테라헤르츠파는 마이크로파와 적외선 사이에 존재하는 전자기파로, 테라헤르츠파 분광법과 영상 시스템을 이용하여 물질의 분자 간 진동 모드에 대한 정보를 얻을 수 있다. 그 대역의 에너지는 물구조체의 약한 수소 결합에 해당하므로 다른 물질에 비해 물에 높은 ...
테라헤르츠파는 마이크로파와 적외선 사이에 존재하는 전자기파로, 테라헤르츠파 분광법과 영상 시스템을 이용하여 물질의 분자 간 진동 모드에 대한 정보를 얻을 수 있다. 그 대역의 에너지는 물구조체의 약한 수소 결합에 해당하므로 다른 물질에 비해 물에 높은 흡수율을 보인다. 따라서 테라헤르츠파의 물에 대한 민감한 특성은 물질 내의 수분함량에 대한 정보를 얻는 데에 효과적으로 이용될 수 있다. 특히 테라헤르츠파는 자외선이나 X선에 비해 에너지가 작기 때문에, 물질의 손상을 최소화하면서 물질을 분석할 수 있다는 장점을 가지고 있다. 이러한 테라헤르츠파의 장점으로 인해 테라헤르츠파 분광법 및 영상 시스템을 의료 진단 분야에 적용시키려는 연구가 많이 진행되고 있다. 또한 테라헤르츠파 분광법은 Fourier Transform Infrared(FTIR) 분광법과 다르게 진폭과 위상을 포함하는 시간축 분광이 가능하기 때문에 sum rule이나 Kramers-Kronig 관계식 등을 사용하지 않고도 손쉽게 굴절율과 흡수율과 같은 복소 광학 상수를 직접 구할 수 있다는 장점을 가지고 있다.
본 논문에서는 테라헤르츠파 분광 및 영상 시스템을 이용하여 동물 조직 내의 수분 함량에 대하여 연구하였다. 대부분의 식품이나 생체 물질은 수분을 포함하고 있으므로 수분함량은 물질의 상태를 나타낼 수 있는 지표로 사용될 수 있다. 따라서 물질 내 수분 함량의 정량적인 측정 및 분석은 물질의 기본적인 물리화학적 특성뿐만 아니라 식품의 안정성, 유통기한, 그리고 생체 물질의 질병 상태 등을 알려줄 수 있다. 이러한 이유로 식품이나 의학 진단 분야에서 물질 내의 수분함량에 대한 연구가 필요하며, 수분에 민감한 테라헤르츠파의 특성을 이용하면, 물질 내의 수분 함량을 지표로 하여 생체 물질이나 식품에 대한 분석이 가능할 것이다. 테라헤르츠 시스템을 이용하여 동물 조직의 정량적인 수분함량 분석이 가능한지에 대하여 연구하기 위하여 본 연구에서는 동물 조직을 물과 물을 제외한 물질로 분류하였다. 동결 건조(lyophilization)방법을 이용하여 물을 제거하기 전후의 동물 조직의 테라헤르츠파 흡수율을 측정하였고 이를 이용하여 조직 내의 수분 함량을 계산하였다. 테라헤르츠파 실험을 통해 얻은 수분 함량은 동결 건조 전후의 동물 조직의 질량 차이를 측정하여 얻어진 수분의 질량분율과 비교하여 분석하였다.
테라헤르츠파는 마이크로파와 적외선 사이에 존재하는 전자기파로, 테라헤르츠파 분광법과 영상 시스템을 이용하여 물질의 분자 간 진동 모드에 대한 정보를 얻을 수 있다. 그 대역의 에너지는 물구조체의 약한 수소 결합에 해당하므로 다른 물질에 비해 물에 높은 흡수율을 보인다. 따라서 테라헤르츠파의 물에 대한 민감한 특성은 물질 내의 수분함량에 대한 정보를 얻는 데에 효과적으로 이용될 수 있다. 특히 테라헤르츠파는 자외선이나 X선에 비해 에너지가 작기 때문에, 물질의 손상을 최소화하면서 물질을 분석할 수 있다는 장점을 가지고 있다. 이러한 테라헤르츠파의 장점으로 인해 테라헤르츠파 분광법 및 영상 시스템을 의료 진단 분야에 적용시키려는 연구가 많이 진행되고 있다. 또한 테라헤르츠파 분광법은 Fourier Transform Infrared(FTIR) 분광법과 다르게 진폭과 위상을 포함하는 시간축 분광이 가능하기 때문에 sum rule이나 Kramers-Kronig 관계식 등을 사용하지 않고도 손쉽게 굴절율과 흡수율과 같은 복소 광학 상수를 직접 구할 수 있다는 장점을 가지고 있다.
