감성은 외부의 물리/화학적인 자극에 대한 인간 내부의 고차원적인 심리적 체험으로 기쁨, 슬픔, 쾌적, 불쾌 등에 대한 복합적인 감정이라 할 수 있다. 감성연구의 가장 큰 어려움은 측정의 문제이다. 기존 감성측정은 자기보고, 인터뷰, 뇌파 및 자율 신경계 반응, 심장혈관 활동도 등에 국한되어 있다. 최근 나노마이크로 기술의 발달과 함께 미래에는 체액 내 감성 바이오마커를 찾아내고 그것의 유무와 뇌 과학 연구결과와의 상관관계를 규명하고 피 한 방울로 인간의 심리상태를 정확히 파악할 수 있는 초소형 감성진단칩(emotion-on-a-chip)을 개발하게 할 수 있을 것으로 기대된다. 또한 종이를 이용한 종이 미세유체(paper microfluidic) 기술이 발달하고 이를 이용한 질병진단을 할 수 있음이 보고된 바 있다. 종이기반 미세유체채널은 그 제작비용이 저렴하며, 누구나 손쉽게 사용할 수 있어서 미래에 감성진단을 위한 도구로 활용할 수 있다. 본지에서는 아직까지 감성측정분야에 도입되지 않은 종이 미세유체 기술을 소개하고 향후 다양한 감성지표를 측정할 수 있는 아주 간단한 구조의 종이 기반 미세유체 디바이스의 설계 및 제작에 대해 기술한다.
감성은 외부의 물리/화학적인 자극에 대한 인간 내부의 고차원적인 심리적 체험으로 기쁨, 슬픔, 쾌적, 불쾌 등에 대한 복합적인 감정이라 할 수 있다. 감성연구의 가장 큰 어려움은 측정의 문제이다. 기존 감성측정은 자기보고, 인터뷰, 뇌파 및 자율 신경계 반응, 심장혈관 활동도 등에 국한되어 있다. 최근 나노마이크로 기술의 발달과 함께 미래에는 체액 내 감성 바이오마커를 찾아내고 그것의 유무와 뇌 과학 연구결과와의 상관관계를 규명하고 피 한 방울로 인간의 심리상태를 정확히 파악할 수 있는 초소형 감성진단칩(emotion-on-a-chip)을 개발하게 할 수 있을 것으로 기대된다. 또한 종이를 이용한 종이 미세유체(paper microfluidic) 기술이 발달하고 이를 이용한 질병진단을 할 수 있음이 보고된 바 있다. 종이기반 미세유체채널은 그 제작비용이 저렴하며, 누구나 손쉽게 사용할 수 있어서 미래에 감성진단을 위한 도구로 활용할 수 있다. 본지에서는 아직까지 감성측정분야에 도입되지 않은 종이 미세유체 기술을 소개하고 향후 다양한 감성지표를 측정할 수 있는 아주 간단한 구조의 종이 기반 미세유체 디바이스의 설계 및 제작에 대해 기술한다.
Emotion is composed of various feelings such as pleasure, sorrow, comfortability, and so on. The complicated process of the measurement has long been recognized as a major hindrance for the studies of emotion. Previously, individuals' emotion has mainly been measured by means of self-report, intervi...
Emotion is composed of various feelings such as pleasure, sorrow, comfortability, and so on. The complicated process of the measurement has long been recognized as a major hindrance for the studies of emotion. Previously, individuals' emotion has mainly been measured by means of self-report, interview, EEG (electroencephalogram), ECG (electrocardiogram), EOG (electroculography), and body temperature. With thanks to nano/micro technologies, the possibility in the development of emotion-on-a-chip (EOC) has begun to be proposed. EOC will make it possible to analyze one's psychological status by taking a drop of blood. Discovery of emotional biomarkers in body fluids, understanding of the correlation between those biomarkers and the results from brain science are prerequisites to validate the EOC technology. In this paper, paper microfluidics are introduced as a good candidate for the EOC. As paper microfluidics is cost-effective and easy to use it is expected to be a useful device for the emotion measurement. We present the design and fabrication process for the simple paper-based microfluidic device and discuss the possible application in the field of measuring the human emotion.
