본 발명은 기존 실리콘 기반 메모리 장치의 한계를 극복하기 위해 개발되었습니다. 산화환원능을 갖는 융합 단백질(아주린 및 미오글로빈 결합)을 기판에 직접 고정화하여 이중상 바이오메모리 장치를 구현합니다. 이 장치는 단일 분자 수준에서 9가지 경우의 정보를 효율적으로 저장할 수 있어 데이터 밀도를 획기적으로 증가시킵니다. 단순성, 효율성, 그리고 생체 적합성을 특징으로 하며, 미래의 단일 분자 기반 정보 저장 시스템 개발을 위한 강력한 대안을 제시합니다.

본 발명은 암 진단 및 맞춤형 치료의 한계를 해결합니다. 암환자의 혈액에서 자성 나노입자를 이용해 암세포를 분리하고, 자기적-전기화학적 신호 분석으로 암세포의 표현형을 정밀하게 동정하는 방법을 제공합니다. 이 기술은 추가 염색 없이 간단하고 신뢰도 높은 암세포 분석을 가능하게 합니다. 또한, 분리된 암세포에 대한 항암제 스크리닝을 통해 특정 암에 유효한 최적의 항암제를 판정하여 개인 맞춤형 치료에 기여합니다. 이는 암 환자의 조기 진단 및 효과적인 치료 전략 수립에 필수적인 기술입니다.

기존 세포배양 기술은 신경 세포 돌기 성장 방향 제어에 한계가 있었습니다. 본 기술은 자성 나노입자 표면에 그래핀이 고정된 복합 나노구조체를 활용하여 이 문제를 해결합니다. 자기장을 인가하여 세포배양칩에 나노구조체를 쉽고 빠르게 패턴화하며, 신경 세포 돌기의 성장 방향을 정밀하게 유도합니다. 이 방법은 세포 독성이 없어 주변 조직에 손상을 주지 않고 세포 성장을 제어할 수 있습니다. 재생의학 및 뇌 공학 분야에서 신경 네트워크 구축과 손상된 신경 치료 연구에 혁신적인 기여를 할 것으로 기대됩니다.

본 발명은 파킨슨병 등 뇌신경계 질환 치료제 개발의 한계점을 극복합니다. 기존 약물 스크리닝은 시간과 비용이 많이 들고 복잡한 뇌 신경망 모사에 어려움이 있었습니다. 본 기술은 3D 바이오프린팅과 자성 나노입자를 활용하여 뇌 기저핵의 복잡한 신경회로(수평/수직)를 정교하게 모사한 칩을 제공합니다. 이 뇌기저핵 모사 칩을 통해 도파민 의존성 뇌신경계 질환 치료 후보 물질의 효능을 경제적이고 신속하게 평가할 수 있습니다. 이는 신약 개발 과정을 혁신하고 동물실험의 대안을 제시하는 효과적인 솔루션입니다.

기존 단백질 검출법의 높은 비용, 긴 시간, 낮은 안정성 문제를 해결하기 위해 금속 나노입자-핵산-펩타이드 복합체를 활용한 혁신적인 센서가 개발되었습니다. 본 센서는 특정 단백질 분해 효소에 의해 펩타이드가 분해될 때 강한 형광을 특이적으로 발광하여, 단백질 분해 효소를 신속하고 정확하게 측정합니다. 이 기술은 세포 기반의 비파괴·실시간 측정, 체액 기반의 현장 질병 진단 키트, 약물 스크리닝 및 세포·조직 영상화 등 다양한 분야에 유용하게 활용될 수 있습니다. 특히 암, 관절염, 신경질환 등 주요 질병의 조기 진단 및 치료제 개발에 기여할 수 있는 차세대 플랫폼입니다.

세포 내 신호 전달 연구는 뇌 질환의 근본 원리 규명에 필수적이지만, 기존 전극은 세포에 유해하다는 한계가 있습니다. 본 발명은 이러한 문제점을 해결하고자 생체 친화적인 '셀레트론(Celletron)'을 개발하였습니다. 단백질, DNA, MoS2로 구성된 셀레트론은 세포에 무해하게 침투하여 내부 전하상태를 정밀하게 제어하고 전기화학 신호를 측정할 수 있습니다. 이는 MoS2의 축전 효과를 활용한 것으로, 알츠하이머, 파킨슨병과 같은 뇌 질환의 메커니즘 연구에 중요한 기술적 토대를 제공합니다. 나아가 세포 기반의 고성능 메모리 소자 및 다양한 바이오 전자소자 개발에 응용 가능하여, 미래 신경 과학 및 의료 기술 발전에 크게 기여할 것으로 기대됩니다.