본 논문에서는 테라헤르츠파 분광 및 영상 시스템을 이용하여 동물 조직 내의 수분 함량에 대하여 연구하였다. 대부분의 식품이나 생체 물질은 수분을 포함하고 있으므로 수분함량은 물질의 상태를 나타낼 수 있는 지표로 사용될 수 있다. 따라서 물질 내 수분 함량의 정량적인 측정 및 분석은 물질의 기본적인 물리화학적 특성뿐만 아니라 식품의 안정성, 유통기한, 그리고 생체 물질의 질병 상태 등을 알려줄 수 있다. 이러한 이유로 식품이나 의학 진단 분야에서 물질 내의 수분함량에 대한 연구가 필요하며, 수분에 민감한 테라헤르츠파의 특성을 이용하면, 물질 내의 수분 함량을 지표로 하여 생체 물질이나 식품에 대한 분석이 가능할 것이다. 테라헤르츠 시스템을 이용하여 동물 조직의 정량적인 수분함량 분석이 가능한지에 대하여 연구하기 위하여 본 연구에서는 동물 조직을 물과 물을 제외한 물질로 분류하였다. 동결 건조(lyophilization)방법을 이용하여 물을 제거하기 전후의 동물 조직의 테라헤르츠파 흡수율을 측정하였고 이를 이용하여 조직 내의 수분 함량을 계산하였다. 테라헤르츠파 실험을 통해 얻은 수분 함량은 동결 건조 전후의 동물 조직의 질량 차이를 측정하여 얻어진 수분의 질량분율과 비교하여 분석하였다.
There are lots of research for applying terahertz(THz) spectroscopy and imaging system for medical diagnosis. THz wave which is the electromagnetic wave laying between microwave and infrared bring the information of intermolecular vibration mode. Since the energy of the weak hydrogen boding and the ...
There are lots of research for applying terahertz(THz) spectroscopy and imaging system for medical diagnosis. THz wave which is the electromagnetic wave laying between microwave and infrared bring the information of intermolecular vibration mode. Since the energy of the weak hydrogen boding and the recombination and breaking motion of water cluster are in THz frequency region, THz wave is useful to get the information of water concentration in materials. In addition, THz wave which has smaller energy than UV and X-ray is able to analysis materials minimizing the damage of materials.
In this thesis, we studied the water concentration in various organ tissue of small animal using THz spectroscopy and imaging system. The most of food and bio-materials are consists of lots of water. The water concentration can be employed as an indicator that shows the state of materials. Therefore, the quantitative measurement and analysis of the water concentration in materials can give us not only the physichemical properties of biomaterials but also the safety and expiration date of food. For this reason, the quantifying the water concentration in materials is required in the study of food science and medical diagnosis. We extracted the THz absorption in animal tissue before and after lyophilization using THz transmission type spectroscopy and reflection type imaging system. Using the spectroscopic results, we calculated the water concentration in the organ tissues of animal tissue, such as liver, spleen, kidney, and brain. Moreover, we measured the difference of mass in organs tissues of animal before and after lyophilization to calculated the water concentration of organs tissues of animal and compare the water concentration obtained by THz wave.
There are lots of research for applying terahertz(THz) spectroscopy and imaging system for medical diagnosis. THz wave which is the electromagnetic wave laying between microwave and infrared bring the information of intermolecular vibration mode. Since the energy of the weak hydrogen boding and the recombination and breaking motion of water cluster are in THz frequency region, THz wave is useful to get the information of water concentration in materials. In addition, THz wave which has smaller energy than UV and X-ray is able to analysis materials minimizing the damage of materials.
In this thesis, we studied the water concentration in various organ tissue of small animal using THz spectroscopy and imaging system. The most of food and bio-materials are consists of lots of water. The water concentration can be employed as an indicator that shows the state of materials. Therefore, the quantitative measurement and analysis of the water concentration in materials can give us not only the physichemical properties of biomaterials but also the safety and expiration date of food. For this reason, the quantifying the water concentration in materials is required in the study of food science and medical diagnosis. We extracted the THz absorption in animal tissue before and after lyophilization using THz transmission type spectroscopy and reflection type imaging system. Using the spectroscopic results, we calculated the water concentration in the organ tissues of animal tissue, such as liver, spleen, kidney, and brain. Moreover, we measured the difference of mass in organs tissues of animal before and after lyophilization to calculated the water concentration of organs tissues of animal and compare the water concentration obtained by THz wave.
주제어
#테라헤르츠파 분광법
#테라헤르츠파 영상
#동물 조직 내 수분 함량
#THz spectroscopy
#THz imaging
#water concentration in animal tissue
학위논문 정보
저자
이규민
학위수여기관
연세대학교 대학원
학위구분
국내석사
학과
나노메디컬협동과정
지도교수
서진석
발행연도
2016
총페이지
v, 36장
키워드
테라헤르츠파 분광법,
테라헤르츠파 영상,
동물 조직 내 수분 함량,
THz spectroscopy,
THz imaging,
water concentration in animal tissue
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