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$HfO_2/Si$시스템의 계면산화막 및 고유전박막의 특성연구 (Properties of the interfacial oxide and high-k dielectrics in $HfO_2/Si$ system)

  • 남서은;남석우;유정호;고대홍
    • 한국결정학회:학술대회논문집
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    • 한국결정학회 2002년도 정기총회 및 추계학술연구발표회
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    • pp.45-47
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    • 2002
  • 반도체 소자의 고집적화 및 고속화가 요구됨에 따라 MOSFET 구조의 게이트 절연막으로 사용되고 있는 SiO₂ 박막의 두께를 감소시키려는 노력이 이루어지고 있다. 0.1㎛ 이하의 소자를 위해서는 15Å 이하의 두께를 갖는 SiO₂가 요구된다. 하지만 두께감소는 절연체의 두께와 지수적인 관계가 있는 누설전류를 증가시킨다[1-3]. 따라서 같은 게이트 개패시턴스를 유지하면서 누설전류를 감소시키기 위해서는 높은 유전상수를 갖는 두꺼운 박막이 요구되는 것이다. 그러므로 약 25정도의 높은 유전상수를 갖고 5.2~7.8 eV 정도의 비교적 높은 bandgap을 갖으며, 실리콘과 열역학적으로 안정한 물질로 알려진 HfO2[4-5]가 최근 큰 관심을 끌고 있다. 본 연구에서는 HfO₂ 박막을 실제 소자에 적용하기 위하여 전극 및 열처리에 따른 HfO₂ 박막의 미세구조 및 전기적 특성에 관한 연구를 수행하였다. 이를 위해, HfO₂ 박막을 reactive DC magnetron sputtering 방법으로 증착하고, XRD, TEM, XPS를 사용하여 ZrO₂ 박막의 미세구조를 관찰하였으며, MOS 캐패시터 구조의 C-V 및 I-V 특성을 측정하여 HfO₂ 박막의 전기적 특성을 관찰하였다. HfO₂ 타겟을 스퍼터링하면 Ar 스퍼터링에 의해 에너지를 가진 산소가 기판에 스퍼터링되어 Si 기판과 반응하기 때문에 HfO₂ 박막 형성과 더불어 Si 기판이 산화된다[6]. 그래서 HfO₂같은 금속 산화물 타겟 대신에 순수 금속인 Hf 타겟을 사용하고 반응성 기체로 O₂를 유입시켜 타겟이나 시편위에서 high-k 산화물을 만들면 SiO/sub X/ 계면층을 제어할 수 있다. 이때 저유전율을 갖는 계면층은 증착과 열처리 과정에서 형성되고 특히 500℃ 이상에서 high-k/Si를 열처리하면 계면 SiO₂층은 증가하는 데, 이것은 산소가 HfO₂의 high-k 박막층을 뚫고 확산하여 Si 기판을 급속히 산화시키기 때문이다. 본 방법은 증착에 앞서 Si 표면을 희석된 HF를 이용해 자연 산화막과 오염원을 제거한 후 Hf 금속층과 HfO₂ 박막을 직류 스퍼터링으로 증착하였다. 우선 Hf 긍속층이 Ar 가스 만의 분위기에서 증착되고 난 후 공기중에 노출되지 않고 연속으로 Ar/O₂ 가스 혼합 분위기에서 반응 스퍼터링 방법으로 HfO₂를 형성하였다. 일반적으로 Si 기판의 표면 위에 자연적으로 생기는 비정질 자연 산화막의 두께는 10~15Å이다. 그러나 Hf을 증착한 후 단면 TEM으로 HfO₂/Si 계면을 관찰하면 자연 산화막이 Hf 환원으로 제거되기 때문에 비정질 SiO₂ 층은 관찰되지 않았다. 본 실험에서는 HfO2의 두께를 고정하고 Hf층의 두께를 변수로 한 게이트 stack의 물리적 특성을 살펴보았다. 선증착되는 Hf 금속층을 0, 10, 25Å의 두께 (TEM 기준으로 한 실제 물리적 두께) 로 증착시키고 미세구조를 관찰하였다. Fig. 1(a)에서 볼 수 있듯이 Hf 금속층의 두께가 0Å일때 13Å의 HfO₂를 반응성 스퍼터링 방법으로 증착하면 HfO₂와 Si 기판 사이에는 25Å의 계면층이 생기며, 이것은 Ar/O₂의 혼합 분위기에서의 스퍼터링으로 인한 Si-rich 산화막 또는 SiO₂ 박막일 것이다. Hf 금속층의 두께를 증가시키면 계면층의 성장은 억제되는데 25Å의 Hf 금속을 증착시키면 HfO₂ 계면층은 10Å미만으로 관찰된다. 그러므로 Hf 금속층이 충분히 얇으면 플라즈마내 산소 라디칼, 이온, 그리고 분자가 HfO₂ 층을 뚫고 Si 기판으로 확산되어 SiO₂의 계면층을 성장시키고 Hf 금속층이 두꺼우면 SiO/sub X/ 계면층을 환원시키면서 Si 기판으로의 산소의 확산은 막기 때문에 계면층의 성장은 억제된다. 따라서 HfO₂/Hf(Variable)/Si 계에서 HfO₂ 박막이 Si 기판위에 직접 증착되면, 순수 HfO₂ 박막의 두께보다 높은 CET값을 보이고 Hf 금속층의 두께를 증가시키면 CET는 급격하게 감소한다. 그러므로 HfO₂/Hf 박막의 유효 유전율은 단순 반응성 스퍼터링에 의해 형성된 HfO₂ 박막의 유전율보다 크다. Fig. 2에서 볼 수 있듯이 Hf 금속층이 너무 얇으면 계면층의 두께가 두꺼워 지고 Hf 금속층이 두꺼우면 HfO₂층의 물리적 두께가 두꺼워지므로 CET나 EOT 곡선은 U자 형태를 그린다. Fig. 3에서 Hf 10초 (THf=25Å) 에서 정전 용량이 최대가 되고 CET가 20Å 이상일 때는 high-k 두께를 제어해야 하지만 20Å 미만의 두께를 유지하려면 계면층의 두께를 제어해야 한다.

