[보고서]나노/마이크로 전극구조와 전기화학적 방법을 이용한 종합적 생물막 측정 기술의 개발

윤제용

보고서 정보

주관연구기관

서울대학교 산학협력단

연구책임자

윤제용

참여연구자

이준희 , 신규순 , 김태영 , 강전일 , 김성환 , 임수진

보고서유형

최종보고서

발행국가

대한민국

언어

한국어

발행년월

2011-07

과제시작연도

2010

주관부처

환경부

사업 관리 기관

한국환경산업기술원

등록번호

TRKO201200001839

과제고유번호

1485008435

DB 구축일자

2013-05-20

표 그림 1. 다양한 현미경으로 관찰한 생물막 모습
표 그림 1. 다양한 현미경으로 관찰한 생물막 모습
표 그림 2. 생물막 형성을 위한 방법들
표 그림 3. 나노구조를 이용하여 제조한 다차원 구조.
표 생물막 구조에 따라 달라지는 특성 (평평한 구조와 입체구조 생물막의 비교)
표 그림 4. 미세구조가 다른 생물막의 형성 과정
표 그림 5. 전기화학 시스템 내 등가회로의 기본적 임피던스 성분.
표 그림 6. 세포 활동에 의해 형성되는 이온성 대사산물.
표 그림 7. 시간에 따른 임피던스의 변화
표 그림 8. 두 개의 Pt 전극을 이용한 회분식 반응기에서의 등가회로.
표 그림 9. 일반적인 2전극 시스템에서의 임피던스 측정값.
표 그림 10. 생물막 측정을 위한 전극.
표 그림 11. 회분식 반응기의 모식도.
표 그림 12. 흐름식 반응기.
표 그림 13. 임피던스 측정 시스템 구성.
표 그림 14. 회분식 반응기에서의 Bode spectrum.
표 그림 15. 배양 시간에 따른 정전용량 값의 변화.
표 그림 16. 배양 시간에 따른 저항의 변화.
표 그림 17. 시간에 따라 전극 표면에 부착된 미생물 개체수.
표 그림 18. 전극 표면에 부착된 미생물 개체수와 정전용량, 저항의 상관관계.
표 그림 19. 초기 농도 별 시간에 따른 정전용량 및 저항의 변화.
표 그림 20. 초기 농도 별 부착된 미생물 수와 정전용량/저항의 상관관계.
표 그림 21. 회분식 및 흐름식 반응기에서 형성된 생물막의 Bode plot.
표 그림 22. 시간에 따른 생물막의 임피던스 성분 변화.
표 그림 23. 24시간 후에 백금 전극 표면 위에 형성된 생물막의 CLSM 이미지.
표 그림 24. 백금에 부착한 E. aerogenes 의 cyclic voltammogram.
표 그림 25. 시간에 따른 백금의 표면 전하 밀도.
표 그림 26. 백금 전극에서 생물막 형성 전(a)과 후 (b)의 cyclic voltammogram.
표 그림 27. 백금 전극에서 생물막 형성 1시간(a), 3시간(b), 5시간(c) 후의 cyclic voltammogram.
표 그림 28. 생물막 형성에 의한 백금 전극의 영향. 생물막 형성 전 (점선) 과 생물막 형성 후 (실선, 21 시간).
표 그림 29. 금(Au)의 cyclic voltammogram. 생물막 형성 전 (점선)과 형성 후 (실선).
표 그림 30. 회분식 반응기 구성.
표 그림 31. 흐름식 반응기 구성.
표 그림 32. CV를 위한 실험 시스템 모식도.
표 그림 33. 백금 전극과 전기화학 셀
표 그림 34. 백금(a) 과 금(b)의 cyclic voltammogram.
표 그림 35. 미생물 부착에 따른 백금 전극의 타펠곡선 변화.
표 그림 36. 미생물 부착에 따른 교환 전류 변화.
표 그림 37. 초기 농도에 따른 백금(좌)과 금(우)의 cyclic voltammogram.
표 그림 38. 흐름식 반응기에서의 cyclic voltammogram 변화.
표 그림 39. 백금의 cyclic voltammogram.
표 그림 40. 미생물 부착에 따른 백금 전극의 봉우리 전류 값 변화.
표 그림 41. 미생물 부착에 따른 백금 전극의 산화-환원 봉우리 전위 차이 값 변화.
