Seok Daniel Namgung (남궁석)

기본 정보

한 줄 정의

펩타이드 기반 바이오전자소자 개발의 핵심 연구자로, 타이로신 풍부 펩타이드를 활용한 일시적·생분해성 전자소자 구현에 집중한 박사급 연구원.

연구 기여 흐름

2017년부터 2024년까지 약 7년간 서울대학교에서 펩타이드-생명공학(Peptide-bio) 분야의 주도적 연구를 수행했다. 초기 2018년에는 폴리도파민-구리 하이브리드 필름과 프로톤 전도성을 활용한 산화물 반도체 소자 개발에 참여하며 기초를 다졌다. 2020년을 전후로 타이로신 풍부 펩타이드 인슐레이터를 이용한 일시적 전자소자(transient electronics)의 실현에 집중했으며, 펩타이드 재료의 양성자 활성화 메커니즘을 규명했다. 2021년부터는 연구 범위를 확장하여 수소화 비정질 실리콘의 구조 장애 분석, 완전히 분해 가능한 메모리 소자, 시냅틱 트랜지스터 등 차세대 생분해성 뉴로모픽 소자 개발에 참여했다.

Lab 내 역할

22편의 논문 게재 중 corresponding author 경력이 없다는 점에서 박사후연구원 또는 선임 박사생으로서 주로 실험 설계·수행을 주도한 것으로 추정된다. Gold 팀(13편)과 Peptide-bio 팀(19편)의 상당한 중복 참여는 두 연구 그룹 간 활발한 협업 관계를 시사한다. 특히 펩타이드 소재와 금 나노소자의 접목, 산화(Oxidation) 메커니즘 분석(3편) 등에서 다학제적 협력의 중심 인력으로 기능했던 것으로 보인다.

연구 흐름 (정밀)

Seok Daniel Namgung은 2017년부터 2024년까지 약 7년간 서울대학교 남기태 연구실에서 박사 과정과 박사후연구원으로 활동하며, 펩타이드 기반 바이오전자소자 플랫폼의 핵심 설계자이자 구현자로서 자리매김했다. 그는 타이로신 풍부 펩타이드(YYACAYY, Y₇C)라는 단일 서열을 중심으로 절연체·반도체·전도체·멤리스터·시냅스 소자에 이르는 다층적 응용을 개척했으며, 펩타이드의 프로톤 전도성(proton conduction)과 산화환원 활성(redox activity)을 전자소자의 동작 원리로 전환하는 데 집중했다. 22편의 논문에 참여하면서도 corresponding author 경력이 없다는 점은 그가 주로 실험 설계·수행·최적화를 주도하는 핵심 실행 인력이었음을 시사한다. Peptide-bio 팀(19편)과 Gold 팀(13편)의 높은 중복 참여는 펩타이드 소재와 키랄 금 나노입자를 결합한 다학제적 협업의 중심에 있었음을 보여준다.

연구 진화: 2017–2020, 펩타이드 물성 기초 확립과 일시적 전자소자 구현

2017년 초기 연구에서 Namgung은 Y₇C 펩타이드의 전기전도도를 어닐링 공정으로 향상시키는 가능성을 탐색했다(APL Materials, 2017). 타이로sin의 π-conjugated 구조를 활용하여 환원성 가스 하 800 °C 어닐링 시 비저항을 ~10⁸ Ωcm(pristine)에서 ~10⁻² Ωcm 수준으로 낮췄으며, Raman 분광(ID/IG 비율) 및 XPS(pyridinic/pyrrolic N 전환)로 sp² 탄소 클러스터 확장 메커니즘을 규명했다. 동시에 같은 펩타이드를 MnOx와 하이브리드화하여 양성자 전도도 ~18.6 mS cm⁻¹를 달성했으며(Small, 2017), 이는 기존 생체재료(reflectin ~0.1 mS cm⁻¹) 대비 약 186배 향상된 수치였다. Tyrosine의 PCET(proton-coupled electron transfer) 역할에서 영감을 받아 KMnO₄ 산화 시 타이로실 라디칼 가교결합과 MnOx 형성을 동시 달성하는 전략을 구사했다.