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부산 범어사 등나무군락지의 등나무 분포 특성 및 관리방안 (Distribution Characteristics and Management Plan of the Wisteria Habitat (No. 176 natural monument) of Beomeosa Temple in Busan)

  • 이창우;오해성;이철호;최병기
    • 한국전통조경학회지
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    • 제35권2호
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    • pp.77-86
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    • 2017
  • 부산 범어사 등나무군락지에 대한 개체군생태학 연구가 이루어졌다. 연구지역은 1966년에 천연기념물 제176호로 지정되어 보호되고 있는데, 국내에서 자생적 기원을 가지며 등나무가 대규모의 군락을 이루고 있는 경우는 매우 희귀하여 높은 학술적 가치를 지닌다. 그러나 범어사 등나무군락은 군락지 내의 등나무 분포 현황 및 생태에 대한 해상도 높은 연구는 이루어지지 않았다. 본 연구는 등나무군락 내의 개체 분포 현황과 개체군 특성을 확인하고, 보존방안을 논의하는데 그 목적이 있다. 현장 조사를 통해 범어사 등나무군락과 그 일대를 대상으로 등나무의 분포, 근원직경, 감고 올라가는 방향 및 식물종과 연구지역 내 식물상에 대한 현황을 파악하였다. 그 결과, 연구지역 내 등나무 개체 수는 총 1,158개체가 확인되었고, 등나무의 근원직경은 평균 69.0 mm (${\pm}45.5$), 최대 365 mm로 나타났다. 감는 방향은 시계방향으로 감는 등나무뿐만 아니라 반시계방향으로 감는 등나무 40개체가 확인되었다. 등나무의 등반식물종은 28분류군으로 확인되었고, 그 중 동종(同種)인 등나무를 가장 선호하는 것으로 나타났다. 등나무군락은 계곡부에 인접하여 분포하고 있는 것으로 확인되었으며, 지속적인 교란에 의해 유지 발달하고 있는 군락으로 파악되었다. 현존식생도를 통해 계곡림에 76.6%의 개체가 분포하는 것으로 확인되었으며, 개서어나무-이대우점림, 칡군락, 소나무우점림 등에서는 상대적으로 분포가 배제되는 것으로 밝혀졌다. 본 연구는 확산되어가고 있는 등나무개체군과 최대 근원직경을 가지는 등나무의 보호, 지역 서식처 보존 등을 위하여 지속적인 모니터링을 통한 후속 연구를 진행함과 동시에 천연기념물 제176호 보호 지역의 수정과 서식처에 대한 간섭을 최소화하기 위한 방안의 마련 등을 제안하였다.

