본 논문에서는, 편광측정법에 의한 광섬유 전류 센서(P-FOCS)를 실험·제작하여, 실제 필드에 적용할 수 있는 P-FOCS의 상용화 가능성에 대하여 연구하였다. P-FOCS는 인가된 전류에 의해 발생한 자기장에 비례하는 Faraday 회전각을 측정함으로서 인가된 전류를 측정한다. P-FOCS의 센싱 광섬유로는 저복굴절 광섬유를 사용하여 밴딩에 의한 선복굴절의 영향을 최소화하였으며, 벌크(bulk)한 광학소자의 사용으로 인한 광 손실을 막기 위해 전 광섬유 소자를 사용하였다. 또한, 구성된 신호처리회로는 광섬유 소자들의 연결부에서의 손실로 인한 출력 신호의 강도 변화를 제거하기 위해 사용된다. Faraday 회전각은, 632.8nm 파장의 광원을 이용하여 권선수가 약 1500인 솔레노이드에 전류를 인가해 7500A의 전류원의 효과를 얻도록 하여, 솔레노이드 내부에 센싱 광섬유를 통과시켜 측정하였다. $1000A{\sim}7500A$ 범위에서, 선형성의 측정 오차는 약 1.5% 이내였다.
나노구조를 갖는 물질들은 나노구조물이 갖는 고유의 체적 대비 높은 표면적 비와 양자 갇힘 효과에 기인하는 독특한 전기적, 광학적, 광전기적, 자기적 특성으로 인하여 많은 주목을 받아왔다. 열화학 기상 증착 공정은 나노 구조물의 성장과정에서 다양한 구조를 갖는 나노소재의 합성 능력 때문에 더욱 주목을 받아왔다. 본 연구에서는 두 영역 열화학 기상 증착법과 소스 물질 $TiO_2$ 파우더를 이용하여 VLS 공정으로 Si\$SiO_2$(300 nm)\Pt(5~40 nm) 기판 위에 실리콘 옥사이드 나노와이어를 성장시켰다. 성장된 실리콘 옥사이드 나노와이어의 형상과 결정학적 특성을 전계방출 주사전자현미경과 투과전자현미경으로 분석하였다. 분석결과, 성장된 실리콘 옥사이드 나노와이어의 형상인 지름과 길이는 촉매 박막의 두께에 의존하여 다른 모양을 나타내었다. 또한 성장된 실리콘 옥사이드 나노와이어는 비정질 상을 갖는 것으로 분석되었다.
그래핀은 뛰어난 기계적, 화학적, 광학적, 전기적 특성을 가지고 있는 2차원 물질로, 대면적 합성법과 전사 공정을 통해 다양한 기판에서의 사용이 가능해지면서 차세대 전자 소자로 활용하기위한 활발한 연구가 이루어지고 있다. 디스플레이, 태양전지의 전극과 전계 효과 트랜지스터의 채널로 적용한 연구에서 우수한 결과들을 보이고 있다. 특히, 금속/금속 산화물 전극은 염료 감응형 태양전지와 유기 발광 다이오드 구조에서 화학적으로 불안정할 뿐 아니라 일함수가 고정되어 쇼트키 접촉이 형성되면 저항을 낮추기 어렵지만, 그래핀은 금속/금속 산화물 전극보다 화학적으로 안정하고 일함수의 조절이 가능해 옴 접촉 형성에 용이하다. 그래핀의 일함수를 조절하는 연구는 크게 공유결합과 비공유 결합을 이용한 방법이 시도된다. 공유 결합을 이용한 방법은 합성과정에서 그래핀의 구조에 내재된 결함 혹은 새로운 결함을 형성하여 다른 원소를 첨가하는 방법이다. 이러한 방법은 그래핀의 결함 영역에서 작용하기 때문에 그래핀 전자 구조의 높은 수준 조절을 위해선 그래핀 구조의 파괴가 동반된다. 반면, 비공유 결합을 이용한 방법은 전하 이동 도핑 효과를 이용해 그래핀의 전자 구조를 제어하는 방법으로, 금속/금속산화물/기능기와 그래핀의 적층으로 복합 구조를 형성하는 방법이다. 금속/금속 산화물과의 복합구조는 안정적인 p-형 도핑이 보고되었지만, n-형 도핑은 대기중의 수분, 산소 그리고 기판과의 상호작용에 의해 대기중에서 불안정해 추가적인 피막공정이 요구된다. 기능기를 이용한 적층 구조는 그래핀과 기판사이의 상호작용 혹은 그래핀 전자 구조를 다양한 기능기를 이용해 제어하는 것으로, 이극성을 가진 자기정렬 단일층(self-assembled monolayers)이 대표적인 방법이다. 공간기(spacer)의 길이나 말단기(end group)의 종류로 p-형과 n-형의 도핑 수준을 제어할 수 있지만, 흡착기(chemisorbing groups)의 반응성이 기판의 화학적, 물리적 표면상태에 의존하기때문에 기판 선택이 제약되며 전처리 공정이 요구될 수 있는 한계가 있다. 본 연구에서는 다양한 기판에 적용가능한 용액 공정을 이용해 그래핀과 고분자를 적층하였고, 안정적이고 효과적으로 일함수를 낮추는 구조를 확인하였다.
