현황

자연과학연구소는

1990년 7월 16일에 설립되어, 10월 30일에 병역특례업체로 지정되었으며, 현재 아래와 같이 연구센터(연구단)이 설치되어 운영중에 있다.

연구조직 운영지침에 의거, 연구소‧연구센터 등 연구조직은 외부 출연금 또는 연구비를 지원받아 분야별 특정 연구사업을 공동협력으로 수행한다.

자연과학연구소에는 연구소 별도의 운영위원회를 설치하여, 조직의 설치 및 개폐 업무를 검토 및 심의하여 운영하고 있다.

자연과학연구소 산하 연구센터 현황

화학과

세포피포화연구단

연구센터명 세포피포화연구단(Center for Cell-Encapsulation Research)
센터장(소속) 최인성(화학과)
사업 목표 및 비전 단일세포나노피포화(single-cell nanoencapsulation, SCNE) 분야 개척 및 정립. 단일 또는 일정 수의 살아있는 세포를 얇고(<100 nm) 견고한 껍질로 세포의 생존력을 유지하면서 피포화(被包化)할 수 있는 세포친화적 물질 및 화학적 방법 개발. 피포화된 껍질內세포(cell-in-shell) 구조체를 이용하여 생물학적 대사 조절·제어 그리고 이해 추구 및 껍질內세포 구조체의 응용 모색.
설립년도 2012년 5월 1일
주요 연구 내용 [단일세포나노피포화(single-cell nanoencapsulation, SCNE)]
  • 트라이메스산-철 복합체 : 다효소가 내재된 트라이메스산-철 복합체 인공껍질 형성 방법론 구축. 인공껍질의 화학적 조성변화를 생체적합적 조건에서 유도함으로써 내재되어 있던 활성 물질의 선택적이고 제어된 방출.
  • 중공마이크로입자 촉매반응시스템 : 탄산칼슘 마이크로입자와 금속 이온의 이온치환반응을 이용하여 다효소가 내재되어 있는 중공마이크로입자 촉매반응시스템을 생체적합적 조건하에서 구축.
  • 세포 주화성(chemotaxis) : 껍질內세포 구조체의 인공껍질상에서의 효소반응을 이용하여 세포의 주화성을 생물학적 주화성 기작과 독립적인 형태로 화학적으로 조절·제어.
  • 리포솜(liposome) : 효소가 내재된 리포솜의 적층구조 형태로 인공껍질을 형성하였고 다양한 외래 기능을 세포에 부여.
  • 플라보노이드-철 복합체 : 물에 잘 녹지 않는 플라보노이드 계열의 화합물을 인공껍질의 주성분으로 사용할 수 있는 방법론 개발.

세포피포화연구단 로고

인공포자의 세포 제어 개념도

인공포자 기술 응용 분야

주요성과 Single-Cell Nanoencapsulation: Chemical Synthesis of Artificial Cell-in-Shell Spores. Chemical Reviews (2025).
연구센터 정보
  • 건물명 및 호실: E6-4 (3111호)
  • 홈페이지: http://cisgroup.kaist.ac.kr/
  • 대표 메일: ischoi@kaist.ac.kr
  • 대표 연락처: 042-350-2840
화학과

