• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2012년도 제42회 동계 정기 학술대회 초록집
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• pp.106-106
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• 2012

인체 내 소량의 생체성분을 감지하는 바이오센서 기술은 질병 진단뿐만 아니라 예방 및 관리로 의료서비스 확대 및 의료비 감소 효과를 가져올 수 있는 기술이다. 광 바이오센서는 광학적인 측정방법을 이용하여 다양한 생화학물질들의 상호 반응을 검출해 낼 수 있는 바이오센서로 현재 활발하게 연구가 진행되고 있다. 일반적으로 형광물질, 발색물질 등의 발광물질을 인식물질에 표지하여 인식물질과 분석물질과의 반응 유무를 표지된 발광물질의 광 신호를 감지하여 분석물질을 검출해내는 표지식 광 바이오센서 기술이 상용화되고 있다. 그러나 이러한 분석 방법은 민감도는 우수하지만 분석 시간이 매우 느리고, 고가의 분석 장비를 필요로 하는 단점들을 가지고 있다. 이러한 단점들을 극복하기 위하여 생화학 반응 유무를 표지물질 없이 광학적 방식으로 직접 측정해내는 비 표지식 광 바이오센서 기술이 최근 들어 많이 연구되고 있다. 본 논문에서는 비표지식이면서 분광기 없이 분석 가능한 공진 반사광 바이오센서 기술에 관한 내용을 소개하고자 한다. 공진 반사광 바이오센서는 광파장 이하의 주기를 가진 주기적 공진 격자 표면에서 일어나는 항원-항체 반응에 대한 공진 반사 파장을 측정하여 원하는 바이오물질을 고감도로 검출할 수 있는 바이오센서이다. 또한, 인체 내장을 위하여 플렉시블 기판 상에 GaN LED를 집적하여 전립선암 바이오 마커 검출에 대한 결과를 소개하고자 한다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2014년도 제46회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.127-127
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• 2014

인체 내 소량의 생체성분(혈액, 소변 등)을 감지하는 바이오센서 기술은 질병 진단뿐만 아니라 예방 및 관리로 의료서비스 확대, 개인 맞춤형 진료 및 의료비 감소 효과를 가져올 수 있는 기술이다. 광바이오센서는 광학적인 측정방법을 이용하여 다양한 생화학물질들의 상호 반응을 검출해 낼 수 있는 바이오센서로 현재 활발하게 연구가 진행되고 있다. 광 바이오센서는 생체성분 내에 존재하는 전하를 가진 많은 이온들 및 Salt 농도 등에 영향을 받지 않기 때문에 나노 와이어를 이용한 FET (field-effect transistor)형 바이오센서에 비해 많은 장점을 가지고 있다. 일반적으로 광 바이오센서는 형광물질, 인광물질, 발색물질, 방사선 물질 등의 발광물질을 인식물질에 표지하여 인식물질과 분석물질과의 반응유무를 표지된 발광물질의 광학 신호를 감지하여 분석물질을 검출해내는 표지식 광 바이오센서 기술이 상용화되고 있다. 그러나 이러한 분석 방법은 민감도는 우수하지만 분석 시간이 매우 느리고, 고가의 분석 장비 및 복잡한 제조 공정 등의 단점들을 가지고 있다. 이러한 단점들을 극복하기 위하여 생화학 반응 유무를 표지물질 없이 광학적 방식으로 직접 측정할 수 있는 비표지식 광 바이오센서 기술이 최근 들어 많이 연구되고 있다. 본 논문에서는 광파장 이하의 주기를 가진 주기적 공진 격자 표면에서 일어나는 바이오 항원-항체 반응에 대한 공진 반사 파장을 측정하여 생체성분 내에 존재하는 바이오 항원을 고감도로 검출할 수 있는 비표지식 공진반사광 바이오센서 기술을 소개하고자 한다. 공진반사광 바이오센서를 이용하여 human serum내에 존재하는 심근경색 마커인 troponin I (cTnI), creatine kinase MB (CK-MB), myoglobin (MYO)을 0.1 ng/mL 이하의 농도까지 고감도로 측정할 수 있었다.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2006년도 하계학술대회 논문집 Vol.7
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• pp.400-401
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• 2006