Nanosize의 YIG 분말을 자기광학효과에 뛰어난 첨가제인 Cerium을 첨가하여 에틸렌 글리콜 용매로서 졸-겔법을 이용하여 합성하였다. 점도와 pH가 일정한 값을 유지하고, aging시간에 따라 점도변화가 없는 120분에서 150분사이의 반응시간에서 가장 안정한 상태의 용액을 얻을 수 있었다. 건조시킨 YIG 분말로서 DTA 및 XRD 측정결과 80$0^{\circ}C$에서 단일상의 YIG를 합성할 수 있었고, Cerium 첨가량 증가에 따라 12면체 Y 이온 자리로의 치환에 의해 격자상수가 12.3921에서 12.4130$\AA$까지 증가하는 경향을 보였다. 80$0^{\circ}C$에서 105$0^{\circ}C$까지 열처리 온도 증가에 따라 평균입자크기는 40nm~330nm정도를 보였고, 포화자화값(M$_{s}$)은 YIG 결정성 증대 및 미량의 orthoferrite의 감소에 의해 18.37~21.25emu/g으로 증가하였으며, 보자력(H$_{c}$)은 80$0^{\circ}C$부터 90$0^{\circ}C$ 사이에서는 증가하다가, 그 이상 온도에서는 감소하는 경향을 보였다. Ce 첨가량이 증가함에 따른 보자력값은 큰 변화가 없었으며, 포화자화값은 0.1 mol%일 때 가장 큰 값을 지녔고, 이후 미량의 orhtoferrite 증가로 인해 감소하는 경향을 보였으나, 큐리 온도(T$_{c}$)에는 영향을 미치지 않았다.않았다.
소장 흡수상피 세포는 점액 다당류가 풍부하고 림프구와 사립체가 많아 방사선에너지에 민감하다. 따라서 세포 손상은 영양분 결핍 및 전해질 대사의 불균형을 가져와 장관사의 주 원인이 된다. 본 연구는 소장 흡수상피 세포들의 방사선 손상기전과 방어기작을 밝히고자 프로폴리스를 복강에 투여한 후 초 미세구조를 관찰하였다. 관찰 결과, 5Gy 조사 후 20일된 조직에서 소장이 유착되고, 표면이 검게 변해 있었으며 탄력성이 줄어든 것을 볼 수 있었다. 광학현미경(LM) 관찰 결과, 배상세포의 크기 및 수가 줄어들었으며 파네트과립세포는 위축되고 일부에서는 공포가 관찰되었다. 전자현미경(TEM) 관찰 결과, 미세융모와 용해소체는 정상적으로 관찰되었으나 사립체 막이 손상되고 림프구 가장자리에서 요철면이 형성되었다. 회장에서는 흡수상피조직이 비후되고 공포가 관찰되었다. 하지만 프로폴리스 복강 투여 후 관찰에서는 사립체의 이중막이 정상적으로 관찰되었고, 미세융모의 당질층도 손상되지 않았으며, M세포도 많이 관찰되어 자기소화와 흡수 기능이 원활하였다. 따라서 세균 바이러스 등의 면역기능과 세포 손상에 방어효과를 확인하였다.
일차원 나노구조물은 양자 갇힘 효과 및 나노와이어가 갖는 체적 대비 높은 표면적 비에 기인하는 독특한 전기적, 광학적, 광전기적, 전기화학적 특성으로 인하여 많은 주목을 받아왔다. 특히 수직으로 성장된 나노와이어는 체적 대비 높은 표면적 비의 특성을 나타낸다. VLS(Vapor-Liquid-Soild) 공정은 나노구조물의 성장 과정에서 자기정렬 효과 때문에 더욱 주목을 받는다. 본 연구에서는 두 영역 열화학 기상증착법을 이용하여 Si\$SiO_2$(300 nm)\Pt 기판 위에 수직으로 정렬된 실리콘 옥사이드 나노기둥을 VLS 공정으로 성장시켰다. 성장된 실리콘 옥사이드 나노기둥의 형상과 결정학적 특성을 주사전자현미경 및 투과전자현미경으로 분석하였다. 그 결과 성장된 실리콘 옥사이드 나노기둥의 지름과 길이는 촉매 박막의 두께에 따라 변하였다. 실리콘 옥사이드 나노 기둥의 몸체는 비정질 상을 나타내었으며, Si과 O로 구성되어 있었다. 또한 성장된 실리콘 옥사이드 나노 기둥의 머리는 결정성을 나타내었으며, Si, O, Pt 및 Ti으로 구성되어 있었다. 실리콘 옥사이드 나노 기둥의 수직 정렬은 촉매물질인 Pt/Ti 합금의 결정성 정렬 선호에 기인하는 것으로 판단되며, 수직 성장된 실리콘 옥사이드 나노기둥은 기능성 나노소재로 활용이 가능할 것으로 기대된다.