국내 맥상광체조사를 위한 3차원 전기비저항 모델링자료의 3차원 역산 해석 (3-D Inversion of 3-D Synthetic DC Resistivity Data for Vein-type Ore Deposits)

  • 이호용;정현기;정우돈;곽나은;이효선;민동주
    • 한국지구과학회지
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    • 제30권6호
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    • pp.699-708
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    • 2009
  • 최근 들어 국내 광산개발에 대한 관심이 고조되면서 새로운 광상탐사 및 기존 광상의 연장성 확인 등의 목적으로 물리탐사를 적용하는 사례가 늘고 있다. 금속광상 탐사의 경우, 광화대가 주변에 비해 높은 전기전도도를 갖기 때문에 이를 탐지하기 위하여 전기비저항 탐사를 수행하는 것이 일반적이며, 현실 여건상 대부분 2차원 탐사가 수행된다. 그러나 국내 금속광상의 대부분이 맥상으로 분포하고 있으며, 광맥의 폭이 변한다거나 광맥이 단층에 의해 끊어져 있는 등 매우 복잡한 3차원 구조를 띤다. 따라서 3차원 광체구조에 대하여 2차원 탐사 및 2차원 해석을 수행할 경우 왜곡된 해석을 초래할 수 있다. 이에 이 연구에서는 이러한 3차원 광체구조에 대한 3차원 전기비저항 탐사의 적용성을 검토하기 위해 주향에 수직한 여러 측선에 대하여 2차원 쌍극자-쌍극자 탐사를 수행하여 얻은 자료와 3차원 단극자-단극자 배열을 이용하여 얻은 자료들을 각각 3차원 역산한 후 이들을 2차원 해석결과와 비교하였다. 3차원 맥상광체로는 맥폭이 변하는 모형과 맥이 단층에 의해 어긋난 모형 등을 가정하였다. 2차원 쌍극자-쌍극자 배열자료에 대해 3차원 역산을 수행하여 얻은 결과를 3차원 단극자-단극자 배열자료와 비교하면 단극자-단극자 탐사자료가 전체적인 구조는 잘 보여주나 배열의 특성상 쌍극자-쌍극자 탐사자료만큼 정확한 결과를 제시하지 못함을 확인할 수 있었다. 따라서 실제 탐사시 주향의 방향에 대한 정보를 알 수 있다면 주향에 수직한 2차원 측선들에 대해 쌍극자-쌍극자 탐사를 수행하고 이를 3차원 해석하는 것이 가장 바람직하다. 그러나 지표면에 광체가 드러나 있는 경우에 대해서는 이미 개발이 완료된 상태이며, 현재 남아있는 광상은 지하 깊은 곳에 매몰되어 있는 경우가 대부분이다. 이러한 경우 주향에 대한 정보를 알기 어려우므로 비록 해상도는 떨어지더라도 3차원 단극자-단극자 탐사를 수행하고 해석하는 것이 바람직할 것으로 보인다.