Emotion is composed of various feelings such as pleasure, sorrow, comfortability, and so on. The complicated process of the measurement has long been recognized as a major hindrance for the studies of emotion. Previously, individuals' emotion has mainly been measured by means of self-report, interview, EEG (electroencephalogram), ECG (electrocardiogram), EOG (electroculography), and body temperature. With thanks to nano/micro technologies, the possibility in the development of emotion-on-a-chip (EOC) has begun to be proposed. EOC will make it possible to analyze one's psychological status by taking a drop of blood. Discovery of emotional biomarkers in body fluids, understanding of the correlation between those biomarkers and the results from brain science are prerequisites to validate the EOC technology. In this paper, paper microfluidics are introduced as a good candidate for the EOC. As paper microfluidics is cost-effective and easy to use it is expected to be a useful device for the emotion measurement. We present the design and fabrication process for the simple paper-based microfluidic device and discuss the possible application in the field of measuring the human emotion.
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문제 정의
하지만 다공성인 종이의 특성 때문에 현상한 후 종이의 채널 패턴의 경계가 모호하여 잉크가 침투되었다. 그 후 파라핀 왁스를 녹여서 액체로 만들면 종이에 쉽게 스며들게 되는 점을 이용하여 보다 완벽한 경계를 만들고자 하였다. 파라핀이 채널을 만들게 되는 최적의 조건을 찾기 위해서 여러 가지 실험을 진행해 보았는데, 첫째로, 종이 위에 파라핀을 두고 200 도 이상까지 가열함으로써 파라핀을 녹이는 실험을 진행하였다(Figure 3의 (a)).
따라서 본 논문에서는 인간체액을 통해서 적 외상 후 스트레스 장애등을 검사할 수 있는 코티졸 등의 생리적 바이오마커를 손쉽고 저렴하게 측정할 수 있는 종이기반 미세유체 채널(paper microfluidic device)의 제작과 감성측정분야에 있어서의 그 응용 범위 등을 소개하고자 한다.
더구나 인간의 행위는 자의적이면서도 연속적으로 발생하는 것이기 때문에 실험실 상황이 아니라 자연스러운 상호작용 과정 속에서 특정한 순간의 감성을 간편하고 정확히 측정할 수 있는 기술이 중요하다. 본 연구진은 감성지표의 일종인 코티졸, 알파-아밀레이즈, 케티콜아민 등을 동시 다발적으로 측정할 수 있는 다양한 형태의 디바이스를 설계 및 제작 중에 있으며 본지에서는 주로 손쉽게 사용할 수 있는 종이 기반 미세유체채널을 소개하며 향후 다양한 감성지표를 측정하는 결과를 보고 할 것이다. 종이 기반 미세유체채널(paper microfluidics)은 그 제작비용이 저렴하며, 누구나 손쉽게 사용할 수 있어서 미래에 감성진단을 위한 도구로 활용할 수 있다.
5㎍/㎗이다(Yang et al, 2009). 이 때문에 우리는 0.1㎍/ ㎗이하로 LOD(limit of detection)를 결정하고 정밀하게 측정하고자 한다. 원리는 항원-항체반응을 이용하는 것인데, 패턴 된 종이 미세 유로위에 Figure 6과 같이 한쪽 라인은 코티졸-BSA를 고정시키므로 반응이 진행하면 항상 라인의 색이 나오도록 만들도록 하고자 한다.
