초록 ▼

연구내용
1. [감응형 센싱 나노 신소재공정기술] 센싱을 위한 감응물질 및 합성 공정기술 개발
가. 미생물 센서의 신뢰성 및 안정성 향상 기술 개발
○ 미생물 센서 Chip to Chip CV 확보 및 장기본관용 보존제 발굴
- 미생물 센서의 아미노산 진단 신뢰성 평가 (CV<4%)
- 최적화한 보존제를 적용시킨 미생물 센서의 보관 안정성 (90일)
:저온 (-20℃)에서 90일 보존이 가능한 보존제(Trehalose) 개발 및 이를 적용한 미생물 센서의 보관 안정성 평가 완료

○ Gol

연구내용
1. [감응형 센싱 나노 신소재공정기술] 센싱을 위한 감응물질 및 합성 공정기술 개발
가. 미생물 센서의 신뢰성 및 안정성 향상 기술 개발
○ 미생물 센서 Chip to Chip CV 확보 및 장기본관용 보존제 발굴
- 미생물 센서의 아미노산 진단 신뢰성 평가 (CV<4%)
- 최적화한 보존제를 적용시킨 미생물 센서의 보관 안정성 (90일)
:저온 (-20℃)에서 90일 보존이 가능한 보존제(Trehalose) 개발 및 이를 적용한 미생물 센서의 보관 안정성 평가 완료

○ Gold-binding protein과 금 나노입자에 기반한 발색형 미생물 칩 개발
- 10종 필수 아미노산에 대한 발색형 미생물 바이오칩 개발
- 발색 진단의 직선성 (R2>0.95) 및 특이도 (>0.90) 달성

나. 고감도 화학센서를 위한 합금 및 기판 표면처리 기술 개발
○ 화학물질 검지성능 개선을 위한 3차원 합금 나노구조 제어기술
- 한가지 원소 뿐만 아니라 2종이상의 물질을 동시 증착하여 복합 다공성 나노구조 형성 메커니즘 파악 및 공정 확보
- 각각의 나노입자는 합금화되기 보다는 원소별 나노구조의 집합체로 형성되며, 주공정변수인 공정압력 및 가스를 제어하여 비표면적 45m²/g 달성

○ 기판과의 접합력 제어 및 밀도제어를 통하여 대면적 free standing 박막 형성 기술 확보
- 기판의 발수처리 + 다공성 나노구조 박막의 밀도제어를 통한 접합력 제어를 동시 적용하여 4인치급의 free standing 박막형성 공정을 확보함

○ 나노구조 박막의 구조와 요철 기판을 이용하여 검지감도 향상
- 공정압력에 따른 검지특성을 확인하고 최적 공정을 도출하였으며, 기판을 요철기판으로 사용할 경우에 화학물질 검지성능이 향상됨을 확인

다. 광감응 유무기 소재 개발
○ 광감응 유기염료의 분해속도 제어를 통한 색변환 기술 개발
- 허용 한계 UV 조사량 (225 mW/m², 1.5hr) 도입시 염료 분해율 50% 이상 달성
- 인체 무해 자외선 조사량 (50 mW/m², 1.5hr) 도입시 염료 분해율 10% 미만 달성
○ TiO₂ 입자와 유기염료의 효율적 흡착 기술 (성분비, 공극률) 개발

2. [미래형 센서를 위한 신공정 핵심 기술 개발] 미래 생활밀착형 센서의 특성과 성능 구현을 위한 신공정기술의 개발

가. 유연 전극 및 기판구현을 위한 신공정 기술 개발
Liquid Alloy의 유연 패턴공정 및 유연 기판소재를 통한 내구성 확보 공정 기술 개발
○ Liquid Alloy 유연 전극 미세 패턴 공정 기술 개발
- 유연 Micro channel(PDMS-Dragon skin)을 이용한 미세패턴 공정연구
- 예압 구조를 가진 마이크로 채널 설계로 수명 확보
- 미세패턴 선폭 및 간격 : 50um

