2021-01-17
출원번호15 / 688,808
출원일자2017.08.28
출원인Tesla , Inc.
등록번호(일자)US 10,715,175 B2(2020.07.14)
발명의 명칭

SYSTEMS AND METHODS FOR ENCODING AND DECODING


 테슬라가 자율주행차량 기술과 이와 관련된 빅데이터 기법에도 관심이 있다. 모든 테슬라의 차량들은 자율주행장치가 가능하든 아니든 직접 데이터를 클라우드로 보내고 있다. 2014년에는 엔진작동과 관련된 문제를 클라우드로 진단하여 모든 차량에 소프트웨어 패치를 업데이트하여 자동으로 수리했다. 또한, 테슬라는 운전자의 운전 방법과 같은 정보를 수집할 수 있는 내부 및 외부 센서를 이용하여 모든 차량 및 운전자의 데이터를 수집하고 있다. 이러한 데이터는 현재의 시스템을 개선하는데 도움을 제공할 뿐만 아니라 미래의 가치를 지닌 정보가 될 것이다.


그림 1. 빅데이터 기반 자율주행차량


 다른 기기들에서 사용되는 압축 방법 (이미지, 음성 등)들은 자율주행차량의 데이터를 주고 받기에는 시간이 지연되고 데이터 처리량의 한계가 존재한다. 본 특허는 앞 문장에서 언급된 문제점을 해결하기 위한 내용을 포함하고 있다.

 그림 2는 일반적으로 사용되는 순차적인 압축 해체 방법을 보여준다. 허프만 (Huffman) 압축 해제 엔진 (104)은 이전의 허프만 기반 압축된 데이터 블록 (102)을 수신한다. 시스템 (100)은 허프만 알고리즘을 사용하여 데이터의 순차적인 압축 해체를 진행하는 허프만 압축 해체 엔진 (104)을 포함한다. 허프만 압축 해제 엔진 (104)은 블록 (102)에 대한 전체 디코딩 프로세스가 완료될 까지 프로세스 블록 (106)을 진행하지 않는다. 압축 해체 엔진 (104)에 의해 순차적으로 압축 해체된 데이터를 블록 (120)으로 출력한다. 이로 인해, 기존의 압축 해체 방법의 한계점은 대기 시간으로 인해 불필요한 지연이 발생하고 허프만 기법을 이용해야 하므로 데이터 처리량이 제안된다는 점이다.



그림 2. 기존의 압축 해체 방법


 그림 3은 압축 유형에 따른 레코드 압축 방법을 보여준다. 압축 유형 및 결과 데이터의 길이는 식별자 (402)를 생성하는데 사용된다. 결과 데이터의 길이는 다양한 상황 (조건)에 따라 데이터 블록 (404)에 할당 및/또는 추가될 수 있다. 여기서 식별자 (402)는 데이터 블록 (404) 및/또는 압축된 데이터 블록 (404)의 길이를 압축하는데 사용된 방법에 대산 정보를 포함하는 하나 이상의 제어 바이트를 포함한다. 식별자 (402)는 압축 해제 엔진이 데이터 블록 (404)을 적절하게 압축을 해제하기 위해 압축 해체 알고리즘을 선택한다. 식별자 (402)가 압축된 데이터 블록 (414)을 얻기 위해 데이터 블록 (404)과 함께 압축된다. 다시 말하면, 알고리즘은 압축되지 않은 데이터를 고정된 길이 (404) 단위로 분석하고, 사용 가능한 복수의 압축 알고리즘의 순환을 통해 최적의 압축 알고리즘을 식별한다. 이에 따라 대응되는 식별자 (412)가 생성되고 압축된 데이터 (414)가 추가적으로 만들어진다.  



그림 3. 압축 유형에 따른 레코드 압축 방법


  그림 4는 압축 해체 시간을 감소시키기 위해 데이터 블록에 대한 선택적 압축 및 식별 방법을사용하는 블록도를 보여준다. 프로세스 (700)은 임의의 길이 데이터 입력이 수신하는 단계 (702)에서 시작한다. 단계 (704)에서 데이터 블록은 압축을 준비하기 위해 형식화된다. 이 형식에는 하나 이상의 블록 채우기 (padding)가 포함된다. 각 데이터 블록에 대해 복수의 압축 방법 중에서 하나의 압축 방법이 선택된다 (706). 다음 단계 (708)에서 식별자는 각 데이터 블록에 할당된 후, 최소한 압축 길이와 선택된 압축 방법에 대한 정보를 포함한다. 선택된 압축 방법을 사용하여 각 데이터 블록을 압축한다 (710). 여기서 데이터 블록이 압축되고 식별자가 압축된 데이터를 블록에 추가한다. 마지막 단계 (712)에서는 식별자 정보를 포함한 압축된 데이터 블록이 출력된다.


그림 4. 데이터 블록에 대한 선택적 압축 및 식별 방법


 테슬라는 기존 장치들 (영상, 오디오 등)에서 사용해오던 압축 기법이 자율주행차량에 적합하지 않음을 확인한 후, 원인들 (불필요한 시간 지연, 데이터 처리량의 한계)을 파악하였다. 이러한 문제점들을 개선시키기 위해 자신들의 요구에 적합한 압축 기법을 제안하였다. 이 압축 기법은 주변의 차량과 네트워크를 형성하여 서로 정보를 공유, 자율주행차량이 현재 취해야 할 조치 및 주변 장치들 (교통 카메라, 교통신호 등)과 데이터를 실시간으로 송수신하는데 유용할 것이다. 이러한 지속적인 기술발전으로 인해 완전자율주행기술은 빠른 시일 내에 우리의 곁으로 다가올 것으로 보인다.


특허법인ECM


변리사 김시우


swkim@ecmpatent.com


02-568-2670

2021-01-17
출원번호16 / 209 , 227
출원일자2018.12.04
출원인Tesla , Inc .
등록번호US 2019 / 0168710 A1(2019.06.06)
발명의 명칭IMPROPER SEATBELT USAGE DETECTION


 2020년 초 미국 라이베이거스에서 개최된 세계 최대 IT 전시회 (CES 2020)의 자동차관에는 미래 자동차 발전 방향을 보기 위해 수 많은 관람객들이 방문하였다. 자동차관에서 각 자동차회사들이 내놓은 모델들은 미래지향적 사양이 다수 탑재되었다. 예를 들어, 차 천장은 유리 소재로 만들어졌고, 운전석 앞엔 좌우로 48인치 곡면 디스플레이 계기판이 탑재되었다. 자율주행기능이 차량에 점차 보급되면서 운전자는 비상시에만 운전에 개입하면 되므로 향후 운전자가 차에서 머무는 시간을 더 효율적으로 보낼 수 있게 되었다 (그림 1).

 자율주행기술이 발전함에 따라 차량의 내부 모습도 점차 달라지고 있다. 조수석 자리에는 뒷 자석 탑승객을 위한 발 받침을 배치하였고, 운전석 뒤쪽에는 간단한 테이블과 스탠드 조명을 설치하였다 (그림 2). 이러한 차량 실내 디자인의 변화는 운전자가 운전하고 싶을 때는 운전하고, 쉬고 싶을 때는 쉴 수 있도록 공간을 재구성한 것으로 보여진다. 바이톤, 엠바이트, BMW 및 닛산 등의 자동차제조회사들은 실내 디자인은 공개하였지만, 탑승자의 안전을 위한 내용은 관람객에게 강조를 많이 하지 않은 것으로 보여진다. 이에 반해, 본 특허는 미래에 출시될 수도 있는 테슬라 차량의 실내 내부에서 탑승자가 올바르게 안전벨트를 착용하여 사고를 최소화할 수 있는 내용이다.