나물의 영양성분 비교 (Comparison of Nutritional Compositions of Green Vegetables)

  • 김영섭;김현영;김세나;이지윤;서동원;최용민
    • 한국식품영양과학회지
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    • 제46권5호
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    • pp.592-599
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    • 2017
  • 본 연구에서는 비름나물, 참취, 민들레, 미나리, 부추, 곰취, 홑잎나물 등 식생활에서 많이 섭취되고 있는 7종 나물의 생시료와 데친 후의 수분, 단백질, 지질, 회분, 무기질, 식이섬유와 비타민 함량 등 영양성분 변화를 비교 분석하였다. 데치기 전후 7종 나물의 수분 함량은 각각 71.28~92.68 g/100 g과 76.90~92.09 g/100 g으로 시료 간 유의적인 차이를 나타내었다(P<0.05). 영양성분 비교 분석을 위해 수분을 제외한 모든 성분의 함량은 건조물 중량 100 g 기준으로 환산하였다. 단백질 함량과 조지방 함량은 곰취가 33.38 g/100 g과 4.50 g/100 g으로 분석시료 중 가장 높은 함량을 나타내었다. 조회분 함량은 비름나물이 19.89 g/100 g으로 가장 높은 함량을 나타내었고 홑잎나물에서 5.21 g/100 g으로 가장 낮은 함량을 나타내었다. 무기성분 중 칼슘 함량은 비름나물이 1,534.44 mg/100 g으로 가장 높은 함량을 나타내었으며 그다음으로 곰취, 민들레, 홑잎나물, 참취, 부추, 미나리 순으로 시료 간 유의적인 차이를 나타내었다(P<0.05). 철 함량은 민들레가 55.23 mg/100 g으로 가장 높은 함량을 나타내었으며, 나트륨 함량은 비름나물이 743.18 mg/100 g으로 기타 채소에 비해 유의적으로 높은 함량을 나타내었다. 칼륨과 마그네슘 함량은 비름나물에서 각각 7,710.63 mg/100 g과 1,786.67 mg/100 g으로 가장 높은 함량을 나타내었다. 총 식이섬유는 홑잎나물, 부추, 미나리, 비름나물, 곰취, 참취, 민들레 순으로 홑잎나물에서 59.75 g/100 g으로 가장 높은 함량을 나타내었다. 리보플래빈 함량은 곰취와 참취가 각각 3.10 mg/100 g, 3.08 mg/100 g으로 기타 채소보다 유의적으로 높은 함량을 나타내었다(P<0.05). 비타민 C 함량은 홑잎나물에서 468.28 mg/100 g으로 기타 나물보다 유의적으로 높은 함량을 나타내었으며 민들레 시료는 22.48 mg/100 g으로 가장 낮은 함량을 나타내었다. 주요 영양소 권장섭취량에 대한 기여도를 보면 단백질, 칼슘, 식이섬유, 비타민 등 성분에 대해서는 홑잎나물이 기여도가 높았다. 철 성분은 민들레가 기여도가 컸으며 칼륨, 마그네슘, 나트륨 등 성분은 비름나물이 성인 권장섭취량에 대한 기여도가 높았다. 이상의 결과로부터 나물은 종류에 따라 영양성분 함량의 차이가 있으며, 어느 한 종류의 나물을 섭취하기보다 여러 가지 나물을 골고루 섭취하는 것이 바람직할 것으로 생각된다.