2018년에는 폴리도파민-구리 하이브리드 필름을 산화물 반도체(IGZO) FET의 소스/드레인 전극으로 적용하며 **비저항 1.4 × 10⁻⁴ Ω cm, 일함수 4.31–4.51 eV, 투명도 84%**를 동시에 달성했다(ACS Applied Electronic Materials, 2018). 이 연구에서 질소 도핑 탄소와 Cu 나노입자의 시너지를 통해 일함수를 IGZO 전자 친화도(4.2 eV)에 근접시키면서도 비저항을 열분해 탄소 계열 중 최저 수준으로 낮췄다. 또한 Y₇C 펩타이드의 프로톤 전도성이 유전 상수에 미치는 영향을 전기화학 임피던스 분석으로 정량화하며(supporting data, 2018), 펩타이드 절연층의 기본 물성을 체계적으로 확립했다.

2020년은 Namgung의 연구에서 전환점이었다. 그는 Y₇C 펩타이드를 **ZnO/W 기반 일시적 전자소자(transient TFT)**의 게이트 절연체로 적용하여, 기존 SiO₂ 대비 **~10⁶배 빠른 용해 속도(1771.5 Å min⁻¹)**를 달성했다(Advanced Functional Materials, 2020). 펩타이드의 phenolic hydroxyl group이 생체 내 proteolysis를 촉진한다는 점을 활용하여, 절연층이 반도체·도체보다 느리게 용해되는 기존 transient electronics의 근본적 병목을 해소했다. TFT는 ON/OFF 비 >10³, 선형 이동도 0.58 cm² V⁻¹ s⁻¹로 실용 수준의 성능을 보였으며, 37 °C DW에서 UV-Vis 흡광도 감소 및 XPS N 1s 피크 이동으로 protonation/hydrolysis 메커니즘을 직접 확인했다. 동일 연도 Supporting Information에서는 **프로톤 활성화 메커니즘(proton-enabled activation)**을 추가로 규명하며, 펩타이드의 수화(hydration)에 따른 프로톤 전도도 변화가 바이오전자 인터페이스에서 핵심 제어 변수임을 제시했다.

연구 확장: 2021–2022, 뉴로모픽 소자와 생분해성 메모리

2021년부터 Namgung은 펩타이드 기반 소자의 응용 범위를 시냅스 트랜지스터 및 멤리스터로 확장했다. Advanced Materials(2021)에서는 수소화 비정질 실리콘(a-Si:H)의 구조적 무질서(structural disorder)와 광학 손실 저감을 다루었으나, 이는 Peptide-bio 팀 외 협업으로 추정된다. 본격적인 펩타이드 뉴로모픽 연구는 2021년 후반부터 가시화되었다. Y₇C 펩타이드를 ZnO 시냅스 트랜지스터의 게이트 절연체로 활용하여, 외부 습도(RH) 변화가 프로톤 전도도를 조절 → 전기이중층(EDL) 형성 → ZnO 전기화학적 도핑 → EPSC 응답 구현이라는 메커니즘을 확립했다(Journal of Materials Chemistry C, 2022). 진공(0% RH) → 50% RH 전환 시 ON 전류가 ~10배 증가하고 전압 히스테리시스가 0.26 V → 25.51 V(약 98배)로 증가하는 현상을 관측했으며, 이는 SiO₂ 절연체에서는 전혀 발생하지 않았다. MNIST 손글씨 인식 시뮬레이션에서 펩타이드 기반 시냅스 가중치를 적용한 MLP(784-300-10)는 실용 가능한 학습 성능을 보였다.

동일 연도 Nano Research에서는 Y₇C 펩타이드 멤리스터의 메타가소성(metaplasticity) 구현에 집중했다. 타이로신의 PCET를 활용하여 상대 습도를 변조 입력(modulatory input)으로 삼아, Ag 이온 이동 임계값을 정밀 제어함으로써 급격한 스위칭(abrupt switching)을 점진적 아날로그 스위칭(gradual analog switching)으로 전환했다. RH 60% 조건에서 HRS/LRS 비율 ~10⁶, RH 증가 시 ~10⁴로 감소하는 현상을 전기화학 임피던스 분석(EIS)으로 정량화했으며, 비대칭 비선형성 인자(ANL)를 도입하여 포텐시에이션/디프레션 대칭성을 평가했다. Fashion-MNIST ANN 시뮬레이션에서 RH 75% 조건의 전도도 분포가 극도로 편향되어 curve fitting 없이 원시 전도도 값을 직접 사용해야 했던 점은, 생물학적 변수(수화)가 소자 성능에 미치는 영향의 복잡성을 보여준다.

