Kim, Duck-Jin;Sohn, Il-Yung;Jung, Jin-Heak;Yoon, Ok-Ja;Lee, N.E.;Park, Joon-Shik
한국진공학회:학술대회논문집
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한국진공학회 2012년도 제42회 동계 정기 학술대회 초록집
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pp.549-549
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2012
Early detection of cancer biomarkers in the blood is of vital importance for reducing the mortality and morbidity in a number of cancers. From this point of view, immunosensors based on nanowire (NW) and carbon nanotube (CNT) field-effect transistors (FETs) that allow the ultra-sensitive, highly specific, and label-free electrical detection of biomarkers received much attention. Nevertheless 1D nano-FET biosensors showed high performance, several challenges remain to be resolved for the uncomplicated, reproducible, low-cost and high-throughput nanofabrication. Recently, two-dimensional (2D) graphene and reduced GO (RGO) nanosheets or films find widespread applications such as clean energy storage and conversion devices, optical detector, field-effect transistors, electromechanical resonators, and chemical & biological sensors. In particular, the graphene- and RGO-FETs devices are very promising for sensing applications because of advantages including large detection area, low noise level in solution, ease of fabrication, and the high sensitivity to ions and biomolecules comparable to 1D nano-FETs. Even though a limited number of biosensor applications including chemical vapor deposition (CVD) grown graphene film for DNA detection, single-layer graphene for protein detection and single-layer graphene or solution-processed RGO film for cell monitoring have been reported, development of facile fabrication methods and full understanding of sensing mechanism are still lacking. Furthermore, there have been no reports on demonstration of ultrasensitive electrical detection of a cancer biomarker using the graphene- or RGO-FET. Here we describe scalable and facile fabrication of reduced graphene oxide FET (RGO-FET) with the capability of label-free, ultrasensitive electrical detection of a cancer biomarker, prostate specific antigen/${\alpha}$ 1-antichymotrypsin (PSA-ACT) complex, in which the ultrathin RGO channel was formed by a uniform self-assembly of two-dimensional RGO nanosheets, and also we will discuss about the immunosensing mechanism.
Recently, Zinc oxide (ZnO) nano-structures have been received attractive attention because of their outstanding optical and electrical properties. It might be a promising material considered for applications to photonic and electronic devices such as ultraviolet light emitting diode, thin film transistor, and gas sensors. ZnO nano-structures can be typically synthesized by the VLS growth mode and self-assembly. In the VLS growth mode using various growth techniques, the noble metal catalysts such as Au and Sn were used. However, the growth of ZnO nano-structures on nano-crystalline Au seeds using radio frequency (RF) magnetron sputtering might be explained by the profile coating, i.e. the ZnO nano-structures were a morphological replica of Au seeds. Ga doped ZnO (ZnO:Ga) nano-structures using this concept were synthesized and characterized by XRD, AFM, SEM, and TEM. We found that surface morphology is drastically changed from initial islands to later sun-flower typed nano-structures. We will present the structural evolution of ZnO:Ga nano-structures with increasing the film thickness.
Kim, Eun-Kyeong;Lee, Chul-Sung;Hwang, Tae-Jin;Kim, Sang-Sub
한국진공학회:학술대회논문집
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한국진공학회 2011년도 제40회 동계학술대회 초록집
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pp.505-505
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2011
The control of wettability of thin films is of great importance and its success surely brings us huge applications such as self-cleaning, antifogging and bio-passive treatments. Usually, the control is accomplished by modifying either surface energy or surface topography of films. In general, hydrophobic surface can be produced by coating low surface energy materials such as fluoropolymer or by increasing surface roughness. In contrast, to enhance the hydrophillicity of solid surfaces, high surface energy and smoothness are required. Silica (SiO2) is environmentally safe, harmless to human body and excellently inert to most chemicals. Also its chemical composition is made up of the most abundant elements on the earth's crest, which means that SiO2 is inherently economical in synthesis. Moreover, modification in chemistry of SiO2 into various inorganic-organic hybrid materials and synthesis of films are easily undertaken with the sol-gel process. The contact angle of water on a flat silica surface on which the Young's equation operates shows ~50o. This is a slightly hydrophilic surface. Many attempts have been made to enhance hydrophilicity of silica surfaces. In recent years, superhydrophilic and antireflective coatings of silica were fabricated from silica nanoparticles and polyelectrolytes via a layer-by-layer assembly and postcalcination treatment. This coating layer has a high transmittance value of 97.1% and a short water spread time to flat of <0.5 s, indicating that both antireflective and superhydrophilic functions were realized on the silica surfaces. In this study, we assessed hydrophillicity and hydrophobicity of silica coating layers that were synthesized using the sol-gel process. Systematic changes of processing parameters greatly influence their surface properties.
