• 공업화학
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• 제34권3호
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• pp.207-212
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• 2023

근적외선 흡수 염료는 전통적으로 정보 기록 및 정보 표시 분야에 사용되었을 뿐만 아니라 최근 광학 필터, 바이오, 에너지 저장 및 변환, 코팅 첨가제 등 다양한 응용 분야에 적용되고 있다. 핸드폰이나 디지털 카메라에 사용되는 이미지 센서는 근적외선 영역에서도 감도를 나타내기 때문에 보다 선명한 이미지를 구현하기 위해 근적외선 광학필터가 필수적이다. 에너지 저장 및 변환이 중요해짐에 따라 투명 태양 전지 분야에서는 근적외선 영역까지 흡수 영역을 확장할 수 있도록 다양한 근적외선 흡수 소재가 개발되고 있으며, 이를 이용해 소자 효율을 향상시키는 연구가 진행되고 있다. 미래 모빌리티 기술로 많은 관심을 받고 있는 자기치유 코팅 시스템에 광-열 효과를 갖는 근적외선 흡수 염료가 도입되어 보다 효율적인 자기치유 성능을 구현하는 연구들도 보고되고 있다. 본 총설에서는 대표적인 근적외선 흡수 염료들의 화학 구조들을 소개하고, 근적외선 흡수 염료들을 기반으로 한 최신 응용 연구 동향에 대해 다뤄보고자 한다.

• 공업화학
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• 제33권3호
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• pp.309-314
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• 2022

탄소점은 수 nm 크기의 탄소 기반 나노 입자로서 높은 생체 적합성, 우수한 발광 특성 등의 장점으로 인해 바이오 센서 및 바이오 이미징 등 다양한 분야에 응용되고 있다. 하지만 청색광을 발광하는 대부분의 탄소점은 해당 파장의 빛이 생물학적 조직에 대해서 약한 침투성을 보여주기 때문에 생물 의학 분야에서 응용에 한계가 있다. 이를 극복하기 위해 장파장 영역에서의 형광을 방출하는 탄소점 개발의 필요성이 커지고 있다. 본 연구에서는 p-페닐렌다이아민에 염산을 첨가하여 산화 후 중합시킴으로써 장파장 빛을 발광하는 탄소점을 획득할 수 있었다. 이때 염산의 양에 따라 탄소점의 화학적 구조가 영향을 받음을 적외선 분광과 X-선 광전자 분광 분석을 통해 확인할 수 있었다. 이러한 탄소점의 화학적 구조 변화는 이들의 흡광, 형광, 그리고 형광 수율에 영향을 끼쳤다. 이 연구는 장파장을 가지는 탄소점을 합성함에 있어서 영향을 주는 인자 (산)에 대한 이해를 높일 수 있었으며 이를 기반으로 바이오 센서 등의 다양한 생물의학 분야에 높은 응용 가능성을 가지는 효과적인 탄소점의 설계가 가능할 것으로 보인다.

• 센서학회지
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• 제30권3호
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• pp.139-147
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• 2021

Numerical analysis was performed using FIMMWAVE to optimize the specifications of Si₃N₄/SiO₂ slot and ridge-slot optical waveguides based on confinement factor and effective mode area. The optimized specifications were confirmed based on sensitivity in terms of the refractive index of the analyte. The specifications of the slot optical waveguide, i.e., the width of the slot and the width and height of the rails, were optimized to 0.2 ㎛, 0.46 ㎛, and 0.5 ㎛ respectively. When the wavelength was 1.55 ㎛ and the refractive index of the slot was 1.3, the confinement factor and effective mode area of 0.2024 and 2.04 ㎛², respectively, were obtained based on the optimized specifications. The thickness of the ridge and the refractive index of the slot were set to 0.04 ㎛ and 1.1, respectively, to optimize the ridge-slot optical waveguide, and the confinement factor and effective mode area were calculated as 0.1393 and 2.90 ㎛², respectively. When the confinement coefficient and detection degree of the two structures were compared in the range of 1 to 1.3 of the analyte index, it was observed that the confinement coefficient and sensitivity were higher in the ridge-slot optical waveguide in the region with a refractive index less than 1.133, but the reverse situation occurred in the other region. Therefore, in the implementation of the integrated optical biochemical sensor, it is possible to propose a selection criterion for the two parameters depending on the value of the refractive index of the analyte.

