Nano and micro structure-based biosensors are promising tool for label-free detection of biomolecular interactions with great accuracy. This review gives a brief survey on nano and micro platforms to sense a variety of analytes such as DNA, proteins and viruses. Among incredible nano and micro structure for bio-analytical applications, the scope of this paper will be limited to micro and nano resonators and nanowire field-effect transistors. Nanomechanical motion of the resonators transducers biological information to readable signals. They are commonly combined with an optical, capacitive or piezo-resistive detection systems. Binding of target molecule to the modified surface of nanowire modulates the current of the nanowire through electrical field-effect. Both detection methods have advantages of label-free, real-time and high sensitive detection. These structures can be extended to fabricate array-type sensors for multiplexed detection and high-throughput analysis. The biosensors based on these structures will be applied to lab-on-a-chip platforms and point-of-care diagnostics. Basic concepts including detection mechanisms and trends in their fields will be covered in this review.
Internet of Things (IoT) systems process signals from various sensors using signal processing algorithms suitable for the signal characteristics. To analyze complex signals, these systems usually use signal processing algorithms in the frequency domain, such as fast Fourier transform (FFT), filtering, and short-time Fourier transform (STFT). In this study, we propose a multi-mode sensor signal processor (SSP) accelerator with an FFT-based hardware design. The FFT processor in the proposed SSP is designed with a radix-2 single-path delay feedback (R2SDF) pipeline architecture for high-speed operation. Moreover, based on this FFT processor, the proposed SSP can perform filtering and STFT operation. The proposed SSP is implemented on a field-programmable gate array (FPGA). By sharing the FFT processor for each algorithm, the required hardware resources are significantly reduced. The proposed SSP is implemented and verified on Xilinxh's Zynq Ultrascale+ MPSoC ZCU104 with 53,591 look-up tables (LUTs), 71,451 flip-flops (FFs), and 44 digital signal processors (DSPs). The FFT, filtering, and STFT algorithm implementations on the proposed SSP achieve 185x average acceleration.
We report the nitrogen monoxide (NO) gas sensing properties of p-type CuO-nanorod-based gas sensors. We synthesized the p-type CuO nanorods with breadth of about 30 nm and length of about 330 nm by a hydrothermal method using an as-deposited CuO seed layer prepared on a $Si/SiO_2$ substrate by the sputtering method. We fabricated polycrystalline CuO nanorod arrays at $80^{\circ}C$ under the hydrothermal condition of 1:1 morality ratio between copper nitrate trihydrate [$Cu(NO_2)_2{\cdot}3H_2O$] and hexamethylenetetramine ($C_6H_{12}N_4$). Structural characterizations revealed that we prepared the pure CuO nanorod array of a monoclinic crystalline structure without any obvious formation of secondary phase. It was found from the gas sensing measurements that the p-type CuO nanorod gas sensors exhibited a maximum sensitivity to NO gas in dry air at an operating temperature as low as $200^{\circ}C$. We also found that these CuO nanorod gas sensors showed reversible and reliable electrical response to NO gas at a range of operating temperatures. These results would indicate some potential applications of the p-type semiconductor CuO nanorods as promising sensing materials for gas sensors, including various types of p-n junction gas sensors.
Lee, Sang Hyuk;Kim, Hyungi;Girault, Hubert H.;Lee, Hye Jin
Bulletin of the Korean Chemical Society
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v.34
no.9
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pp.2577-2582
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2013
A novel stick-shaped portable sensing device featuring a microhole array interface between the polyvinylchloride-2-nitrophenyloctylether (PVC-NPOE) gel and water phase was developed for in-situ sensing of perchlorate ions in real water samples. Perchlorate sensitive sensing responses were obtained based on measuring the current changes with respect to the assisted transfer reaction of perchlorate ions by a perchlorate selective ligand namely, bis(dibenzoylmethanato)Ni(II) (Ni(DBM)2) across the polarized microhole array interface. Cyclic voltammetry was used to characterize the assisted transfer reaction of perchlorate ions by the $Ni(DBM)_2$ ligand when using the portable sensing device. The current response for the transfer of perchlorate anions by $Ni(DBM)_2$ across the micro-water/gel interface linearly increased as a function of the perchlorate ion concentration. The technique of differential pulse stripping voltammetry was also utilized to improve the sensitivity of the perchlorate anion detection down to 10 ppb. This was acquired by preconcentrating perchlorate anions in the gel layer by means of holding the ion transfer potential at 0 mV (vs. Ag/AgCl) for 30 s followed by stripping the complexed perchlorate ion with the ligand. The effect of various potential interfering anions on the perchlorate sensor was also investigated and showed an excellent selectivity over $Br^-$, $NO_2{^-}$, $NO_3{^-}$, $CO{_3}^{2^-}$, $CH_3COO^-$ and $SO{_4}^{2^-}$ ions. As a final demonstration, some regional water samples from the Sincheon river in Daegu city were analyzed and the data was verified with that of ion chromatography (IC) analysis from one of the Korean-certified water quality evaluation centers.
Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea SD
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v.40
no.1
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pp.11-19
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2003
A micro sensor array with 4 discrete sensors integrated on a microhotplate was developed for identifying the kinds and quantities of explosive gases. The sensor array consisited of four tin oxide-based thin films with the high and broad sensitivity to the tested explosive gases and uniform thermal distribution on the plate. The microhotplate, using silicon substrate with N/O/N membrane, dangling in air by Al bonding wires, and controlling the thickness by chemical mechanical process (CMP), has been designed and fabricated. By employing the sensitivity signal of the sensor array at 40$0^{\circ}C$, we could reliably classily the kinds and quantities of the explosive gases like butan, propane, LPG, and carbon monoxide within the range of threshold limit values (TLVs), employing principal component analysis (PCA).
Journal of the Korean Institute of Intelligent Systems
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v.17
no.2
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pp.214-219
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2007
In this paper, a new magnetic position sensing mettled for autonomous vehicle and robot guidance is presented. In autonomous vehicle and robot control, position sensing is an important task for the identification of their locations, such as the current position within a trajectory. The magnet based autonomous vehicle and robot was identified position via magnetic materials. In the magnetic sensing system, the Earth field is one of the largest disturbance. To removal of the Earth field, this paper proposes 1-dimensional magnetic field sensors array and develops precise petition sensing system using linear operating region of the magnetic field sensor. This proposal is verified a feasible magnetic position sensing system for autonomous vehicle and robot guidance by the experimental results.
We have been designed and constructed an artificial odour recognition system(electronic nose system) using metal oxide type sensor array for recognizing and analyzing various odours. We proposed an unsupervised clustering method based on Euclidean distances in order for human observer to examine easily multi-dimensional data, which has been measured from an array of sensors. This is a combination of Principal Components Analysis(PCA) used as a starting point for Sammom Mapping Method(SMM). No prior assumptions are made of the classes in which odour belong, and the error due to dimensional reduction at the PCA can be minimized without the disadvantages of rotation of clusters when the order of data sets in a data base was changed in the SMM. An artificial odour recognition system with the proposed unsupervised clustering method was applied to assessment of odour differences of Volatile Organic Compounds(VOCs) and Korean whiskies respectively, and demonstrated the best performances throughout the experimental trails.
Electrochemical studies on charge transfer reactions across the interface between two immiscible electrolyte solutions (ITIES) have greatly attracted researcher's attentions due to their wide applicability in research fields such as ion sensing and biosensing, modeling of biomembranes, pharmacokinetics, phase-transfer catalysis, fuel generation and solar energy conversion. In particular, there have been extensive efforts made on developing sensing platforms for ionic species and biomolecules via gelifying one of the liquid phases to improve mechanical stability in addition to creating microscale interfaces to reduce ohmic loss. In this review, we will mainly discuss on the basic principles, applications and future aspects of various sensing platforms utilizing ion transfer reactions across the ITIES. The ITIES is classified into four types : (i) a conventional liquid/liquid interface, (ii) a micropipette supported liquid/liquid interface, (iii) a single microhole or an array of microholes supported liquid/ liquid interface on a thin polymer film, and (iv) a microhole array liquid/liquid interface on a silicon membrane. Research efforts on developing ion selective sensors for water pollutants as well as biomolecule sensors will be highlighted based on the use of direct and assisted ion transfer reactions across these different ITIES configurations.
Journal of Korean Society for Geospatial Information Science
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v.16
no.2
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pp.67-76
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2008
Recently, one of the most outstanding technological characteristics of aerial survey is an application of Direct Georeferencing, which is based on the integration of main sensing sensors such as aerial camera or Lidar with positioning sensors GPS and IMU. In addition, a variety of digital aerial mapping cameras is developed and supplied with the verification of their technical superiority and applicability. In accordance with this requirement, the development of a multi-looking aerial photographing system is just making 3-D information acquisition and texture mapping possible for the dead areas arising from building side and high terrain variation where the use of traditional phptogrammetry is not valid. However, the development of a multi-looking camera integrating different sensors and multi-camera array causes some problems to conduct time synchronization among sensors and their geometric and radiometric calibration. The establishment of a test field for aerial sensor calibration is absolutely necessary to solve this problem. Therefore, this paper describes investigations for photogrammetric Test Field of foreign countries and suggest an establishment scheme for domestic test field.
Junyeong Lee;Seungyun Oh;Dongmin Kim;Young Wung Kim;Jungseok Heo;Dae-Sik Lee
Journal of Sensor Science and Technology
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v.33
no.2
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pp.112-116
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2024
Gas-sensor technology for volatile organic compounds (VOC) biomarker detection offers significant advantages for noninvasive diagnostics, including rapid response time and low operational costs, exhibiting promising potential for disease diagnosis. Colorimetric gas sensors, which enable intuitive analysis of gas concentrations through changes in color, present additional benefits for the development of personal diagnostic kits. However, the traditional method of visually monitoring these sensors can limit quantitative analysis and consistency in detection threshold evaluation, potentially affecting diagnostic accuracy. To address this, we developed a machine vision platform based on metal-organic framework (MOF) for colorimetric gas sensor arrays, designed to accurately detect disease-related VOC biomarkers. This platform integrates a CMOS camera module, gas chamber, and colorimetric MOF sensor jig to quantitatively assess color changes. A specialized machine vision algorithm accurately identifies the color-change Region of Interest (ROI) from the captured images and monitors the color trends. Performance evaluation was conducted through experiments using a platform with four types of low-concentration standard gases. A limit-of-detection (LoD) at 100 ppb level was observed. This approach significantly enhances the potential for non-invasive and accurate disease diagnosis by detecting low-concentration VOC biomarkers and offers a novel diagnostic tool.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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