “이번에 개발된 pseudo-vitrimer 소재는 기존 고분자의 강도와 내구성을 유지하면서도 재활용성과 자가치유 기능을 동시에 구현한 점에서 큰 의의를 가지며, 향후 친환경 고성능 소재로서 다양한 산업 분야에 적용될 수 있을 것으로 기대된다.”고 밝혔다. 연구 결과는 화학공학 분야의 국제 저명 학술지인 Chemical Engineering Journal (Impact Factor: 13.2)에 “Superior pseudo-vitrimer: A high-performance bio-based polyurethane with self-healing and chemical recyclability via Diels–Alder chemistry” 제목으로 게재되었다.  (1) 연구실 홈페이지: https://sites.google.com/view/jyp-plastic-research/(2) 논문 링크: https://doi.org/10.1016/j.cej.2026.175193   

혼합 폐폴리에스터의 생분해성 고성능 플라스틱 전환을 위한 업사이클링 기술 개발          ▲ 개발 연구진 (좌측부터) 서강대 박제영 교수, 고려대 원왕연 교수, 신미라, 김민진 대학원생  서강대학교(총장 심종혁) 화공생명공학과 박제영 교수 연구팀은 고려대학교 원왕연·오동엽 교수 연구팀, 충남대학교 구준모 교수 연구팀과의 공동연구를 통해 서로 다른 폐폴리에스터를 단일 공정(one-pot)으로 고부가가치 생분해성 열가소성 플라스틱으로 전환하는 업사이클링 기술을 개발하였다. 이 기술은 폐 PET 병과 산업용 PBT 폐플라스틱을 기존처럼 분해·정제하는 고에너지 공정 없이, 고분자 상태에서 연속 반응시켜 새로운 열가소성 폴리에테르에스터(TPEE)로 전환할 수 있다는 점이 특징이다. 이를 통해 재활용 과정의 에너지 소비와 탄소 배출을 크게 줄일 수 있다.  PET와 PBT는 대표적인 폴리에스터계 플라스틱이지만, 물성 차이와 첨가제 문제로 인해 혼합 폐기물 형태에서는 재활용이 어렵다. 이에 혼합 폐플라스틱을 효율적으로 처리하면서 고부가가치 소재로 전환하는 기술은 지속가능한 순환경제 구현의 핵심 과제로 주목받고 있다. 공동연구팀은 유연한 폴리에테르 소프트 세그먼트를 도입해 폴리에스터 사슬 간 에스터 교환 반응(transesterification)을 유도하는 소재 설계 전략을 제시하였다. 그 결과 폐플라스틱 유래 소재임에도 최대 인장강도 68 MPa, 파단 신율 800% 이상의 우수한 기계적 물성을 구현하였다.  또한 해당 소재는 낮은 결정성과 증가된 분자 사슬 무작위성으로 인해 퇴비 환경에서 미생물 분해가 가능했으며, 실제 퇴비 조건에서 최대 20주 이내 약 85%의 질량 감소를 보였다. 이는 기존 방향족 폴리에스터의 낮은 분해성 한계를 극복한 성과로 평가된다. 연구팀은 공정 경제성 분석(TEA)과 전과정 평가(LCA)를 통해, 본 기술이 단량체 회수 공정을 생략함으로써 폴리프로필렌(PP) 및 PBAT 대비 비용 경쟁력과 온실가스 저감 효과를 확보할 수 있음을 입증하였다.  이번 연구는 폐플라스틱을 단순 재활용하는 것을 넘어 성능·경제성·환경성을 모두 만족하는 업사이클링 가능성을 제시했다는 점에서 의미가 크며, 향후 포장재, 필름, 단수명 플라스틱 제품 등 다양한 분야로의 확장이 기대된다.   

김혁준 박사과정 (지도교수 강문성) Nature Communications 논문 개제   서강대학교 강문성 교수, UNIST 김봉수 교수와 ETRI 강찬모 박사 공동연구팀(제1저자 서강대학교 김혁준 연구원, UNIST 함효빈 연구원, 서강대학교 임창혁 연구원)은 양자점 발광층을 손상 없이 정밀한 미세 패턴으로 구현할 수 있는 새로운 공정 기술을 개발하였다.  최근 가상현실(VR)·증강현실(AR) 기술이 빠르게 발전하면서, 눈과 매우 가까운 거리에서 사용되는 마이크로디스플레이 기술에 대한 관심이 높아지고 있다. 이러한 장치에서는 화면 크기가 수 인치 이하로 제한되기 때문에 사람의 눈에 픽셀 경계가 보이는 ‘스크린도어 효과’를 방지하기 위해 적녹청(RGB) 발광층을 3000 PPI 이상의 초고해상도로 구현하는 기술이 요구된다.  양자점은 색 재현성이 우수하고 발광 효율이 높아 차세대 디스플레이용 소재로 주목받고 있다. 그러나 실제 디스플레이에 적용하기 위해서는 양자점 발광층을 미세한 픽셀 형태로 정밀하게 패턴화해야 한다. 기존 패터닝 방식으로는 양자점의 성능을 유지하면서 이러한 미세 패턴을 정교하게 형성하는 데 한계가 있었다.  공동연구팀은 양자점 발광층을 안정적으로 보호하면서 미세 패턴을 형성할 수 있는 ‘포토레지스트(PR) 기반 간접 광패터닝’ 기술을 개발하였다. 이 방법은 먼저 반도체 공정에서 사용하는 PR로 미세 패턴을 형성한 뒤 그 위에 양자점 박막을 형성하고, 이후 PR을 제거하여 원하는 위치에만 양자점 패턴을 남기는 방식이다.   이를 위해 양자점 표면의 유기 리간드를 서로 연결해 양자점들이 안정적인 네트워크 구조를 형성하도록 하는 가교 전략을 도입하였다. 이 구조는 패턴 형성 과정에서 사용되는 용매나 후속 공정에도 양자점 박막이 손상되지 않도록 보호하는 역할을 한다. 또한 이러한 가교 반응은 비교적 낮은 온도에서 진행되도록 설계되어, 포토레지스트 패턴의 특성을 유지한 상태에서 안정적으로 공정을 수행할 수 있다. 연구팀은 해당 기술을 적용해 세계 최고 수준의 패턴 충실도를 달성하였다. 특히 패턴 가장자리의 불규칙성을 나타내는 선 가장자리 거칠기(line edge roughness, LER)는 약 2 µm 폭의 패턴에서 43.1 nm로 나타났으며, 이는 현재까지 보고된 발광용 양자점 패턴 중 가장 낮은 값이다. 또한 적색, 녹색, 청색 양자점을 순차적으로 형성하여 4000 PPI 이상의 초고해상도 RGB 패턴을 구현하였다. 더 나아가 이를 실제 소자 제작에 적용해 10 × 10 RGB 양자점 발광다이오드(QD-LED) 어레이를 구현함으로써, 개발된 패터닝 기술이 실제 디스플레이 소자 제작 공정에도 적용될 수 있음을 확인하였다. 해당 연구는 ‘삼성미래기술육성사업’과 과학기술정보통신부·한국연구재단이 추진하는 ‘나노 및 소재기술개발사업(국가전략기술소재개발)’ 및 ‘개인기초연구사업(중견연구)’의 지원을 받아 수행되었으며, 국제학술지 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)에 게재되었다.   ▶논문제목: Photoresist-guided indirect photopatterning of quantum dots via carbene-mediated ligand thermocrosslinking ▶논문링크: https://www.nature.com/articles/s41467-026-70770-z