광-바이오센서로 이용하기 위해 광섬유 형태의 마흐-젠더 간섭계와 측면 연마된 광섬유를 결합한 구조를 제안하였고, 이를 제작 및 특성 평가하였다. 마흐-젠더 간섭계 구성은 1310nm와 1550nm 파장에서 광 파워 분기비가 50:50인 $2{\times}2$ 광커플러 2개를 제작하여 구성하였으며, 센서부로는 측면 연마한 광섬유를 이용하였다. 제작된 광섬유 형태의 마흐-젠더 간섭계 센서의 센서부 표면에 다양한 굴절률 용액을 이용하여 광학적 특성을 평가하였다.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2005년도 하계학술대회 논문집 Vol.6
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• pp.381-383
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• 2005

바이오센서 응용을 위한 대칭 및 비대칭 마하젠더 간섭계 광도파로 소자의 설계, 제작 및 광학적 응답특성을 평가하였다. 설계 제작된 광도파로 소자의 압력광원은 각각 1550nm와 632.8nm이고, 코어와 클래딩의 굴절률차는 0.45 $\Delta$%로 설계 제작하였다. 센서부(상위 클래드)의 금 박막의 미소 굴절률 변화에 따른 TE, TM모드의 특성을 분석하였다. 센서의 보다 높은 감도 개선을 위한 나노-광자결정 구조가 주목받고 있는데, 광자결정 구조의 구현를 위한 리소그래피 공정은 높은 분해능과 신뢰성 있는 나노스케일의 공정이 요구된다. 광-바이오센서의 감도 개선을 위해 센서부 표면에 2차원 나노-광자결정 배열을 제안하고 이를 구현하기 위한 Dip-Pen Nanolithography 공정에 대해 고찰하였다.

• 한국정보통신설비학회:학술대회논문집
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• 한국정보통신설비학회 2009년도 정보통신설비 학술대회
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• pp.364-366
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• 2009

광 바이오 센서 시스템에서 Trans-Impedance amplifier (TIA)는 광검출기로부터 입력단으로 들어오는 미세한 전기 신호를 원하는 신호레벨까지 증폭하는 역할을 한다. TIA는 광 바이오 센서 시스템의 감도 (sensitivity)를 결정하는 매우 중요한 회로로 저잡음, 저전력, 낮은 입력 임피던스 등의 특성이 요구되어진다. 본 논문에서는 광 바이오 센서 시스템에서 요구되어 지는 저전력, 저잡음 성능을 구현하기 위하여 regulated cascode (RGC) TIA를 설계하였다. 본 연구에서는 기존 common gate (CG) 기법의 TIA에서 전류원 역할을 하는 current source를 저항으로 대체하고, local feedback stage를 이용하는 RGC TIA를 저잡음, 저전력 특성 및 회로 면적 감소의 장점을 갖도록 설계하였다.

• 한국광학회:학술대회논문집
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• 한국광학회 2009년도 동계학술발표회 논문집
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• pp.387-388
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• 2009

바이오포토닉스는 생물학과 포토닉스의 융합학문으로 특히, 최근 바이오이미징기술, 광바이오센서, 광조절 및 바이오칩의 광학센서시스템 및 광학집게 개발등에 큰 관심을 받고 있고 다양한 융합연구를 창출하고 있다. 미세기전시스템(MEMS: Microelectromechancial system)은 센서나 구동기를 초소형화 하기 위해 매우 유용한 기술로서 지난 10여년간 광통신분야에서 미세광학소자 및 집적광통신 반도체소자개발에 응용되어왔다. 최근 이러한 MEMS 기술을 이용하여 고감도 바이오센서나 고분해능, 실시간 바이오 이미징시스템을 초소형하는 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 연구에서는 바이오포토닉스 응용을 위한 광학소자의 초소형화 기술의 장점과 응용가능분야에 관해 소개하고자 한다.

