실리콘은 광센서, 태양전지, 발광다이오드 등 광소자 응용 분야에서 널리 사용되고 있는 물질이다. 그러나 실리콘의 높은 굴절율(n~3.5)은 표면에서 약 30% 이상의 Fresnel 반사를 발생시켜 소자의 효율을 감소시키는 원인이 된다. 따라서, 반사손실을 줄이기 위해서는 실리콘 표면에 효율적인 무반사 코팅을 필요로 한다. 기존의 단일 혹은 다중 박막을 이용한 무반사 코팅 기술은 물질간 열팽창계수의 불일치, 접착력 문제, 박막 두께 조절 및 적합한 굴절율을 갖는 물질 선택 어려움 등의 단점을 지니고 있다. 최근, 이러한 무반사 코팅 기술의 대안으로 곤충 눈 구조를 모방한 나노크기의 서브파장 격자구조 (subwavelength gratings, SWGs)에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 이러한 SWGs 구조는 공기와 반도체 표면 사이에 점진적, 선형적으로 변화하는 유효굴절율을 갖기 때문에, 광대역 파장영역뿐만 아니라 다양한 각도에서 입사하는 빛에 대해서도 효과적으로 Fresnel 표면 반사를 낮출 수 있다. 본 연구에서는 실리콘 기판 표면 위에 효율적인 무반사 특성을 갖는 계층적 SWGs 나노구조를 제작하기 위해, 레이저간섭리소그라피 및 열적응집금속 입자를 이용한 식각 마스크 패터닝 방법과 유도결합플라즈마 식각 공정을 이용하였다. 제작된 무반사 실리콘 SWGs 나노구조의 표면 및 식각 프로파일은 전자주사현미경으로 관찰하였고, 표면 접촉각 측정 장비를 이용하여 샘플 표면의 젖음성을 확인하였다. 제작된 샘플의 광학적 특성을 조사하기 위해 UV-vis-NIR 스펙트로미터와 엘립소미터 측정 시스템들을 이용하였다.
자외선이 피부에 지속적으로 조사되면 썬번, 염증, 광노화와 같은 다양한 부작용이 생기게 된다. 따라서 광손상에 대한 보호작용은 점점 중요성이 인식되고 있으며, 천연 식물추출물에서 자외선에 대한 광보호효과가 있는 안전하고 효과적인 물질개발에 대한 연구가 진행되고 있다. 본 연구는 자외선에 의해 유도된 피부손상에 대한 보호효과가 우수한 천연식물추출물에 대한 것이다. 향나무, 능소화, 비자추출물에서 자외선에 의해 생성되는 라디칼에 대한 항산화효과, MMP 발현 및 활성 저해, 염증관련 사이토카인인 인터루킨 1알파, 6, 프로스타글란딘 E$_2$ 생성저해효과 등으로 피부세포보호 효과를 연구하였다. 실험결과 천연추출물 중 향나무추출물과 능소화추출물이 프리라디칼 및 슈퍼옥사이드 라디칼 소거효과가 우수하게 나타났으며 피부 콜라겐과 같은 메트릭스를 분해하는 효소인 MMP-1의 활성 및 발현 저해효과는 섬유아세포에서 UVA 조사에 의한 실험에서 우수하게 나타났으며, 피부세포 배양액에 대해 zymography를 실시하여 활성이 감소됨을 확인하였다. 피부 각질형성세포에서 자외선에 의해 유도된 염증관련 사이토카인인 인터루킨 6의 발현량 실험에서도 무처리군에 비해 향나무추출물이 인터루킨 6을 30% 정도 저해효과가 나타났으며, 염증반응 중 cyclooxygenase(COX)에 의한 경로에서 생성되는 프로스타글란딘 E$_2$의 생성량도 감소시켰다. 사람피부에서 SLS (0.5%) 첩포로 유발된 자극성 피부염의 항염증 효과 평가 시 SLS에 의해 유발되는 자극정도가 피검자의 피부상태에 따라 다양하게 나타났으며, 향나무 추출물 함유 에멀젼 제품 도포 실험에서는 피부 홍반 완화 효과와 피부장벽 회복효과가 우수하게 나타났다. 이상의 결과로 향나무추출물은 자외선 조사 및 SLS에 의한 피부손상에 대한 피부세포보호작용이 우수하여 광노화에 대응하는 자극완화 소재로서의 화장품 응용 가능성을 확인하였다.
