전기장을 이용한 생물막 제어 기술은 기존의 소독제 및 항균제를 이용한 방법을 대체하기 위한 제어기술로써 연구되어 왔다. 본 기술은 화학적 소독제나 항균제를 사용하지 않고 전자전달을 토대로 생물막을 제어한다는 점에서 환경적으로 이로운 면이 있다. 현재까지 연구된 정기장을 이용한 생물막 제어방법은 기작에 따라 (1) 음전류에서의 정전기적 반발작용을 통한 미생물 부착 제어, (2) 양전류 상에서의 미생물 거동을 이용한 미생물 부착 제어, (3) 직접산화반응에 의한 미생물 불활성화, (4) 바이오일렉트릭 효과에 의한 생물막 불활성화 효과로 분류할 수 있다. 본 총설에서는 주요 선행연구를 통해 전기장을 이용한 생물막 제어 기술에 대하여 살펴보고, 적용사례들을 소개하고자 한다.
기질 화합물로써 $3{\beta}$-hydroxy-12-oleanen-28-oic acid 유도체들의 치환기($R_1{\sim}R_4$)가 변화함에 따른 protein tyrosine phosphatase(PTP)-1B의 저해활성에 관한 비교 분자장 분석(CoMFA) 모델을 유도하고 정량적으로 검토하였다. 최적의 CoMFA F1 모델은 가장 높은 예측성과 상관성($r^2_{cv.}=0.654$ 및 $r^2_{ncv.}=0.995$)을 나타내었다. 저해활성에 관한 CoMFA장 기여비율(%)의 순서는 입체장(53.0%), 정전기장(36.2%) 및 소수성장(10.8%) 이었다. 등고도 분석 결과로부터 저해활성은 기질 분자 내 $R_4$-치환기에 의존적이었으며 특히 melanin 저해활성이 높은 새로운 화합물(P1 및 P2)이 예측되었다.
비스무스는 융점이 낮아 취급이 용이하여 반자성체로서 전자기 차폐에 어떤 영향이 있는지 실험하기 쉽다. 그러나 실제 실험 재료를 원통으로 제작하여 측정된 경우를 찾아 볼 수 없다. 순수 비스무스는 반자성체로서 전자기 차폐에 어떤 영향이 있는가를 알기 위해서 비스무스를 다른 재료와 비교하기 위해서 원통으로 제조하였고 구리, 알루미늄, 철, 스텐레스 스틸도 원통을 만들어 정전차폐와 자기차폐를 저주파대에서 주파수 별로 측정하여 비교하였다. 그 결과 도표와 같이 구리와 비스무스 이중차폐가정전기에서는 제일 좋은 수치가 나왔다. 자기차폐에서는 철은 역시 가장 좋은 수치가 나왔고 비스무스는 별영향이 없이 나왔다.
전기유변 유체(electorheological fluid)는 전기장이 가해지면 아주 짧은 시간에 유변 물성이 급격히 변하며 그 응답이 반복적으로 수행될 수 있는 유체이다. 전기유변 유체는 전기장의 세기에 따라 면찰 응력(shear stress)과 점도의 크기를 조절할 수 있고, 짧은 응답시간은 빠른 제어를 요하는 분야에 효과적으로 이용될 수 있지만, 낮은 항복 응력, 조업 온도 범위의 제한성, 전력 소비에 의한 열적 불안정성, 그 외에도 응집, 침전 등의 단점이 있다. 특히, 이 유체가 갖는 항복 응력의 크기와 그 성질은 실제 장치에 응용하는데 중요한 특성이다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 면찰 유동(shear flow)이 아닌 압착 유동(squeezing flow)을 고려하게 되었고, 이 유동 하에서의 전기유변 유체의 거동을 이해하기 위해 본 연구에서는 전기유변 유체의 압착 유동에 대한 동적 수치모사를 수행하였다. 고립된 사슬 구조에 대한 수치모사를 통하여 사슬의 위치와 압착 속도를 변화 시키면서 이에 따른 수력학적 힘과 정전기적 힘의 효과를 예측하였으며, 이를 토대로 많은 사슬을 포함한 현탁액 모델에 대한 수치모사를 수행하였다. 그 결과 실험에서 관찰할 수 있는 수직 응력의 증가와 초기 항복 응력의 존재를 확인하였고, 수직 응력의 효과적인 제어는 수력학적 힘과 정전기적 힘 간의 최적화된 조건에서 얻어질 수 있음을 예측하였다. 이러한 수치모사의 개발을 통해 압착 유동을 이용한 전기유변 유체의 응용에 대한 이론적인 토대를 마련하였고, 향후 보다 깊은 이해를 위한 기반을 구축할 수 있었다.