나노텍토닉스연구단

연구센터명 나노텍토닉스연구단
센터장(소속) 한상우(화학과)
사업 목표 및 비전 인공분자인 나노구조를 제어하여 새로운 물질을 만들고 새로운 물성을 찾아내는 “Chemistry with Artificial Molecules”이라는 학문분야를 정립하려 함.
설립년도 2015년
주요 연구(사업) 내용
  • 나노구조 빌딩블록
    • 금속 및 금속산화물 나노구조 빌딩블록의 형상 및 조성, 결정성 제어기술을 확보하고, 이들 나노구조 빌딩블록의 광학특성 및 촉매활성을 고찰
    • 이종금속 간 혹은 금속-금속산화물/황화물, 금속-탄소나노소재 등 다양한 이종 나노소재로 이루어진 하이브리드 아키텍처 제조 기술을 확보하고, 이들 하이브리드 아키텍처의 촉매특성, 플라즈몬 특성 등 물리/화학적 특성을 고찰
  • 나노구조 어셈블리
    • 나노구조 어셈블리의 구조 변수를 제어하는 기반 기술 및 이종소재 간의 결합 제어 관련 기술을 확보하고, 이들의 다양한 응용 가능성을 고찰
주요시설 투과전자현미경(TEM), 주사전자현미경(SEM), 마이크로 라만 분광기, 가스크로마토그래피-질량분석기, 유도플라즈마 원소분석기
주요성과 Science (2020), Nat. Commun. (2022), Matter (2019), Angew. Chem. Int. Ed. (2016, 2019, 2022), J. Am. Chem. Soc. (2016)
키워드 나노구조, 하이브리드, 촉매, 플라즈몬
연구센터 정보
  • 건물명 및 호실: E6-4(자연과학동) 2103,2126,2127,2128호
  • 홈페이지: https://ntl.kaist.ac.kr/
  • 대표 메일: sangwoohan@kaist.ac.kr
  • 대표 연락처: 042-350-2812
물리학과

시간역행 반사연구단

연구센터명 시간역행 반사연구단
센터장(소속) 박용근 (물리학과)
사업 목표 및 비전 인공지능과 홀로토모그래피를 활용한 가상 3차원 공간 생물학
설립년도 2015-12-01
주요 연구(사업) 내용
  • 라벨링 없이 3차원 두꺼운 조직 이미징이 가능한 홀로토모그래피 현미경(HT) 시스템 개발
    • HT를 활용하여 500 μm 두께의 조직에서 3D 구조를 고해상도(<200 nm)로 측정
    • HT 시스템 및 두꺼운 조직 특화 알고리즘 개발
  • AI 기반의 3차원 가상 염색 알고리즘 개발
    • 두꺼운 조직의 RI 이미지를 기반으로 H&E, IHC 등 다중 염색 정보를 AI로 예측
    • 다양한 기관 및 기관 간 세팅에서도 반복성과 확장성을 검증
  • 3D 및 4D 바이오마커 발굴을 위한 가상 3차원 조직 분석
    • 가상 염색된 3차원 조직 이미지로부터 시공간적 바이오마커 발굴
    • 조직 내 미세환경, 암 진행, 약물 반응 등을 반영하는 새로운 바이오마커 탐색
  • 실시간 생체 내 및 치료 응용을 위한 적응형 HT 시스템 개발
    • 적응광학(adaptive optics)을 활용하여 실시간 생체 조직 내 광학 왜곡 보정
    • 세포 수준에서 광역학 치료(PDT)가 가능한 정밀 광 조절 플랫폼 구현
주요시설 클린룸, 홀로토모그래피 (HT), 편광 홀로토모그래피, 반사 홀로토모그래피, 다중 GPU 서버, 데이터 서버
주요성과
  • Y. Park, C. Depeursinge and G. Popescu, Nature Photonics 12 (10), 578-589 (2018)
  • Y. Baek and Y. Park, Nature Photonics 15 (5), 354-360 (2021)
  • S. Shin and Y. Park, Nature Materials 21, 317-324 (2022)
  • Y. Jo et al., Nature Cell Biology 23, 1329-1337 (2022)
  • J. Park et al., Nature Methods, 20, 1645-1660 (2023)
  • G. Kim et al., Nature Methods Review Primers, 4, 51 (2024)
  • C. Oh et al., Nature Communications, 16, 1685 (2025)
  • J. Park el al., Nature Communications, 16 (1), 1-16 (2025)
키워드 광학, 홀로토모그래피, 홀로그래피, 인공지능
연구센터 정보
물리학과