최근 발광다이오드를 이용한 마스크 형식의 피부 관리기에 관한 관심이 증가하고 있으며, 특정 파장의 광학적 자극은 노출 광량 및 파장대, 광선 조사 시간을 조절함으로써, 피부 미백, 여드름 치료, 탄력 및 주름 개선 등과 같은 다양한 효과를 보인다고 알려져 왔다. 특히, 피부 노화 억제, 세포증식 유도, 피부의 염증 완화 등을 목적으로 하는 마스크의 경우 각각 다른 파장의 광원이 사용된다. 본 논문에서는 마이크로컨트롤러를 사용하여 피부재생 마스크에 활발하게 사용되는 발광다이오드 제어시스템을 개발하였다. 단일 또는 복합적으로 피부 섬유아세포에 인가하여, 세포의 증식에 어떠한 효과가 있는지 확인한다. 또한, 세포증식률에 긍정적 효과를 보이는 특정 파장대를 찾아 다양한 자극에 기인한 세포증식 효과를 확인하고, 영상처리를 활용한 정량분석법을 제시하여 그 효과를 평가하였다.
국내에서 자생하는 P. thunbergiana 잎의 메탄올 추출물로부터 사람의 간암세포주, SK-HEP-1에 apoptosis를 유도하는 광과민성물질을 찾기 위해 연구를 시작하였다. Apoptosis를 유도하는 광과민성물질을 순수분리하기 위해 column chromatography법과 TLC법을 이용하였으며, 순수분리한 물질의 구조동정을 위하여 1D-NMR과 2D-NMR 및 FAB-MS분석을 실시하였다. P. thunbergiana 잎으로부터 크로마토그래피법을 이용해 순수분리한 M4-3 화합물의 흡광도를 측정한 결과 410 nm에서 최대 흡수를 보였고, 668, 502, 533, 607 nm에서 흡수 peak가 나타나는 녹색의 물질로 chlorophyll a, b와는 다른 물질이었다. FAB-MS 분석결과와 NMR 분석결과, 분자량 622의 132-hydroxy pheophorbide a methyl ester($C_{36}H_{28}N_2O_6$) 화합물로 porphyrin 환으로부터 Mg이온이 떨어져나간 pheophorbide a유도체화합물로 동정되었다. M4-3화합물을 SK-HEP-1세포에 대한 세포독성을 조사한 결과, 0.04 ${\mu}M$ 농도로 처리한 곳에서는 40% 세포증식 억제효과가 나타났고, 0.08 ${\mu}M$ 농도로 처리한 곳에서는 80% 세포증식 억제효과가 나타나 농도의존적이었다. 그리고 M4-3화합물을 동일한 농도로 처리하고, 광의 조사 유무에 따른 활성차이를 조사한 결과, 광을 조사한 곳에서만 세포독성이 나타났기 때문에 M4-3화합물은 광과민성물질이라는 것을 알 수 있었다. M4-3화합물을 처리하고 세포의 형태학적 변화를 관찰한 결과, 핵이 응축되었고, 소낭이 형성되었으며, DNA 단편화가 일어나는 등 apoptosis의 대표적인 현상들이 일어났기 때문에 M4-3화합물의 세포사멸은 광역학활성에 의한 apoptosis유도로 확인하였다.