The positions of Kr atoms encapsulated in the molecular-dimensioned cavities of fully dehydrated zeolite A of unit-cell composition Cs3Na8HSi12Al12O48 (Cs3-A) have been determined. Cs3-A was exposed to 1025 atm of krypton gas at 400 $^{\circ}C$ for four days, followed by cooling at pressure to encapsulate Kr atoms. The resulting crystal structure of Cs3-A(6Kr) (a = $12.247(2)\AA$, R1 = 0.078, and R2 = 0.085) has been determined by single-crystal X-ray diffraction techniques in the cubic space group Pm3m at $21(1)^{\circ}C$ and 1 atm. In the crystal structure of Cs3-A(6Kr), six Kr atoms per unit cell are distributed over three crystallographically distinct positions: each unit cell contains one Kr atom at Kr(1) on a threefold axis in the sodalite unit, three at Kr(2) opposite four-rings in the large cavity, and two at Kr(3) on threefold axes in the large cavity. Relatively strong interactions of Kr atoms at Kr(1) and Kr(3) with Na+ ions of six-rings are observed: Na-Kr(1) = 3.6(1) $\AA$ and Na-Kr(3) = $3.08(5)\AA.$ In each sodalite unit, one Kr atom at Kr(1) was displaced $0.74\AA$ from the center of the sodalite unit toward a Na+ ion, where it can be polarized by the electrostatic field of the zeolite, avoiding the center of the sodalite unit which by symmetry has no electrostatic field. In each large cavity, five Kr atoms were found, forming a trigonal-bipyramid arrangement with three Kr(2) atoms at equatorial positions and two Kr(3) atoms at axial positions. With various reasonable distances and angles, the existence of Kr5 cluster was proposed (Kr(2)-Kr(3) = $4.78(6)\AA$ and Kr(2)-Kr(2) = $5.94(7)\AA$, Kr(2)-Kr(3)-Kr(2) = 76.9(3), Kr(3)-Kr(2)-Kr(3) = 88(1), and Kr(2)-Kr(2)-Kr(2) = $60^{\circ}).$ These arrangements of the encapsulated Kr atoms in the large cavity are stabilized by alternating dipoles induced on Kr(2) by four-ring oxygens and Kr(3) by six-ring Na+ ions, respectively.
Wrap-around 전계효과 트랜지스터는 채널과 전극간의 커플링을 매우 커서 채널길이가 짧아지면서 생기는 단채널효과(short channel effect)를 개선시킬 수 있는 이유로 많은 관심을 불러왔다. 본 논문에서는 실리콘 나노와이어를 이용하여 상향식의 wrap-around 전계효과 트랜지스터(FET)의 제작 공정을 소개한다. 소자의 제작 공정은 크게 전자빔 리소그래피, 유전영동(dielectrophoresis)을 이용한 나노와이어의 효과적 정렬 그리고 게이트 전극의 전기 화학적 도금(electrochemical deposition)을 이용한 생성 등의 방법들로 이루어진다. 전기 화학적 도금을 위한 용액은 독성을 띄지 않는 유기물 용액을 사용하였다. 액체 질소를 이용하여 polymethyl methacrylate(PMMA)가 전기화학적 도금시 형태를 잃지 않게 함으로써, 패터닝된 PMMA가 wrap-around 게이트 나노구조를 제작하기 위한 나노 템플릿으로 사용될 수 있도록 하였다.
알지네이트는 곁사슬에 강한 음이온을 가지고 있어 전기장 하에서 구동 특성을 발현할 수 있다. 본 연구에서는 가교제로 CaCl$_2$를 사용하여 가교 알지네이트 필름을 제조하였고, 제조된 필름의 열적 특성, 기계적 특성 및 전기적 구동 특성을 열중량 분석, 인장 강도 실험 및 전기응답 실험을 통하여 조사하였다. 가교제의 농도가 증가함에 따라 필름의 초기 분해 온도와 인장 강도가 증가하였다. 또한 팽윤비는 사슬 내 자유부피와 정전기적 반발력에 기인하여 가교제 농도의 감소와 pH가 증가함에 따라 증가하였다. 저기 자극에 의하여 알지네이트 필름은 유연한 물리적 거동을 발현하였다. 전기장에서 전압, 이온 강도 및 저해질 용액의 종류에 따라서 필름의 응답 속도 띤 거동에 영향을 주었다. 가교제의 농도가 5 wt%일 때 가장 좋은 굽힘 거동과 반복 회복성을 보였으며, NaCl과 KCl 전해질 용액의 이온 강도가 0.1 M일 때 가장 높은 전기 반응성을 나타냈다. 또한 전압이 증가됨에 따라 전하의 이동이 활발해지고 따라서 굽힘 거동이 증가하였다.