○ 패턴 내구성 확보를 위한 유연 기판 및 패키징 공정 기술 개발
- 필름-유연재 복합유연 기판 구조의 내구성 향상 기술 개발
· 내구성과 연성을 확보하기 위한 센서 모재의 적정배합비율 도출
· 반복 인장 수명 성능 : 150% 인장 조건 1000회 반복 시험 수명 달성
· 최대 인장 성능 : 160% 인장 시험 성공(측정가능범위)

- 복합기판 공정 : 종이 기판을 이용한 유연 액체금속 수동소자 개발
·종이기판 상 액체 금속 패터닝 공정 기술 개발 : painting 및 injection process
·액체금속을 이용한 단일 수동소자 제작 : resistor, capacitor, inductor resistor – 압력에 따라 저항값 변화
capacitor – 단층구조 6 ~ 13 pF, 이층구조 25 ~ 115 pF
inductor – 0.35 ~ 2.5 μH
·이층 구조를 이용한 inductor-capacitor 연결 회로 제작 : LC filter 로 동작 (cutoff frequency 34 MHz)
나. 나노소재응용 센싱 소자 기술 개발
○ 나노 복합체의 구조 제어를 통한 검출 성능 향상 기술
- 농도별 반응 확인을 통한 신호의 선형성 (dynamic range), 검출 한계 확인
· Detection limit : < 0.1ng/mL (목표 : < 0.5ng/mL)
· Dynamic range : > 40dB (목표 : > 30dB)

○ 검출 성능 향상을 위한 표면 형상 및 수용체 고정화 기술 개발
- 바이오 센서로서 범용적으로 사용되는 타겟물질(Aptamer, DNA, 항체 등)의 특이성 결합을 유도할 수 있는 수용체 고정화 기술 개발
- 타겟 물질과의 반응을 통한 전기적 반응 유도 후 측정
- 타겟물질 검출할 수 있는 수용체를 고정하기 위한 rGO 센서 표면처리 기술
- Solution : Antibody 100μg/mL
EDC 3.1mg/mL 0.1X PBS buffer
NHS 9.2mg/mL 0.1X PBS buffer

연구개발 성과
○ 정성적 성과
- 세계 최고 수준의 비표면적 및 free standing 면적 달성

- 위험선량의 자외선을 기준시간 이상 받았을 때 색이 변화하는 자외선 총량 센서 타입의 개발을 통해 야외 활동시에 편리하게 사용할 수 있도록 설계

○ 정량적 성과
1. Bookchapter 1건
- Do Hyun Kim, Byung Jo Yu and Moon Il Kim,“Chapter 26. Advanced genetic engineering of microbial cells for biosensing applications”, Wiley Advanced Book Series “Emerging Areas in Bioengineering” WILEY-VCH, pp. 465-476 (2018) (ISBN 978-3-527-34088-0)

2. SCI 논문 4편 (IF 상위 20% : 2편)
- Han Pill Song, Ji Yeon Jang, So Hyeon Bae, Seong Bong Choi, Byung Jo Yu and Moon Il Kim, “Convenient colorimetric detection of thrombin via aptamer-mediated inhibition and restoration of the oxidase activity of nanoceria”Journal of Nanoscience and Nanotechnology 18(9), 6570-6574 (2018.09)
- I. Choi, J. Lee, W. Kim, H. Kang, S.W.Bae, R. Chang, S. Kim, and W.-S. Yeo (2018) On-Demand Modulation of Bacterial Cell Fates on Multifunctional Dynamic Substrates, ACSAppl.Mater.Interfaces,10, 4324.
- Hye Jin Kim, Dong Hoon Kang, Seung Hoon Yang, Eun ji Lee, Tae won Ha, Byung Chul Lee,Young baek Kim, Kyo Seon Hwang, Hyun Joon Shin, Jin sik Kim (2018) A simple separation method of the protein and polystyrene bead-labelled protein for enhancing the performance of fluorescent sensor, Journal of analytical methods in chemistry, Volume 2018, Article ID 8461380, 7 pages
- Da hye Jeong, Jin sik Kim, Myung Sic Chae, Won seok Lee, Seung Hoon Yang, Young Soo Kim, Seung Min Kim, Jin San Lee, Jeong Hoon Lee, Jung kyu Choi, Dae Sung Yoon, Kyo Seon Hwang (2018) Multifunctionalized Reduced Graphene Oxide Biosensors for Simultaneous Monitoring of Structural Changes in Amyloid- 40, Sensors 2018, 18, 1738

