Study on the piezoelectric properties of oriented-aggregation ZnO nanorods by kinetically controlled hydrothermal method for dermal wound healing application원문보기
장우순
(Graduate School, Yonsei University
Dept. of Materials Science and Engineering
국내박사)
지금까지 나노압전 물질들을 이용한 에너지 수거에 관한 연구들에서는, 주로 나노압전 물질들의 압전특성과 인가된 물리적 에너지를 통한 전기적 에너지 변환의 효율들을 보고하고 있다. 또한 많은 세계의 여러 연구그룹에서는 에너지 수거율을 높이기 위해 물질의 구조를 변화하거나 수거하는 디바이스의 구조를 변형하고 있다. 그러나 지금까지 이렇게 발생된 압전에너지와 바이오분야의 관계를 조명한 연구들은 이루어지지 않았다. 따라서 본 연구에서는 이러한 나노압전을 발생 시킬 수 있는 물질을 균일하게 합성하고, 이를 활용하여 필름형태의 나노압전패치를 제작하였으며, 이 나노압전패치를 in-vivo와 in-vitro 실험을 통하여 피부를 이루고 있는 조직들의 신진대사에 어떠한 영향을 줄 수 있는지 알아 보았으며, 최종적으로는 상처가 발생된 피부조직의 재생에 활용하였다. 매우 균일한 산화아연 나노막대는 Zn이온의 한정적인 주입을 통하여 85oC의 증류수에서 합성하였다. 이렇게 생성된 산화아연 나노막대의 초기 생성 메커니즘을 알아보기 위하여, Zn 이온이 주입된 후 초기 단계의 합성물질을 확보하고 이를 고배울 ...
지금까지 나노압전 물질들을 이용한 에너지 수거에 관한 연구들에서는, 주로 나노압전 물질들의 압전특성과 인가된 물리적 에너지를 통한 전기적 에너지 변환의 효율들을 보고하고 있다. 또한 많은 세계의 여러 연구그룹에서는 에너지 수거율을 높이기 위해 물질의 구조를 변화하거나 수거하는 디바이스의 구조를 변형하고 있다. 그러나 지금까지 이렇게 발생된 압전에너지와 바이오분야의 관계를 조명한 연구들은 이루어지지 않았다. 따라서 본 연구에서는 이러한 나노압전을 발생 시킬 수 있는 물질을 균일하게 합성하고, 이를 활용하여 필름형태의 나노압전패치를 제작하였으며, 이 나노압전패치를 in-vivo와 in-vitro 실험을 통하여 피부를 이루고 있는 조직들의 신진대사에 어떠한 영향을 줄 수 있는지 알아 보았으며, 최종적으로는 상처가 발생된 피부조직의 재생에 활용하였다. 매우 균일한 산화아연 나노막대는 Zn이온의 한정적인 주입을 통하여 85oC의 증류수에서 합성하였다. 이렇게 생성된 산화아연 나노막대의 초기 생성 메커니즘을 알아보기 위하여, Zn 이온이 주입된 후 초기 단계의 합성물질을 확보하고 이를 고배울 투과전자현미경을 통하여 관찰하였고, 관찰 결과를 바탕으로, 방향성 뭉침(oriented-aggregation)이 산화아연 나노막대의 초기성장원인임을 알 수 있었다. 이렇게 합성된 산화아연 막대를 러빙(rubbing)공정을 이용하여 유연한 기판 위에 일 방향 (one-direction) 정렬을 확보할 수 있었으며, 이는 산화아연 막대의 압전특성을 효율적으로 수거하는데 많은 도움을 주었다. 정렬된 산화아연 막대를 PDMS로 여러 층으로 반복하여 제작한 후 각각의 압전특성을 비교 분석하였다. 마지막으로, 이렇게 제작된 압전패치를 실험용 쥐와 피부단위세포 실험을 통하여, 작은 압전전위가 상처가 발생된 부위에 생체전위를 조절하여 상처가 빠르게 아물고 조직의 재생에도 큰 도움을 주는 것을 확인하였다. 따라서 나는 압전패치에서 발생된 작은 압전전위를 이용한다면, 손상된 여러 장기의 재생에 도움을 줄 수 있는 새로운 의료기술이 될 것으로 판단한다.
