• 한국기계가공학회지
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• 제20권4호
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• pp.106-112
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• 2021

Thermoplastic microfluidic devices are used in BioMEMS for medical and biotechnology applications, such as gene extraction, DNA analysis, and virus detection. In this research, a simple fabrication protocol with a commercially available pneumatic hot press is proposed and demonstrated for polycarbonate microfluidic devices. Microfluidic channels with a width of 200 ㎛ and a height of 10 ㎛ were designed and machined onto a brass plate as a mold insert using a CNC milling machine. The resulting microfluidic channels on the mold insert were assessed and found to have an actual width of 198 ㎛ and a height of 10 ± 0.25 ㎛. The microfluidic channels were replicated on a polycarbonate sheet using the proposed replication technique at 146℃ for 20 minutes under a constant load of 2400 kgf. The devices were then naturally cooled to 100℃ while maintaining the same pressure. It was found that the microchannels were successfully replicated in the polycarbonate, with a width of 198 ㎛ and a height of 10.07 ㎛. The proposed replication technique thus offers the rapid mass production of high-quality microfluidic devices at a low cost with a process that, unlike conventional photolithography systems, does not require expensive equipment.

• 비파괴검사학회지
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• 제31권5호
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• pp.466-471
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• 2011

광 단층촬영기법은 의료영상진단 기기로 최근에 주목받고 있는 분야이다. 현재 병원 초음파보다 공간 해상도가 10-100배 우수하지만 침투깊이가 조직 내에서 1-2 mm로 얇기 때문에 인체 내 장기 이미징을 위하여서 반드시 내시경 기법을 동반하여야 한다. 본 연구를 통하여 고속 광 단층촬영기법을 소개하고 초소형 기전공학 기술을 바탕으로 개발된 내시경을 사용하여 New Zealand white rabbit의 식도와 위장 벽을 3차원으로 이미징한 결과를 고찰하였다. 개발된 내시경에는, 2축 스캔 반사경이 정전기력에 의하여 구동하는 구 동부 위에 위치하여, 입력광을 2축으로 스캔할 수 있도록 하는 구조를 포함하고 있다. 내시경의 외경은 6 mm이며 스캔 반사경의 직경은 1.2 mm 였다. 3.5초 동안 스캔하면서 3차원 이미지를 획득하였다. 3차원 이미지는 200개의 2차원 이미지를 쌓아서 구현되었으며 각각의 2차원 단면이미지는 $200{\times}500$ 픽셀들로 구성되었다. 이미지의 공간해상도는 공기 중에서 8 ${\mu}m$ 였다.

• 대한기계학회:학술대회논문집
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• 대한기계학회 2004년도 추계학술대회
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• pp.1196-1200
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• 2004

Micropump is very useful component in micro/nano fluidics and bioMEMS applications. In this study, a bubble-powered micropump was fabricated and tested. The micropump consists of two-parallel micro line heaters, a pair of nozzle-diffuser flow controller and a 1 mm in diameter, 400 ${\mu}m$ in depth pumping chamber. The two-parallel micro line heaters with 20 ${\mu}m-width$ and 200 ${\mu}m-length$ were fabricated to be embedded in the silicon dioxide layer of a wafer which serves as a base plate for the micropump. The pumping chamber, the pair of nozzle-diffuser unit and microchannels including the liquid inlet and outlet port were fabricated by etching through another silicon wafer. A glass wafer (thickness of $525{\pm}15$ ${\mu}m$) having two holes of inlet and outlet ports of liquid serve as upper plate of the pump. Finally the silicon wafer of the base plate, the silicon wafer of pumping chamber and the glass wafer were aligned and bonded (Si-Si bonding and anodic bonding). A sequential photograph of bubble nucleation, growth and collapse was visualized by CCD camera. Clearly liquid flow through the nozzle during the period of bubble growth and slight back flow of liquid at the end of collapsing period can be seen. The mass flow rate was found to be dependent on the duty ratio and the operation frequency. As duty ratio increases, flow rate decreases gradually when the duty ratio exceeds 60%. Also as the operation frequency increases, the flow rate of the micropump decreases slightly.

• 한국윤활학회:학술대회논문집
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• 한국윤활학회 2002년도 제35회 춘계학술대회
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• pp.207-214
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• 2002

Nano adhesion between SPM (scanning probe microscope) tips and $DDPO_{4}$ (dodecylphosphoric acid ester) and $ODPO_{4}$ (octadecylphosphoric acid ester) SAM (self-assembled monolayer) was experimentally studied. Tests were performed to measure the nano adhesion and friction in both AFM(atomic force microscope) and LFM(lateral force microscope) modes with the applied normal load. $DDPO_{4}$ and $ODPO_{4}$ SAM were formed on TiMe and TiOx surfaces. TiMe and TiOx were coated on the Si wafer by ion sputtering. Adhesion and friction of $DDPO_{4}$ and $ODPO_{4}$ SAM surfaces were compared with those of OTS (octadecyltrichlorosilane) SAM and DLC surfaces. $DDPO_{4}$ and $ODPO_{4}$ SAM converted the TiMe and TiOx surfaces to be hydrophobic. When the surface was hydrophobic, the adhesion and friction forces were found lower than those of bare surfaces. Work of adhesion was also discussed to explain how the surface was converted into hydrophobic. Results also showed that tribological characteristics of $DDPO_{4}$ and $ODPO_{4}$ had good properties in the adhesion, friction, wetting angle and work of adhesion. $DDPO_{4}$ and $ODPO_{4}$ SAM could be one of the candidates for the bio-MEMS elements.

