과학 기술의 급속한 발달로 인해 방대한 종류 및 양으로 생산되고 있는 전자기기 등은 현대인들이 살아가는데 필수적인 요소가 되고 있다. 또한 이러한 기기들은 보다 높은 성능에 대한 소비자들의 요구와 맞물려 빠른 속도로 연구되고 있으며 이에 따라 보다 향상된 처리속도와 저장용량 증가에 대한 필요성이 대두되고 있다. 현재 가장 대표적인 저장 매체인 DRAM은 소자의 집적도를 높이는 요구에 대해서 곧 물리적 한계에 도달할 것으로 보인다. 이에 따라 기존의 메모리들의 한계를 넘어설 수 있는 새로운 개념의 ...
과학 기술의 급속한 발달로 인해 방대한 종류 및 양으로 생산되고 있는 전자기기 등은 현대인들이 살아가는데 필수적인 요소가 되고 있다. 또한 이러한 기기들은 보다 높은 성능에 대한 소비자들의 요구와 맞물려 빠른 속도로 연구되고 있으며 이에 따라 보다 향상된 처리속도와 저장용량 증가에 대한 필요성이 대두되고 있다. 현재 가장 대표적인 저장 매체인 DRAM은 소자의 집적도를 높이는 요구에 대해서 곧 물리적 한계에 도달할 것으로 보인다. 이에 따라 기존의 메모리들의 한계를 넘어설 수 있는 새로운 개념의 비휘발성 메모리 개발이 전 세계적으로 요구되고 있다. 차세대 메모리 소자들 중에서, 저항 스위칭 메모리 소자 (RRAM)는 간단한 구조로 공정상의 결함을 줄이고, 생산단가를 낮출 수 있을 뿐 아니라, 낮은 구동전압과 빠른 스위칭 속도로 차세대 비휘발성 메모리로 각광 받고 있다. 지금까지, 다양한 절연체 또는 반도체 물질들이 저항 스위칭 특성을 보여주고 있으며, 환원된 그래핀 산화물과 실크 단백질들이 이에 포함 된다. 이 물질들은 쉽게 용액공정을 통하여 실온에서 제작 되어질 수 있으며, 신뢰성 있는 메모리 성능을 가지고 있다. 실제로, 환원된 그래핀 산화물 저항 스위칭 메모리 뿐아니라 플렉시블 전극에서 높은 전도성을 가지는 활성층으로써 사용되어질 수 있다. 게다가, 실크 단백질은 생체 이식이 가능한 소자를 위한 생체적합성 물질 중 하나이다. 또한 최근에, 실크 단백질은 물리적, 화학적, 생물학적 특성 때문에 전자 메모리 소자의 유망한 후보로서 떠오르고 있다. 반면, 저항 스위칭 소자에 대한 실질적인 적용을 위해, 코티솔 검지를 본 논문에서 응용하였다. 코티솔은 혈압과 포도당 수치를 높이는데 중요한 역할을 하는 신장의 부신 피질에서 분비되는 스테로이드 호르몬이다. 이것은 또한 긴장, 통증, 그리고 감염과 같은 외부 자극에 저항하기 위해 탄수화물 대사를 조절한다. 코티솔 분비는 주로 심리적, 정서적인 스트레스의 수준에 달려 있으며, 따라서 그것은 또한 스트레스 호르몬으로도 알려져 있다. 본 연구에서는, 저항 스위칭 특성을 기반으로 한 환원된 그래핀 산화물과 포유류의 엘라스틴에서 유래된 엘라스틴 폴리펩타이드 (ELP) 물질을 이용하여 각각 면역센서로써 응용을 보여주었다. 면역 센서는 노광 공정을 통하여 평형 전극을 형성시켜 제작 하였다. 저항 스위칭 동작을 기반으로 한 코티솔 검지의 면역 센서를 시연하기 위해, 전류/전압 특성을 통해 확인하였다. 코티솔 항체와 항원사이의 특이적 면역 인식은 환원된 그래핀 산화물과 엘라스틴 폴리펩타이드 채널에서의 저항 변화로 측정 하였다. 