지금까지 나노압전 물질들을 이용한 에너지 수거에 관한 연구들에서는, 주로 나노압전 물질들의 압전특성과 인가된 물리적 에너지를 통한 전기적 에너지 변환의 효율들을 보고하고 있다. 또한 많은 세계의 여러 연구그룹에서는 에너지 수거율을 높이기 위해 물질의 구조를 변화하거나 수거하는 디바이스의 구조를 변형하고 있다. 그러나 지금까지 이렇게 발생된 압전에너지와 바이오분야의 관계를 조명한 연구들은 이루어지지 않았다. 따라서 본 연구에서는 이러한 나노압전을 발생 시킬 수 있는 물질을 균일하게 합성하고, 이를 활용하여 필름형태의 나노압전패치를 제작하였으며, 이 나노압전패치를 in-vivo와 in-vitro 실험을 통하여 피부를 이루고 있는 조직들의 신진대사에 어떠한 영향을 줄 수 있는지 알아 보았으며, 최종적으로는 상처가 발생된 피부조직의 재생에 활용하였다. 매우 균일한 산화아연 나노막대는 Zn이온의 한정적인 주입을 통하여 85oC의 증류수에서 합성하였다. 이렇게 생성된 산화아연 나노막대의 초기 생성 메커니즘을 알아보기 위하여, Zn 이온이 주입된 후 초기 단계의 합성물질을 확보하고 이를 고배울 투과전자현미경을 통하여 관찰하였고, 관찰 결과를 바탕으로, 방향성 뭉침(oriented-aggregation)이 산화아연 나노막대의 초기성장원인임을 알 수 있었다. 이렇게 합성된 산화아연 막대를 러빙(rubbing)공정을 이용하여 유연한 기판 위에 일 방향 (one-direction) 정렬을 확보할 수 있었으며, 이는 산화아연 막대의 압전특성을 효율적으로 수거하는데 많은 도움을 주었다. 정렬된 산화아연 막대를 PDMS로 여러 층으로 반복하여 제작한 후 각각의 압전특성을 비교 분석하였다. 마지막으로, 이렇게 제작된 압전패치를 실험용 쥐와 피부단위세포 실험을 통하여, 작은 압전전위가 상처가 발생된 부위에 생체전위를 조절하여 상처가 빠르게 아물고 조직의 재생에도 큰 도움을 주는 것을 확인하였다. 따라서 나는 압전패치에서 발생된 작은 압전전위를 이용한다면, 손상된 여러 장기의 재생에 도움을 줄 수 있는 새로운 의료기술이 될 것으로 판단한다.
Most published reports about piezoelectric energy harvesting have been reported for measurement and evaluations of output voltage and power generation together with electromechanical conversion efficiency. So far many research groups have depended on a mechanical structure change and piezoelectric m...