Deposition of amyloid-${\beta}$ ($A{\beta}$) proteins is the conventional pathological hallmark of Alzheimer's disease (AD). The $A{\beta}$ protein formed from the amyloid precursor protein is predominated by the 40 residue protein ($A{\beta}40$) and by the 42 residue protein ($A{\beta}42$). While $A{\beta}40$ and $A{\beta}42$ differ in only two amino acid residues at the C-terminal end, $A{\beta}42$ is much more prone to aggregate and exhibits more neurotoxicity than $A{\beta}40$. Here, we investigate the molecular origin of the difference in the aggregation propensity of these two proteins by performing fully atomistic, explicit-water molecular dynamics simulations. Then, it is followed by the solvation thermodynamic analysis based on the integral-equation theory of liquids. We find that $A{\beta}42$ displays higher tendency to adopt ${\beta}$-sheet conformations than $A{\beta}40$, which would consequently facilitate the conversion to the ${\beta}$-sheet rich fibril structure. Furthermore, the solvation thermodynamic analysis on the simulated protein conformations indicates that $A{\beta}42$ is more hydrophobic than $A{\beta}40$, implying that the surrounding water imparts a larger thermodynamic driving force for the self-assembly of $A{\beta}42$. Taken together, our results provide structural and thermodynamic grounds on why $A{\beta}42$ is more aggregation-prone than $A{\beta}40$ in aqueous environments.
Kim, D.J.;Sohn, I.Y.;Kim, D.I.;Yoon, O.J.;Yang, C.W.;Lee, N.E.;Park, J.S.
한국진공학회:학술대회논문집
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한국진공학회 2011년도 제40회 동계학술대회 초록집
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pp.431-431
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2011
Graphene, two dimensional sheet of sp2-hybridized carbon, has attracted an enormous amount of interest due to excellent electrical, chemical and mechanical properties for the application of transparent conducting films, clean energy devices, field-effect transistors, optoelectronic devices and chemical sensors. Especially, graphene is promising candidate to detect the gas molecules and biomolecules due to the large specific surface area and signal-to-noise ratios. Despite of importance to the disease diagnosis, there are a few reports to demonstrate the graphene- and rGO-FET for biological sensors and the sensing mechanism are not fully understood. Here we describe scalable and facile fabrication of rGO-FET with the capability of label-free, ultrasensitive electrical detection of a cancer biomarker, prostate specific antigen/${\alpha}1$-antichymotrypsin (PSA-ACT) complex, in which the ultrathin rGO sensing channel was simply formed by a uniform self-assembly of two-dimensional rGO nanosheets on aminated pattern generated by inkjet printing. Sensing characteristics of rGO-FET immunosensor showed the highly precise, reliable, and linear shift in the Dirac point with the analyte concentration of PSA-ACT complex and extremely low detection limit as low as 1 fg/ml. We further analyzed the charge doping mechanism, which is the change in the charge carrier in the rGO channel varying by the concentration of biomolecules. Amenability of solution-based scalable fabrication and extremely high performance may enable rGO-FET device as a versatile multiplexed diagnostic biosensor for disease biomarkers.
소수성을 띄는 표면은 자연으로부터 시작된 연구이다. 연잎, 소금쟁이 다리, 매미 날개 등 많은 자연의 표면은 150o보다 높은 접촉각을 지니기 때문에 물에 대한 반발이 심해져 약간의 기울임에도 쉽게 물방울이 굴러 떨어지고 이때 먼지를 제거할 수 있다. 자연현상을 이용해 물질 표면의 소수성 제어에 대한 다양한 연구가 진행 중이다. 친수성과 소수성은 일반적으로 표면에서 물방울의 contact angle 측정으로 확인 할 수 있다. Contact angle이 $90^{\circ}$ 작을 경우 친수성, $90^{\circ}$보다 클 경우 소수성이라고 한다. 이러한 기술을 이용해서 solar cell, 자동차 유리, 건물외벽, 등 다양한 분야에서 사용하고 있으며, 소수성 구조를 만드는 방법으로는 laser ablation, wet etching, 리소그라피 공정이 있는데, laser ablation의 경우 가격이 비싸다는 단점을 가지고 있으며, 반면 가격이 저렴한 wet etching의 경우 제어가 힘들다는 단점을 지니고 있다. 리소그라피 공정은 비싼 비용과 시간을 소비해야 하는 단점을 지니고 있다. 본 연구에서는 이러한 단점들을 개선하기 위해 공정 시간의 감소와, 저 비용으로 제작이 가능한 RIE (Recative Ion Etching)로 피라미드 구조를 만들었다. 형성된 구조물에 투명하고 균일하며, 낮은 계면에너지를 갖고 있는 PDMS (polydimethelsiloxine)로 mold을 수행하였다. RIE를 이용한 표면 구조는 Gas, Flow rate, Pressure, Power, Time 등을 조절하여 단결정 실리콘 기판 위에 피라미드의 크기를 조절하였다. 피라미드의 크기가 커짐에 따라 물과 PDMS가 닿는 면적이 줄어들면서 높은 소수성을 가지게 되는데, 높은 소수성 구조를 가지는 피라미드 형상을 찾기 위한 실험을 진행하였다. RIE 조건은 Flow rate: 30 sccm, Temperature: $10^{\circ}C$ Pressure: 100 mTorr, Power: 200 W, Process Time: 5~50 min으로 조절하며 공정을 수행하였고 RIE공정 후 SAMs (Self-Assembly Monolayers)을 진행하였으며, 마지막으로 PDMS를 이용하여 mold공정을 진행하였다. 그리고 SEM (Scanning Electron Microscope)장비를 이용하여 Etching된 단면을 관찰하였으며, 접촉각을 측정하였다. Process Time을 50 min로 공정하였을 때, 측정된 접촉각은 $134^{\circ}$였다.
