나노 또는 바이오 시스템과 같이 원자단위의 역학적 이해가 필요한 새로운 형태의 문제들이 속속 출현하면서 실험만을 통한 미시적 현상에 대한 이해가 한계에 다다랐을 뿐만 아니라 기존의 거시적 관점의 이론적 접근 또한 어렵게 되었다. 따라서 실험의 측정영역을 뛰어넘어 시스템의 미시적 특성을 이론적으로 분석해 볼 수 있으면서도 나노, 마이크로, 매크로 현상을 동시에 구현할 수 있는 다중스케일 시뮬레이션 기법 개발이 절실히 요구된다.
세계수준의 국내 나노/바이오 기초이론분야 연구력 제고
지난 2008년 12월 세계적 수준의 연구대학 육성을 위한 WCU 프로그램을 통해 출범한 사업단은 연구역량이 높은 해외학자들과 국내 연구진들을 바탕으로 미래 성장 동력인 나노 및 바이오 기능성 소재 개발에 박차를 가하고 있다. WCU 프로그램과 미국과학재단의 후원아래 한국, 미국, 일본, 대만, 호주 등 전 세계 유수의 연구기관을 연결한 국제 공동 시뮬레이션 기반 공학 연구 클러스터 설립 및 글로벌 인재 양성을 사업단 중점 사업으로 추진하고 있다.
성균관대학교 기계공학부 계산생명공학연구실(http:// bioengineering.skku.ac.kr)에서는 김문기 교수의 지도하에 기계적인 모델링 및 해석 기법을 이용하여 DNA 또는 RNA에 같은 유전물질과 더불어 인체의 생명현상을 관장하는 단백질의 구조 및 생물학적 기능 사이의 관계를 규명하는데 연구의 초점을 맞추고 있다.
김문기 교수는 “이를 통해 알츠하이머병이나 파킨슨병을 유발하는 단백질의 구조 변화 원리를 원자 수준에서 이해하고 나아가 그 치료법도 제시하고자 합니다”라고 피력했다. 최근에는 해석 전용 웹서버인 KOSMOS(KOrea Sungkyunkwan MOrph Server)도 개발하여 온라인상에서 누구나 손쉽게 김문기 교수 연구
또한 일본 최고의 학자에게 수여되는 천황상을 수상한 전산시스템 병렬화 부문 석학인 Genki Yagawa 교수 연구팀과도 삼차원 다중스케일 다중물리 시스템 병렬화에 관한 한·미·일 공동연구에 착수하게 되는 성과를 얻게 되었다.
현재 사업단은 다중스케일 시뮬레이션 관련 학제간 융합 교과목인 ‘나노역학특론’을 새롭게 개발해 공동 영어강의로 진행하고 있으며 강의 동영상은 WCU OCW(open course ware)를 통해 일반인에게도 무상으로 제공되고 있다.
연구 및 교육 선도로 차세대 성장 동력 초석 다져
사업단은 다중스케일 다중역학 시뮬레이션 기법을 이용한 응용 사례로 나노 다이아몬드 기반 유방암 진단 및 치료제 개발을 활발하게 수행하고 있다.
김문기 교수는 “일반적으로 암세포 제거 수술시 전이를 우려한 나머지 주변 조직도 광범위하게 절제하는데, 암세포만 선택적으로 선별하여 약물을 투여할 수 있는 시스템을 개발하여 패치형태로 암세포 제거 부위에 적용한다면 절제 부위를 최소화하고 동시에 전이 가능성도 효과적으로 낮출 수가 있습니다”라며 “신소재인 나노 다이아몬드의 표면 처리를 통해 암세포 선택과 약물 투여라는 기능을 인공적으로 부여할 수 있습니다”라고 설명했다.
한편, 지난 2009년 8월 시뮬레이션 기반 공학 연구와 관련한 제1회 WCU 국제 워크샵을 개최하며 국내외 전산역학 관련 연구진의 교류의 장을 제공한 바 있다. 이밖에도 대한기계학회와 미국기계학회의 공동 후원아래 제2차 ‘의학 및 생물학을 위한 나노엔지니어링’ 국제학술대회를 유치, 오는 2011년 9월에는 국내외 관련분야 학자 천여 명이 인천 송도에 모여서 나노/바이오산업의 현재와 미래를 내다볼 수 있는 교류의 장도 마련하였다. 사업단은 이와 같은 다양한 활동을 통해 국내 나노/바이오 기초이론분야 연구력을 세계적 수준으로 끌어 올릴 수 있는 계기가 마련되었다.
김문기 교수는 “향후 3년간의 WCU 프로그램이 성공적으로 수행되었을 경우 시뮬레이션 기반 공학 연구 분야에서 본 사업단이 선두 주자로서 국제적 명성과 더불어 핵심적인 역할을 담당하게 될 것으로 기대합니다”라고 말했다.