94 GHz 대역의 높은 격리 특성의 MIMIC single balanced cascode 믹서 (MIMIC 94 GHz high isolation single balanced cascode mixer)

  • 이상진;안단;이문교;문성운;방석호;백태종;권혁자;전병철;윤진섭;이진구
    • 대한전자공학회논문지SD
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    • 제44권9호
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    • pp.25-33
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    • 2007
  • 본 논문에서는 높은 격리특성과 광대역 특성을 갖고 IF 발룬을 필요로 하지 않는 94 GHz MIMIC(Millimeter-wave Monolithic Integrated Circuit) single balanced cascode 믹서를 설계 및 제작하였다. 또한 믹서의 높은 격리특성과 광대역 특성을 위한 94 GHz 대역의 3 dB tandem 커플러를 설계 및 제작하였다. MIMIC single balanced cascode 믹서는 $0.1{\mu}m$ InGaAs/InAlAs/GaAs Metamorphic HEMT(High Electron Mobility Transistor)를 이용하여 설계 및 제작되었다. 제작된 MHEMT는 드레인 전류 밀도 665 mA/mm, 최대 전달컨덕턴스(Gm)는 691 mS/mm를 얻었으며, RF 특성으로 $f_T$는 189 GHz, $f_{max}$는 334 GHz의 양호한 성능을 나타내었다. 94 GHz MIMIC 믹서의 개발을 위해 MHEMT의 비선형 모델과 CPW 라이브러리를 구축하였으며, 이를 이용하여 MIMIC 믹서를 설계하였다. 설계된 믹서는 본 연구에서 개발된 MHEMT MIMIC 공정을 이용해 제작되었다. 94 GHz MIMIC single balanced cascode 믹서의 측정결과 변환손실 특성은 LO 신호의 크기가 10.9 dBm 일 때 94 GHz에서 9.8 dB의 양호한 특성을 나타내었다. 제작된 믹서의 LO-RF 격리도는 94 GHz에서 29.5 dB 그리고 100 GHz에서 39.5 dB의 측정 결과를 얻었다. 또한 제작된 믹서는 외부의 IF 발룬을 필요하지 않아 소형화가 가능하다. 본 논문에서 설계 및 제작된 94 GHz MIMIC single balanced cascode믹서는 기존의 balanced 믹서와 비교하여 높은 격리 특성을 나타내었다.

(NiFe/CoFe)/Cu/CoFe Spin-Valve 박막의 자기저항 특성 (Magnetoresistive of (NiFe/CoFe)/Cu/CoFe Spin-Valvec)

  • 오미영;이선영;이정미;김미양;이장로
    • 한국자기학회지
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    • 제7권5호
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    • pp.265-273
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    • 1997
  • 연자성 자유자성층과 피속박자성층을 각각 2중층 Ni$_{81}$fe$_{19}$/ $Co_{90}$ Fe$_{10}$$Co_{90}$ Fe$_{10}$로 하고, 반강자성 속박층을 NiO로 하는 NiFe/CoFe/Cu/CuFe/NiO 구조를 갖는 spin-valve 박막을 sputtering 방법으로 유리기판위에 제작하고, 자기저항비(MR), 자기장감응도(field sensitivity), 반강자성층과 피속박자성층사이의 교환결합 자기장(exchange coupling field), 자유자성층과 피속박자성층사이의 층간결합자기장(interlayer coupling field) 등의 비자성 사이층 Cu 두께, 자유자성층두께, 피속박자성층 두께 및 반강자성층 두께 의존성을 조사하였다. 2중층 자유자성층에 연자성 NiFe가 20 .angs. 이상 포함됨으로써 10 Oe의 보자력을 가져 연자성특성을 향상시키는 것을 확인할 수 있었다. Cu의 두께가 30 .angs. 일 때 극대 MR비를 가졌으며 두께증가에 따라 감소하는 경향을 보였다. 피속박자성층 CoFe의 두께가 35 .angs. 일 때 그대 MR비 6.3%를 나타내며 두께증가에 따라 감소하며 교환결합자기장도 CoFe 두께가 증가함에 따라 감소하였다. NiO 두께가 800 .angs. 일 때 극대 MR비를 보이며 교환결합자기장은 두께증가에 따라 50 Oe 정도로 포화되어 NiO가 반강자성 특성을 유지하기 위해서는 일정한 두께이상이 되어야 함을 알 수 있었다. 열처리온도 200 .deg. C 까지는 MR비 5.3%를 유지하다 이보다 높하지면 점점 감소하여 300 .deg. C에서도 약 3% 정도를 유지하여 열적 안정성이 향상되었다. 따라서 CoFe 합금을 사용하여 NiFe(40 .angs. )/CoFe(50 .angs. )/Cu(30 .angs. )/CoFe(35 .angs. )/NiO(800 .angs. ) 구조를 갖는 spin-valve 박막은 극대 MR비 6.3%, 유효자기장감응도 약 0.5(%/Oe)를 보여 spin-valve head 재료로 적합함을 알 수 있었다.다.다.다.