그림 1. 테슬라가 꿈꾸는 미래의 자율주행차량 내부 모습


그림 2. BMW의 i3 어반스위트


그림 4은 차량 시트 (106)에 앉아있는 탑승자 (202)가 서로 마주하도록 제공된 차량 시트 (106)를 갖는 자율주행차량으로서 그림 3의 차량 (100) 내부를 보여준다. 충돌, 급 가속 또는 급 감속 등과 같은 원하지 않는 상황이 발생하는 경우, 차량 (100)에 탑승한 탑승자 (202)의 안전을 보장하기 위하여 안전 시스템이 포함되어있다. 안전 시스템 중 하나가 센서를 탑재한 안전벨트 시스템이다. 원하지 않는 사고가 급작스럽게 발생하는 경우, 차량 내 좌석 (106)이 탑승자를 보호하기 위해 안전벨트 시스템은 차량의 각 좌석 (106)에 안전벨트를 설치되어 있다.


그림 3. 차량의 겉모습


그림 4. 차량의 내부 모습


그림 5는 안전벨트의 부적절한 사용을 감지하는 시스템 (400)의 예시를 보여준다. 시스템 (400)은 등받이 (302) 및 시트 쿠션 (304)을 갖는 차량좌석 (106)이 설치되어 있다. 이 시스템은 어깨벨트 (308), 무릎 벨트 (310) 및 안전벨트 (306)을 포함할 뿐만 아니라 이들과 관련된 센서 모듈 (402)도 포함되어 있다. 센서 모듈을 이용하여 탑승자의 안전상태를 정확하게 확인하기 위해 컨트롤러 (404)에는 단일 컨트롤러이거나 다수의 컨트롤러가 마이크로 프로세서가 현장 프로그래머블 게이트 어레이 (field programmable gate array, FPGA) 또는 컨트롤러 (404)의 원하는 모든 기능들을 수행하도록 구성된 다른 장치들과 함께 사용된다. 메모리 (406)은 차량 (100)을 사용하는 탑승자 (202)의 몸무게, 키, 자세 등의 관련된 프로필 정보를 저장한다. 메모리에 저장된 정보들은 센서를 이용하여 획득한 탑승자의 현재 정보와 비교한 후 탑승자의 안전여부를 체크하기 위한 요소로서 사용한다.


그림 5. 안전벨트의 부적절한 사용을 감지하는 시스템


그림 4, 5 및 6은 착용된 안전벨트 (306)의 부적절한 사용의 예시를 보여준다. 그림 4에는 두 명의 탑승자가 (202)가 도시되어있다. 첫 번째 탑승자 (602)는 차량시트 (106)에 앉아 안전벨트 (306)을 착용하고 있다. 두 번째 탑승자 (604)는 첫 번째 탑승자 (602)의 무릎에 앉아있고, 안전벨트 (306)을 착용하지 않는다. 그림 4는 안전벨트 (306)의 부적절하게 사용한 검출의 시나리오 중 하나를 보여준다. 첫 번째 커패시턴스 (capacitance) 센서 (502)는 시트 등받이 (302)에서 자기 용량을 측정하고, 두 번째 커패시턴스 센서 (504)는 어깨벨트 (308)를 측정한다. 첫 번째와 두 번째 커패시턴스 센서 (502, 504)에 의해 측정된 커패시턴스는 각각 한 명의 탑승자 (602, 604)만을 측정할 수 있다. 컨트롤러 (404)는 다중 탑승자 (202)가 존재하는지 여부와 안전 벨트 (306)을 적합하게 착용했는지 여부를 결정하는 신호를 수신하고 분석한다. 센서 모듈 (402)에서는 부적절한 시트벨트의 착용을 결정하기 위해 시트와 시트벨트 (306) 사이에 상호적인 커패시턴스 (capacitance)을 사용한다. 그림 5에서 탑승자 (202)가 어깨 벨트 (308)을 어깨 위에 위치해야만 하지만 팔 아래 두었을 때, 안전벨트를 부적절하게 사용한 다른 예를 보여준다.  


그림 6. 착용된 안전벨트의 부적절한 사용 (두 명의 탑승자)의 예시


그림 7. 착용된 안전벨트의 부적절한 사용 (팔 아래)의 예시


 CES는 이제 더 이상 IT 기업들만의 무대가 아니다. 첨단전자기술을 탑재한 자동차회사들의 CES 참여가 해마다 증가하고 있으며, 무대의 중앙을 차지하고 있다. 글로벌 자동차제조회사들은 CES 내 부스에서 신기술을 선보였다. 앞에서 언급한 바와 같이 자율주행기술의 발달함에 따라 실내 공간이 카페 또는 호텔처럼 디자인된 차량도 등장하였다. 테슬라는 이러한 변화된 실내 공간에서 탑승자의 안전을 확보하기 위해 기존의 구성품들 (시트, 등받이 등)에 센서를 탑재하여 수신된 정보를 이용한다. 차량 탑승자의 안전이야말로 자율주행기술이 적용되지 않던 시절부터 가장 중요시되던 요소였다. 테슬라는 개선하고자 하는 부분은 투자를 통해 확실하게 개선하지만, 기본은 지키는 기업으로 판단된다.


특허법인ECM


변리사 김시우


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2021-01-16

올 한해 코로나19로 인해 음식 배달과 택배 물량이 증가함에 따라 과도한 플라스틱 사용이 사회적 문제로 대두되었다. 뿐만 아니라, 전세계적으로도 유럽연합(EU)을 중심으로 일회용품 사용 규제가 강화되면서 생분해성 소재에 대한 수요가 늘고 있는 추세이다.

이에 석유 화학 업계에서는 옥수수·사탕수수·콩·목재 등 식물 자원을 원료로 해 화학 제품이나 연료 등을 생산하는 ‘화이트 바이오’ 기술이 부상하고 있다. LG화학은 최근 석유 화학 사업 부문에서 친환경 양대 축 가운데 하나로 '바이오 합성 수지'에 주력하고 있으며 생분해성 소재 관련하여 총 25건의 특허를 보유하는 등 원천 기술 확보에 심혈을 기울이고 있다.

생분해성 플라스틱은 옥수수 등의 식물로부터 얻어지는 폴리락트산(PLA; Polylactic acid) 수지로서 기존의 석유계 수지와는 달리 환경오염을 줄일 수 있다는 장점이 있으나, 내충격성 및 내열성이 떨어져 적용 범위에 제한이 있다는 단점이 있다. 또한, 신율 특성이 나빠 쉽게 깨지는 특성(Brittleness)을 보여 범용 수지로서의 한계가 있었다.

[화학식1]

상기 화학식 1에서,

X1 및 X2는 각각 독립적으로 에스터 결합, 아마이드 결합, 우레탄 결합, 유레아 결합 또는 카보네이트 결합이고,

L은 치환 또는 비치환된 C1-10 알킬렌; 치환 또는 비치환된 C6-60 아릴렌; 또는 치환 또는 비치환된 O, N, Si 및 S로 구성되는 군으로부터 선택되는 헤테로원자를 1개 이상을 포함하는 C2-60 헤테로아릴렌이고,

n 및 m은 각각 독립적으로 1 내지 10000의 정수이다.


