• 디지털융복합연구
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• 제15권11호
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• pp.231-243
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• 2017

본 논문은 전기적 감지 방식 바이오센서의 개념을 리뷰하고, 의류 및 텍스트 기반의 바이오센서의 연구 사례를 조사하였다. 생체 신호를 측정 할 수 있는 바이오센서는 생물학적 감지 물질을 이용하여 생물학적 물질의 물리적, 화학적 특성을 감지하는 장치이다. 따라서 바이오센서를 사용하여 생체신호를 측정할 수 있는 웰니스 의류는 U-Health 서비스를 제공하는데 중요한 역할을 한다. 기존 센서와 다르게 바이오센서의 차별화된 특징은 선택적 반응과 생물학적 물질의 결합을 사용한다는 점이다. 이러한 바이오센서 중 전기적 감지 바이오센서는 전기 신호의 처리로 인해 크기가 매우 작아 유비쿼터스 환경을 조성하는데 이용될 수 있다. 따라서 웰니스 의류를 개발하기 위해 소형화가 쉬운 전기적 감지 바이오센서를 연구할 필요가 있다. 본 논문에서는 전기적 감지 바이오센서(전기화학적 방식, 나노와이어/탄소나노튜브 기반 FET 방식)에 대해 자세히 기술하였다. 마지막으로, 이러한 고찰을 통해 향후 웰니스 의류에 적용 가능할 바이오센서의 기술개발 방향을 제언하였다.

• 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.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2015년도 제49회 하계 정기학술대회 초록집
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• pp.213.1-213.1
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• 2015

Field effect transistors (FETs)를 기반으로 한 바이오센서는 빠른 응답속도, 저비용, label-free 등을 이유로 각광받고 있다. 그러나 3D 구조를 기반으로 한 FETs 바이오센서의 낮은 sensitivity의 한계점을 지니며, 이를 극복하기 위해 1D 구조의 나노튜브 등을 활용하였으나 여전히 높은 sensitivity의 확보는 힘들다. 최근에는 이러한 문제점을 극복하기 위해 이차원 반도체 물질 중 하나인 Transition metal dichalcogenide (TMD)를 이용하여, 700 이상의 sensitivity를 지니는 pH센서 및 100 이상의 sensitivity를 지니는 바이오센서가 보고되었다. 하지만 이보다 더 높은 정확성 및 반응성을 높이기 위한 연구는 부족한 실정이다. 우리는 DNA 템플릿을 이용하여, TMD FET 기반 pH 및 바이오센서의 반응성을 극대화시키는 연구를 선보인다. DNA는 7~8정도의 유전상수 (K)를 가지는 물질로 기존 $SiO_2$(K=3.9)보다 높은 유전상수를 가지며 두께를 0.7 nm로 매우 얇게 형성할 수 있는 장점이 있다. 이는 FET 기반 바이오센서의 표면 캐패시턴스를 높여 sensitivity를 극대화할 수 있으며, 기존에 사용된 high-k 기반 바이오센서와 비교하여도 약 10배 이상의 sensitivity 향상을 노릴 수 있다. 또한, TMD 물질로 우리는 $WSe_2$를 선택하였으며, pH 용액의 receptor로써 우리는 3-Aminopropyltriethoxysilane (APTES)를 활용하였고, 템플릿으로 사용된 DNA는 DX tile 및 Ring type의 두 가지를 사용하였다. 추가로, DNA의 phosphate backbone을 중성화시키고 DNA의 base pairing의 charge 안정화를 위해 구리 이온($Cu^{2+}$) 및 란타넘족($Tb^{3+}$)을 추가하였다. 완성된 바이오센서의 pH 센싱을 위해 우리는 pH 6,7,8의 표준 용액을 사용하였으며, 재현성 및 반복성의 확인하였다.

• 한국정보통신학회:학술대회논문집
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• 한국해양정보통신학회 2008년도 춘계종합학술대회 A
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• pp.898-901
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• 2008

센서 네트워크와 CMOS 이미지 센서를 사용하여 바이오센서 활동량을 측정할 수 있는 모듈을 개발하였다. 수중의 물벼룩, 물고기와 같이 살아있는 대부분 생물체는 수질을 모니터링 하는 바이오센서로 자주 사용된다. 바이오센서의 활동량은 수질에 의해 변화한다. 개발된 바이오센서의 측정 모듈은 기존의 장치에 쉽게 인터페이스 할 수 있다.