격자결함 제어연구단

연구센터명 격자결함 제어연구단
센터장(소속) 양찬호(물리학과/격자결함제어연구센터)
사업 목표 및 비전
  • 초고속 이온전도 응집상 원천물질 발굴 및 이온 수송 기작 규명 : 고체 내 이온의 집단적 거동 규명 및 상관이온용액론 검증
  • 반전대칭성이 파괴된 물질에서 위상학적 독립체의 구현 및 현상학 탐구.
  • 저차원 격자결함에서의 창발적 물성 탐구 : 나노갭 활용 및 강탄성/강유전/오비탈질서 구역벽에서의 신물성 창출
설립년도 2017년
주요 연구(사업) 내용
  • 크랙 터널링 소자의 양자 수송성 탐구
    • 양자 수송성의 기작 이해
  • 고전/양자 이온닉스 탐구
    • 이온-포논 비탄성 충돌에 기인한 이온 수송성 변화 이해
  • 강유전 위상 구조체 제어
    • 위상 구조체 생성 및 외부 자극에 대한 위상 구조체의 변화 탐구
  • 인접 분야로의 확산 :
    • 1) 결함 제어에 의한 강상관 현상 관측 및 변조
      표면/계면에서의 이국적 전자 거동 규명, 결함 제어에 의한 강상관 전도성의 변화 관측
    • 2) 특이 강유전성 관측
      박막에서의 강유전성 강화/억제 효과 이해, 새로운 강유전 물질 찾기
주요시설 Pulsed Laser Deposition (PLD), 주사탐침현미경, 임피던스 측정 시스템, Physical Property Measurement System (PPMS), 공초점 라만 현미경, 나노소자 제작 클린룸 등
주요성과 1. 특허
  • Bismuth calcium ferrites for electrolyte having high oxygen ionic mobility (미국, 유럽)
  • 높은 산소이온 이동성을 가지는 전해질 비스무트 칼슘 철산화물 (대한민국)
2. 논문
  • Configurable topological textures in strain graded ferroelectric nanoplates (Nature Communications, 2018)
  • Flexopiezoelectricity at ferroelastic domain walls in WO3 films (Nature Communications, 2020)
  • Harnessing the topotactic transition in oxide heterostructures for fast and high-efficiency electrochromic applications (Science Advances, 2020)
  • Observation of a stable fractionalized polar skyrmionlike texture with giant piezoelectric response enhancement (Physical Review B,2020)
  • Orbital Order Melting at Reduced Dimensions (Nano Letters,2022)
  • Critical ionic transport across an oxygen-vacancy ordering transition (Nature Communications, 2022)
  • Reversibly Controlled Ternary Polar States and Ferroelectric Bias Promoted by Boosting Square-Tensile-Strain (Advanced Materials, 2022)
  • Observation of Hidden Polar Phases and Flux Closure Domain Topology in Bi2WO6 Thin Films (Nano Letters, 2023)
  • Configurable Crack Wall Conduction in a Complex Oxide (Nano Letters, 2023)
  • Thickness-dependent topological domain textures of layered ferroelectric Bi2WO6 thin films (Applied Physics Letters, 2024)
  • Exploring the Possibility of Thermally Assisted Creation and Annihilation of Anti-Frenkel Defects in a Multiferroic Oxide for Tuning Interfacial Ferroelectricity (Advanced Materials Interfaces, 2024)
  • Oxygen vacancy order-disorder transition process during topotactic filament formation in a perovskite oxide tracked by Raman microscopy and transmission electron microscopy (Applied Physics Reviews, 2024) 등
키워드 강유전체, 다강체, 위상학적 결함, 이온닉스, 강상관계
연구센터 정보
  • 건물명 및 호실: E6-2 4314, 5315, 5316호
  • 홈페이지: https://oxide.kaist.ac.kr/
  • 대표 메일: chyang@kaist.ac.kr
  • 대표 연락처: 042-350-8268
화학과