2019년에 공개된 LG화학의 특허(공개특허 KR 10-2019-0083816)는 상기 화학식 1로 표시되는 블록 공중합체에 관한 것으로, 락트산(화학식2)이 중합된 반복단위를 포함하는 제1 블록 및 3-하이드록시프로피온산(화학식3)이 중합된 반복단위를 포함하는 제2 블록을 포함한다. 본 발명은 제1 블록 및 제2 블록이 에스터 결합, 아마이드 결합, 우레탄 결합, 유레아 결합 또는 카보네이트 결합됨으로써 폴리락트산만으로 구성된 생분해성 수지의 신율 특성이 낮은 단점을 보완하였다.

[화학식2]  

[화학식3]  

한편, 상기 화학식 3의 반복단위는 기계적 물성이 우수하면서도 유리 전이 온도(Tg) 가 -20℃ 정도로 낮아 신율(Elongation to Break)이 높다는 장점을 갖고 있다. 따라서, 이러한 P(3HP)와 폴리락트산(PLA)을 화학적으로 결합하여 블록 공중합체를 제조하게 되면, 기계적 물성이 우수하면서도 생분해가 가능한 소재를 제조할 수 있다고 한다.

[화학식4]

[그림1] 일 실시예의 DSC 패턴

상기 화학식4의 블록 공중합체는, DSC 패턴에서 2개의 피크를 나타낼 수 있으며, 이로부터 특유의 결정 특성 등이 확인될 수 있다. 이러한 특유의 결정 특성을 갖는 블록 공중합체는 우수한 내열성, 신율 특성, 내충격성 및 인장강도 등을 나타낼 수 있다고 한다.

결론적으로 본 발명에 따르면 친환경성 및 생분해성을 유지하면서도 인장강도 및 신율 특성 등의 기계적 특성이 우수한 플라스틱 소재 생산이 가능하다.

더 나아가 LG화학은 2020년 10월, 합성 수지와 동등한 수준의 기계적 물성을 구현하는 생분해성 신소재를 세계 최초로 개발하는 데 성공했다고 밝혔다. 해당 신소재는 옥수수 성분의 포도당과 폐글리세롤이 활용된 바이오 함량 100%의 생분해성 소재로, 특히 유연성 면에서 기존 생분해성 소재 대비 최대 20배 이상 개선돼, 가공 후에도 투명성을 유지할 수 있게 됐다. 기존 생분해성 수지 경우 혼합 소재 특성상 불투명한 포장재 제품으로 쓰이는 등 다소 제한적으로 활용돼 왔다. 이에 따라 생분해성 소재가 주로 쓰이는 친환경 포장재 업계에 파급 효과가 매우 클 것으로 LG화학은 보고 있다.

[그림2] LG화학이 개발한 생분해성 신소재와 시제품

LG화학은 지난달 세계 최대 바이오 디젤 업체인 핀란드 네스테와 바이오 기반의 친환경 사업 확장을 위해 MOU를 체결하였으며, 네스테로부터 공급 받는 바이오 원료를 기반으로 고부가 합성 수지(ABS)·폴리염화비닐(PVC)·폴리카보네이트(PC) 등을 생산할 계획이다. 또한 LG화학은 바이오 원료 비율을 점진적으로 늘려 나갈 방침이다. 화이트 바이오 업계에서 LG화학의 향후 행보가 기대된다.



특허법인 ECM

변리사 최자영

jychoi@ecmpatent.com

02-568-2675



출처: 먹지 마세요, 화학 업계에 양보하세요…'화이트 바이오'가 뜬다 https://www.econovill.com/news/articleView.html?idxno=505449

2021-01-16

LG화학은 훌륭한 기계적 물성을 가지면서도 대량생산이 가능한 생분해성 플라스틱을 제조하는 방법을 개발하였다. 본 생분해성 플라스틱을 제조하는 방법은 LG 화학의 공개특허(KR 10-2019-0078387)에 관한 것이다. 

본 발명은 생분해성 고분자 조성물의 제조방법에 관한 것으로서, 폴리락트산 수지, 폴리하이드록시알카노에이트 수지, 분산제 및 산화방지제의 블렌드에 대해 압출 컴파운딩 공정을 적용함으로써, 기계적 물성이 우수하고, 특히 높은 바이오 함량을 나타내는 생분해성 고분자 조성물의 제조방법에 관한 것이다.

폴리락타이드(혹은 폴리락트산) 수지는 옥수수 등의 식물로부터 얻어지는 식물 유래의 수지로서, 생분해성 특성을 갖는 동시에 인장강도 및 탄성률 또한 우수한 친환경 소재로 주목을 받고 있다. 구체적으로, 기존에 사용되 고 있는 폴리스티렌(Polystyrene) 수지, 폴리염화비닐(PVC) 수지, 폴리에틸렌(Polyethylene) 등의 석유계 수지와는 달리, 석유 자원 고갈 방지, 탄산가스 배출 억제 등의 효과가 있기 때문에, 석유계 플라스틱 제품의 단점인 환경오염을 줄일 수 있다. 따라서, 폐 플라스틱 등에 따른 환경오염 문제가 사회문제로 대두됨에 따라, 식품 포장재 및 용기, 전자제품 케이스 등 일반 플라스틱(석유계 수지)이 사용되었던 제품 분야까지 적용 범위를 확 대하고자 노력하고 있다. 그러나, 폴리락타이드 수지는 기존의 석유계 수지와 비교하여, 내충격성 및 내열성이 떨어져 적용 범위에 제한 이 있다. 또한, 신율 특성이 나빠 쉽게 깨지는 특성(Brittleness)을 보여 범용 수지로서 한계가 있는 상황이다.

이를 개선하기 위해 알카노에이트 (Polyhydroxyalkanoate, 이하 PHA) 공중합체를 형성시킴으로써 가공성 및 기계적 물성을 개선시키고자 하는 연구가 수행되고 있지만, 여전히 물성에 한계를 보이고 있다. 분해성 고분자 조성물을 제조하기 위해, 기존에는 용액 블렌드(Solution Blending)를 통해 두 가지 이상의 수지를 혼합하였지만, 대량 생산에 한계가 있고, 특히 물성도 상이하게 나타날 수 있는 문제가 있다.

본 발명은 대량 생산에 유리하고 안정적인 물성 평가가 가능한 압출 공정(Extrusion)을 통한 압출 컴파운드 조성물인 생분해성 고분자 조성물의 제조방법을 제공하기 위한 것이다. 이를 통해 신율이 300%이고 충격강도가 250J/m인 생분해성 고분자 조성물이 제조된다. 이처럼 기계적 물성이 우수하고, 대량 생산도 가능하다.

구체적인 내용은 ‘폴리락트산 수지, 폴리하이드록시알카노에이트 수지, 분산제 및 산화방지제를 포함하는 블렌드를 이축 압출기에서 압출 컴파운딩하는 단계를 포함하며, 상기 압출 컴파운딩하는 단계는 150 내지 200℃의 온도에서 30분 내지 1시간 동안 진행하는, 생분해성 고분자 조성물의 제조 방법.’이다.


표 1은 특허에서 소개된 압출 컴파운딩 공정을 거쳐 제조된 고분자 조성물로, 해당 과정을 거치지 않았을 때보다 신율이 50배 이상 높고 충격강도 또한 3배 이상 우수한 등 좋은 기계적 물성을 보임을 알 수 있다.