기존 폰 노이만 아키텍처는 높은 전력 소모와 발열 문제가 있으며, 기존 이진 신경망(BNN) 구현 방식은 집적도와 신뢰성에서 한계를 보였습니다. 본 기술은 나노 전기기계 메모리(NEM) 소자를 활용하여 이러한 문제를 해결하는 이진 신경망 및 그 동작 방법을 제시합니다. NEM 셀을 이용한 XNOR 연산을 통해 시냅스 어레이의 셀 개수와 전력 소모를 크게 줄일 수 있습니다. 또한, 최소한의 NEM 셀로 이진 신경망 어레이의 집적도를 높이고, 우수한 내구성과 신뢰성을 바탕으로 안정적인 시스템을 구현합니다. 이 기술은 차세대 저전력 고집적 인공지능 반도체 개발에 기여할 것입니다.

기존 합성가스 기반 C2-함산소화합물 제조 방식은 고온/고압 조건과 촉매 선택성의 문제점을 안고 있습니다. 본 기술은 루테늄 나노입자를 지지체에 담지시킨 새로운 불균일계 촉매를 개발하여 이러한 한계를 극복합니다. 이 촉매는 귀금속인 루테늄의 사용량을 현저히 줄이면서도 아세트산 및 에탄올 등 C2-함산소화합물의 우수한 전환율과 선택도를 제공합니다. 또한, 물 첨가 및 반응 조건 최적화를 통해 생산 효율을 극대화하며, 촉매의 장기적인 안정성을 확보하여 C2-함산소화합물 제조 공정의 경제성과 효율성을 크게 향상시킬 수 있는 혁신적인 해결책입니다.

방사성의약품 생산 과정에서 1회용 카세트의 조립 불량은 생산 실패와 경제적 손실을 초래합니다. 기존에는 생산 완료 후 불량 여부를 확인하여 사전 예방이 어려웠습니다. 본 기술은 이러한 문제점을 해결하고자, 방사성의약품 카세트의 조립성을 생산 전 단계에서 정확히 검사하는 장치를 제안합니다. 제1 카메라로 수평 조립 부품의 정렬 및 루어 조립 적정성을, 제2 카메라로 수직 조립 부품의 체결 깊이(콕 높이)를 평가하여 불량품을 신속하게 판별합니다. 이 시스템은 듀얼 카메라 영상 분석을 통해 카세트의 정확한 체결 깊이와 정렬 상태를 확인함으로써, 방사성의약품 생산 수율을 획기적으로 향상시키고 경제성을 높이는 데 기여합니다.

기존의 특정 물질 감지 기술은 높은 비용과 긴 분석 시간으로 인해 실시간 활용에 어려움이 있었습니다. 본 발명은 광결정 복합 구조물을 활용하여 특정 물질의 흡수량에 따른 부피 변화를 광학적(색) 변화로 극대화하고, 식별 영역별로 특정 물질의 통과 특성을 달리하는 부가 커버층을 통해 다차원 식별을 가능하게 하여 이러한 한계를 극복합니다. 이 기술은 휘발성 유기 화합물(VOC) 검출 센서, 지폐나 보안 카드의 진위 식별 등 보안 분야에 혁신적인 솔루션을 제공합니다. 고속 응답성과 명확한 색 변화를 통해 정밀하고 신뢰도 높은 물질 식별 및 진위 판별이 가능합니다.

본 발명은 기존 전기기계 스위치의 높은 구동 전압 문제를 해결하는 데 중점을 둡니다. 캔틸리버의 탄성에너지를 효과적으로 활용하고, 동적 슬링샷 제어 기술을 통해 풀백 및 풀인 전압을 정밀하게 제어하여 구동 전압을 획기적으로 낮추는 방법을 제시합니다. 이 기술은 MEMS(미세전기기계시스템) 및 NEM(나노전기기계시스템) 소자의 구동 효율을 극대화하며, 재구성 가능 로직(FPGA)과 같은 차세대 반도체 분야에서 필수적인 저전력, 고성능 스위치 구현에 기여합니다. 특히, 캔틸리버의 물리적 이동에 맞춰 슬링샷 신호를 동기화함으로써 안정적이고 효율적인 저전압 구동을 실현합니다. 본 기술은 인공지능, 데이터 분석 등 확장된 어플리케이션에 적용 가능합니다.

기존 바이러스 진단 방식은 높은 비용, 전문성 요구, 혹은 낮은 민감도 등 여러 한계에 직면해 있었습니다. 본 발명은 이러한 문제점을 해결하고자 폴리에틸렌글리콜디아크릴레이트(PEGDA) 및 폴리스티렌 나노입자(PSNPs)를 포함하는 수화젤 센서를 적용한 바이러스 감염 진단 키트를 제안합니다. 이 혁신적인 수화젤 센서는 바이러스 스파이크 단백질과 같은 항원 단백질의 고정력을 획기적으로 높여, 친수성 및 소수성 단백질 모두에 대한 검출 민감도를 극대화합니다. 결과적으로, 기존 진단법 대비 빠르고 정확한 현장 진단(POCT)을 가능하게 하여, 바이러스 감염 여부를 더욱 신뢰성 있게 진단할 수 있습니다. 본 기술을 통해 정밀하고 신속한 바이러스 진단의 새로운 기준을 경험하시길 바랍니다.