도플러 효과를 이용해 피부의 혈류 속도 분포를 측정하였다. 고속 CMOS 이미지 센서를 사용하여 $256{\times}256$ 픽셀의 크기를 갖는 혈류 속도 영상을 측정하였다. 많은 의학 치료 분야에서 혈류 흐름에 대한 영상, 특히 모세혈관에서의 혈류 흐름에 대한 영상을 필요로 한다. 레이저 도플러 기술은 물체의 속도를 물체에 접촉하지 않고 측정할 수 있는 대표적인 기술로, 레이저 광의 코헤런트한 특성과 비접촉성 특성은 인체 피부의 혈류 속도를 측정하는데 좋은 특성을 제공한다.
여러 환경정화 방법들 중 광촉매를 이용한 처리기술들이 관심을 모으고 있다. 광에 의해 활성을 갖는 여러 촉매들 가운데 이산화티타늄($TiO_2$)을 중심으로 한 연구가 가장 활발히 진행되고 있다. 본 연구는 TiO2를 개질화하여 광활성이 우수한 광촉매를 개발하고 이를 이용한 VOC 처리를 목적으로 하고 있다. VOC 중 할로겐화(halogenated)된 것들의 처리는 매우 어려우며 현재의 소각방식으로는 효과적으로 처리되고 있지 않다.
링레이저 자이로스코프(Ring Laser Gyroscope-이하 RLG)는 비행기, 유도무기, 선박, 지상무기 등의 관성항법장치(Inertial Navigation System)에 사용되는 각속도 센서로서 항체의 위치와 자세 정보를 제공하는 핵심 구성품 중의 하나이다. 각속도 검출 원리는 삼각형 또는 사각형의 공진기에 He과 Ne을 혼합한 이득매질을 사용하여 서로 반대방향으로 회전하는 두 개의 레이저 빔을 발생시켜서 Sagnac 효과에 의해 외부의 회전 입력을 받을 때 서로 다른 광 경로의 차이로 인한 두 빔의 간섭으로 회전각을 검출한다. (중략)
N-(2,4-dinitrophenyl)benzhydrazonyl bromide 유도체들의 가수분해 반응속도상수를 20$^{\circ}C$의 수용액에서 자외선 분광광도법으로 측정하여 넓은 pH 범위에서의 반응속도식을 구하였다. 반응속도식, 용매효과, 치환기 효과, 염효과, 열역학적 활성화 파라미터 등의 결과로부터 가수분해 반응메카니즘을 제안하였다. 즉, pH 3.0에서는 carbonium ion 중간체를 거쳐 SN1 반응에 의해 진행되며, pH 10.0에서는 1,3-dipolar 반응 메카니즘 또는 SN2 반응에 의해 진행됨을 제안하였다.
희귀 멸종위기 식물인 미선나무를 재료로 기내 증식 및 발근에 미치는 광질 및 절편체(정아지 및 액아지) 효과를 조사하였다. 광질은 냉백색 형광등(F), 100% 청색광 LED(B), 혼합광(BR; 50% blue LED+50% red LED) 및 100% 적색광(R)을 사용하였다. 줄기의 증식은 절편체 종류에 따른 뚜렷한 차이를 보이지 않았으나 광질에 따른 차이를 보였다. 전반적으로 줄기의 증식은 청색광 및 혼합광에서 촉진되는 것으로 나타났으며, 특히 청색광에서는 일부 절편에서 발근이 이루어 졌다. 줄기의 생장 역시 광질에 따른 현저한 차이가 없었다. 적색광에서 줄기 신장이 촉진된 반면 잎의 발달은 저조하였다. 발근은 전반적으로 광질에 관계없이 정아지가 액아지보다 양호하였고, 뿌리수도 증가하였으나 혼합광에서는 발근이 억제되었다. 한편 적색광에서는 뿌리의 발달이 매우 부진하여 다른 광질과 유의적인 차이를 보였다. 발근유도 시 줄기는 주로 단일 줄기로 자랐다. 이상의 결과를 볼 때 LED를 이용한 미선나무의 기내번식은 정아지를 절편으로 청색광 및 혼합광 LED (BR) 하에서 배양함이 좋은 것으로 나타났다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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