제안 방법
이때 사용하는 BSA의 역할은 반응을 안정하게 만들 뿐 아니라 코티졸이 너무 작아 떨어질 경우를 대비한 안정장치이다. 다른 한 쪽 라인은 코티졸의 1차 항체로, 코티졸을 검침 가능하도록 고정 시키고 마지막으로 준비된 혼합물에는 2차 코티졸 항체와 골드가 코팅된 물질이 준비되어 있어서 코티졸이 들어오면 언제든지 반응할 수 있도록 해두어 코티졸을 검침 하고자 한다.
PR은 소수성의 성질을 가지고 있기 때문에 이를 이용하여 마스크에 의해 blocking의 여부에 따른 채널을 형상화 할 수 있게 된다. 마스크는 CAD를 사용하여 제작하였고 이후 검침을 위한 채널 폭의 최적화를 위하여 길이와 폭이 각각 다른 채널을 제작하였다. 초기 설계 시 채널의 길이를 800μm, 1000μm, 1200μm로 만들었으나, 만일 채널을 따라가는 속도가 매우 빠를 것에 대비하여 1000μm, 1250μm, 1500μm으로 제작하였다.
마지막으로, 두꺼운 하드보드지에 각각 2cm x (2mm, 3mm, 4mm, 5mm)의 정사각형 모양을 각각 뚫고 그 후 파라핀을 구멍을 뚫은 부분으로 코팅하여 제작하였다. 이 공정은 shadow mask를 이용하여 코팅하는 원리와 동일하며, photolithography보다 제작 방식이 무척이나 간단하고 제작시간이 짧은 장점을 가지고 있다(Figure 3.
1㎍/ ㎗이하로 LOD(limit of detection)를 결정하고 정밀하게 측정하고자 한다. 원리는 항원-항체반응을 이용하는 것인데, 패턴 된 종이 미세 유로위에 Figure 6과 같이 한쪽 라인은 코티졸-BSA를 고정시키므로 반응이 진행하면 항상 라인의 색이 나오도록 만들도록 하고자 한다. 이때 사용하는 BSA의 역할은 반응을 안정하게 만들 뿐 아니라 코티졸이 너무 작아 떨어질 경우를 대비한 안정장치이다.
제작한 채널에 10μl 각각 폭에 따라 1cm 가는데 걸리는 시간과 시간이 흐른 뒤 잉크가 퍼진 길이를 측정하였다(Figure 5).
소수성 부분이 경계를 형성하게 되는데 이때 채널 폭을 조절함으로써 적은 시료로 검침 가능한 채널을 만들 수 있다. 종이에 채널 형상을 제작하기 위해서 크게 두 가지의 방법으로 접근을 하였다. 하나는 마스크를 대고 photolithography 공정의 원리를 이용하여 제작하는 방법(Martinez, 2008)이고 다른 하나는 마스크 자체를 shadow mask로 공정하게 되면 틀로 사용할 수가 있는데 이를 이용하여 채널 형상을 코팅하는 방법이다(Figure 1).
초기 설계 시 채널의 길이를 800μm, 1000μm, 1200μm로 만들었으나, 만일 채널을 따라가는 속도가 매우 빠를 것에 대비하여 1000μm, 1250μm, 1500μm으로 제작하였다.
그 후 파라핀 왁스를 녹여서 액체로 만들면 종이에 쉽게 스며들게 되는 점을 이용하여 보다 완벽한 경계를 만들고자 하였다. 파라핀이 채널을 만들게 되는 최적의 조건을 찾기 위해서 여러 가지 실험을 진행해 보았는데, 첫째로, 종이 위에 파라핀을 두고 200 도 이상까지 가열함으로써 파라핀을 녹이는 실험을 진행하였다(Figure 3의 (a)). 그러나 이와 같은 방법은 파라핀이 표면에서만 녹아 종이에 스며들기 전에 이미 종이가 검게 변하는 단점이 있었다(Figure 3의 (a-1)).
현상액에 담겨진 종이를 마지막으로 hardbake를 반복하여 시료를 흘려보낼 친수성 채널과 UV 노광으로 인해 PR 형상이 남아 있는 부분인 소수성 경계를 만들어 줌으로써 시료를 측정할 μPADs(Microfluidic paper-based analytical devices)를 제작할 수 있었다(Figure 2).
