Quartz crystal microbalance (QCM) based sensors are used for various applications owing to advantages such as excellent accuracy and precision, rapid response, and tiny footprint. Traditional applications of QCM-based sensors include biological sensing and thin-film thickness monitoring. Recently, QCMs have been used as functional material for novel physical and chemical detections, and with improved device design. QCM-based sensors are garnering considerable attention in particulate matter sensing and electric nose application. This review covers the challenges and solutions in physical, chemical, and biological sensing applications. First, various physical sensing applications are introduced. Secondly, the toxic gas and chemical detection studies are outlined, focusing on introducing a coating method for uniform sensing film and sensing materials for a minimal damping effect. Lastly, the biological and medical sensing applications, which use the monomolecularly decorating method for biomolecule recognition and a brief description of the overall measuring system, are also discussed.
Studying biological networks, such as protein-protein interactions, is key to understanding complex biological activities. Various types of large-scale biological datasets have been collected and analyzed with high-throughput technologies, including DNA microarray, next-generation sequencing, and the two-hybrid screening system, for this purpose. In this review, we focus on network-based approaches that help in understanding biological systems and identifying biological functions. Accordingly, this paper covers two major topics in network biology: reconstruction of gene regulatory networks and network-based applications, including protein function prediction, disease gene prioritization, and network-based genome-wide association study.
Surface-enhanced Raman scattering (SERS) has long been projected as a powerful analytical technique for chemical and biological sensing applications. Pairing with portable Raman spectrometers makes the technique extremely appealing as real-time sensors for field application. However, the lack of reliable, uniform, low cost and ease-of-use SERS enhancement structures has prevented the wide adoption of this technique for general applications. We have discovered a novel hybrid structure based on the high-density and uniform arrays of gold nanofingers over a large surface area for SERS applications. The nanofingers are flexible and their tips can be brought together to trap molecules to mimic the biological system. We report here a rapid, simple, low-cost, and sensitive method of detecting trace level of food contaminants by using nanofinger chips based on portable SERS technique. We also present here the characterization of surface reaction of target molecules with our gold nanofinger substrates and the effect of nanofinger closing towards SERS performance. This new type of nano-structures can potentially revolutionize the medical and biologic research by providing a novel way to capture, localize, manipulate, and interrogate biological molecules with unprecedented capabilities.
Recently, near-infrared (NIR) spectroscopy and Raman spectroscopy have received keen interest as powerful techniques for nondestructive analysis of biological materials. The purpose of this review paper is to compare the advantages of NIR and Raman spectroscopy in the nondestructive analysis. Both methods are quite unique and often complementary. For example. NIR spectroscopy is very useful in monitoring in situ the content of components inside biological materials while Raman spectroscopy is very suitable for identifying micro-components on the surface of biological materials. In this article specific characters of the two spectroscopic methods are discussed first and then several examples of applications of NIR and Raman spectroscopy to the biological nondestructive analysis are introduced.
Over the past few decades, much effort has been made to improve the mechanical and biological performance of HA, in order to extend its range of applications. As a major inorganic component of human hard tissues, hydroxyapatite bioceramic is regarded as being one of the most biocompatible materials. Numerous in vitro and in vivo studies have confirmed its excellent bioactivity, osteoconductivity and bone forming ability. However, because of its poor mechanical properties, its use in hard tissue applications has been restricted to those areas in which it can be used in the form of small sized powders/granules or in the non-load bearing sites. A number of researchers have focused on improving the mechanical and biological performance of HA, as well as on the formulation of hybrid and composite systems in order to extend its range of applications. In this article, we reviewed our recent works on HA-based biomaterials; i) the strengthening of HA with ceramic oxides, ii) HA-based bioactive coatings on metallic implants, iii) HA-based porous scaffolds and iv) HA-polymer hybrids/composites.
Violacein, a purple pigment first isolated from a gram-negative coccobacillus Chromobacterium violaceum, has gained extensive research interest in recent years due to its huge potential in the pharmaceutic area and industry. In this review, we summarize the latest research advances concerning this pigment, which include (1) fundamental studies of its biosynthetic pathway, (2) production of violacein by native producers, apart from C. violaceum, (3) metabolic engineering for improved production in heterologous hosts such as Escherichia coli, Citrobacter freundii, Corynebacterium glutamicum, and Yarrowia lipolytica, (4) biological/pharmaceutical and industrial properties, (5) and applications in synthetic biology. Due to the intrinsic properties of violacein and the intermediates during its biosynthesis, the prospective research has huge potential to move this pigment into real clinical and industrial applications.
