• Proceedings of the KIEE Conference
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• 2005.07c
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• pp.2407-2409
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• 2005

본 논문에서는 다양한 생물분자 감지를 위한 센서로 마이크로캔틸레버를 제안하였고 이것을 이용해 여러 생물 분자들을 광학적, 전기적으로 분석하였다. 마이로캔틸레버는 표면 미세 가공 기술로 제작되었고, 이러한 제작 방식은 공정이 간단하고 비용이 적게 들며 센서 array가 가능하다는 장점을 갖는다. 생물분자를 포함하는 용액을 주입하기 위하여 PDMS와 fused silica glass를 이용해 fluid cell system을 제작하였다. 마이크로캔틸레버 상단의 gold가 코팅된 부분에서 생물분자의 자기조립 (self assembly)현상이 일어나고 이는 마이크로캔틸레버 상, 하단의 표면 스트레스 차이를 야기 시킨다. 이로 인해 마이크로캔틸레버 자체의 휘어짐 현상이 일어나게 되고 이러한 휘어진 정도를 측정함으로써 마이크로캔틸레버의 생물분자 감지능을 확인할 수 있었다. Cystamine dihydrochloride와 glutaraldehyde 분자를 분석하였고 각기 다른 농도의 cystamine dihydrochloride 용액에서도 실험함으로써 농도별 감지능 또한 확인하였다. 이러한 생물분자 감지를 위한 마이크로캔틸레버의 센서로써의 성능은 u-TAS 와 lab-on-a-chip에서 유용히 이용될 수 있으리라 확신한다.

• Proceedings of the KIEE Conference
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• 2006.07c
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• pp.1647-1648
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• 2006

화학적, 생물학적 분석, 즉 특정 물질의 존재 유무를 측정하기 위해 마이크로캔틸레버라는 구조체를 제작하여 이를 바이오센서로 응용하였다. 마이크로캔틸레버의 장점은 분석하고자 하는 시료의 양이 적더라도 감지가 가능하고 이를 통하여 분석시간을 단축할 수 있다는 장점을 가지고 있다. 마이크로캔틸레버 구조물 제작을 위해 보편적으로 많이 이용되는 bulk 미세 가공 기술을 대신하여 표면 미세 가공기술을 이용하였다. 이러한 표면 미세 가공기술은 bulk 미세 가공기술에 비해 공정이 간단하고 값이 싸다는 장점이 있다. 또 액상 실험을 위하여 polydimethylsiloxane (PDMS)와 fused silica glass를 사용한 유체 제어 시스템을 제작하였다. 본 연구에서는 자기조림 이라는 특성을 이용하여 생물분자를 유체 제어 시스템 내의 마이크로캔틸레버 상단에 immobilization 시킨 후 마이크로캔틸레버 상, 하단의 표면 스트레스 차이에 따른 마이크로캔틸레버 자체의 휘어지는 정도를 측정하였다. 이러한 휘어지는 현상을 관찰함으로서 마이크로캔틸레버의 바이오센서로 응용 가능성을 확인한 수 있었다.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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• v.41 no.6
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• pp.483-489
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• 2017

An ultrasonic technique was developed to characterize the resonance behavior of a microcantilever operating in a megahertz regime. A high-power ultrasonic pulser and a contact transducer were employed to excite the silicon microcantilever, and a Michelson interferometer was used to obtain the time domain waveform. The natural frequency of the microcantilever was evaluated through the fast Fourier transform of the signal, and a numerical analysis using the finite element method confirmed the measurement data. The present study proposes a novel and facile method to evaluate nanoscale materials and structures with high sensitivity compared to conventional approaches.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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• v.36 no.9
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• pp.961-964
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• 2012

This paper presents a sensing system to measure the deflection of a microcantilever in an atomic force microscope. In general, the optical lever method and interferometry are used for the sensing system; however, their size and cost leaves considerable room for improvement. Therefore, we used an optical pickup head whose operating principle is based on the astigmatism of the commercial optical disk drives. The developed sensing system was applied to a laboratory atomic force microscope, and satisfactory results were obtained.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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• v.39 no.5
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• pp.461-466
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• 2015

Atomic force microscopy (AFM) is powerful tool for determining properties of samples based on interactions between the sample surface and an approaching probe tip. In this study, we modeled the interactions between the sample and the tip of the AFM microcantilever as a single nonlinear spring with an equivalent stiffness element and simulated the dynamic behaviors of the AFM microcantilevers using the finite element method (FEM) and ANSYS software. With the simulation results, we analyzed the complex dynamic responses of the AFM cantilever using proper orthogonal decomposition (POD). In addition, we compared the simulation and experimental results using the same method. Consequently, we suggest an effective method to express the interaction between the tip and sample, and we confirm that the influence of the higher order model due to the interaction between the tip and sample is increased.

• Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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• v.31 no.5
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• pp.487-493
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• 2011

Alpha fetoprotein(AFP), which is serological marker for hepatocellular carcinoma, was quantitatively measured by its normal concentration, 10 ng/ml, with a label-free piezoelectric microcantilever mass sensor. The principle of detection is based on changes in the resonant frequency of the piezoelectric microcantilever before and after target molecules are attached to it, and its resonant frequency is measured electrically using a conductance spectrum. The resonant frequency of the developed sensor is approximately 1.34 MHz and the mass sensitivity is approximately 175 Hz/pg. The sensor has high reliability as mass sensor by reducing the effect of surface stress on resonant frequency due to attached proteins. 'Dip and dry' technique was used to react the sensor with reagents for immobilizing AFP antibody on the sensor and detecting AFP antigen. The measured mass of the detected AFP antigen was 6.02 pg at the concentration of 10 ng/ml, and 10.67 pg at 50 ng/ml when the immunoreaction time was 10 min.

• Proceedings of the KIEE Conference
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• 2011.07a
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• pp.1698-1699
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• 2011

본 연구는 압전 마이크로캔틸레버 및 생체물질 리셉터를 이용한 인공 후각 장치에 대한 연구이다. 기존의 인공 후각 장치는 폴리머 리셉터를 이용하여 선택적인 감별이 어려웠으나, 본 연구에서 적용된 펩타이드 바이오폴리머 리셉터의 적용을 통해 DNT가스에만 선택적으로 결합하는 후각센서의 개발이 가능하였으며, 이를 통해 인공후각 시스템의 응용가능성에 대해 논하고자 한다.

• Journal of the Korean Ceramic Society
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• v.38 no.7
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• pp.634-638
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• 2001

본 연구에서는 마이크로 내시경용 바이오 센서로 응용하기 위한 Al/PZT/RuO$_2$로 이루어진 마이크로 캔틸레버를 제작하였으며, 공진 특성 및 병원체의 흡착에 따른 공진 특성 그리고 검출 감도(sensitivity)에 미치는 구조적인 영향을 전산모사를 통하여 알아보았다. 길이 100$mu extrm{m}$, 폭 50$\mu\textrm{m}$, 두께 0.3$\mu\textrm{m}$/0.25$\mu\textrm{m}$/0.7$\mu\textrm{m}$ (Al/PZT/RuO$_2$)의 크기의 제작된 마이크로 캔틸레버는 89kHz의 공진주파수를 가지고 있음을 전산모사를 통해 알 수 있었다. 바이오 센서로 응용될 때의 검출 감도는 흡착 질량의 증가에 비례하여 향상되었으며, 5% 이상의 검출 감도를 갖기 위해서는 흡착 질량이 약 5 나노그램 이상이 되어야 함을 확인할 수 있었다. 캔틸레버의 크기를 결정하는 길이, 폭, 두께중 사용 주파수 대역은 길이의 조절을 통하여 결정할 수 있고, 검출 감도의 향상을 위해서는 가능한 한 두께를 얇게 해야 함을 알 수 있었다. 반면에 폭의 변화는 공진주파수나 검출 감도에 거의 영향을 미치지 않았다.

• Proceedings of the KIEE Conference
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• 2002.07c
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• pp.1988-1990
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• 2002

마이크로 바이오칩용 미세 무게 감지 소자를 개발하기 위해 통상적인 MEMS 공정에 PZT sol solution을 함침하여 binder로서 적용하는 복합적인 스크린 인쇄 방법을 적용해 $800-850^{\circ}C}$의 비교적 저온에서 높은 소결밀도와 우수한 전기적인 특성을 가지는 PZT-0.12PCW 후막 구동형 캔틸레버 소자를 Pt/$TiO_2$/YSZ/$SiO_2$/Si 기판에 제조하였다. 제조된 PZT-0.12PCW 후막 구동형 캔틸레버 소자의 공진 주파수와 변위를 레이저 미소 변위 측정 시스템을 이용하여 공기 중 및 액체 중에서 측정함으로써 캔틸레버 크기에 따른 공진 특성 변화, 액체 내에서의 댐핑 효과 등을 분석할 수 있었다. 또한 Au를 증착하거나biotin-streptoavidin 반응을 통해 단백질을 고정화시켜 무게변화를 야기시킨 후 소자의 감도를 평가함으로써 PZT-0.12PCW 후막 구동형 캔틸레버를 우수한 성능의 바이오칩용 미세 무게 감지 소자로 응용할 수 있음을 알 수 있었다.

• Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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• 2007.11a
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• pp.606-611
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• 2007

Proper orthogonal decomposition (POD) is a method for extracting bases for modal decomposition from the ensemble of dynamic signals. Using the POD method, we analyzed the proper orthogonal modes (POMs) of AFM microcantilevers in dynamic mode operations such as Tapping Mode. The POMs and POVs (proper orthogonal values) were computed through MATLAB simulation for the 5-mode model of the microcantilever. We found that the POV portion of the higher POMs of the tapping microcanilever slightly increased in comparison with no tapping. This implies that the modal energy in the fundamental mode can be transferred to the higher modes during tapping.