표 1 압출 컴파운딩 공정을 진행하여 제조된 고분자 조성물

전세계적으로 환경 규제가 강화되면서 친환경 소재에 대한 관심이 커지고 있는 가운데 LG화학은 100% 바이오 원료를 활용한 독자기술로 생분해성 원천 소재 개발에 성공했다. 특히 핵심 요소인 신율(유연성)이 기존 제품 대비 최대 20배 개선되어 친환경 포장재 업계가 관심을 보일 것으로 예상된다. 최근 EU를 중심으로 일회용품 사용 규제 강화가 전 세계적으로 이뤄지고 있어 비닐봉투, 에어캡 완충재, 일회용 컵 등 다양한 분야로 적용을 확대할 수 있을 것이며 시장의 성장성도 확보될 것으로 보인다.




특허법인 ECM

변리사 최자영

jychoi@ecmpatent.com

02-568-2675



출처: https://www.mk.co.kr/news/business/view/2020/10/1067039

2021-01-16

LG화학은 경제적으로 충방전 속도를 향상시킨 리튬-황 이차전지를 개발하였다. 본 리튬-황 이차전지는 LG 화학의 등록특허(10-2183658)에 관한 것이다. 구체적으로, 촉매점, 이를 포함하는 양극 활물질 및 리튬-황 이차전지에 관한 것으로, 리튬-황 이차전지의 방전시 양극에서 발생하는 황의 환원반응의 kinetic을 향상시키는 촉매를 포함하는 촉매점을 양극 활물질에 도입함으로써, 리튬-황 이차전지의 고성능화를 구현할 수 있다. 

보다 상세하게는 다음과 같다.

최근까지, 음극으로 리튬을 사용하는 고에너지 밀도 전지를 개발하는데 있어 상당한 관심이 있어 왔다. 예를 들어, 비-전기 활성 재료의 존재로 음극의 중량 및 부피를 증가시켜서 전지의 에너지 밀도를 감소시키는 리튬 삽입된 탄소 음극, 및 니켈 또는 카드뮴 전극을 갖는 다른 전기화학 시스템과 비교하여, 리튬 금속은 저중량 및 고용량 특성을 갖기 때문에, 전기화학 전지의 음극 활물질로서 매우 관심을 끌고 있다. 리튬 금속 음극, 또는 리튬 금속을 주로 포함하는 음극은, 리튬-이온, 니켈 금속 수소화물 또는 니켈-카드뮴 전지와 같은 전지보다는 경량화되고 고에너지 밀도를 갖는 전지를 구성할 기회를 제공한다. 이러한 특징들은 프리미엄이 낮은 가중치로 지불되는, 휴대폰 및 랩-탑 컴퓨터와 같은 휴대용 전자 디바이스용 전지에 대해 매우 바람직하다.

이러한 유형의 리튬 전지용 양극 활물질의 종류 중 하나로 황-황 결합을 포함하는 황 함유 양극 활물질이 있으며, 황-황 결합의 전기화학적 절단(환원) 및 재형성(산화)으로부터 고에너지 용량 및 재충전능이 달성된다. 음극 활물질로 리튬을, 양극 활물질로 황을 사용하는 리튬-황 이차전지는 이론 에너지 밀도가 2,800 Wh/kg, 황의 이론 용량이 1,675 mAh/g으로, 다른 전지 시스템에 비하여 월등히 높고, 황은 자원이 풍부하여 값이 싸며, 환경친화적인 물질이라는 장점 때문에, 그 가능성이 주목받고 있다.

그러나, 리튬-황 이차전지의 양극 활물질로 사용되는 황은 부도체이므로 전기화학 반응으로 생성된 전자의 이동이 어렵고, 충방전 과정에서 발생되는 폴리 설파이드(Li2S8 ~ Li2S4) 용출 문제 및 황과 리튬 설파이드(Li2S2/Li2S) 의 낮은 전기 전도성으로 인한 전기화학 반응의 느린 kinetic으로 인하여 전지 수명 특성과 속도 특성이 저해되는 문제들이 있었다. 이에 리튬-황 이차전지의 충방전시 전기화학 반응의 kinetic을 향상시킬 수 있고, 아울러 경제성도 갖춘 기술이 요구되고 있다.

본 발명은 리튬-황 이차전지의 방전시 양극에서 발생되는 황의 환원 반응의 촉매로서 다공성 탄소의 외부 표면 및 기공 내부 표면에 전이금속과 도핑원소를 포함하는 전이금속 복합체를 도입하였다. 이는 리튬-황 이차전지의 방전시 황의 환원반응의 반응속도를 향상시키고 기존에 사용되던 백금과 귀금속 촉매를 값싸게 대체할 수 있어 상업화에도 유리하다.

구체적인 내용은 ‘양극 활물질 담지체인 촉매점(catalytic site) 및 촉매점에 포함된 다공성 탄소의 기공 내부에 담지된 황 또는 황 화합물을 포함하는 리튬-황 이차전지용 양극 활물질로서, 촉매점은 다공성 탄소의 외부 표면 및 기공 내부 표면에 결합된 전이금속 복합체를 포함하고, 전이금속 복합체는 전이금속 이온과 도핑원소가 리간드를 이루어 형성된 복합체이며, 전이금속 복합체의 도핑원소가 다공성 탄소의 외부 표면 및 기공 내부 표면에 배위 결합된 것’이다. 촉매점과 양극 활물질의 모식도는 Figure 1, 2와 같다.

Figure 1 촉매점의 모식도(10: 다공성 탄소, 11: 기공, 20: 전이금속 복합체)


Figure 2 양극 활물질의 모식도(10: 다공성 탄소, 20: 전이금속 복합체, 30: 황)

Figure 3은 해당 발명을 실시한 실시예와 실시하지 않은 비교예를 Cyclic voltammetry로 분석한 결과로 실시예에서 촉매점에 의한 효과가 나타남을 알 수 있다.

Figure 3 리튬-황 이차전지에 대한 Cyclic voltammetry 분석 결과


최근 화석연료의 사용을 줄이기 위해 전기차 등의 중요성이 떠오르면서 리튬 이온 배터리를 대체할 이차전지에 대한 관심이 뜨겁다. LG화학은 최근 국내 최초로 리튬-황 배터리를 활용해 무인기 최고 고도 비행 테스트에 성공했다. 영하 70도의 낮은 온도와 지상 대비 25분의 1수준의 대기압을 가지는 성층권의 극한 환경에서도 안정적인 충방전 성능을 확인했다. LG화학은 에너지 밀도가 현재 리튬이온 배터리의 2배 이상인 리튬-황 배터리를 02025년 이후 양산할 계획이라고 밝혔다.




특허법인 ECM

변리사 최자영

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02-568-2675


출처: https://biz.chosun.com/site/data/html_dir/2020/09/10/2020091000889.html

2021-01-15
출원번호12/725,391
출원일자2010.06.16
출원인Tesla Motors, Inc.
등록번호(일자)US 9,079,498 B2(2015.07.14)
발명의 명칭MORPHING VEHICLE USER INTERFACE


 테슬라는 이미 2012년 모델 S를 출시하면서 자동차 산업에 거대한 파장을 가지고 왔다. 이는 손쉬운 기능 인식, 시각적 메타포의 사용, 개인화, 상황에 맞는 디자인 및 인터페이스 등을 포함한다. 콘솔 디자인의 혁신은 유동성에 있다고 할 수 있다. 2012년 당시 자동차 내 대부분의 대시보드는 변하지 않는 물리적 버튼을 사용하는 반면 테슬라는 업그레이드가 가능한 대시보드를 제공하였다. 또한, 테슬라는 소프트웨어 업데이트를 통해 디자인을 쉽게 변경할 수 있는 트렌드를 자동차에도 반영하였다. 이러한 혁신은 자동차가 지속적으로 향상될 수 있다는 것을 보여주었다. 즉, 테슬라는 자동차 업계에서 이 기능을 한 단계 앞당겼다고 할 수 있다.