이 실험은 Ehrlich 종양세포를 이식한 후 BCG를 투여하였을 때, 위점막 상피세포의 형태학적 변화와 DNA합성능의 변화를 연구하고자 시행하였다. 실험동물로는 체중 25 g 내외의 성숙한 생쥐(ICR계통)를 정상대조군, 종양세포이식대조군(종양대조군), 종양세포이식후 BCG투여군(BCG투여군)으로 구분하였다. 종양대조군과 BCG투여군 동물들은 샅부위 피하에 각각 $1{\times}10^7$의 Ehrlich 종양세포를 이식한 후, 다음날부터 BCG ($0.6{\times}10^8{\sim}6.4{\times}10^8$ CFU, 27 mg/vial, Connaught Lab., Canada)를 하루건너 한 번씩 피부밑조직에 주사하였으며, 종양대조군은 종양세포이식 후에 BCG 대신 0.2mL의 생리식염수를 피부밑조직에 주사하였다. 자기방사법적 관찰을 위해서는 BCG를 마지막으로 주사한 다음날 $^3H$-thymidine (methyl-$^3H$-thymidine: specific activity 25 Ci/mmol, Amersham Lab., England) 0.7${\mu}Ci/gm$를 꼬리정맥에 주사하고, 70분 후 도살하여 위조직을 떼어내어 10% formalin에 고정하였다. 자기방사표본관찰은 위점막 조직이 세로로 잘 절단된 부위를 택하여 점막근육판을 따라 점막길이 3.5mm의 위점막 조직에 분포하는 $^3H$-thymidine 표지세포의 수를 계수하였으며, 일반조직 관찰을 위해서는 hematoxylin-eosin (H-E)염색을 시행하였다. 전자현미경 관찰을 위해서는 떼어낸 위조직을 2.5% glutaraldehyde-1.5% paraformaldehyde 혼합액에 고정한 후, 1% osmium tetroxide 액에 다시 고정하였으며, 고정이 끝난 조직은 탈수과정을 거쳐 araldite 혼합액에 포매하였다. 광학현미경적 관찰에서 종양대조군과 BCG투여군은 위점막 조직에서 형태적으로 큰 변화를 볼 수 없었다. 전자현미경적 관찰에서 BCG투여군의 점액상피세포는 전체적인 모습이 정상대조군과 종양대조군의 소견과 유사하였으나 정상대조군과 종양대조군에 비해 수초구조와 뭇소포체(multivesicular body) 및 전자밀도가 높은 큰 미토콘드리아속과립이 자주 관찰되었다. 자기방사법적 관찰에서 정상대조군, 종양대조군, BCG투여군은 점막길이 3.5 mm 당 출현하는 표지세포수가 각각 380.2 (${\pm}31.35$), 426.1 (${\pm}28.43$) 및 301.8 (${\pm}34.63$)개이었으며, BCG투여군은 정상대조군과 종양대조군에 비하여 표지된 은입자의 수가 매우 적어서 표지과립이 겨우 구별될 정도의 세포가 많이 관찰되었다. 이상의 결과를 종합해보면 Ehrlich 종양세포를 이식한 동물에 BCG를 반복 투여하면 위점막 상피세포의 DNA합성을 효과적으로 억제하면서도 형태적인 변화가 매우 경미하였으며, 이러한 결과는 BCG가 항암치료 시 보조제로 사용할 수 있는 좋은 약제라고 생각된다.
II-VI 족 무기 화합물 반도체인 ZnO는 폭 넓은 응용분야 때문에 많은 관심을 받고 있다. ZnO는 넓은 밴드갭(3.37 eV)과 큰 excitation binding energy(60 meV)를 가지고 있고 광학특성, 반도체, 압전특성, 자성, 항균성, 광촉매 등 여러 분야에 응용 가능한 물질로 알려져 있다. 특히 광촉매 분야에 적용할 때 재수득의 문제를 위해 자성을 갖는 물질과 core-shell 구조를 이루는 연구가 활발히 진행 되고 있다. 본 연구에서, magnetic core-shell ZnFe2O4@ZnO@SiO2 nanoparticles(NPs)는 3단계 과정을 통해 성공적으로 합성하였다. 합성된 물질들의 구조적 특성을 확인하기 위해 X-ray diffraction(XRD), Scanning electron microscopy (SEM), Fourier transform infrared spectroscopy(FT-IR)을 사용하였다. ZnFe2O4 spinel 구조와 ZnO wurtzite 구조는 XRD를 사용하여 확인되었고, 전구체의 농도별 분석을 통해 ZnO 생성 비율을 확인 하였다. 합성된 물질들은SEM을 통하여 표면의 변화를 확인하였다. SiO2층의 형성과 ZnFe2O4@ZnO@SiO2 NPs의 합성은 FT-IR을 통해 Fe-O, Zn-O 및 Si-O-Si 결합을 확인하였다. 합성된 물질들의 자기적 성질은 Vibrating sample magnetometer(VSM)을 사용 하여 분석하였다. ZnO층과 SiO2 층의 형성의 결과는 자성의 증가와 감소로 확인하였다. 합성된 ZnFe2O4@ZnO@SiO2 NPs의 광촉매 효과는 오염물질 대신 methylene blue(MB)를 사용하여 UV 조사 하에 암실에서 실험하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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