• 대한전기학회:학술대회논문집
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• 대한전기학회 2008년도 제39회 하계학술대회
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• pp.1246-1247
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• 2008

With recent advanced in portable electric devices, wireless sensor, MEMS and bio-Mechanics device, the new typed power supply, not conventional battery but self-powered energy source is needed. Particularly, the system that harvests from their environments are interests for use in self powered devices. For very low powered devices, environmental energy may be enough to use power source. Therefore, in other to made piezoelectric energy harvesting device, PMN-PZT thick film was formed by the screen printing method on the Ag/Pd coated alumina substrate. The layer was 8 layers and slurry where a-terpineol, ethycellulose, ferro B-75001 as Vehicle, PMN-PZT powder used are fabricated by ball mill. The output power quality was be also investigated by changing the load resistance, weight and frequency. The made piezoelectric energy harvesting device was resulted from the conditions of 33$k{\Omega}$, 0.25g, 197Hz respectively. The thick film was prepared at the condition of 2.75Vrms, and its power was 230${\mu} W$ and its thickness was 56${mu}m$. The piezoelectric energy harvesting device output voltage was increased, when the load weight, load resistance was increasing and resonance frequency was diminishing. The other side, resonance frequency was diminished, when the weight was increasing. And output power was continuously it changed by load resistance, output voltage, weight and resonance frequency.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제44권1호
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• pp.1-9
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• 2006

생물체를 구성하는 세포의 기능과 구성요소 간 상호작용 메커니즘을 인공적으로 모방하여 바이오물질 박막으로 구성된 바이오소자는 의료 진단, 신약 스크리닝, 전자소자, 생물공정, 환경오염 물질 측정 등 다양한 산업 분야에 응용되고 있다. 단백질, DNA, 바이오색소, 세포 등의 생체물질을 칩 상에 고집적으로 배열하여 구성된 바이오 소자로서 바이오 전자소자(생물분자 광다이오드, 바이오 정보저장소자, 바이오 전기발광 소자), DNA칩, 단백질칩, 및 세포칩 등이 개발되어 오고 있다. 생체물질 고정화 기술, 마이크로 및 나노수준의 패터닝기술, 소자 구성 기술, 바이오 멤스 기술의 융합을 통해 바이오소자는 구현되며, 최근에는 나노기술의 적용에 의하여 나노바이오소자도 구현이 가능하다. 본 논문에서는 현재까지 개발된 다양한 바이오소자의 제작 기술과 응용에 대하여 소개하고 향후의 발전 방향에 대하여 다룬다.

• JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
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• 제5권3호
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• pp.149-158
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• 2005

This paper describes design, fabrication, and application of the silicon based temperature controllable micro reactor. In order to achieve fast temperature variation and low energy consumption, reaction chamber of the micro reactor was thermally isolated by etching the highly conductive silicon around the reaction chamber. Compared with the model not having thermally isolated structure, the thermally isolated micro reactor showed enhanced thermal performances such as fast temperature variation and low energy consumption. The performance enhancements of the micro reactor due to etched holes were verified by thermal experiment and numerical analysis. Regarding to 42 percents reduction of the thermal mass achieved by the etched holes, approximately 4 times faster thermal variation and 5 times smaller energy consumption were acquired. The total size of the fabricated micro reactor was $37{\times}30{\times}1mm^{3}$. Microchannel and reaction chamber were formed on the silicon substrate. The openings of channel and chamber were covered by the glass substrate. The Pt electrodes for heater and sensor are fabricated on the backside of silicon substrate below the reaction chamber. The dimension of channel cross section was $200{\times}100{\mu}m^{2}$. The volume of reaction chamber was $4{\mu}l$. The temperature of the micro reactor was controlled and measured simultaneously with NI DAQ PCI-MIO-16E-l board and LabVIEW program. Finally, the fabricated micro reactor and the temperature control system were applied to the thermal denaturation and the trypsin digestion of protein. BSA(bovine serum albumin) was chosen for the test sample. It was successfully shown that BSA was successfully denatured at $75^{\circ}C$ for 1 min and digested by trypsin at $37^{\circ}C$ for 10 min.