그림 1. 테슬라의 대시보드


 기존의 인터페이스 시스템들은 사용자가 차량상태를 모니터링하고 제어하기 복잡하다. 본 특허는 모니터링하고 제어를 사용자가 쉽게 이용할 수 있도록 해주는 터치스크린의 인터페이스에 관한 내용을 포함하고 있다.

 그림 2는 터치 스크린 시스템을 보여준다. 디스플레이 (100)은 네 개의 구역 (101 내지 104)로 나눈다. 최상단 영역 (101)은 하나 이상의 소프트 버튼 (105)로 구성된다. 구역 (101)은 다양한 서브 시스템 등과 같은 시스템 정보를 표기하는데 사용된다. 영역 (102), 영역 (103) 및 구역 (104)는 각각 네비게이션 하위 시스템, 오디오 하위 시스템 제어 및 기후 하위 시스템 제어를 보여준다.


그림 2. 터치 스크린 시스템


 그림 3은 인터페이스 시스템 (200)의 블록 다이어그램을 보여준다. 디스플레이 (201)는 시스템 제어기 (203)와 결합된다. 디스플레이 (201)은 그림 2와 같이 단일 영역 또는 다중 영역을 보여준다. 시스템 제어기 (203)은 그래픽 처리 장치 (GPU) (205), 중앙 처리 장치 (CPU) (207) 및 메모리 (209) 장치를 포함한다. 그래픽 처리 장치 (GPU) (205)과 중앙 처리 장치 (CPU) (207)는 분리되어 있거나 단일 칩셋이다. 메모리 (209) 장치는 플래시 메모리, 반도체 디스크 드라이브, 하드 디스크 드라이브 또는 기타 메모리 유형 또는 메모 유형의 조합으로 구성된다. 차량 하위 시스템에는 오디오 하위 시스템 (211), 실내 온도 조절기 하위 시스템 (213), 네비게이션 하위 시스템 (215), 드라이브 트레인 하위 시스템 (217), 충전 하위 시스템 (219), 휴대폰 하위 시스템 (221), 차량 설정 하위 시스템 (225) 및 웹 브라우저 하위 시스템 (227)을 포함한다. 차량 설정 하위 시스템 (225)을 사용하면 좌석 위치, 문 루프 또는 선 루프 위치/작동, 내부 및 외부 조명 등과 같은 일반적인 차량 작동 조건을 설정할 수 있다. 모바일 이동통신 링크 (209)가 시스템 제어기 (203)와 결합하여 컨트롤러가 외부 데이터 소스에서 업데이트, 인터페이스 구성 프로필 및 기타 데이터를 얻을 수 있도록 한다.  



그림 3. 인터페이스 시스템의 블록 다이어그램


 그림 4는 기후 제어 인터페이스 (300)를 보여준다. 인터페이스의 기능 중 하나 이상은 “터치 온” 및 “터치 오프” 기능을 사용하는 기존의 터치 스크린과 동일한 방식으로 작동한다. 인터페이스 (300)는 시트 히터 소프트 버튼 (301), 성에 제거 소프트 버튼 (303), 기류 소프트 버튼 (305), 드라이버 온도 선택기 소프트 버튼 (307), 승객 온도 선택기 소프트 버튼 (309) 및 팬 속도 선택기 소프트 버튼 (311)으로 구성된다. 앞 문장의 일부 소프트 버튼들 (시트 히터 소프트 버튼 (301), 성에 제거 소프트 버튼 (303), 기류 소프트 버튼 (305), 드라이버 온도 선택기 소프트 버튼 (307))은 누를 때마다 해당 켜짐 상태와 꺼짐 상태로 작동한다. 나머지 소프트 버튼들 (승객 온도 선택기 소프트 버튼 (309), 팬 속도 선택기 소프트 버튼 (311))은 켜짐 또는 꺼짐 상태가 아닌 더 디테일하게 사용된다 (그림 5). 예를 들어, 그림 5와 같이 온도 설정 컨트롤러를 이용하여 온도를 높이거나 낮출 수 있다. 소프트 버튼 (603, 604)은 온도 상승 또는 온도 하강할 수 있도록 제어한다. 소프트 버튼 (605, 606)는 빠른 온도 상승 또는 온도 하강을 위한 제어를 제공한다.


그림 4. 기후 제어 인터페이스의 디스플레이


그림 5. 온도 설정 컨트롤러


  테슬라는 차량 사용자의 현재 불편한 점들을 파악하고 개선할 수 있는 다양한 기술과 옵션들을 제시하는 것으로 보인다. 테슬라는 문제점들을 알고 있으며 상황에 적합하게 적용하기 위한 노력을 계속 시도하고 있다. 테슬라를 통해 본 고객의 확보는 문제는 멀리 있지 않고 회사 내 제품을 사용하는 고객들의 의견에 조금만 더 귀를 기울이고, 이를 해결하고 조금만 더 기술력을 앞당긴다면 한 분야의 시장을 선도할 수 있는 것으로 보여진다. 이러한 부분들이 테슬라가 창립한지 20년도 되지 않는 기간 동안 수 많은 고객들을 확보한 기업이 될 수 있는 이유 중 하나이지 않을까라는 의견을 조심스럽게 피력해본다.


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변리사 김시우


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2021-01-15
출원번호16/954,755
출원일자2018.12.05
출원인Tesla, Inc.,
등록번호(일자)US 2020/030807 (2020.10.08)
발명의 명칭AUTONOMOUS DRIVING SYSTEM COMPONENT FAULT PREDICTION


테슬라가 완전자율주행 (Full Self-Driving, FSD) 베타 서비스를 이미 출시하였다. 수 많은 사용자들이 소셜미디어를 통해 후기를 올리고 있다 (그림 1). 한 사용자는 “교차로에서 FSD의 작동이 놀랍다”며 “다음 목적지까지 거리를 수정하는 외에는 운전자가 할 일이 없었다”라고 언급하였다. 다른 사용자는 자율 회전 기능을 담은 동영상을 업로드 하였고, “좌회전 구간에서 안전하게 신호를 통과했다”고 언급했다. 하지만 테슬라의 FSD 서비스에 대한 안전 문제에 대한 우려도 커지고 있다. 미국 도로교통안전국 (NHTSA)은 테슬라의 FSD 기술을 면밀히 감시할 계획이다.


그림 1. 테슬라의 FSD


본 특허는 FSD가 작동하는 동안 최악의 경우 오류가 발생할 수 있는 만큼 오류를 감소시키기 위한 기술에 관한 내용이다.

그림 2는 차량 자율주행 시스템 구성과 작동에 관한 도식이다. 자동차 (100)의 차량 자율주행 시스템은 복수의 자율주행 센서 (106a-106d)를 자율주행 컨트롤러 (108)를 연결하기 위한 본체 (102)와 배선 시스템 (104)을 갖는다. 배선 시스템 (104)은 구조적 케이블 (112) 또는 다른 배선을 포함한다. 구조적 케이블 (112)에 의해 지원되는 통신은 차이를 두도록 분배할 수 있다. 이로 인해, 이는 통신이 자동차 (100)내에서 생성된 잡음에 대해 더 많은 저항이 생성되도록 만든다. 자율주행 센서들 (106a-106d)은 자동차 (100)의 작동과 관련된 카메라, 레이더 센서, 라이다 센서, 음파 근접 센서 또는 정보를 수집하기 위한 기타 센서로 구성되어 있다. 자율주행 컨트롤러 (108)는 자동차 (100)에 존재하는 다양한 구성 요소들의 기능을 제어할 때 사용할 수 있는 인포메이먼트 장치 (110)과 함께 배치된다. 여기서 인포메이먼트 장치 (110)는 자동차 (100)의 조향 시스템과 관련된 조향 기능을 제어한다.