환원된 그래핀 산화물의 저항 스위칭 작동 기반으로 한 코티솔 면역 센서의 경우, 기억 작동을 통한 반복 측정의 가능성을 결정하기 위해, 다양한 코티솔 농도를 반복 측정했다. 반복적인 기억 기능은 시냅스 동작 원리와 비슷하게 작동하는 멤리스터라 불리우는 인공 신경 모사 소자의 가능성을 입증 해준다. 환원된 그래핀 산화물을 기반으로 한 센서는 공간 전하 제한 전도성 (SCLC) 메커니즘으로 작동 되는 것으로 확인 하였으며, 또한 인간의 실제 타액을 이용하여 코티솔 농도 수치를 확인 할 수 있었다. 다음으로, 생체 이식 소자를 위해, 생체 공학적으로 합성된 엘라스틴 폴리펩타이드 (ELP)을 이용한 면역 센서를 개발하였다. 저항 스위칭 소자를 위해 도입한 폴리펩타이드의 시퀀스는 [Val-Pro-Gly-Val-Gly]32 로 구성되어 있으며, 이는 메모리 소자 기능과 면역 센서에 응용을 보여주었다. ELP 채널을 통해 프로브 분자인 코티솔 항체과 표적 분자인 코티솔 항원 사이의 특이적인 면역 바인딩을 보여줌으로써, 전류/전압 측정을 통해 검출 한계 (LOD) 테스트를 수행하였으며, 저항 스위칭 특성을 확인하였다. 또한 코티솔 표준 곡선은 실체 타액 샘플에서 코티솔 수치를 정량화하는데 사용하였다. 또한 실험에 사용된 타액은 1 ng/mL (2.76 nM)의 농도로 정확하게 측정 할 수 있었다. 이 연구는 저항 스위칭 소자가 스트레스 관련 생리학에 대한 체내외 연구에 사용할 수 있는 새로운 응용 프로그램으로서, 미래의 새로운 현장 진단용 바이오 센서로 제공할 것임을 시사한다.
과학 기술의 급속한 발달로 인해 방대한 종류 및 양으로 생산되고 있는 전자기기 등은 현대인들이 살아가는데 필수적인 요소가 되고 있다. 또한 이러한 기기들은 보다 높은 성능에 대한 소비자들의 요구와 맞물려 빠른 속도로 연구되고 있으며 이에 따라 보다 향상된 처리속도와 저장용량 증가에 대한 필요성이 대두되고 있다. 현재 가장 대표적인 저장 매체인 DRAM은 소자의 집적도를 높이는 요구에 대해서 곧 물리적 한계에 도달할 것으로 보인다. 이에 따라 기존의 메모리들의 한계를 넘어설 수 있는 새로운 개념의 비휘발성 메모리 개발이 전 세계적으로 요구되고 있다. 차세대 메모리 소자들 중에서, 저항 스위칭 메모리 소자 (RRAM)는 간단한 구조로 공정상의 결함을 줄이고, 생산단가를 낮출 수 있을 뿐 아니라, 낮은 구동전압과 빠른 스위칭 속도로 차세대 비휘발성 메모리로 각광 받고 있다. 지금까지, 다양한 절연체 또는 반도체 물질들이 저항 스위칭 특성을 보여주고 있으며, 환원된 그래핀 산화물과 실크 단백질들이 이에 포함 된다. 이 물질들은 쉽게 용액공정을 통하여 실온에서 제작 되어질 수 있으며, 신뢰성 있는 메모리 성능을 가지고 있다. 실제로, 환원된 그래핀 산화물 저항 스위칭 메모리 뿐아니라 플렉시블 전극에서 높은 전도성을 가지는 활성층으로써 사용되어질 수 있다. 게다가, 실크 단백질은 생체 이식이 가능한 소자를 위한 생체적합성 물질 중 하나이다. 또한 최근에, 실크 단백질은 물리적, 화학적, 생물학적 특성 때문에 전자 메모리 소자의 유망한 후보로서 떠오르고 있다. 반면, 저항 스위칭 소자에 대한 실질적인 적용을 위해, 코티솔 검지를 본 논문에서 응용하였다. 