Trichosporon cutaneum을 투석막과 기체투과막 사이에 고정화시켜 산소전극에 부착함으로써 연속적으로 측정할 수 있는 BOD 센서를 개발하였다. 이 센서의 최적 조건은 pH 7.0, $32{\sim}33^{\circ}C$의 온도, $2{\sim}3ml/min$의 flow rate 및 0.1M phosphate 완충용액이었다. ${\Delta}DO$에 대하여 GGA 표준용액의 농도를 도시하였을 때 GGA 60mg/l 이하에서 직선성을 나타니었으며, 30mg/L의 GGA를 사용하였을 때 재현성은 3%의 오차범위를 나타내었다. DO값은 30일 동안 거의 일정하였으며, 감응시간과 회복시간은 각각 약 5분과 10분이었다. 이 센서를 이용하여 실제 폐수의 BOD를 측정하여 $BOD_5$법과 비하였다.
We fabricated the electrolyte-insulator-semiconductor (EIS) devices with various high-k sensing membranes to realize a high quality pH sensor. The sensing properties of each high-k dielectric material were compared with those of conventional $SiO_2$ (O) and $SiO_2/Si_3N_4$ (ON) membranes. As a result, the high-k sensing membranes demonstrated better sensitivity and stability than the O and ON membranes. Especially, the $SiO_2/HfO_2$ (OH) stacked layer showed a high sensitivity and the $SiO_2/Al_2O_3$ (OA) stacked layer exhibited an excellent chemical stability. In conclusion, the high-k sensing membranes are expected to have excellent operating characteristics in terms of sensitivity and chemical stability for the biosensor application.
In this study, the thickness effects of $Al_2O_3$ layer on the sensing properties of $SiO_2/Al_2O_3$ (OA) stacked membrane were investigated using electrolyte-insulator-semiconductor (EIS) structure for high quality pH sensor. The $Al_2O_3$ layers with a respective thickness of 5 nm, 15 nm, 23 nm, 50 nm, and 100 nm were deposited on the 5-nm-thick $SiO_2$ layers. The electrical characteristics and sensing properties of each OA membranes were investigated using metal-insulator-semiconductor (MIS) and EIS devices, respectively. As a result, the OA stacked membrane with 23-nm-thick $Al_2O_3$ layer shows the excellent characteristics as a sensing membrane of EIS sensor, which can enhance the signal to noise ratio.
아민기를 함유한 Eriochrome Black T 유사체 염료에 cynauric chloride를 반응시켜 합성한 반응성 염료를 셀룰로오스 막(cellulose membrane)에 화학적으로 고정시켜서 2가 전이금속을 검출할 수 있는 광센서를 구성하였다. 이 광센서는 용액상 Eriochrome Black T와 마찬가지로 전이금속의 농도에 민감하게 감응한다. 이 광센서는 대표적으로 $Zn^{2+}$와 $Co^{2+}$에 대해서 각각 $6.3{\times}10^{-5}mol/l$와 $2.5{\times}10^{-4}mol/l$의 검출한계를 나타냈다. 이 광센서는 또한 흐름용액의 pH가 계속해서 변하는 조건하에서도 상당 시간 동안 그 감응성이 감소하지 않았다.
센서의 감지막 표면에 흡착되어 있는 이물질을 세척하기 위해 노즐 원리를 도입하여 소형 카트리지를 제작하였다. 세척용 노즐구조는 유동 해석 프로그램(CFD-ACE)의 검증을 통하여 소형 카트리지에 적합하도록 설계하였다. 미세가공기술을 이용하여 제작된 카트리지의 전체 크기는 약 $2.6\;cm{\times}1.5\;cm$이고 세척용 노즐의 크기는 $0.2\;mm{\times}600\;mm$이며, 측정에 필요한 시료의 양은 약 $20\;{\mu}l$이다. REFET과 의사기준전극을 이용한 차동증폭법을 사용하여 기준전극을 소형화하였다. 또한, 미세채널에서 기포로 인한 센서의 오동작을 감지하기 위해 채널 양단에 금속전극을 증착하였다. 제작된 카트리지에 pH-ISFET를 장착하여 노즐에 의한 세척효과를 조사하였다.