그림 2. 차량 자율주행 시스템 구성과 작동


그림 3은 차량의 자율주행 시스템 (200)의 구축 및 운영되는 모습을 보여주는 블록도이다. 자율주행 시스템 (200)은 복수의 자율주행 센서들 (212A 내지 212F)와 같은 자율주행 구동 컨트롤러 (210)를 포함한다. 자율주행 센서들 (212A 내지 212F)은 카메라, 레이더 센서, 라이다 센서 및 음파 근접 센서 등으로 구성되어 있다. TDM (Time Division Multiplexed) 버스 (컴퓨터의 정보 전송 회로)의 첫 번째 섹션에는 반사를 최소화하기 위해 종단기 (226A, 226B)를 통해 종료되었음을 알려주는 도체 (202A, 202B)를 포함한다. 두 번째 섹션에서는 앞 문장과 동일 (반사 최소화)하게 종단기 (226C, 226D)를 이용하여 종료되었음을 알려주는 도체 (204A, 204B)가 포함된다. 상호연결 전도체 (205A, 205B)는 차량의 제 1 및 제 2섹션을 상호 결합한다. 복수의 장치들이 TDM 버스를 통해 통신한다. 여기서 복수의 장치들은 자율주행 구동 컨트롤러 (210), 메모리 (216), 자율주행 센서들 (212A 내지 212F), 다수의 차량 액세서리 (214A, 214B), 다수의 인터페이스 (218A-218B) 및 다수의 자율주행 장치 (222A 내지 222D)을 포함한다. 오류 예측 유닛 (225)는 잠재적인 미래의 오류 상태를 예측할 수 있도록 설정되어 있다. 복수의 각 자율주행 구성 요소와 관련된 성능 데이터는 각 모니터링 구성 요소에 의해 생성되고, TDM 버스 또는 다른 유선/무선 연결을 통해 오류 예측 유닛 (225)에 전송된다. 본 특허에서 잠재적인 미래의 오류 상태는 세 가지 조건 ((1) 다수의 각 자율주행부품과 관련된 성능 데이터 모니터링 시, (2) 복수의 자율주행 성능의 임계값들 중 하나가 다수의 복수의 각 자율주행 요소들과 성능 데이터를 비교할 때, (3) 성능 데이터가 연결된 경우, 복수의 자율주행 구성 요소 중 하나가 성능 임계값에 의해 불리하게 비교 시)으로 한정 짓는다.




그림 3. 자율주행 시스템의 구축 및 운영


그림 4는 오류 예측 유닛 (225)이 구성되고 동작하는 것을 나타내는 블록도이다. 오류 예측 유닛 (225)은 처리 회로 (302), 메모리 (304) 및 트랜스시버 (311)로 구성된다. 여기서 트랜스시버 (311)는 송신기 (308), 수신기 (310) 및 미디어 인터페이스 (312)를 포함한다. 처리 회로 (302)는 메모리 (304)에 저장된 프로그램을 이용한다. 즉, 처리 회로 (302)는 메모리 (304)로부터 데이터를 읽고 쓰기를 수행한다. 송신기 (308)와 수신기 (310)는 TDM 버스에 직접 연결되거나 미디어 인터페이스 (312)를 통해 TDM 버스에 연결될 수도 있다.



 

그림 4. 오류 예측 유닛의 구성 요소들과 동작


테슬라는 자율주행에 필요한 높은 수준의 독자적 기술들 (인식, 판단, 제어)을 갖추고 있다. 이러한 독자적인 높은 기술을 보유하고 있음에도 불구하고, FSD를 사용할 때 운전자는 주의해서 사용해야만 한다고 주장한다. 이는 테슬라의 FSD 기술이 사고를 낼 수도 있다는 가능성을 배제할 수 없다는 말과 동일하다고 판단된다. 이러한 기술적 한계를 극복하기 위해 테슬라는 지속적으로 필수적인 기술들을 확보하고 있다. 본 특허도 FSD의 잘못된 판단으로 향후 발생할 수 있는 문제를 제거하고자 기술을 제안한 것으로 보인다.



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변리사 김시우

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2021-01-14

출원번호

10-2017-0096510

출원일자

2017년 07월 28일

출원인

주식회사 엘지화학

공개번호

10-2019-0012868

발명의 명칭

미세먼지 저감용 부직포 필터 및 이의 제조방법


2019-2020년, 가장 필수적인 생필품이 무엇이냐고 묻는다면 대부분 ‘마스크’라고 대답할 것이다. 2019년에는 높은 미세먼지 때문에, 2020년에는 COVID-19 때문에 그 수요가 급격히 늘었기 때문이다. 일반적으로 사용되는 KF-94 마스크의 경우, 다중 구조 시스템을 가짐으로써 미세먼지나 황사먼지, 박테리아 등에 대한 차단 능력을 높이고 있는데 그 중 가장 중요한 부분은 필터라고 할 수 있다. 미세먼지 저감용 필터는 보통 정전기를 이용해 미세먼지를 차단하는데, 가장 많이 사용되는 필터로는 폴리프로필렌(polypro pylene)으로 이루어진 부직포 필터와 유리섬유로 된 헤파(HEPA) 필터가 있다. 부직포 필터의 경우 입경이 2.5μm 이하의 미세먼지는 제거할 수 있지만, 0.3μm 이하의 초미세먼지는 제거가 어려운 문제가 있다. 헤파 필터의 경우 여러가지 등급이 있지만 일반적으로 입경이 0.3μm의 먼지도 99.97% 이상 제거할 수 있지만, 유리섬유로 되어 있어 가격이 비싸고 쉽게 깨지는 문제 때문에 인체용 마스크에는 적용이 불가능하다.


 이러한 문제점들을 해결하기 위해 다공성의 금속 유기 구조체인 MOF(Metal-organic framework)가 차세대 기능성 흡착체로 주목받고 있다. MOF는 금속 이온이 유기 리간드와 배위 결합을 이루고 있는 나노 구조로서 표면적이 넓은 장점이 있으나, 흡습성으로 인해 정전기 형성이 어려워 미세먼지 저감용 필터로의 적용에 어려움이 있었지만, 일본 공개특허 제 2017-501862호에서는 고분자로 이루어진 멤브레인을 기재로 사용하고, MOF에 작용기를 도입하는 방법으로 표면 개질을 실시한 뒤, 다양한 처리를 함으로써 문제점을 개선하고자 했으나, 표면 개질과 멤브레인의 처리 과정 때문에 공정이 단순하지 않다는 문제가 있다.


 그렇기 때문에 주식회사 엘지화학은 이번 발명(공개특허 10-2019-0012868)에서 MOF가 담지된 부직포 필터를 만듦으로써 입경 0.3μm 이하의 초미세먼지 제거에도 높은 효율을 나타내는 부직포 필터를 개발하고자 했다.