• 센서학회지
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• 제32권4호
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• pp.223-231
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• 2023

An integrated-optical biochemical sensor structure that can perform homogeneous and surface sensing using a 2×2 balanced-bridge Mach-Zehnder interference structure based on the optimized SOI slot optical waveguide was described, and its performance and characteristics were evaluated. Equations for the two output optical powers were derived and examined using the transfer matrices of a 3-dB coupler and phase shifter (channel waveguide). The length of the 3-dB coupler was determined such that the two output optical powers were same using these formulas. In homogeneous sensing, the effect of the refractive index of an analyte in the range of 1.33-1.36 on the two output optical power distributions was numerically derived, and the sensitivity was calculated based on each output and the difference between the two outputs, the former and the latter being 7.5796-19.0305 [au/RIU] and 15.2601-38.1351 [au/RIU], respectively. In the case of surface sensing, the sensitivity range of the refractive index of 1.337 based on each of the two outputs was calculated as -2.2490--3.5854 [au/RIU] and 1.2194-3.8012 [au/RIU], and the sensitivity range of 4.8048-7.0694 [au/RIU] was confirmed based on the difference between the two outputs.

• Journal of Biosystems Engineering
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• 제36권1호
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• pp.23-32
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• 2011

In this work, the finite element method was used to investigate the shifts of resonance frequencies and quality factor of whispering-gallery-mode (WGM) for an opto-fluidic ring resonator (OFRR) biosensor. To describe the near-field radiation transfer, the time-domain Maxwell's equations were employed and solved by using the in-plane TE wave application mode of the COMSOL Multiphysics with RF module. The OFRR biosensor model under current study includes a glass capillary with a diameter of 100 mm and wall thickness of 3.0 mm. The resonance energy spectrum curves in the wavelength range from 1545 nm to 1560 nm were examined under different biosensing conditions. We mainly studied the sensitivity of resonance shifts affected by changes in the effective thickness of the sensor resonator ring with a 3.0 mm thick wall, as well as changes in the refractive index (RI) of the medium inside ring resonators with both 2.5 mm and 3.0 mm thick walls. In the bulk RI detection, a sensitivity of 23.1 nm/refractive index units (RIU) is achieved for a 2.5 mm thick ring. In small molecule detection, a sensitivity of 26.4 pm/nm is achieved with a maximum Q-factor of $6.3{\times}10^3$. These results compare favorably with those obtained by other researchers.

• Journal of Dairy Science and Biotechnology
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• 제31권2호
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• pp.165-170
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• 2013

Milk and dairy products are not only excellent foods for humans, providing plentiful varied nutrients, but are also a good medium for detrimental food-borne pathogens. Although the food safety field has stabilized due to standardization of food processing, such as the hazard analysis critical control point (HACCP), outbreaks and cases caused by food-borne pathogens still occur at high rates. In approximately 30% of cases, the disease-causing pathogenic organism is undetermined. Recently, a biosensor was developed that has a simple and fast response and overcomes the problems of conventional methods such as cultivation, immuno-assay, polymerase chain reaction, and microarray. Due to the high selectivity and sensitivity of optical biosensors, it is a suitable method for the immediate detection of food-borne pathogens in milk and dairy products.

• 한국전기전자재료학회논문지
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• 제19권3호
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• pp.267-272
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• 2006

Optical waveguide based on symmetric and asymmetric Mach-Zehnder interferometer(MZI) type was designed, fabricated and measured the optical characteristics for the application of biosensor. The wavelength of the input optical signal for the device was 1550 nm. And the difference of refractive index was $0.45\;{\Delta}\%$ between core and cladding of the device. The TM(Transverse Magnetic) mode optical properties of the biosensor were analyzed with the refractive index variation of gold thin film deposited for overclad. Nowadays, nano-photonic crystal structures have been paied much attention for its high optical sensitivity. There is a technique to realize the structure, which is called Dip-Pen Nanolithography(DPN) process. The process requires a nano-scale process patterning resolution and high reliability. In this paper, two dimensional nano-photonic crystal array on the surface was proposed for improving the sensitivity of optical biosensor. And the Dip-Pen Nanolithogrphy process was investigated to realize it.

• 한국재료학회:학술대회논문집
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• 한국재료학회 2010년도 춘계학술발표대회
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• pp.12.2-12.2
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• 2010