Carbon nanotubes have drawn attention as one of the most promising emitter materials ever known not only due to their nanometer-scale radius of curvature at tip and extremely high aspect ratios but also due to their strong mechanical strength, excellent thermal conductivity, good chemical stability, etc. Some applications of CNTs as emitters, such as X-ray tubes and microwave amplifiers, require high current emission over a small emitter area. The field emission for high current density often damages CNT emitters by Joule heating, field evaporation, or electrostatic interaction. In order to endure the high current density emission, CNT emitters should be optimally fabricated in terms of material properties and morphological aspects: highly crystalline CNT materials, low gas emission during electron emission in vacuum, optimal emitter distribution density, optimal aspect ratio of emitters, uniform emitter height, strong emitter adhesion onto a substrate, etc. We attempted a novel approach to fabricate CNT emitters to meet some of requirements described above, including highly crystalline CNT materials, low gas emission, and strong emitter adhesion. In this study, CNT emitters were fabricated by filtrating an aqueous suspension of highly crystalline thin multiwalled CNTs (Hanwha Nanotech Inc.) through a metal mesh. The metal mesh served as a support and fixture frame of CNT emitters. When 5 ml of the CNT suspension was engaged in filtration through a 400 mesh, the CNT layers were formed to be as thick as the mesh at the mesh openings. The CNT emitter sample of $1{\times}1\;cm^2$ in size was characteristic of the turn-on electrical field of 2.7 V/${\mu}m$ and the current density of 14.5 mA at 5.8 V/${\mu}m$ without noticeable deterioration of emitters. This study seems to provide a novel fabrication route to simply produce small-size CNT emitters for high current emission with reliability.
마이크로칼럼에서는 전자빔을 스캔하기 위해 초소형화된 정전디플렉터를 사용하는 경우가 많다. 주로 두 개의 8중극 디플렉터(double octupole deflector)를 사용하는 경우가 많은데, 이는 스캔 영역을 넓게 하면서도 전자빔이 대물렌즈를 통과할 때에 광축 근처에 위치하도록 함으로써 수차를 작게 유지할 수 있는 장점이 있기 때문이다. 마이크로칼럼은 최종적으로는 멀티 칼럼 형태로 사용하여 전자빔 장비의 throughput을 높이고자 하는 목적으로 연구가 되고 있는데, 칼럼의 수가 많아지게 되면 각 부품에 연결되는 배선의 수도 함께 증가하게 된다. 이에 따라 정전렌즈, 디플렉터 등의 마이크로칼럼 부품 배선을 진공 챔버 밖에 있는 제어장비와 연결하는 과정에서 실질적인 문제에 봉착하게 된다. 이러한 문제를 완화하기 위하여 렌즈 수를 최소화할 수 있도록 대물렌즈를 제거한 마이크로칼럼 구조를 선택하여, 변형된 4중극 및 8중극 디플렉터의 동작을 전산모사 방법으로 연구하였다. 기본적으로 MEMS 공정을 적용하기 용이한 실리콘 디플렉터 구조에서 각 전극의 크기를 동일하게 하지 않고, 서로 다른 크기의 전극을 교대로 배치하도록 디자인하였다. 8중극과 4중극 디플렉터 각각에서 디플렉터 전압을 인가하는 구동전극의 크기에 변화를 주었을 때 스캔 영역과 디플렉터 중심점에서의 전기장의 변화를 조사하여 비교하였다. 스캔 영역은 디플렉터전압에 따라 선형적으로 비례하였다. 스캔영역과 중심점에서의 전기장 세기 모두 8중극 디플렉터에 비해 4중극 디플렉터에서 더 크게 나타났으며, 전극의 크기에 따라 약 1.3 ~ 2.0 배 큰 것으로 조사되었다.
새로운 N-phenylthionocarbamate 유도체들의 N-phenyl-치환기(X) 변화에 따른 벼잎집무늬마름병균(Rhizoctonia solani) 및 고추역병균(Phytophthora capsici)에 대한 살균활성과의 3D-QSARs 관계를 상이한 정렬에 따른 비교 분자장 분석(CoMFA) 방법으로 연구하였다. 그 결과, field fit 정렬 조건에서 유도된 CoMFA 모델들이 atom based fit 정렬 조건의 모델보다 양호하였다. 따라서 두 균주에 대한 살균활성을 가장 잘 설명하는 CoMFA 모델들은 field fit 정렬과 CoMFA장들의 조합 조건에서 유도된 CoMFA 모델(RS: RF2 및 PC: PF2)들이었다. 두 CoMFA 모델들은 통계적으로 높은 예측성($r^2_{cv.}$=RS: 0.557 및 PC: 0.676)과 상관성($r^2_{ncv.}$=RS: 0.954 및 PC:0.968)을 보였다. 그리고 두 균주에 사이의 선택적인 살균활성은 기질분자의 정전기장에 의존적이었으며 CoMFA 등고도는 두 균주에 대한 살균활성이 기질분자의 치환기(X) 변화로 개전 될 수 있을 것임을 나타내었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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