Most published reports about piezoelectric energy harvesting have been reported for measurement and evaluations of output voltage and power generation together with electromechanical conversion efficiency. So far many research groups have depended on a mechanical structure change and piezoelectric materials to improve the harvesting efficient. However, there have been no results concerning the relationship between piezoelectric power of materials and clinical bio-application. So in this thesis, an attempt was made to synthesis uniform piezoelectric materials, fabricates piezoelectric energy harvesting patch which can generate electric power by living animal motions and applied to wound healing. Highly uniform mono-dispersed ZnO sub-microrods were synthesized under the condition of a limited injection of Zn divalent ions into an aqueous solution of hexamethylenetetramine at 85 oC. The mechanisms governing the initial seed formation and growth of the ZnO sub-microrods were revealed as an oriented aggregation and classical growth, respectively, from an analytic observation with a high-resolution transmission electron microscope. To demonstrate the capability and possibility of forming uniform microrods for electronic applications, a monolayer of thermally annealed rods was produced on a flexible substrate. Base on the ZnO sub-microrods, I fabricated self-power generation piezoelectric patch. This piezoelectric patch can generate piezoelectric power by living animal motions and directly transfer the energy to skin without any conducting wires. I introduce a nanogenerator that includes a unique eco-friendly nanomaterial, bi-axially grown zinc oxide nanorods having an in-plane mode of the piezoelectric action, and possesses a large manufacturing area by a rubbing process. Next, I investigated the relationship between piezoelectric potential from piezoelectric patch and skin wound healing with in vitro and in vivo test. In this test, I observed that small amount of electric potential difference on the damaged skin was naturally formed and several dermal tissues can influence on their migration for healing by the bioelectricity. The piezoelectric patch can modulate the bioelectricity on the damaged skin area and the enhanced bioelectric potential difference can improve the wound closing and dermal tissue remodeling. From my investigation, I propose that small amount of piezoelectric potential by living organism’s motions have a great ability to healing for damaged organics.
Most published reports about piezoelectric energy harvesting have been reported for measurement and evaluations of output voltage and power generation together with electromechanical conversion efficiency. So far many research groups have depended on a mechanical structure change and piezoelectric materials to improve the harvesting efficient. However, there have been no results concerning the relationship between piezoelectric power of materials and clinical bio-application. So in this thesis, an attempt was made to synthesis uniform piezoelectric materials, fabricates piezoelectric energy harvesting patch which can generate electric power by living animal motions and applied to wound healing. Highly uniform mono-dispersed ZnO sub-microrods were synthesized under the condition of a limited injection of Zn divalent ions into an aqueous solution of hexamethylenetetramine at 85 oC. The mechanisms governing the initial seed formation and growth of the ZnO sub-microrods were revealed as an oriented aggregation and classical growth, respectively, from an analytic observation with a high-resolution transmission electron microscope. To demonstrate the capability and possibility of forming uniform microrods for electronic applications, a monolayer of thermally annealed rods was produced on a flexible substrate. Base on the ZnO sub-microrods, I fabricated self-power generation piezoelectric patch. This piezoelectric patch can generate piezoelectric power by living animal motions and directly transfer the energy to skin without any conducting wires. I introduce a nanogenerator that includes a unique eco-friendly nanomaterial, bi-axially grown zinc oxide nanorods having an in-plane mode of the piezoelectric action, and possesses a large manufacturing area by a rubbing process. Next, I investigated the relationship between piezoelectric potential from piezoelectric patch and skin wound healing with in vitro and in vivo test. In this test, I observed that small amount of electric potential difference on the damaged skin was naturally formed and several dermal tissues can influence on their migration for healing by the bioelectricity. The piezoelectric patch can modulate the bioelectricity on the damaged skin area and the enhanced bioelectric potential difference can improve the wound closing and dermal tissue remodeling. From my investigation, I propose that small amount of piezoelectric potential by living organism’s motions have a great ability to healing for damaged organics.
주제어
#산화아연 나노막대 압전발생 압전에너지 수거 수열합성 산화금속 합성과 성장 자가에너지 발생 상처치료 zinc oxide nanorods (ZnO NRs) piezoelectric generation piezoelectric energy harvesting hydrothermal metal oxide synthesis and growth self-power gerneration wound healing
학위논문 정보
저자
장우순
학위수여기관
Graduate School, Yonsei University
학위구분
국내박사
학과
Dept. of Materials Science and Engineering
지도교수
Hong Koo Baik
발행연도
2015
총페이지
xxi, 175장
키워드
산화아연 나노막대 압전발생 압전에너지 수거 수열합성 산화금속 합성과 성장 자가에너지 발생 상처치료 zinc oxide nanorods (ZnO NRs) piezoelectric generation piezoelectric energy harvesting hydrothermal metal oxide synthesis and growth self-power gerneration wound healing
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