반도체 소자, 바이오 센서, 태양전지 등에서 집적도 및 소자 성능 향상을 위해서 최근 실리콘 소재를 위주로 한 수직 정렬형 와이어 어레이와 같은 3차원 구조의 소재에 대한 연구가 많이 진행되고 있다. 깊은 반응성 이온 식각법(DRIE: Deep Reactive Ion Etching)과 같은 건식 식각법으로 종횡비가 높은 실리콘 와이어 어레이를 제작할 수 있지만 시간과 공정비용이 많이 소요된다는 단점이 있고 양산성이 없다. 이를 극복하기 위해서 VLS (Vapor-Liquid-Solid)방법이 연구되고 있지만 촉매로 사용되는 금속의 오염으로 인한 소자 성능의 저하를 피할 수가 없다. 본 연구진에서 연구하는 있는 전기화학적 식각법을 사용하면 이러한 문제를 극복하고 매우 정렬이 잘 된 실리콘 와이어 어레이를 제작할 수 있으며 최적 조건을 정립하면 균일하고 재현성 있는 다양한 종횡비의 기판 수직형 실리콘 와이어 어레이를 제작할 수 있다. 또한, 귀금속 촉매 식각법은 금속 촉매를 사용하여 식각을 하지만 VLS 방법과 달리 Top-down 방법을 사용하기 때문에 최종 공정에서 용액에 담구어 귀금속을 식각하여 제거 하면 귀금속 촉매가 실리콘을 오염시키는 일은 배제할 수 있다. 귀금속 촉매 식각법의 경우 사용되는 촉매의 다양화, 포토리소그래피 방법, 그리고 식각 용액의 조성 변화에 따라 다양한 형상의 와이어 어레이를 제작할 수 있으며 이에 대한 결과를 소개하고자 한다. 3차원 실리콘 와이어 어레이를 사용하여 동심원형 p-n접합 와이어 어레이를 제작하면 소수캐리어의 확산거리가 짧아도 짧은 동심원 방향으로 캐리어를 포집할 수 있고 태양광의 입사는 와이어 어레이의 수직 방향이므로 태양광의 흡수도 효율적으로 할 수 있기 때문에 실리콘의 효율 향상을 달성할 수 있다. 이에 대한 본 연구진의 연구결과 및 최근 연구 동향을 발표하고자 한다.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제28권1호
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• pp.1-12
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• 2021

본 논문에서는 레이저 유도에 의한 그래핀 합성 기술 및 이를 이용한 전기/전자 소자 제조 기술과 다양한 소자 제조 기술을 검토하였다. 최근까지 개발되고 있는 3차원 그래핀 구조 활용으로 설계된 마이크로/나노 패턴화는 효율적인 제조공정으로 인하여 많은 각광을 받고 있으며, 차세대 기판 소재로의 응용까지 다양하게 개발되고 있다. 산업에서 요구하는 실제적인 적용 연구의 예들은, 레이저의 파장대역 선택, 출력 조정 및 광 간섭 기술 응용 등의 점진적인 해결방안 논의를 통해 큰 발전 가능성을 보여주고 있다. 기존의 그래핀의 전기/전자 소자 장치로의 응용 확장성은 이미 검증된 바 있으며, 새로운 합성 방식 및 기판 적용 기술은 마이크로 패키징 기술과의 통합 운용으로, 바이오센서, 슈퍼커패시터, 다공성 전기화학 센서 등 응용분야가 매우 다양하다. 본 논문에서 소개하는 레이저 기반 그래핀 가공 기술은 가까운 미래에 휴대형 소형 전자기기 및 전자 소자에 쉽게 적용 가능하리라 사료된다.

• 한국광학회지
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• 제33권6호
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• pp.331-337
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• 2022

비탄성적 산란에 의한 빛의 방출 현상을 이용한 라만 분광법 기술은 무표지 방식으로 분자를 식별하는 기술로 바이오 의학 및 재료 산업에 이르기까지 다양한 분야에서 연구되고 있다. 광프로브 기반 라만 분광기는 국소 부위의 화학 분석을 최소 침습 방식으로 측정할 수 있어 수술 중 실시간 진단 기술로 적용할 수 있는 가능성을 내포하고 있다. 본 연구에서는 화학 물질의 농도별 변화에 따른 라만 신호의 변화를 살펴보아 라만 실험 장치의 캘리브레이션을 진행하였으며, 정상 쥐와 아밀로이드 베타 플라크가 축적된 5xFAD 치매성 돌연변이 모델의 대뇌 조직을 대상으로 라만 신호 특성을 측정 및 비교 분석하여 알츠하이머씨 병의 진단을 위한 가능성을 탐구하였다. 또한 대표적인 치매 원인 물질인 아밀로이드 베타에 대한 라만 신호 측정을 병행하여 치매 진단에 대한 적용을 교차 검증하였다. 본 라만 분광법 연구를 통해 치매 진단에 있어 기존문진 검사 및 뇌 영상 진단을 대체하여 정밀하게 판별할 수 있는 하나의 진단 지표로서의 가능성을 보았으며, 추후 뇌신경계뿐만 아니라 인체의 다양한 장기 및 질병에 적용시켜 물리·공학·화학 등 다양한 연구분야에서의 원천기술로 활용될 수 있을 것으로 생각된다.