전계 효과 트랜지스터(FET) 기반의 이온 또는 바이오센서에 대한 연구는 지금까지 활발하게 이루어지고 있다. 본 논문에서는 여러 가지 측정 방법 중에 FET 게이트 절연체 위의 감지막과 이온 또는 생분자의 상호작용으로 전하 분포의 변화가 일어나면 이로 인해 드레인 전류의 변화를 측정하는 방법을 기반으로, 동일한 입력 신호, 즉 동일한 이온 또는 생분자의 농도에 대해 최적의 출력 신호를 얻기 위한 방법에 대해 논의한다. 대표적인 FET 센서는 이온 감지 FET (ISFET)로 본 논문에서는 pH를 측정하는 센서를 이용하였다. ISFET는 게이트 전압 대신 기준전극 전압을 가하는데 이 기준전극 전압과 드레인 전류의 관계식을 측정하여, 가장 기울기가 큰 곳을 찾아 이를 기준으로 동작범위에서의 입력 변화에 대해 출력 신호인 포화영역에서 드레인 전류의 변화가 큰 조건을 설정해 보았다.
실리콘 표면 미세가공에 있어서, 새로 개발된 HF 기상식각 공정은 미소구조체들을 띄우는데 매우 효과적임을 입증하였다. 무수 불화수소와 메탄올을 이용한 기상식각 시스템에 대한 기능 및 특성을 기술하였고, 실리콘 미세구조체룰 띄우기 위한 회생층 산화막들의 선택적 식각특성이 고찰되었다. 구조체층으로는 인이 주입된 다결정실리콘이나 SOI 기판의 단결정실리콘을 사용하였다. 회생층으로는 TEOS 산화막, 열산화막, 저온산화막을 사용하였다. 기존 습식식각과 비교해 볼 때, 공정에 기인된 고착현강이나 잔류물질이 없는 미세구조체를 성공적으로 제작하였다.
The $H^+$-selective membrane consists of tridodecylamine, 2-nitrophenyl octyl ether and a little amount of additive in carboxylated PVC matrix, where penicillinase(Pcase ) and glutaraldehyde may be covalently attached to the matrix. When the $H^+$-selective electrode was used as a detector of biosensor, calibration curve calculated from Nernst equation was not linear. So we investigated the characteristic responses of the $H^+$-selective electrode to the product H+ from hydrolysis of penicillin-G(Pc-G) and plotted calibration curve correlating potential to concentration of Pc-G linearly. The optimal concentration of buffer solution was theoretically calculated and was also experimented. We tried to explain the linear curve of potential to concentration of Pc-G by using Henderson-Hasselbach equation. This method is more effective in calibration curve plotting than any other previous methods. The results obtained may help in further developing pH electrodes with improved analytical preformance.
SAW 가스센서의 기판으로 $112^{\circ}$ rot. x-cut $LiTaO_{3}$ 기판을 사용하였고, 사진식각법으로 reference delay line과 sensing delay line으로 구성된 dual delay line SAW소자를 제작하였다. 각각의 IDT는 전극의 폭이 $10{\mu}m$이고, 10 개의 전극쌍을 갖는다. 각각 두개의 delay line 중에서 reference delay line은 감지막을 증착시키지 않고, sensing delay line은 유기물 반도체의 일종인 Pb-프탈로시아닌을 shadow mask로써 $10^{-5}$torr의 진공하에서 선택적으로 증착시켰다. 제작된 SAW소자로 rf amp.와 AGC(Auto Gain Control)를 사용하여 dual delay line oscillator를 만들었다. 이때 발진주파수는 $87{\sim}$89 MHz였다. 온도와 $NO_{2}$ 가스농도의 변화에 따른 발진주파수의 변화를 조사하였다.
Tl$^+$이온 센서로서 크라운 에테르 B15C5와 DB18C6를 중성운반체로 한 PVC 액체막 이온 선택성 전극을 제작하였다. 막용매로는 DOA, NPPE 및 NPOE를 사용하였으며 친유성 염, KTClPB의 농도를 변화시킨 여러가지 조성의 막을 시험하였다. B15C5와 DB18C6 막 전극의 감응전위는 농도범위, 10$^{-1}$∼10$^{-5}$M에서 직선으로 나타났으며 최대 기울기는 전극에 따라서 40∼55 mV/decade였다. 선택계수는 분리용액법으로 결정하였으며 알카리금속 이온, 알칼리토금속 이온 및 일부 전이금속 이온에 대하여 좋은 선택성을 나타냈다. 제작된 액체막 전극은 Ph > 3 에서 안정한 감응전위를 보였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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