본 연구의 목적은 최근 DHA와 더불어 분유첨가제 등 기능성 신소재로서 수요가 증가되고 있는 arachidonic acid (AA)를 곰팡이 Mortierella alpina ATCC 32222를 이용하여 실질적으로 값싸게 생산할 수 있는 고체발효공정을 개발하기 위한 것이다. 본 연구에서는 회분식 심부 및 고체발효연구를 통하여 균체성장과 AA 생성에 대한 패턴을 조사하였는데, 심부발효에서는 포도당과 효모추출물을 그리고 고체발효에서는 농산 부산물인 저렴한 쌀겨를 원료로 하여 실험하였다. 심부발효 및 고체발효의 속도론적 관점에서 두 공정 모두 균체성장과 AA 생성간에 전형적인 mixed-growth associated pattern이 얻어졌다. 고체발효 배지의 최적화를 위하여 carbon to nitrogen (C/N) ratio를 6.5-20 범위로 조절하여 실험해 본 결과 쌀겨에 탄소원인 포도당을 첨가해 주지 않은 경우 즉, 6.5에서 가장 좋은 결과가 얻어졌다. 또한 sodium glutamate를 쌀겨에 소량 $(0-4\%,\;w/w)$ 첨가했을 때 보고된 문헌과는 달리 균체성장은 오히려 감소되는 경향을 보였으며, 고온에서 볶은 참깨로부터 얻어진 sesame oil $(7.5\%,\;w/w)$을 첨가했을 경우 AA 생산성은 약 1.2배가 향상되었다.
Numerical analysis of bubble motion during nucleate boiling is performed by imposing a constant heat flux condition at the base of a heater which occurs in most of boiling experiments. The temporal and spatial variation of a solid surface temperature associated with the bubble growth and departure is investigated by solving a conjugate problem involving conduction in the solid. The vapor-liquid interface is tracked by a level set method which is modified to include the effects of phase change at the interface, contact angle at the wall and evaporative heat flux in a thin liquid micro-layer. Based on the numerical results, the bubble growth pattern and its interaction with the heating solid are discussed. Also, the effect of heating condition on the bubble growth under a micro-gravity condition is investigated.
구름 버섯균(C. versicolor)를 고체배양(solid-substrate culture)하여 단백다당류를 생산하기 위한 각종조건을 검토하였다. 여러가지 고체재료가 이용될 수 있으나 배양 후 단백다당류의 열수추출 과정에서의 부적합성 등의 이유로 인하여 실질적으로 zeolite나 난 재배용 토양이 이용 가능한 천연고체 재료라고 볼 수 있다. Zeolite와 난 재배용 토양을 이용한 고체발효에서 단백다당류 생산에 미치는 탄소원의 영향을 검토한 결과 glucose, sucrose 및 starch에서 단백다당류 생산량이 높게 나타났으며, 질소원중에서는 bactosoytone과 peptone이 고체발효에 의한 단백다당류 생산에 가장 적합한 질소원으로 확인되었다. 단백다당류 생산을 위한 고체발효에서 최적 pH범위는 5-6이었고, 고체재료 100 g당 조단백다당류 생산량이 5-6 mg에 이르렀다. 배지조성별 단백다당류의 생산성 시험의 결과 C. versicolor의 최적배지 조성인 CVM에서 최고의 생산성을 보였으며, 종합적으로 균사성장에 적합한 조건에서 단백다당류의 생산성도 높다고 하겠다.