• 대한기계학회논문집A
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• 제34권11호
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• pp.1721-1725
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• 2010

본 논문에서는 뒷면 노광법과 감광제의 열분해법을 이용하여 다양한 형상을 가지는 탄소 마이크로니들의 제조방법과 제조된 마이크로니들을 사용하여 소수성 표면제어에 대한 연구를 수행하였다. SU-8 이 도포된 표면마스크 뒷면으로부터 자외선을 조사하여 다양한 지름, 간격, 그리고 높이를 가지는 폴리머 마이크로니들을 제조하였다. 이니들은 이후 열처리공정을 통해서 수축, 열변형 등의 형상변화를 거치면서 10 이상의 높은 종횡비와 나노사이즈의 뾰족한 팁을 가지는 탄소 재질의 마이크로니들로 변하게 된다. 탄소 마이크로니들을 가지는 석영기판은 친수성표면을 가지고 있기 때문에 표면에너지가 낮은 물질을 처리하여 소수성 정도를 제어하였다. HMDS 처리는 SU-8 니들보다는 탄소 니들의 경우에 표면의 소수성 조절에 효과가 있음을 접촉각의 측정과 XPS 측정결과로부터 확인할 수 있었다. 본 논문에서 제시하는 탄소 마이크로니들의 제조기술과 표면처리기술은 세포분석 및 바이오분야 그리고 자기세정분야 등에서 유용하게 사용될 수 있다.

• 대한의용생체공학회:의공학회지
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• 제25권5호
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• pp.329-334
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• 2004

전자후각(I-nose)시스템은, 전통적으로 음식물이나 플라스틱 제재의 생산에서 자동화된 품질관리 시스템에 사용되어 왔으나, 최근 호흡가스 등을 통해 당뇨, 호흡 및 소화기 질환과 감염 등을 검사하는 진단영역으로 그 응용분야를 확대하고 있다 이러한 질병과 연관이 없는 휘발성 유기화합물(volatile organic compound, YOC) 에 대하여 I-nose 의 센서어래이는 센서 물질과 휘발성 화합물 사이의 반응으로 인해 고유한 반응을 보이며, 신호의 profile 에 그 흔적을 남긴다. 본 연구에서는 센서어래이의 반응 신호를 profile 형태로 유지 및 분석함으로써 I-nose 의 가스시료 인식 성능을 보다 향상시킬 수 있는 방법을 제안하였다. 신호의 profile 에는 패턴인식을 위한 기존의 개별적인 특성(feature) 보다 많은 정보가 들어 있으며, 이를 가스의 구분에 효과적으로 이용하기 위해 디지털 영상처리에서 사용되는 패턴 매칭을 응용한time-profile방법을 새롭게 제안하였다. 제안된 방법의 검증을 위해, 반도체 공정에 의해 제작된 16채널의 초소형 가스센서 어래이를 사용해 측정된 8종류의 각기 다른 가스시료들에 대하여, 동종 및 이종 가스간의 매칭의 정도를 산출하였다. 기존의 방법과 비교한 결과 동종과 이종 가스간의 뚜렷한 구별이 가능하여 이를 패턴인식에 사용하면 E-nose의 가스 인식 성능을 향상시킬 것으로 전망된다.

• 대한의용생체공학회:의공학회지
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• 제25권6호
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• pp.431-438
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• 2004

의료용 초음파 영상 장비는 안전하면서도 사용이 편리할 뿐 아니라, 인체 내부의 구조적 영상을 포함하여 혈류나 내부 장기의 움직임에 이르기까지 진단을 위한 다양한 정보를 제공한다. 뿐만 아니라 조직 특성화 영상에서는 반사된 초음파 신호로부터 생체 조직의 물리적인 특성을 파악하여 진단에 활용하기도 한다. 하지만 영상의 획득을 위해 사용하는 탐침용 초음파 펄스 신호는 인체내부를 거쳐 그 흔적이 반사신호에 남게 되고, 이는 영상의 화질 저하로 이어져 미세한 조직이나 인접한 부분의 세밀한 관찰이 어려운 단점이 있다. 이를 해결하기 위한 다양한 연구가 시도 되었으나, 한정된 반사 신호로부터 탐침 펄스의 영향을 제거하고 매질의 특성을 복원하는 데에는 어려움이 있었다. 본 연구에서는 wavelet 과 subband filter bank 에 기반한 새로운 탐침용 초음파 펄스 및 그에 따른 영상획득 방법을 제안하였다. Perfect reconstruction (PR) 조건을 만족하는 일련의 wavelet filter 세트를 초음파 펄스로 구현하여 탐침에 사용하고, 반사되어온 신호를 적절히 재조합 하면 탐침 펄스의 영향이 배제되어, 매질의 세밀한 특성을 복원한 영상을 얻게 된다. 이는 조직 특성화 영상등을 위해 중요한 정보가 된다. 검증을 위해 2종류 (A-mode 와 B-mode) 의 초음파 영상 시뮬레이션에서, 제안된 방법으로 영상을 획득하였다. 그 결과, 탐침 대상의 주파수 특성을 복원할 수 있었으며, 기존의 방법에 비해 향상된 화질의 초음파 영상을 얻을 수 있었다.