코티솔은 혈압과 포도당 수치를 높이는데 중요한 역할을 하는 신장의 부신 피질에서 분비되는 스테로이드 호르몬이다. 이것은 또한 긴장, 통증, 그리고 감염과 같은 외부 자극에 저항하기 위해 탄수화물 대사를 조절한다. 코티솔 분비는 주로 심리적, 정서적인 스트레스의 수준에 달려 있으며, 따라서 그것은 또한 스트레스 호르몬으로도 알려져 있다. 본 연구에서는, 저항 스위칭 특성을 기반으로 한 환원된 그래핀 산화물과 포유류의 엘라스틴에서 유래된 엘라스틴 폴리펩타이드 (ELP) 물질을 이용하여 각각 면역센서로써 응용을 보여주었다. 면역 센서는 노광 공정을 통하여 평형 전극을 형성시켜 제작 하였다. 저항 스위칭 동작을 기반으로 한 코티솔 검지의 면역 센서를 시연하기 위해, 전류/전압 특성을 통해 확인하였다. 코티솔 항체와 항원사이의 특이적 면역 인식은 환원된 그래핀 산화물과 엘라스틴 폴리펩타이드 채널에서의 저항 변화로 측정 하였다. 환원된 그래핀 산화물의 저항 스위칭 작동 기반으로 한 코티솔 면역 센서의 경우, 기억 작동을 통한 반복 측정의 가능성을 결정하기 위해, 다양한 코티솔 농도를 반복 측정했다. 반복적인 기억 기능은 시냅스 동작 원리와 비슷하게 작동하는 멤리스터라 불리우는 인공 신경 모사 소자의 가능성을 입증 해준다. 환원된 그래핀 산화물을 기반으로 한 센서는 공간 전하 제한 전도성 (SCLC) 메커니즘으로 작동 되는 것으로 확인 하였으며, 또한 인간의 실제 타액을 이용하여 코티솔 농도 수치를 확인 할 수 있었다. 다음으로, 생체 이식 소자를 위해, 생체 공학적으로 합성된 엘라스틴 폴리펩타이드 (ELP)을 이용한 면역 센서를 개발하였다. 저항 스위칭 소자를 위해 도입한 폴리펩타이드의 시퀀스는 [Val-Pro-Gly-Val-Gly]32 로 구성되어 있으며, 이는 메모리 소자 기능과 면역 센서에 응용을 보여주었다. ELP 채널을 통해 프로브 분자인 코티솔 항체과 표적 분자인 코티솔 항원 사이의 특이적인 면역 바인딩을 보여줌으로써, 전류/전압 측정을 통해 검출 한계 (LOD) 테스트를 수행하였으며, 저항 스위칭 특성을 확인하였다. 또한 코티솔 표준 곡선은 실체 타액 샘플에서 코티솔 수치를 정량화하는데 사용하였다. 또한 실험에 사용된 타액은 1 ng/mL (2.76 nM)의 농도로 정확하게 측정 할 수 있었다. 이 연구는 저항 스위칭 소자가 스트레스 관련 생리학에 대한 체내외 연구에 사용할 수 있는 새로운 응용 프로그램으로서, 미래의 새로운 현장 진단용 바이오 센서로 제공할 것임을 시사한다.
There has been a huge demand for technology toward low-cost and low-power electronic device. Also, the charge-based memory devices such as dynamic random access memory (DRAM) have technological and physical limitations as device dimensions have shrunk. As an alternative, resistive switching random a...