  먼저, 이번 발명에서는 ZIF-8, ZIF-67, NH2-UiO-66, NH2-MIL-101[1]이라는 네종류의 MOF를 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile, PAN)과 디메틸아세트아미드(dimethylacetamide)의 혼합 용액에 섞어 방사 용액을 준비한 후, 이를 전기방사법으로 방사함으로써 MOF가 담지된 부직포 필터(차례로 실시예1, 2, 3, 4)를 제조하였다. 그 후, 4가지의 실시예에 해당하는 부직포 필터에 대해 0.3μm 입경의 NaCl 입자를 분무하여 부직포 필터를 통과하는 입자 갯수를 확인함으로써 입자 차폐율을 계산하였다. 그 결과, 실시예 1은 99.99%, 실시예 2는 99.83%, 실시예 3은 90.95%, 실시예 4는 99.97%의 차폐율을 나타냈다. 다시말해 본 발명의, MOF가 담지된 부직포 필터는 모두 미세먼지 제거능이 우수하였고 특히 ZIF-8과 NH2-MIL-101을 이용하여 만든 실시예 1,4는 HEPA 필터 규격을 만족할 만큼 우수한 성능을 보여주었다.


그림 1. 본 발명에서 만든 부직포 필터(실시예1)의 SEM(Scanning Electron Microscope, 주사전자현미경)사진


질병관리본부가 2020년 2월 27일에 발표한 보도참고자료에 따르면, COVID-19의 크기는 약 0.08-0.1μm 정도라고 한다. WHO에 따르면, COVID-19은 약 5μm내외의 비말에 의해 주로 전염되기 때문에 미세먼지 마스크뿐만 아니라 일반 마스크를 착용함으로써 COVID-19의 전염을 높은 확률로 막을 수 있다고 한다. 하지만 단순한 크기와 에어로졸 감염(크기 1μm a미만)이 가능하다는 여러 연구 결과를 WHO가 제한적으로 받아들인 점을 고려했을 때[2],  질병관리본부의 보도자료는 일반적인 부직포 마스크로 COVID-19 바이러스를 막는 데에 한계가 있음을 말해준다. 백신과 치료제가 아직 상용화되지 않은 현 시점에서는 마스크에 의존할 수 밖에 없기에, 엘지화학의 이러한 연구가 계속해서 발전한다면 국민 건강에 큰 도움이 될 수 있을 것이라 생각한다. 차후 백신과 치료제의 개발로 COVID-19이 하나의 가벼운 질병처럼 여겨질 때에도, 미세먼지로부터 호흡기 건강을 지켜주는 든든한 버팀목이 될 것이다.



  


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참고자료

[1] ZIF-8은 Zn2++2-methylimidazole, ZIF-67은 Co2++2-methylimidazole, NH2-UiO-66은 Zr4++2-aminoterephthalic acid, NH2-MIL-101은 Al3++2-aminoterephthalic acid를 나타내는 것으로, 좌측에 표시된 금속이온에 우측의 리간드가 결합한 형태의 구조를 의미한다.

[2] http://it.chosun.com/site/data/html_dir/2020/07/10/2020071000595.html

2021-01-14

코로나19의 전세계적인 3차 대유행이 계속되고 있는 가운데, 지난 11월 게임 체인저로 기대되는 백신 개발이 성공적으로 이루어졌다. 화이자가 그 신호탄을 울렸으며 이어 모더나에서도 성공 소식을 공표했다.


양사 모두 mRNA 백신 플랫폼* 기술을 기반으로 개발한 백신으로, 종래 백신의 전임상부터 사용까지 장시간이 소요되는 문제점을 해결하였다. 미국 모더나 사는 병원체 식별 후 바이러스 서열 선택에서 1상 임상시험 시작까지 걸리는 기간을 종래 20개월에서 약 3개월까지 단축시켰다.

* 기존 백신에서 특정 항원이나 유전정보만 바꾸어 바로 대체가능한 기반 기술


출처 : 모더나


모더나 사의 mRNA 백신의 작용기전은 다음과 같다. mRNA 백신은 질병을 일으키는 코로나바이러스에 독특하게 발현되면서 인체에는 무해한 단백질을 암호화하는 mRNA를 인체에 투여하여 단백질을 발현하게 하고 그 단백질을 항원으로 한 항체를 생산하게 한다. 즉, 바이러스의 스파이크 단백질을 발현시키는 mRNA를 인체에 주입하여 체내에서 자연스러운 ‘번역(translation)’ 과정을 통해 해당 항원을 만들어 내도록 하는 것이다. 그 이후의 과정은 항체를 인식하여 체내에서 일어나는 일반적인 면역반응과 동일하다.

이때, 불안정한 상태의mRNA 백신을 체내에 전달하는 기술이 바로 lipid nanoparticle (“LNP”)이다. 지질로 이루어진 막 안에 mRNA를 안정하게 함유시키는 기술이다. LNP는 RNA를 보호하고, 타겟 세포에 도달하면 세포막에 융합되어 세포 안으로 들어간 후 RNA를 방출하는 역할을 한다.


출원번호

KR 10-2019-7014935

출원일자(국제)

2017년10월26일

출원인

모더나티엑스, 인크.

공개번호(일자)

KR 10-2019-0086681 (2019년07월23일)

발명의 명칭

면역 반응을 향상시키기 위한 메신저 리보핵산 및 그의 사용 방법


모더나 사는 mRNA 백신 플랫폼 관련 다수의 특허기술을 보유하고 있으며 그 중 한 특허는 면역 반응을 향상시키기 위한 mRNA 및 사용방법에 관한 것이다.

구체적으로 대상 특허는 암, 세균, 바이러스 등을 포함한 관심 항원들에 대한 면역 반응을 개선시키는 폴리펩티드 (가령, I형 인터페론 경로 신호전달 또는 NFκB신호전달을 활성화시키는 폴리펩티드)들을 인코드하며, 하나 이상의 변형된 핵염기를 포함하는 mRNA들이 들어있는 단리된 mRNA를 특징으로 한다. 본 특허는 또한 항-암 면역 반응 또는 항-병원체 면역 반응을 자극하기 위해 관심 항원을 투여 시 면역 반응을 개선시키기 위한 사용 방법을 특징으로 한다.


[청구항1]

대상체에서 관심 항원에 대한 면역 반응을 개선시키는 폴리펩티드를 인코드하는 전령 RNA (mRNA)로서, 이 때 면역 반응은 다음을 특징으로 하는 세포성 또는 체액성 면역 반응을 포함하는 mRNA:

(i) I형 인터페론 경로 신호전달을 자극;

(ii) NFκB경로 신호전달을 자극;

(iii) 염증 반응을 자극;

(iv) 사이토카인 생성을 자극;

(v) 수지상 세포 발달, 활성 또는 이동을 자극; 그리고

(vi) (i)-(v)의 임의의 조합.


본 발명에서 제공하는 면역 증강제 mRNA(관심 항원에 대한 면역 반응을 개선하는 폴리펩티드를 인코드하는 mRNA 구조체)는 I형 인터페론 경로 신호전달을 활성화하거나, NFκB경로 신호전달을 자극하여 면역 반응들을 개선하고, 그 결과 관심 항원에 대한 항원-특이적 반응들이 자극된다고 밝혔다.


뿐만 아니라, 대상체에 대한 본 특허의 면역 증강제 mRNA (예컨대, 항시 활성 STING 폴리펩티드를 인코드하는 mRNA) 또는 면역 증강제 mRNA들의 조합의 투여는 사이토카인 생성을 자극하고, 항원-특이적 CD8+ 효과기 세포 반응들을 자극하고, 항원-특이적 CD4+ 도움 세포 반응들을 자극하고, 효과기 기억 CD62L저T 세포 집단을 증가시키고 관심 항원에 대한 항원-특이적 항체 생성을 자극함이 발견되었다고 한다.