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RF 마그네트론 스퍼터링법에 의한 $SrTiO_3$박막제조와 유전특성 (Preparation of $SrTiO_3$ Thin Film by RF Magnetron Sputtering and Its Dielectric Properties)

  • 김병구;손봉균;최승철
    • 한국재료학회지
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    • 제5권6호
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    • pp.754-762
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    • 1995
  • 차세대 LSI용 유전체 박막으로서의 응용을 목적으로 RF 마그네트론 스퍼터링법으로 Si기판위에 SrTiO$_3$박막을 제조하였다. Ar과 $O_2$혼합가스 비, 바이어스 전압변화, 열처리 온도등의 증착조건을 다양하게 변화시키며 SrTiO$_3$박막을 제조하여 최적의 증착조건을 조사하였다. 박막의 결정성을 XRD로, 박막과 Si 사이의 계면의 조성분포를 AES로 각각 분석하였다. Ar과 $O_2$의 혼합가스를 스퍼터링 가스로 사용함으로써 결정성이 좋은 박막을 얻었다. 그리고 보다 치밀한 박막을 얻고자 바이어스 전압을 걸어주며 증착시켰다. 본 실험결과에서는 스퍼터링 가스는 Ar+20% $O_2$혼합가스, 바이어스 전압은 100V에서 좋은 결정성을 얻었다. 또한 하부전극으로 Pt, 완충층으로 Ti를 사용함으로써 SrTiO$_3$막과 Si 기판과의 계면에서 SiO$_2$층의 형성을 억제할 수 있었으며, Si의 확산을 막을 수 있었다. 전류 및 유전특성을 측정하기 위해 Au/SrTiO$_3$/Pt/Ti/SiO$_2$/Si로 구성된 다층구조의 시편을 제작하였다. Pt/Ti층은 RF 스퍼터링으로, Au 전극은 DC 마그네트론 스퍼터링법으로 증착시켰다 $600^{\circ}C$로 열처리함에 의해 미세하던 결정림들이 균일하게 성장하였으며, 이에 따라 유전율이 증가하고 누설전류가 감소하였다. $600^{\circ}C$에서 열처리한 두께 300nm의 막에서 유전율은 6.4fF/$\mu\textrm{m}$$^2$이고, 비유전상수는 217이었으며, 누설전류밀도는 2.0$\times$$10^{-8}$ A/$\textrm{cm}^2$로 양질의 SrTiO$_3$박막을 제조하였다.

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초피나무 추출물의 항산화, 항염증 및 항혈전 효능에 관한 연구 (A Study on the Antioxidative, Anti-inflammatory and Anti-thrombogenic Effects of Zanthoxylum piperitum DC. Extract)