There has been a huge demand for technology toward low-cost and low-power electronic device. Also, the charge-based memory devices such as dynamic random access memory (DRAM) have technological and physical limitations as device dimensions have shrunk. As an alternative, resistive switching random access memory (RRAM) relying upon a switching mechanism based on change in resistance has attracted attentions as a promising next generation nonvolatile memory owing to its simple structure, facile processing, high density, and fast switching speed. To date, various insulating or semiconducting materials have been found to demonstrate resistive switching, including a reduced graphene oxide (rGO) and silk protein. Actually, the rGO can be used as a promising active layer in resistive switching memories as well as flexible electrodes with highly conductive sheets. In addition, silk protein is one of the most widely used bio-compatible materials for bio-implantable device. Recently, it has emerged as a promising candidate for electronic memory devices owing to its excellent physical, chemical and biological properties. On the other hand, for practical application about the resistive switching devices, cortisol detection was pursued in this thesis. The cortisol is a steroid hormone secreted from the adrenal cortex on kidney that plays an important role in increasing blood pressure and glucose levels. The cortisol secretion mainly depends on the level of psychological and emotional stress, and thus it is also known as “stress hormone”. In this thesis, immunosensor using reduced graphene oxide (rGO) and elastin-liked-polypeptide (ELP) as electrical sensing layer based on resistive switching property were demonstrated respectively. To demonstrate immune sensor for cortisol detection based on the resistive switching operation, current/voltage (I-V) characteristics were measured. Specific immune recognition between anti-cortisol monoclonal antibody (c-Mab) and cortisol was examined on a resistance change at the rGO and ELP channel. The sensor was proposed with sensing mechanism based on rGO channel resistive switching device, which was worked with space charged limited current (SCLC) conduction mechanism. Also, the sensor could detect human salivary cortisol levels. For an immune sensor by ELP channel, the bio-engineered ELP consists of protein or peptide synthesized as [Val-Pro-Gly-Val-Gly]32 sequence, which could be used for the memory function. By using ELP active channel, specific immune binding affinity between probe c-Mab and target cortisol was realized by attaining its calibration plot and a limit of detection (LOD) test was performed on a basis of resistance change or resistive switching phenomena by measuring I-V characteristics. The calibration plot of linear region with the cortisol concentration, was used to quantify the concentration of cortisol in real saliva samples. This immuno binding detection method accurately measured cortisol in the collected saliva samples achieved to a concentration of 1 ng/mL (2.76 nM). This study suggests that the resistive switching device would provide a novel application, which will be utilized to point-of-care (POCT) biosensor for in vitro study about stress-related physiology.
There has been a huge demand for technology toward low-cost and low-power electronic device. Also, the charge-based memory devices such as dynamic random access memory (DRAM) have technological and physical limitations as device dimensions have shrunk. As an alternative, resistive switching random access memory (RRAM) relying upon a switching mechanism based on change in resistance has attracted attentions as a promising next generation nonvolatile memory owing to its simple structure, facile processing, high density, and fast switching speed. To date, various insulating or semiconducting materials have been found to demonstrate resistive switching, including a reduced graphene oxide (rGO) and silk protein. Actually, the rGO can be used as a promising active layer in resistive switching memories as well as flexible electrodes with highly conductive sheets. In addition, silk protein is one of the most widely used bio-compatible materials for bio-implantable device. Recently, it has emerged as a promising candidate for electronic memory devices owing to its excellent physical, chemical and biological properties. On the other hand, for practical application about the resistive switching devices, cortisol detection was pursued in this thesis. The cortisol is a steroid hormone secreted from the adrenal cortex on kidney that plays an important role in increasing blood pressure and glucose levels. The cortisol secretion mainly depends on the level of psychological and emotional stress, and thus it is also known as “stress hormone”. In this thesis, immunosensor using reduced graphene oxide (rGO) and elastin-liked-polypeptide (ELP) as electrical sensing layer based on resistive switching property were demonstrated respectively. To demonstrate immune sensor for cortisol detection based on the resistive switching operation, current/voltage (I-V) characteristics were measured. Specific immune recognition between anti-cortisol monoclonal antibody (c-Mab) and cortisol was examined on a resistance change at the rGO and ELP channel. The sensor was proposed with sensing mechanism based on rGO channel resistive switching device, which was worked with space charged limited current (SCLC) conduction mechanism. Also, the sensor could detect human salivary cortisol levels. For an immune sensor by ELP channel, the bio-engineered ELP consists of protein or peptide synthesized as [Val-Pro-Gly-Val-Gly]32 sequence, which could be used for the memory function. By using ELP active channel, specific immune binding affinity between probe c-Mab and target cortisol was realized by attaining its calibration plot and a limit of detection (LOD) test was performed on a basis of resistance change or resistive switching phenomena by measuring I-V characteristics. The calibration plot of linear region with the cortisol concentration, was used to quantify the concentration of cortisol in real saliva samples. This immuno binding detection method accurately measured cortisol in the collected saliva samples achieved to a concentration of 1 ng/mL (2.76 nM). This study suggests that the resistive switching device would provide a novel application, which will be utilized to point-of-care (POCT) biosensor for in vitro study about stress-related physiology.
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