• E2M - 전기 전자와 첨단 소재
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• 제17권4호
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• pp.16-22
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• 2004

최근 나노기술의 발달로 다양한 나노구조체가 제작되었으며, 이러한 나노구조체를 바이오센서에 응용하고자하는 연구가 매우 활발하게 진행되고 있다. 나노구조체가 바이오센서 물질로 관심을 끄는 이유는 검출하고자하는 표적물질의 크기가 일반적으로 나노구조체의 크기와 비슷하므로 감도가 매우 좋은 센서의 제작이 가능할 뿐 아니라 센서의 소형화 및 집적화가 가능하기 때문이다.(중략)

• 한국농업기계학회:학술대회논문집
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• 한국농업기계학회 2003년도 하계 학술대회 논문집
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• pp.434-439
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• 2003

바이오센서는 특정 물질과 선택적으로 결합하여 전기 신호를 발생시킬 수 있는 소자로 구성되어 있다. 감응 물질에 따라 효소 센서, 미생물 센서, 항원/항체 반응을 이용한 센서들이 있으며, 분석 대상 물질에 대해서 선택적으로 감응한다. 따라서, 바이오센서는 특정 물질의 정량에는 우수한 성능을 발휘하고 있으며, 이에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 그러나, 향기, 주류, 음료 등의 다양한 성분이 혼합되어 있는 시료들은 각 성분의 복합적인 영향에 의해서 품질이 표현되기 때문에, 바이오센서의 적용은 한계를 가지고 있다. (중략)

• 한국정보통신학회논문지
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• 제12권5호
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• pp.930-936
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• 2008

유전자 알고리즘을 이용하여 바이오센서의 활동량을 측정하는 CMOS 이미지 모니터링 시스템을 개발하였다. 수중의 물벼룩, 물고기와 같은 살아있는 대부분 생물체는 수질을 모니터링하는 바이오센서로 자주 사용된다. 이미지 센서에 의해 바이오센서의 활동량의 측정은 이미지를 얻는 방법에 따라 다르게 측정됨으로 매우 어렵다. 제안된 모니터링 시스템은 유전자 알고리즘을 사용하여 바이오센서 활동량을 최적으로 측정할 수 있다. 그리고 이 시스템은 FPGA로 되어 있어 가격과 성능 면에서 우수한 작은 하드웨어로 구현된다.

• 한국정보통신학회:학술대회논문집
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• 한국정보통신학회 2012년도 추계학술대회
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• pp.822-824
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• 2012

21세기는 유전자, 질병검사를 통해 질병 예방, 예후 관리, 재택 및 원격 진료 시스템을 구축하여 초고감도, 실시간으로 환자의 건강 상태를 모니터링 하고, 진단, 처방할 수 있는 IT/BT/NT를 결합한 유비쿼터스 의료 시스템이 대두할 것으로 기대되고 있다. 유비쿼터스 의료 시스템의 핵심적인 역할을 할 것으로 기대되는 바이오센서는 측정 기술로서 획기적인 발전을 거듭하고 있으며 생물학, 화학, 의학, 전자, 물리, 컴퓨터, 기계 공학 등 최첨단 학문의 관련 기술이 복합적으로 융합되면서 실용화에 필요한 요소 기술들이 접목되고 점점 소형화, 시스템화 되어 가고 있는 추세이다. 특히 SiNW(silicon nanowire) 바이오센서 같은 경우 양쪽의 전극이 소스와 드레인 역할을 하고 SiNW receptor가 검출대상과 결합하면 게이트 역할을 하게 된다. 불순물의 농도에 따라 전기적 특성이 결정되는데 검출하고자하는 대상이 receptor와 결합하게 되면 마치 MOS에서 게이트에 전압을 인가한 동작과 같은 역할을 하게 되어 소소와 드레인 사이에 채널이 형성되고 하나의 저항처럼 동작하게 된다. 본 논문에서는 기존의 MOS를 이용하여 현재 전자소자나 바이오센서 등 많은 분야에서 응용되고 있는 SiNW 바이오센서의 기능과 유사하게 피드백 회로를 통해 구현하였다. 피드백 회로의 정상 작동 확인과 SiNW 바이오센서의 역할을 대체한 MOS 소자의 정상 작동을 확인을 위해 블루투스 통신을 이용하여 모니터에 전압 값을 표시한다.

• 한국정보과학회논문지:컴퓨팅의 실제 및 레터
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• 제13권7호
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• pp.433-441
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• 2007

바이오센서는 생명공학 또는 의학 분야에서 사용되는 인간의 생체 신호를 감지할 수 있는 센서들로 의료기기에 주로 사용되는데, 최근 MEMS 기술의 발달로 작은 크기의 하드웨어에 센서 인터페이스, 프로세서, 무선통신, 배터리 등을 포함한 모듈을 센서노드(모트 : Mote)들로 구성된 센서기반 네트워크에서 바이오센서 네트워크로 응용분야를 확장하고 있다. 이에 본 논문에서는 바이오센서 기술과 센서네트워크 기술을 융합한 기술인 바이오 센서네트워크를 활용한 응급 구조 시스템의 설계 및 구현을 제안한다. 제안된 시스템에 사용된 바이오센서는 근전도(EKG), 혈압(Blood Pressure), 맥박(Heart Rate), 산소포화도(Pulse Oximeter), 혈당(Glucose)센서들로, 바이오센서에서 측정된 생체 신호를 센서네트워크 모트를 통해 데이타를 수집하고, 수집된 데이타를 이용하여 건강관리 측정 데이타로 활용하였으며 측정된 데이터는 무선단말기(PDA, 휴대폰), 전자액자 디스플레이장치 등에서 확인 가능하도록 구성하였다. 아울러, 제안한 u- 응급 구조 시스템의 유효성을 실험하기 위해서 사용자의 바이탈사인 정보와 주변 환경정보를 고려한 실험을 수행하였다.