금속신경단백질화학연구단

연구센터명 금속신경단백질화학연구단
센터장(소속) 임미희(화학과)
사업 목표 및 비전 신경퇴화(neurodegeneration)는 다양한 신경퇴행성질환에서 관찰되는 신경 구조 및 기능의 저하로 발생 원인을 밝혀 내기 위해 많은 노력을 쏟아 왔다. 아직까지 신경독성의 주요 요인 인자들은 모호한 상태로 남아 있지만, 다양한 연구를 통해 여러 발병 인자들 간의 상호작용이 신경 손상을 유발한다고 제안되어 왔다. 본 연구단의 사업 목표는 기존에 밝혀지지 않은 금속과 뇌신경단백질 간의 다양한 상호작용을 밝히고, 이를 바탕으로 새로운 금속-뇌신경단백질 복합체를 발굴하고자 한다. 더 나아가, 발굴된 금속-뇌신경단백질 복합체가 신경퇴화에 미치는 영향을 분자적 수준에서 규명하며, 최종적으로 신경퇴화를 유발하는 금속-뇌신경단백질 및 금속-뇌신경단백질-아밀로이드성 단백질의 상호작용 네트워크를 확립하고자 한다.
설립년도 2022년 6월
주요 연구(사업) 내용 불치병으로 인한 사망자 수는 의학 기술의 발전으로 점진적으로 줄어들고 있지만, 신경퇴행성질환으로 인한 사망자 수는 계속해서 증가하고 있다. 전 세계적으로 고령화 또는 초고령화 사회 진입을 고려했을 때, 신경퇴행성질환으로부터 비롯되는 사회적·경제적인 부담은 가까운 미래사회 삶의 질에 큰 영향을 끼칠 것으로 예상된다. 안타깝게도 현재까지 신경퇴행성질환에서 관찰되는 신경퇴화의 주요 원인들은 명확하게 밝혀내지 못한 상태이다.

본 연구단에서는 "뇌신경 세포에 존재하는 불안정한 금속 이온과 신경단백질은 신경 항상성에 해로운 금속-단백질 복합체를 형성해 신경퇴화를 일으킬 수 있다"는 가설을 제기하고자 한다. 더 나아가, 이에 상응하는 금속–신경단백질 복합체는 아밀로이드성 단백질의 특성 및 독성에 영향을 끼쳐 신경퇴화에 추가적으로 기여할 수 있을 것이다. 본 연구단은 ‘개념 증명(Proof of Concept)’으로 “병리학적 악화를 촉진할 수 있는 금속 이온, 뇌신경단백질 및 아밀로이드성 단백질 간의 밝혀지지 않은 상호작용의 복잡한 네트워크 확립”을 하고자 한다.

본 과제에서 수행할 세부적인 연구내용은 다음과 같다. (1) 금속 이온과 뇌신경단백질의 복합체 형성 및 특성(배위, 전자 구조, 산화-환원 특성, 단백질 변형) 파악. (2) 금속-뇌신경단백질 복합체와 아밀로이드성 단백질 간의 상호작용 분석. (3) 살아있는 세포와 생체 내에서 금속-뇌신경단백질 복합체 및 금속-뇌신경단백질–아밀로이성 단백질 복합체의 신경퇴화에 대한 연관성 조사.