대상 데이터
Whatman Paper 용지를 photoresist종류의 하나인 AZ1512에 집어넣어 2분 동안 담갔다. 그 후에 photoresist에 있는 solvent를 날려주고 polymer를 안착시키기 위해 prebake를 85 ℃에서 5분 동안 유지시켜 주었다.
종이는 흡습성이 좋은 Whatman Paper No.1을 이용하여 실험을 수행하였다. photolithography를 이용한 방법은 종이를 우선 photoresist(감광제, PR)에 담가 충분하게 스며들게 해준다.
채널의 폭은 20μm, 30μm, 40μm, 50μm, 100μm으로 조절하여 마스크를 제작하였다.
성능/효과
실험은 총 네 번으로 하였으며 네번의 실험을 통한 평균은 Table 1과 같다. 결과를 통하여 보았을 때, 채널의 폭은 작을수록 속도가 빠르고 채널에 올라가는 길이 또한 높이 올라가는 것을 알 수 있었다. 따라서 감성 진단칩 제작을 할 시, 채널의 폭을 작게 하여야 빠른 속도로 시료가 검침될 부분까지 올라갈 수 있다는 결론을 낼 수 있었다.
결과를 통하여 보았을 때, 채널의 폭은 작을수록 속도가 빠르고 채널에 올라가는 길이 또한 높이 올라가는 것을 알 수 있었다. 따라서 감성 진단칩 제작을 할 시, 채널의 폭을 작게 하여야 빠른 속도로 시료가 검침될 부분까지 올라갈 수 있다는 결론을 낼 수 있었다.
또한 파라핀 오일의 온도 약 60도 수준 일 때 패턴이 가장 잘 형성되었으며 그 이상의 온도에는 점성이 낮아져 원하는 모양의 패턴을 유지하기가 힘들었고, 55도 미만에서는 점성이 높아져 종이에 잘 흡수되지 않았다. 종이 위 파라핀 오일이 굳기까지의 시간을 측정해 본 결과 약 10분이 경과된 후에야 종이와 같은 온도인 28.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
감성연구의 가장 큰 어려움은 무엇인가?
감성은 외부의 물리/화학적인 자극에 대한 인간 내부의 고차원적인 심리적 체험으로 기쁨, 슬픔, 쾌적, 불쾌 등에 대한 복합적인 감정이라 할 수 있다. 감성연구의 가장 큰 어려움은 측정의 문제이다. 기존 감성측정은 자기보고, 인터뷰, 뇌파 및 자율 신경계 반응, 심장혈관 활동도 등에 국한되어 있다.
감성이란 어떤 감정을 의미하는가?
감성은 외부의 물리/화학적인 자극에 대한 인간 내부의 고차원적인 심리적 체험으로 기쁨, 슬픔, 쾌적, 불쾌 등에 대한 복합적인 감정이라 할 수 있다. 감성연구의 가장 큰 어려움은 측정의 문제이다.
종이 미세유체(paper microfluidic) 기술을 사용한 종이기반 미세유체채널은 어떠한 장점으로 미래에 감성진단을 위한 도구로 활용될 수 있는가?
또한 종이를 이용한 종이 미세유체(paper microfluidic) 기술이 발달하고 이를 이용한 질병진단을 할 수 있음이 보고된 바 있다. 종이기반 미세유체채널은 그 제작비용이 저렴하며, 누구나 손쉽게 사용할 수 있어서 미래에 감성진단을 위한 도구로 활용할 수 있다. 본지에서는 아직까지 감성측정분야에 도입되지 않은 종이 미세유체 기술을 소개하고 향후 다양한 감성지표를 측정할 수 있는 아주 간단한 구조의 종이 기반 미세유체 디바이스의 설계 및 제작에 대해 기술한다.
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