  • 장미진;이순재;조성희;우미희;최정화
    • 한국식품영양과학회지
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    • 제35권1호
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    • pp.21-27
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    • 2006
  • 본 연구에서는 초피나무의 생리활성 물질로서의 효능을 알아보고자 초피나무 뿌리, 줄기 및 잎의 부위별 및 분획물을 이용하여 흰쥐 간 microsome의 지질과산화 억제 작용, DPPH radical 소거작용, soybean lipoxygenase 활성 및 activated partial thromboplastin times(APTT)을 관찰하였다. 초피나무의 뿌리, 줄기 및 잎의 부위별 및 분회별 추출물을 이용하여 흰쥐 간 microsome의 지질과산화 억제 활성을 1.00 mg/mL농도에서 1차 screening한 결과 뿌리, 줄기 및 잎 모두 ethyl acetate층 및 methylene chloride층에서 높은 활성을 나타내었다. 부위별 지질과산화 억제 활성을 비교한 결과 잎의 활성이 가장 높았다. 초피나무 뿌리, 줄기 및 잎의 ethyl acetate층 및 methylene chloride층은 $0.05\~0.25$ mg/mL의 범위에서 농도 의존적으로 지질과산화 억제활성이 증가하였다. 지질과산화 억제활성의 차이가 가장 큰 0.05 mg/mL 농도에서 선별된 물질의 지질과산화 억제활성을 비교한 결과 초피나무 잎의 ethyl acetate층 및 methylene chloride 층에서 높았다. DPPH에 의해 생성된 라디칼 소거 활성은 지질과산화 억제활성과 같은 경향이었다. 초피나무의 SLO 활성 및 APTT활성을 위에서와 같이 1.00 mg/mL 농도, 농도별 및 활성의 차이가 큰 농도에서 screening한 결과 잎의 n-butanol층에서 가장 높은 활성을 나타내었다. 이상의 결과로부터 초피나무 뿌리, 줄기 및 잎의 분획물 중에서 잎의 ethyl acetate층의 높은 지질과산화 억제효과 및 DPPH radical소거 작용을 관찰할 수 있었으며, 잎의 n-butanol층에서의 항염증 및 항응고 효능을 관찰할 수 있었다.

맞춤형화장품 소재 개발을 위한 제주 식물 탐색 (In vitro Screening of Jeju Island Plants for Customerized Cosmetics)

  • 윤경섭;김미진;김무한
    • 한국응용과학기술학회지
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    • 제35권4호
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    • pp.1487-1495
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    • 2018
  • 본 연구에서 최근 한국 제주 지역에서 큰 관심을 보이고 있는 맞춤형화장품 소재 개발 일환으로서 제주도에서 자생하는 육상식물 50종과 해상식물 10종에 대해 주름개선 검증을 위한 콜라겐 생성 효과와 히알루론산 생성 효과를 조사하였다. 콜라겐과 히알루론산은 피부 노화에 영향을 주는 주요 요인으로 인식되고 있다. 실험 결과, 육상식물 50종 추출물 중에서 점나도나물추출물($100{\mu}g/mL$)은 190% 이상 콜라겐을 생성하였으며, 살갈퀴추출물($100{\mu}g/mL$)은 160% 이상, 팔손이추출물($10{\mu}g/mL$), 금사철추출물($100{\mu}g/mL$), 기수초추출물($100{\mu}g/mL$), 보리수나무추출물($100{\mu}g/mL$), 땅채송화추출물($100{\mu}g/mL$), 나비나물추출물($100{\mu}g/mL$), 갓추출물 ($100{\mu}g/mL$)은 140% 이상 콜라겐 생성 효과를 보였다. 해상식물 10종 추출물 중에서는 큰열매모자반추출물($50{\mu}g/mL$)이 190% 이상 콜라겐을 생성하였으며, 붉은뼈까막살추출물($100{\mu}g/mL$), 누운청각추출물($100{\mu}g/mL$), 우단청각추출물($100{\mu}g/mL$)의 경우는 140% 이상 콜라겐 생성 효과를 보였다. 제주 육상식물 50종 추출물 중에서 기수초추출물($100{\mu}g/mL$)이 140% 이상 히알루론산 생성 효과를 보였으며, 팔손이추출물($20{\mu}g/mL$), 등나무추출물($100{\mu}g/mL$)은 130% 이상의 히알루론산 생성 효과를 나타냈다. 해상식물 10종 추출물 중에서는 자루바다표고추출물($100{\mu}g/mL$)이 가장 효과가 좋았으며, 이 외에도 붉은뼈까막살추출물($100{\mu}g/mL$), 누운청각추출물($100{\mu}g/mL$), 우단청각추출물($100{\mu}g/mL$)에서 120% 이상 히알루론산 생성 효과를 보였다. 이들 콜라겐과 히알루론산 생성 효과가 양호한 제주 자원들은 향후 맞춤형화장품의 피부 고민을 해결하는 데 적용될 수 있는 가능성을 보여 주었다.