곰팡이균을 이용한 구연산 생산에 있어 액체배양의 초기 pH는 구연산 생산에 유의한 영향을 미친다고 알려져 있다. 본 연구에서는 고체배양에서 Aspergillus niger를 이용한 구연산 생산에 여러 pH의 완충용액이 구연산 생산에 미치는 영향을 밝혀 최적의 완충용액을 찾고자 연구하였다. 실험에 적용된 여러가지 완충용액은 구연산 생산에 영향을 미치며 높은 초기 pH 조건에서 구연산 생산성이 우수한 것으로 나타났다. 여러가지 완충용액 중, phosphate (pH 8.6) 완충용액과 carbonate 완충용액(pH 10.0)이 고체발효에서 구연산 생산에 가장 적합함을 알 수 있었다. Carbonate 완충용액(pH 10.0)을 사용하여 고체배지의 초기 pH를 6.8으로 하였을 경우, 최대 구연산 생산인 564.3 g/kg solid substrate 얻을 수 있었다. 또한, 염기 또는 산을 사용하여 고체 배지의 초기 pH를 4.42로 조정한 배지에 비해 phophate 완충용액을 사용한 pH 4.48의 고체배지에서 구연산 생산성이 1.5배 증가함을 알 수 있었다. 이는 완충용액의 사용이 구연산 생산에 의한 배지의 산성화를 방지해 세포성장과 생산성을 높였다고 결론지을 수 있다.
화학적 증기증착(Chemical Vapor Deposition, CVD) 방법을 이용하여 단결정 Indium antimonide (InSb) 나노와이어를 $SiO_2$ wafer 위에 성장시켰으며, 성장된 InSb 나노와이어의 결정성과 조성비를 X-Ray Diffraction (XRD)과 Energy Dispersive x-ray Spectroscopy (EDS)의 측정을 통하여 확인하였다. 또한, 반응 source로 사용된 InSb 분말의 기상화(vaporization) 정도를 source container의 모형, 즉 open 및 close 시스템으로 변형하여 조절하였고 이렇게 성장된 InSb 나노와이어들의 구조적 특성을 주사전자현미경(Scaning Electron Microscopy, SEM)을 통하여 자세히 분석함으로써, 그들의 성장과정을 Vapor-Liquid-Solid (VLS) 및 Vapor-Solid (VS) 메커니즘으로 설명하였다. Open-boat를 사용하여 나노와이어를 성장시켰을 경우, close-boat 의 경우와 비교하여 합성된 나노와이어의 yield가 높았으며 나노와이어의 길이와 두께도 증가하는 현상이 관측되었다. 이러한 결과는, InSb source 의 기상화 정도가 close-boat에서 보다 open-boat에서 더욱 가속화되면서 공통적으로 일어나는 VLS 성장 이외에 VS 성장이 추가적으로 진행되어지기 때문으로 추측되어진다. 또한, 반응시간을 증가시켰을 때, 나노와이어의 두께가 증가하는 결과를 통하여 InSb 나노와이어의 성장에서 VS 메커니즘이 우세하게 작용하고 있음을 확인할 수 있었다.
Mycobacterium은 느리게 성장한다. 따라서 고체배지는 8주, 액체배지는 6주 동안 사용하여야 한다. 이 연구의 목적은 Mycobacterium을 빠르게 성장시킬 수 있는 성장 인자를 찾고, 신속한 동정을 위한 고체배지를 개발하는 데 도움을 주는 것이다. $Difco^{TM}$ Mycobacteria 7H11 agar (Becton, Dickinson and Company)에 activated charcoal, defibrinated sheep blood, L-ascorbic acid를 첨가하여 10종의 Mycobacteria 가지고 Mycobacterium 성장 인자 3가지를 평가하였다. 집락의 검출 시간 및 판독 용이성을 현재의 방법과 비교하였다. 빠르게 성장하는 Mycobacterium 있어 새로운 배지와 기존의 배지에서 검출 시간의 차이는 새로운 배지가 더 빠르다는 것을 확인시켜 주었다. M. kansasii와 M. intracelluare는 7H11 배지보다 7H11 C 배지에서 더 빠르게 자라는 것으로 확인되었다. MTB는 7H11 C 배지에서 다른 배지보다 빠르게 성장하였다. 이 연구는 2 두 가지 성장 인자가 빠르게 성장하는 Mycobacteria과 느리게 성장하는 Mycobacteria에 영향을 주는 것으로 확인되었다. 7H11 C 배지는 색상 대비로 인하여 10종의 모든 Mycobacterium에서 기존배지보다 더 뛰어난 판독 용이성을 보여 주었다. 특히, MTB가 성장했을 경우 집락의 크기가 다른 배지에서 보다 커서 시각화가 용이하였다.