• 광학세계
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• 통권110호
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• pp.58-66
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• 2007

고기능 CMOS 이미지 센서는 현재 차재나 시큐리티 등의 응용을 목표로 실용화 개발이 활발히 이루어지고 있다. 그리고 정보통신으로의 응용도 가시광통신 등의 보급에 따라 이후 연구가 활발해질 것으로 생각된다. 바이오 의료 관계는 아직 연구단계에 있지만, 앞으로 고령화 사회가 도래할 것을 생각하면 필요한 기술이라고 할 수 있다. 단 실제 장착기술뿐 아니라 윤리적인 면도 포함하여 난제가 산재해있어 지금부터 착실한 연구개발이 필요하다. 앞으로의 발전에 기대가 된다. 본 고에서는 이러한 고기능 CMOS 이미지센서의 보고 예에 대해 차재.시큐리티 응용에서는 광다이나믹레인지화, 3차원거리계측에 대해, 정보통신기술응용에서는 광ID태그, 광무선LAN을 기술하겠다. 그리고 바이오의료응용으로서 바이오이미징과 인공시각에 대해서 서술하고, 마지막으로 앞으로의 전망에 대해서 정리하겠다.

• KSBB Journal
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• 제17권2호
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• pp.158-161
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• 2002

본 연구에서는 화학무기, 농약 등에 사용되는 신경독성물질인 유기인화합물의 측정을 위하여 유기인화합물의 효소반응 저해작용을 이용한 광바이오센서장치의 시제품을 제작하였다. 효소반응을 위하여 효소로는 신경세포의 필수효소인 acetylcholinesterase, acetylthiocholine iodide을 사용하였으며 효소반응의 저해제인 유기인화합물로는 paraoxon을 사용하였다. 센서의 폭정원리는 유기인화합물에 의해 저해된 효소반응정도를 효소반응의 생성물인 아세트산의 정량적 측정으로 분석하였으며, pH에 의하여 최대 흡광파장의 변화가 일어나는 litmus를 사용하여 흡광도 측정으로 아세트산의 정량분석을 수행하였다. 광바이오센서 시제품의 제작은 광원으로 고취도 LED와 광세기 측정을 위한 photodiode로 구성하였으며, 제작된 센서를 이용한 실험결과로부터 0 ppm에서 2 ppm의 paraoxon 농도에서 구성된 센서시스템의 선형적 신호 변화를 관찰하였다. 이상의 실헐결과로부터 광바이오센서 시제품은 2분의 반응시간으로 신속하고 정확한 유기인화합물의 정량분석이 가능함을 확인하였다.

• 기계와재료
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• 제23권2호
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• pp.48-53
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• 2011

나노 기술을 바이오 분야에 접목하면 기존의 샘플 재취 및 분석시간, 분석 환경 등의 한계를 극복하여 현장진단, 실시간 진단 등이 가능한 고기능 바이오센서 개발이 가능해진다. 나노와이어 기반 바이오센서는 합성과정에서 전자 특성을 쉽게 제어할 수 있고, 용액내에서 바이오 및 화학물질을 감지하는 성능이 탁월하여 빠른 응답시간, 고감도, 고선택성 등의 동작특성이 향상될 수 있고, 집적화된 센서소자구현이 가능하다. 나노 바이오센서는 의료 분야뿐만 아니라 환경, 시설유지, 에너지관리, 공업프로세스 등 다양한 응용분야를 가지고 있다, 본 논문에서는 여러 나노 구조체 중에서도 전기화학 증착방법을 이용한 나노와이어의 기술적 특징과 합성방법, 전기적 센싱 시스템에 대해서 알아보고, 앞으로 개선되어야 할 사항들에 대해서 살펴보았다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2012년도 제43회 하계 정기 학술대회 초록집
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• pp.311-312
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• 2012