$[Cu(L)]Cl_2{\cdot}2H_2O(L=3,14-dimethyl-2,6,13,17-tetraazatricyclo[14,4,0^{1.18},0^{7.12}]docosane)$과 2,5-pyridinedicarboxylate(pdc)의 반응으로부터 $[Cu(L)(H_2O)](pdc){\cdot}6H_2O(1)$가 합성되었다. 화합물 1의 구조가 X-ray 회절법 및 분광학적 방법으로 규명되었다. 중심 copper 원자는 거대고리 리간드로부터 4개의 이차 아민과 축방향 위치의 물분자로 결합된 약간 일그러진 사각뿔 구조를 갖는다. 또한 분자간 수소결합은 삼차원의 분자구조를 형성한다.
최근 콜로이드 산업에서 기능성 입자의 수요가 증가함에 따라 입자의 제조방법은 상당한 발전을 이루었다. 이러한 발전은 동적/정적 미세유체 시스템을 도입함으로써 이루어졌으며 입자의 크기, 형태, 다공성, 표면의 거칠기 또는 기능성 등 물리적, 화학적인 형상제어를 가능하게 해주었다. 이러한 형상제어를 통하여 만들어진 기능성 입자는 의료진단, 광소자, 바이오산업으로 응용될 수 있다. 뿐만 아니라, 기능성 콜로이드 입자의 자가조립을 유도함으로써 규칙적인 정렬부터 불규칙적인 새로운 형태의 기능성을 갖는 물질을 얻을 수 있고, 자연계에서 일어나는 현상을 모사함으로써 본질적인 연구도 가능하게 해주었다. 그리하여 본 총설에서는 최근 각광받고 있는 기능성 콜로이드 입자의 제조방법에 대해 설명하고 이의 응용 가능성을 소개하였다.
Kim, Ki-Ju;Jung, Duk-Sang;Kim, Duk-Soo;Choi, Chi-Kyu;Park, Ki-Min;Byun, Jong-Chul
Bulletin of the Korean Chemical Society
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제27권11호
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pp.1747-1751
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2006
The dinuclear tetraazadiphenol macrocyclic nickel(II) complexes [$Ni_2$([20]-DCHDC)]$Cl_2$ (I), [$Ni_2$([20]-DCHDC)]$(ClO_4)_2{\cdot}2CH_3CN $ (II(b)) and [$Ni_2$([20]-DCHDC)$(NCS)_2$] (III) {$H_2$[20]-DCHDC = 14,29-dimethyl-3,10,18,25-tetraazapentacyclo-[25,3,1,$0^{4,9}$,$1^{12,16}$,$0^{19,24}$]ditriacontane-2,10,12,14,16(32),17,27(31), 28,30-decane-31,32-diol} have been synthesized by self-assembly and characterized by elemental analyses, conductances, FT-IR and FAB-MS spectra, and single crystal X-ray diffraction. The crystal structure of II(b) is determined. It crystallizes in the monoclinic space group P2(1)/c. The coordination geometries around Ni(II) ions in I and II(b) are identical and square planes. In complex III each Ni(II) ion is coordinated to $N_2O_2$ plane from the macrocycle and N atoms of NCS- ions occupying the axial positions, forming a square pyramidal geometry. The nonbonded Ni…Ni intermetallic separation in the complex II(b) is 2.8078(10) $\AA$. The FAB mass spectra of I, II and III display major fragments at m/z 635.1, 699.4 and 662.4 corresponding to [$Ni_2$([20]-DCHDC)(Cl + 2H)]$^+$, [$Ni_2$([20]-DCHDC)$(ClO_4\;+\;2H)]^+$ and [$Ni_2$([20]-DCHDC)(NCS) + 6H]$^+$, respectively.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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