3. 특허출원 4건
- 다공성 박막의 박리방법 및 그로부터 박리된 다공성 박막 (10-2018-0141080)
- 자기장을 이용한 자성 다공체의 제조방법 및 이에 따라 제조된 자성 다공체(10-2018-0141067)
- 이산화티타늄 복합체, 그를 포함하는 자외선 감지 센서 및 그의 제조방법(출원번호 10-2018-0016708)
- 구리이온 검출 미생물 진단키트 개발 및 이용. 국내특허 출원 중.
○ 기술스펙 달성 성과

기술적 우수성
○ 대사물질 진단용 미생물 센서의 신뢰성 (CV 4% 이하) 확보 기술 개발
○ 대사물질 진단용 미생물 센서의 안정성(90일) 향상 기술 개발
○ Gold-binding protein과 금 나노입자에 기반한 새로운 발색형 미생물 바이오칩 개발(R2> 0.95, 특이성> 0.9)
○ 세계 최고 수준의 고표면적을 지니는 다양한 금속 나노구조 형성 건식 증착기술 및 분리기술(Free standing) 개발
- 기존에는 건식증착 후 선택적 에칭공정을 이용하거나, 습식 합성 및 코팅 후 열처리를 통하여 고표면적 나노구조를 형성하였으나 표면적 증가에 한계가 있었음
○ 기존 자외선 센서의 경우 기계식으로 자외선량을 측정하거나 현재 조사되는 자외선의 세기에 반응하여 색이 변화하는 타입이 대부분이나 본 연구를 통해 위험선량의 자외선을 기준시간 이상 받았을 때 색이 변화하는 자외성 총량 센싱 타입의 샌서를 개발
○ 기판의 친수성, 소수성 조절을 통한 카본 구조체 형성 기술 개발로 모든 기판에 범용적으로 활용할 수 있고, 센서의 저가격화 가능.

성과활용
○ 기존 기술의 대사물질 진단 성능과 동등 혹은 그 이상의 성능을 얻음으로써 미생물 혈액대사체 분석용 진단키트의 상품화 가능성을 입증함.
○ 아미노산 뿐만 아니라 미생물에 기반한 다른 대사물질과 실생활 관련 중금속의 분석용 칩 개발로 기술을 확장할 수 있는 플랫폼 기술을 개발하고 검증하였음.
○ 고표면적 나노구조 구현기술은 기존의 열증착 방식에 기반을 두고 있어 장비 구축비용이 낮고 공정이 간단하여 다수의 중소기업에서 활용 가능한 기술임
- 특히, 화학센서분야 뿐만 아니라 배터리, 태양전지, 연료전지, 화학촉매, 항균필터 등 다양한 산업분야에 활용이 가능한 기술임
○ 자외선 총량 센서 타입으로 야외활동시에 편리하게 사용할 수 있도록 제품 개발화가 가능.
○ 범용적으로 사용할 수 있는 나노구조체의 바이오 센서 제작

(출처 : 요약서 4p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 2
• 기관주요사업 연구보고서 ... 3
• 기관주요사업 연구 요약서 ... 4
• 목차 ... 12
• 제 1 장 개 요 ... 13
• 제 1 절 연구개발 목표 ... 13
• 제 2 절 연구개발의 필요성 ... 13
• 제 3 절 당해연도 연구개발 범위 ... 14
• 제 2 장 연구수행 내용 및 결과 ... 15
• 제 1 절 연구개발 추진 체계 ... 15
• 제 2 절 당해연도 연구개발 결과 ... 17
• 제 3 절 당해연도 연구개발 결과 ... 38
• 제 3 장 연구성과 활용 시나리오 ... 41
• 제 1 절 연구성과 활용 시나리오 ... 41
• 제 4 장 차년도 사업추진계획 ... 42
• 제 1 절 차년도 사업추진 내용 ... 42
• 제 2 절 차년도 사업추진 일정 ... 45
• 제 3 절 차년도 세부 성능지표(Spec) ... 46
• 제 5 장 참고문헌 ... 48
• 끝페이지 ... 50