Eun Ha Choi;Nagendra Kumar Kaushik;Young June Hong;Jun Sup Lim;Jin Sung Choi;Ihn Han
Journal of the Korean Physical Society
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제80권
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pp.817-851
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2022
Nonthermal biocompatible plasma (NBP) sources operating in atmospheric pressure environments and their characteristics can be used for plasma bioscience, medicine, and hygiene applications, especially for COVID-19 and citizen. This review surveyed the various NBP sources, including a plasma jet, micro-DBD (dielectric barrier discharge) and nanosecond discharged plasma. The electron temperatures and the plasma densities, which are produced using dielectric barrier discharged electrode systems, can be characterized as 0.7 ~ 1.8 eV and (3-5) × 1014-15 cm-3, respectively. Herein, we introduce a general schematic view of the plasma ultraviolet photolysis of water molecules for reactive oxygen and nitrogen species (RONS) generation inside biological cells or living tissues, which would be synergistically important with RONS diffusive propagation into cells or tissues. Of the RONS, the hydroxyl radical [OH] and hydrogen peroxide H2O2 species would mainly result in apoptotic cell death with other RONS in plasma bioscience and medicines. The diseased biological protein, cancer, and mutated cells could be treated by using a NBP or plasma activated water (PAW) resulting in their apoptosis for a new paradigm of plasma medicine.
Madzvamuse, Alfred;Hamenu, Louis;Mohammed, Latifatu;Bon, Chris Yeajoon;Kim, Sang Jun;Park, Jeong Ho;Ko, Jang Myoun
Journal of Electrochemical Science and Technology
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제8권4호
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pp.314-322
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2017
The electrolyte plays one of the most significant roles in the performance of electrochemical supercapacitors. Most liquid organic electrolytes used commercially have temperature and potential range constraints, which limit the possible energy and power output of the supercapacitor. The effect of elevated temperature on a lithium bis(oxalate)borate(LiBOB) salt-based electrolyte was evaluated in a symmetric supercapacitor assembled with activated carbon electrodes and different electrolyte blends of acetonitrile(ACN) and propylene carbonate(PC). The electrochemical properties were investigated using linear sweep voltammetry, cyclic voltammetry, galvanostatic charge-discharge cycles, and electrochemical impedance spectroscopy. In particular, it was shown that LiBOB is stable at an operational temperature of $80^{\circ}C$, and that, blending the solvents helps to improve the overall performance of the supercapacitor. The cells retained about 81% of the initial specific capacitance after 1000 galvanic cycles in the potential range of 0-2.5 V. Thus, LiBOB/ACN:PC electrolytes exhibit a promising role in supercapacitor applications under elevated temperature conditions.
Seo, Yu-Ri;Kim, Jin-Woo;Hoon, Seonwoo;Kim, Jangho;Chung, Jong Hoon;Lim, Ki-Taek
Journal of Biosystems Engineering
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제43권1호
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pp.59-71
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2018
Purpose: Cellulose nanocrystals (CNCs) are natural polymers that have been promoted as a next generation of new, sustainable materials. CNCs are invaluable as reinforcing materials for composites because they can impart improved mechanical, chemical, and thermal properties and they are biodegradable. The purpose of this review is to provide researchers with information that can assist in the application of CNCs extracted from waste agricultural byproducts (e.g. rice husks, corncobs, pineapple leaves). Methods & Results: This paper presents the unique characteristics of CNCs based on agricultural byproducts, and lists processing methods for manufacturing CNCs from agricultural byproducts. Various mechanical treatments (microfluidization and homogenization) and chemical treatments (alkali treatment, bleaching and hydrolysis) can be performed in order to generate nanocellulose. CNC-based composite properties and various applications are also discussed. Conclusions: CNC-based composites from agricultural byproducts can be combined to meet end-use applications such as sensors, batteries, films, food packaging, and 3D printing by utilizing their properties. The review discusses applications in food engineering, biological engineering, and cellulose-based hydrogels.
Kim, Segi;Hupperetz, Cedric;Lim, Seongjoon;Kim, Chan Hyuk
BMB Reports
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제54권1호
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pp.59-69
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2021
The ability to read, write, and edit genomic information in living organisms can have a profound impact on research, health, economic, and environmental issues. The CRISPR/Cas system, recently discovered as an adaptive immune system in prokaryotes, has revolutionized the ease and throughput of genome editing in mammalian cells and has proved itself indispensable to the engineering of immune cells and identification of novel immune mechanisms. In this review, we summarize the CRISPR/Cas9 system and the history of its discovery and optimization. We then focus on engineering T cells and other types of immune cells, with emphasis on therapeutic applications. Last, we describe the different modifications of Cas9 and their recent applications in the genome-wide screening of immune cells.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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