표 그림 42. Randles-Sevcik equation.
표 그림 43. 실험을 통해 계산한 페리시안화 용액의 환산계수.
표 그림 44. 백금 전극의 활성 표면적 계산.
표 그림 45. 미생물 부착에 따라 변화하는 활성 표면적 변화.
표 그림 46. 시간에 따른 표면 덮힘율 변화.
표 그림 47. 형광 이미지 분석을 통해 얻은 표면 덮힘율 변화.
표 그림 48. 형광 현미경을 이용한 미생물 부착 이미지.
표 그림 49. CLSM을 이용한 생물막 형성 이미지.
표 그림 50. 시간에 따른 정전용량의 변화.
표 그림 51. Tryptone 첨가에 따른 정전용량 변화.
표 그림 52. 단백질이 존재하는 환경에서의 미생물 부착 및 생물막 형성 모식도.
표 그림 53. 미생물 부착에 따른 정전용량 변화.
표 그림 54. 세 균주 (J161(■), PAO1(●), MW1(▲))의 임피던스 변화.
표 그림 55. 세 균주의 시간에 따른 형광 이미지.
표 그림 56. 인산완충용액 (0.01 M) 내에서 미생물 주입에 따른 정전용량의 변화.
표 그림 57. PA14 wild type, wspF mutant의 시간에 따른 정전용량 변화.
표 그림 58. PA14 wild type, wspF mutant의 시간 (24, 48시간)에 따른 형광 이미지.
표 그림 59. 신호 변화, 생물막 형성, 경제적 손실의 상관관계.
표 그림 60. 평판형 전극을 제조하는 방법에 대한 개략도.
표 그림 61. AFM을 통하여 관찰한 전극 물질 증착 전/후의 표면 상태.
표 그림 62. 양극산화를 통한 나노기공형 전극의 제조 과정 (상) 및 SEM으로 관찰한 나노기공의 단면의 모습 (하).
표 그림 63. 나노기공형 템플레이트 (AAO) 를 부착한 전극.
표 그림 64. SEM으로 관찰한 AAO 템플레이트의 표면.
표 그림 65. 실험 환경에 따른 AAO 전극의 전기 이중층 정전 용량의 변화
표 그림 66. 영양분이 존재 하지 않는 조건에서의 미생물 부착에 의한 금속 전극의 전기 이중층 정전 용량의 변화
표 그림 67. 영양분이 존재 하는 조건에서 AAO 박막의 부착 여부에 따른 금속 전극의 전기 이중층 정전 용량의 변화
표 그림 68. IDA 전극 구조에 대한 개략도 및 SEM 사진
표 그림 69. IDA 전극 제작 과정 개략도
표 그림 70. 실험 환경에 따른 IDA 금속 전극의 전기 이중 층 정전 용량의 변화
표 그림 71. 실험 전 IDA 금속 전극 표면의 SEM 사진
표 그림 72. 실험 직후 IDA 금속 전극 표면의 SEM 사진
표 그림 73. 실험 후 3일 지난 IDA 금속 전극 표면의 SEM 사진
표 그림 74. 생물막 형성 모식도 (Flocculation and then attachment).
표 그림 75. 생물막 형성 모식도 (Attachment without flocculation).
표 그림 76. 생물막 형성 모식도 (Attachment and biofilm growth).
표 그림 77. 생물막 형성 모델에 따른 주된 신호 변화 요인 및 모니터링 방법.
표 그림 78. 미생물 부착 모니터링을 위한 모델 시스템 모식도.
표 그림 79. 미생물 주입
표 그림 80. S. Typhimurium 검출을 위한 Interdigitated microelectrode (IME)와 임피던스 측정 장비를 나타내는 모식도.
표 그림 81. S. Typhimurium 배양 전 후의 주파수에 따른 임피던스의 변화.
표 그림 82. 개발한 모니터링 방법을 활용하기 위한 3 단계 모식도.

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총연구비 (DetailSeriesProject) :	-
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