현재 FDA 승인을 받은 코로나19 백신은 화이자와 모더나 사의 것이 유일하다. mRNA 백신은 종래의 백신에 비해 수송 및 처리가 까다롭다고 하는 단점이 있으나 모더나의 백신은 화이자의 백신보다는 수송조건이 약간 완화되어 있고 보관도 조금 더 오래할 수 있다고 한다. 미국과 영국을 비롯한 선진국들은 당장 지난 12월 접종을 시작한 가운데 우리나라는 올해 5월 모더나 백신이 공급될 예정이다.


특허법인 ECM

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<참고기사>

[1] 모더나 화이자 백신, 특허권 무시하고 한국서 만들 수 없나

https://shindonga.donga.com/List/3/02/13/2259090/1

[2] 코로나19 백신과 특허 이야기

https://www.yakup.com/pharmplus/index.html?mode=view&cat=132&cat2=477&nid=3000132474

[3] mRNA 백신 개발에서 LNP 기술 매우 중요합니다

https://www.hitnews.co.kr/news/articleView.html?idxno=31423

2021-01-14


개인의 행동이나 특성을 형성하는 데 있어 타고난 본성과 양육 중 어느 것이 더 중요할까? 본성 대 양육(Nature vs Nurture) 문제는 수 세기 동안 이어져온 논쟁의 대상이었다. 하지만 많은 연구들을 통해 나를 나답게 만드는 데에는 유전 정보와 환경 모두가 중요하다는 것이 밝혀졌다.

 

후성유전학(Epigenetics)은 유전자의 발현에 있어 ‘환경의 영향’을 중요하게 생각한다. 후성유전학은 동일한 DNA 염기서열을 가지고 있더라도 ‘환경 변화’ 등의 이유로 인해 염색질의 구조적 변화(DNA 메틸화, 히스톤 변형 등)가 나타나고, 유전자 발현이 조절될 수 있음을 제시하는 학문이다. 따라서 후성유전학은 시간이 흐를수록 개체가 노화하는 현상을 설명할 수 있는 한 가지 방법이 된다. 나이가 들어감에 따라 에피제네틱하게 노화와 관련된 유전자의 발현이 조절될 수 있기 때문이다. 이러한 점에 착안하여 ㈜셀트리온은 본 발명(출원번호 10-2018-0035919)에서 피부 노화와 관련된 유전자(MMP-1; Matrix metalloproteinase-1)를 에피제네틱하게 억제하는 효과를 가진 펩타이드 조성물을 개발하였다.

 

콜라겐은 세포 외 기질의 대부분을 차지하며 피부의 탄력을 유지하는 중요한 기능을 한다. 노화가 진행되면서 콜라겐의 합성이 감소하고, 분해 효소인 금속 단백질 분해 효소(Matrix metalloproteinase, MMPs)의 발현이 증가하여 피부에 주름이 생기게 된다. 따라서 피부의 탄력을 유지하고 주름 생성을 억제하기 위해서는 콜라겐의 합성을 촉진하거나, 콜라겐을 분해하는 MMPs의 발현을 억제하는 것이 효과적인 방법이 될 수 있다.

 

콜라겐의 생성을 촉진하는 물질로는 아스코르빈산, 알파-토코페롤, 레티놀 등이 이용되어 왔지만, 물리 화학적 안정성이 떨어지고 고가인 이유로 주름 개선의 효과를 나타낼 만큼의 유효량을 사용하지 못하여 효과를 보기 어려웠던 것이 현실이다. 또한 일부 물질들은 세포 독성을 나타내 화장품으로 사용하기에도 부적합하였다. 이에 ㈜셀트리온은 본 발명에서 종래의 방식과 다르게 콜라겐 분해 효소 유전자의 발현을 억제하는 펩타이드를 개발하였다. 이 펩타이드 조성물은 피부 독성을 보이지 않고, 피부 내부로 효율적으로 침투하여 주름 개선 및 탄력 증진용 화장료 조성물로 사용될 수 있다.

 

본 발명에서 MMP-1 유전자의 발현을 에피제네틱하게 억제하는 후보 펩타이드는 앞서 언급한 DNA 메틸화에 관여하는 효소인 DNA 메틸기전달효소 1(DNA methyltransferase1, DNMT1)를 억제하는 효과가 있는 펩타이드를 스크리닝하여 선정되었다(표 1).

[표 1] DNMT1 효소 억제 효과를 보이는 펩타이드를 스크리닝한 결과.

서열번호 1로 구성된 펩타이드의 N-말단에 안정성 및 세포 투과 등을 위해 아세틸기, 스테아로일기 및 팔미토일기가 추가로 결합된 형태이다.


스크리닝 결과 선정된 펩타이드는 인간 피부세포에서 독성을 나타내는지 확인되었다(도면 1). 그 결과 도면 1에 보이는 바와 같이 인간 피부 세포에 0-200 ug/ml의 농도로 처리한 후 대조군과 비교하였을 때, SP9와 SP9N은 200 ug/ml까지 유의한 세포 독성이 나타나지 않았다. 또한 SP9S의 경우 12.5ug/ml, SP9P의 경우 25ug/ml의 농도까지 90% 이상의 세포 생존율을 보이는 것으로 나타났다.

[도면 1] 표 1의 펩타이드를 인간 피부 세포에 농도별로 처리했을 때의 세포 생존율


항원-항체 반응을 이용해 특정 단백질의 양을 정량할 수 있는 방법들이 존재한다. 도면 2의 ELISA와 도면 3의 Western blot 실험 모두 항원-항체 반응을 이용해 단백질의 양을 정량한 결과이다. 도면 2에서 보이는 바와 같이, 인간 피부 세포에 SP9S와 SP9P 펩타이드를 처리할 시 농도 의존적으로 MMP-1 효소의 생성이 억제되었고, 대조군 대비 최대 60%까지 발현량이 감소하였다. 도면 3의 Western blot 실험에서도 SP9S와 SP9P 펩타이드를 처리하는 경우 농도 의존적으로 MMP-1 단백질의 발현이 억제되는 동일한 결과를 보였다.

[도면 2] 표 1의 펩타이드를 각각 인간 피부세포에 농도별로 처리했을 때 MMP-1 효소 발현량의 변화를 ELISA로 정량화한 결과

[도면 3] 표 1의 펩타이드를 각각 인간 피부세포에 농도별로 처리했을 때 MMP-1 효소 발현량의 변화를 Western Blot으로 정량화한 결과.

나아가 도면 4의 실험에서는 인간 피부 세포에 표 1의 펩타이드를 처리할 시 mRNA 수준에서 MMP-1 유전자 발현이 감소하는 것을 RT-qPCR 방법을 통해 확인하였다. 도면 3에서 보이는 바와 같이 인간 피부 세포에 SP9S와 SP9P를 처리하는 경우 MMP-1 유전자의 발현이 대조군에 비해 최대 50% 감소하였다.


[도면 4] 표 1의 펩타이드를 각각 인간 피부세포에 농도별로 처리했을 때 mRNA 수준에서 MMP-1 유전자 발현량의 변화를 RT-qPCR로 정량한 결과


후성유전학은 노화의 비밀을 풀어가는 새로운 접근법으로 대두되어왔다. ㈜셀트리온은 본 발명을 통해 에피제네틱한 접근으로 피부 노화를 억제하는 새로운 펩타이드 조성물을 개발하였다. 본 발명의 펩타이드는 종래의 연구들과 다르게 콜라겐 분해 효소인 MMP-1의 발현을 억제하는 방식으로 작용하며, 다양한 제형으로 이용이 가능해 피부 탄력 유지 및 주름 개선을 이룰 수 있는 우수한 기능성 펩타이드 조성물로 판단된다.





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