키랄 플라즈모닉스와의 융합: 2022–2024

2022년부터 Namgung은 **키랄 금 나노입자(ChNP)**를 펩타이드 소재와 결합하는 새로운 연구 축을 개척했다. Advanced Science(2022)에서는 γ-글루타밀시스테인글리신(γ-E-C-G) 펩타이드로 유도 합성한 432 대칭 helicoid III ChNP를 3D 혼합 Pb-Sn 페로브스카이트(Cs₀.₀₅FA₀.₅MA₀.₄₅Pb₀.₅Sn₀.₅I₃)에 임베딩하여, NIR 영역 CPL(circular polarized light) 감지 및 zero-bias 자가구동(self-powered) 광검출기를 구현했다. ChNP의 LSPR이 페로브스카이트 매질의 높은 굴절률에 의해 NIR로 적색 편이하여 페로브스카이트 흡수 스펙트럼과 매칭되었으며, HTL 없이도 광기전력 특성으로 동작하는 구조를 설계했다. CD 신호가 ITO/ChNPs/페로브스카이트 복합 필름에서 명확히 발현되어 키랄성 전달을 확인했고, gCD(anisotropy factor)와 광응답성 이방성 계수(g_res)를 핵심 지표로 활용했다.

2024년에는 ChNP 기반 연구를 뉴로모픽 플랫폼으로 통합했다. 미발표 논문(2024)에서 432 helicoid III ChNP를 IGZO 핫 일렉트론 트랜지스터에 결합하여, 게이트 전압(Vg)으로 CPL 감응성 시냅틱 기능을 on-demand 제어하는 소자를 제작했다. 633 nm 및 780 nm 레이저로 LCP/RCP를 조사하고, quarter-wave plate로 편광도를 검증한 후, Vg = 200 mV, Vd = 10 V 조건에서 PPF(paired-pulse facilitation) 및 STDP(spike-timing-dependent plasticity)를 측정했다. 핫 일렉트론의 축적·주입·트래핑 거동을 게이트 전압으로 제어하여 시냅틱 가중치를 가변 조절했으며, 이는 기존 합성 플랫폼에서 부재했던 제어 knob을 제공했다. 또한 같은 해 Nature Communications(2024)에서는 400 nm 피치 정사각 배열로 제작한 square helicoid crystal을 금 필름 위에 전사하여, grating-coupled SPR-CD 센싱을 최초로 구현했다. Rayleigh anomaly 방정식으로 예측한 (−1,0)Upper 및 Lower 모드를 각도 분해 반사 스펙트럼으로 검증했으며, D-glucose 바이오센싱에서 감도 379.2 nm/RIU, 파장 이동 방식 대비 50배 향상된 검출 한계를 달성했다. MPTS-APTES 복합체를 통한 Au-amine 결합으로 나노입자 전사 공정을 단순화했으며, 좌·우 원편광의 차분 신호인 CD가 광원 강도 변동을 상쇄하여 신뢰성을 높였다.

Lab 내 좌표: 펩타이드 바이오전자소자의 실험적 허브

Namgung은 lab 내에서 이혜은(펩타이드 자기조립 구조 설계), 김령명(키랄 나노입자 합성), 조남헌(키랄 플라즈모닉스 이론) 등과 긴밀히 협력하며 펩타이드 소재를 전자소자로 전환하는 실험적 브리지 역할을 담당했다. 이혜은이 Y₇C 펩타이드의 2D facet 자기조립 구조를 설계했다면, Namgung은 이를 스핀코팅·어닐링·하이브리드화를 통해 실제 소자 플랫폼으로 구현했다. 김령명·조남헌과의 협

참여 논문

총 22편