세포피포화연구단 로고

주요시설 화학합성실, 세포배양실, 분석실
주요성과
  • Nature Chem. 2022, 14, 1021. "Conformational and Functional Changes of the Native Neuropeptide Somatostatin Occur in the Presence of Copper and Amyloid-β"
  • Nature Chem. Biol. 2025, In Press. "Interactions with Tau’s Microtubule-Binding Repeats Modulate Amyloid-β Aggregation and Toxicity"
  • Adv. Sci. 2024, 11, 2307182. "APP-C31: An Intracellular Promoter of Both Metal-Free and Metal-Bound Amyloid-β40 Aggregation and Toxicity in Alzheimer’s Disease"
  • ACS Catal. 2024, 14, 14497. "Dual O2-Mediated Reactivity of a Mononuclear Cobalt Complex with Amyloid-β Peptides"
  • Chem. Sci. 2025, 16, 4366. "Zn(II)-Driven Impact of Monomeric Transthyretin on Amyloid-β Amyloidogenesis“
  • hem. Sci. 2023, 14, 5340. "Unveiling the Impact of Oxidation-Driven Endogenous Protein Interactions on the Dynamics of Amyloid-β Aggregation and Toxicity"
  • Trends Chem. 2024, 6, 128. "Amyloid-β-Interacting Proteins in Peripheral Fluids of Alzheimer's Disease"
  • Coord. Chem. Rev. 2023, 478, 214978, "Intercommunication between Metal Ions and Amyloidogenic Peptides or Proteins in Protein Misfolding Disorders"
키워드 생무기화학, 금속신경화학, 생체 내 금속, 신경단백질, 아밀로이드성 단백질, 상호작용 네트워크, 금속단백질, 신경퇴화, 신경퇴행성질환
연구센터 정보
화학과

질소-수소 시너지 허브 연구센터

연구센터명 질소-수소 시너지 허브 연구센터
센터장(소속) 김형준 (화학과)
사업 목표 및 비전 2050년 탄소 중립을 달성하기 위한 수소 전환, 저장/운송 및 활용 화학 기술 개발
설립년도 2024년
주요 연구(사업) 내용
  • 무탄소 시대를 위한 새로운 수소 경제 사이클 확립을 위한 질소 기반 수소 저장 및 운송, 그린 수소 생산 연구
    • 질소 기반의 수소 저장 및 운송에 관한 새로운 화학 촉매 설계/개발 연구
    • 계산화학, 유기금속/나노 촉매 화학, 불균일 열화학 촉매, 고분자 등의 최첨단 화학이 집약되어 있는 다학제간 연구 수행
  • 현재의 수소 저장 기술이 부딪힌 낮은 에너지 밀도, 높은 비용, 안전성 문제 등의 한계 돌파 기술 개발
    • 전기화학적 질소-수소 커플링 제어 기술 개발
    • 기체 질소 직접 전환 기술
    • 마이크로 환경 조절 및 최적화 기술
키워드 수소 기술, 수소 저장 및 전환, 촉매 기술
연구센터 정보
  • 건물명 및 호실: 기초과학동 E6-6, 203호
  • 대표 메일: linus16@kaist.ac.kr
  • 대표 연락처: 042-350-2836
화학과

극자외선 포토레지스트 센터

연구센터명 극자외선 포토레지스트 센터
센터장(소속) 김상규(화학과)
사업 목표 및 비전 EUV PR의 광화학 특성 분석을 위한 차세대 측정 인프라 개발
설립년도 2024년도
주요 연구(사업) 내용
  • EUV PR 전자 연쇄반응 측정장치 개발
    • 공선형 속도맵 광전자 이미징 분광기 설계 및 제작
    • EUV 광원 제작 및 연쇄반응 메커니즘 제시 및 화학적 변형에 따른 변화 관찰
  • PAG 및 광 분해물 분석기술 개발
    • EUV-QIT-MS장비의 설계 및 제작
    • 정량, 정성 분석을 통해 PR의 광화학 반응 분석
  • Photolithographic 반응 측정장치 개발
    • 중적외선 영역 고 반복률 펨토초 광원 개발
    • 이중광빗분광 기반 고속 Mid-IR 시분해 스펙트럼 측정 기술 개발

EUV PR 장비 기반 전자 연쇄반응 측정 모식도

주요시설 EUV 광원을 제작하기 위한 펨토초 시스템을 설치 준비 중 (2025 하반기 예정)
주요성과 현재 본 연구센터는 장비 개발 단계에 있음
연구센터 정보
  • 건물명 및 호실: KAIST 자연과학동 (E6-4) 2층 2113/2114
  • 홈페이지: http://cdnl.kaist.ac.kr/
  • 대표 메일: sangkyukim@kaist.ac.kr
  • 대표 연락처: 042-350-5815