본 발표에서는 광학적 분석 시스템에 적용 가능한 발광소자(광원)과 수광소자(광센서)를 집적화시키는 모듈(수 발광 집적모듈) 기술을 제시하고자 한다. 이러한 수-발광 집적모듈은 다양한 응용 분야에 적용 될 수 있다. 예를 들어, 광신호 감지를 위한 광통신용 송-수신 모듈(optical communication), 의료/진단 분야에서 단백질/DNA/박테리아 등의 검출 및 분석에 관한 바이오 센서(bio-sensor), 그리고 대기(가스)/수질 모니터링에 관한 환경센서 등 매우 광범위한 분야에 해당되는 요소 기술이라 할 수 있다. 특히, 이들 분야들 중 바이오 물질을 분석하고 검출하는 광학적 바이오 센서 기술은 높은 경제적 가치와 산업적 성장 잠재력으로 인해 오랫동안 활발한 연구가 진행되어 오고 있다. 이러한 광학적 바이오 센서에서 가장 범용적인 방법 중 하나가 항온-항체 면역반응을 기반으로 하는 형광 검출(fluorescence detection) 기법이다. 이러한 시스템은 전체적으로 광원, 광학계, 그리고 센서로 구성되는데 기존에 일반적으로 사용되고 있는 형광 현미경의 경우는 민감도가 우수하다는 장점은 있으나 상당히 고가이고 부피가 크며 복잡한 광학구성으로 이루어져 있다는 한계점을 가지고 있다. 이러한 맥락에서 고민감도를 확보하면서 휴대성, 고속처리, 저가 등의 특성을 가진 시스템에 대한 요구가 갈수록 증가하고 있다. 이를 해결하기 위한 핵심기술 중의 하나가 수-발광 부분을 집적화 시키는 기술이라 할 수 있다. 본 연구에서는 바이오 센서 기술의 하나로서 형광을 측정하여 혈액내의 진단 지표인자를 검출할 수 있는 휴대용 혈액진단기기에 적용되는 소형 수 발광 집적 모듈을 개발하였다. 혈액내의 검출 성분의 양에 따라 형광의 세기가 변화하게 됨으로써 정량적인 검출이 가능한 원리이다. 모듈의 구조는 크게 광원(발광소자), 광학계, 그리고 광센서(수광소자) 세 영역으로 나누어 진다. 광원은 635 nm 적색 레이저다이오드로서 형광체(Alexa Fluor 647/발광파장: 668 nm)를 여기 시키는 기능을 하며 장착된 볼렌즈 의해 샘플의 형광체 영역으로 집광된다. 광학계는 크게 시준렌즈(collimating lens)와 광학필터로 구성됨으로써 샘플로부터 발생되는 광을 적절하게 수광소자로 전달하는 기능을 하게 된다. 여기서 광학필터의 경우는 기본적으로 Distributed Bragg's Reflector(DBR) 구조로써 실리콘(Si) 포토다이오드 상부에 모노리식(monolithic)하게 형성되며 검출 샘플로부터 진행되는 레이저 광(잡음의 주원인)은 차단하고 형광(광신호)만 통과 시키는 기능을 하게 된다. 따라서 신호 대 잡음비(S/N ratio)를 향상시키기 위해서는 정밀한 광 필터링 기능이 요구됨으로써 박막의 세밀한 공정 조건과 구조적-광학적 특성 분석이 수행되었다. 마지막으로 포토다이오드 소자는 일반적인 구조 이외에 중앙에 원형 구멍이 형성된 특별한 구조가 적용된다. 이것은 포토다이오드 구조에 변화를 줌으로써 모듈 구조를 효율적으로 응용할 수 있다는 의미를 갖는다. 또한 포토다이오드의 전기적-광학적 측정 분석을 통해 잡음 및 감도 특성이 세부적으로 조사되며 형광신호를 효과적으로 측정할 수 있음을 확인하였다. 최종적으로 제작된 모듈은 약 $1{\times}1{\times}1cm^3$ 내외 정도의 크기를 갖는다. 요약하자면 본 발표에서는 광학적 바이오센서에 적용할 수 있는 소형 수-발광 소자 집적모듈을 소개한다. 전체 모듈 설계는 최소한의 부피를 가짐과 동시에 측정의 정밀성을 향상시키는데 초점을 맞추어 진행하였다. 세부요소인 광학필터와 포트다이오드의 경우 잡음 및 민감도에 미치는 중요성 때문에 세밀한 공정 및 특성분석이 수행되었다. 결론적으로 독자적인 설계 및 공정을 통해 휴대성 및 정밀성 등의 목적에 부합한 경쟁력 있는 수-발광 소자 집적모듈 제작 기술을 확보하였다.