반응표면분석법을 이용한 Aureobasidium pullulans MR의 풀루란 생산을 위한 배양 조건 최적화 (Optimization of cultivation conditions for pullulan production from Aureobasidium pullulans MR by response surface methodology)

  • 조혜미;김예진;유상호;김창무;김계원;박천석
    • 한국식품과학회지
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    • 제53권2호
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    • pp.195-203
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    • 2021
  • 본 연구에서는 A. pullulans MR의 풀루란 생산에 있어 배양 조건에 따른 변화를 살펴보았다. 먼저 시간과 온도에 따른 건조된 균체량과 풀루란 생산량의 변화를 비교하였으며, 기존의 AYS배 지내 탄소원과 혼합질소원 변화에 따른 풀루란 생산량을 비교하였다. 그 결과 sucrose와 ammonium sulfate, soy peptone을 본 실험의 최적 탄소원과 혼합질소원으로 결정하였으며, 그 후 반응표면분석법을 통해 탄소원인 sucrose와 질소원인 soy pepetone의 최적 농도와 최적 초기 pH를 알 수 있었다. 분산분석 결과를 토대로 비교하였을 때 A. pullulans MR의 풀루란 생산에 있어 세가지 변수 중 특히 초기 pH가 풀루란 생산에 가장 큰 영향을 미친다는 것을 확인하였다. 결과적으로 A. pullulans MR을 26℃에서 5일간 배양할 경우 반응표면분석법을 이용하여 얻은 최적 배양 조건은 sucrose 15%, soy peptone 0.4%, 초기 pH 7이였으며, 위의 배양 조건에서 예측할 수 있는 풀루란의 최대생산량은 47.6 g/L이었다. 이후 확인 실험을 위해 A. pullulans MR을 동일 조건으로 배양한 뒤 풀루란의 생산량을 관찰한 결과 48.9±3.4 g/L로 예측된 값과 근접한 값을 얻을 수 있었다. 추가적으로, sucrose의 경우 기존의 선행연구들에서도 A. pullulans의 풀루란 생산을 위한 탄소원으로 보고가 되었지만, 배지내 sucrose의 함량이 5%를 초과하게 될 경우 오히려 풀루란의 생성을 저해한다는 결과가 보고된 바가 있다(Shin 등, 1987b). 이는 배지내 sucrose의 함량이 높아 질수록 sucrose의 농도에 의한 삼투압 현상과 낮은 수분활성도로 인해 발생하며(Singh 등, 2009b), sucrose뿐만 아니라 glucose와 maltose에서도 같은 결과가 나타내는 것이 보고된 바 있다(Shin 등, 1987a). 하지만 이러한 보고들과 다르게 본 연구에서는 오히려 sucrose의 함량을 5%에서 15%까지 높아졌음에도 불구하고 풀루란의 생산이 오히려 증가하는 반대의 결과가 나타났다. 또한 A. pullulans MR의 풀루란 생산에 있어 가장 큰 영향을 미친 초기 배지의 pH의 경우 A. pullulans 균주에 따라 최적 pH가 pH 3.8부터 pH 7.5까지 다양하게 나타나는 것을 알 수 있었는데(Singh 등, 2018a; Wang 등, 2013; Shin 등, 1991) A. pullulans MR의 경우 비교적 중성인 pH 7에서 가장 많은 양의 풀루란이 생산된 것을 알 수 있었다. 본 실험을 통해 A. pullulans MR의 풀루란 대량생산 가능성을 확인하였고, 이를 활용하여 식품, 화장품, 제약 등 여러 광범위한 분야에서 미생물 유래 다당류인 풀루란의 산업적 활용이 가능할 것이라 생각한다.