최근 리튬이차전지의 안전성을 향상시킨 전고체 전지가 많은 관심의 대상이 되고 있으나 전도성 세라믹 또는 고체 고분자 전해질을 적용한 고체전지는 높은 계면 저항, 부반응 등과 같은 문제점을 지니고 있어 전기화학적 특성이 낮다. 기존 전고체 전지의 이러한 문제점을 해결하기 위하여 복합고체 전해질이 제안되었으며 본 연구에서는 나시콘 구조의 나노 입자 Li1.5Al0.5Ti1.5P3O12 (LATP) 전도성 세라믹, PVdF-HFP, 카보네이티 기반 액체전해질을 복합화 하여 유사고체 전해질을 제작하였다. 이 복합고체 전해질은 5.6 V의 높은 전압 안전성을 가지며 리튬이온의 탈리-착리 테스트에서 리튬 금속전극의 덴드라이트 성장 억제 효과가 있음을 보여준다. 또한 복합고체 전해질을 적용한 LiNi0.83Co0.11Mn0.06O2 (NCM811)기반 전지에서 4.8 V의 높은 충전 종지 전압에도 241.5 mAh/g의 높은 방전 용량을 나타내며 안정적인 전기화학 반응이 일어난다. NCM811 기반 전지의 90도 충전-방전 중에도 전지의 단락이나 폭발 없이 139.4 mAh/g 방전 용량을 보인다. 따라서 LATP기반 복합고체 전해질은 리튬이차전지의 안전성과 전기화학적 특성을 향상 시킬 수 있는 효과적인 방법임을 알 수 있다.
고체내의 결함을 분석하기 위한 장비로는 대표적으로 DLTS (deep level transient spectroscopy)를 이용하여 깊은 준위 결함의 활성화에너지를 구하는 분석법, 투과전자현미경을 이용한 박막의 결정살창 분석법, photoluminescence나 electroluminescence를 이용하여 광학적인 방법으로 결함을 분석하는 방법, 마지막으로 광전류 측정을 통하여 결함을 분석하는 방법 등이 있다. 이 중에서도 빛에 의해서 증가되는 광전류를 이용한 결함 분석 방법은 과거에는 종종 시행되어 왔으나 최근에는 거의 연구되어지고 있지 않고 있다. 고체 내의 많은 결함들이 빛에만 반응하는 결함도 있으며 전기적인 측정을 통해서만 발견되는 결함이 존재하기 때문에 모든 부분을 다 만족시키는 방법은 찾기가 힘들다고 알려져 있다. 한편, ZnO는 octahedral 구조로 공간이 비어있기 때문에 여러 가지 결함이 존재하는데, 그 중에서 valence band 바로 위 0.3~0.5 eV에 존재하는 결함 준위는 Zn 빈자리에 의한 결함으로 이론적으로만 밝혀졌을 뿐 실험적으로는 현재까지 발견되어지고 있지 않다. 본 연구에서는 광전류를 이용하여 n-ZnO/p-Si과 n-ZnO/p-GaN p-n 접합 다이오드 내의 결함에 대한 연구를 진행하였다. ZnO를 UHV 스퍼터링 방법으로 성장하였으며 ZnO의 결함의 양을 조절하기 위해 박막의 두께와 증착할 때의 기판 속도 등을 조절하였다. 이렇게 성장된 ZnO 기반의 다이오드를 광전류 측정을 이용하여 결함을 분석하였다. 실험결과 420 nm 파장의 빛을 다이오드에 주사하였을 때 광전류가 크게 증가하는 것을 확인하였으며 이것은 이론적으로만 주장되어져 왔던 Zn 빈자리 결함에 의한 것으로 판단되었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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