보고서 정보
주관연구기관 |
한국과학기술원 Korea Advanced Institute of Science and Technology |
연구책임자 |
김일두
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보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 |
한국어
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발행년월 | 2017-12 |
과제시작연도 |
2016 |
주관부처 |
미래창조과학부 Ministry of Science, ICT and Future Planning |
등록번호 |
TRKO201900027187 |
과제고유번호 |
1711046910 |
사업명 |
개인연구지원 |
DB 구축일자 |
2020-09-19
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키워드 |
나노섬유.질병진단.생체지표.금속산화물.금속복합촉매.아포페리틴.금속유기구조체.가스 센서.주성분분석.nanofibers.MEMS.diagnosis of diseases.PCA.diagnosis device.metal oxide gas sensor.metal complex catalyst.
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초록
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□ 연구의 목적 및 내용
○ 단백질 (Apoferritin), 금속유기구조체 (Metal organic framework, MOF) 등 다양한 자기조립 유기체를 이용하여 금속촉매 및 복합금속촉매 합성
○ 상기 합성한 촉매를 이용하여 날숨 속에 포함된 질병의 바이오 마커검출을 위한 고감도, 고선택성 및 빠른 감지 특성을 가지는 금속산화물 나노섬유 촉매 복합 소재 개발
○ 각종 질병의 생체지표 가스에 고감도를 나타내는 다종의 감지소재 라이브러리 구축
○ 주성분분석 (PCA : Principal Component A
□ 연구의 목적 및 내용
○ 단백질 (Apoferritin), 금속유기구조체 (Metal organic framework, MOF) 등 다양한 자기조립 유기체를 이용하여 금속촉매 및 복합금속촉매 합성
○ 상기 합성한 촉매를 이용하여 날숨 속에 포함된 질병의 바이오 마커검출을 위한 고감도, 고선택성 및 빠른 감지 특성을 가지는 금속산화물 나노섬유 촉매 복합 소재 개발
○ 각종 질병의 생체지표 가스에 고감도를 나타내는 다종의 감지소재 라이브러리 구축
○ 주성분분석 (PCA : Principal Component Analysis)을 이용하여 생체지표가스 (아세톤, 황화수소, 톨루엔, 메틸머캅탄)구분
□ 연구결과
○ 단백질 및 금속유기구조체를 이용하여 Pt, Pd, Rh, Cr2O3, Pd@ZnO 등 다양한 촉매를 매우 작은 크기 (< 2 nm)로, 고분산성을 갖도록 합성함
○ 상기 촉매를 전기방사법을 이용하여 금속산화물 나노섬유에 고르게 결착 분포하여 아세톤, 황화수소, 톨루엔 가스에 대해 각각 고감도/고선택성 감지소재를 개발함. 아세톤, 황화수소, 톨루엔 1 ppm 농도에서 각각의 감도 (Rair/Rgas)가 62, 21, 그리고 11 의 매우 고감도 특성을 보임
○ 또한 블록 공중합체를 희생층으로 이용하여 상기 합성한 촉매를 효과적으로 금속산화물에 결착시킴과 동시에 기공도를 확보하여 황화수소 가스에 고감도 감지소재를 개발함
○ 개발된 감지소재를 바탕으로 다종의 가스센서 16어레이를 구축함.
○ 주성분 분석법 (Principal Component Analysis)를 이용하여 다양한 생체지표 가스 (아세톤, 황화수소, 톨루엔, 메틸머캅탄, 일산화탄소, 암모니아, 펜탄)를 선택적으로 분류해 내어 후속연구의 가능성을 확인함.
□ 연구결과의 활용계획
○ 자기조립 유기체 복합촉매 기반의 감지소재를 통해 금속산화물 기반 센서가 가지고 있는 한계를 넘어 금속산화물 기반 날숨 센서의 새로운 기준안을 제시하고, 특정 질병의 생체지표 가스 검출에 탁월한 감지특성을 갖는 새로운 감지소재 원천 특허군 확보 및 날숨 분석 센서 분야에서 기술 선도를 이루고자 함.
○ 1차년도 연구 결과를 바탕으로 초소형 초저전력의 MEMS 플랫폼에 고감도/고선택성 감지소재를 적용하여 휴대용 날숨 진단 플랫폼을 개발 할 수 있음.
○ 또한 후속연구에서는 날숨 가스를 이용한 정성적/정량적 임상학적 분석을 통하여 질환과 생체지표 가스간의 상관관계를 규명해 내고, 16종 MEMS 센서를 기반으로 한 호흡지문 인지방법을 통해 언제 어디서든 손쉽게 국민들이 자신의 건강 상태를 확인하고 질병의 조기 진단을 가능케 하는데 크게 기여 할 수 있음.
○ 나아가 국민들을 위한 원격 진료 및 처방이 가능한 진료 시스템의 구현을 앞당길 수 있는 교두보가 될 것으로 예상.
(출처 : 한글요약문 5p)
Abstract
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□ Purpose& contents
Synthesis of catalysts (intermetallic compound/metal alloy/hetero junction catalyst) using various self-assemble organic framework(Apo-ferritin, Metal organic framework)
Development of highly sensitive, selective and fast sensing material which is complex with metal oxide n
□ Purpose& contents
Synthesis of catalysts (intermetallic compound/metal alloy/hetero junction catalyst) using various self-assemble organic framework(Apo-ferritin, Metal organic framework)
Development of highly sensitive, selective and fast sensing material which is complex with metal oxide nanofibers and above catalysts to apply for detecting bio-marker gas in human exhaled breath
Fabrication of 16 MEMS (Micro Electro Mechanicals) gas sensors array which reveal ultra-high response for bio-marker gases of diseases
plotting the pattern of exhaled breath using PCA (principal component analysis) and developing the easy platform of diagnosis of disease using exhaled breath pattern
□ Result
Synthesize the monodisperse ultra nanoscale (sub-2nm) Pt, Pd, Rh, Cr2O3, and Pd@ZnO catalyst using protein, and MOF.
Achieve the highly sensitive and selective sensing response (Rair/Rgas) 62, 21, and 11 for 1 ppm of acetone, hydrogen sulfide, and toluene, respectively, through functionalization of above catalysts onto metal oxide nanofibers.
Synthesize the porous and hydrrogen sulfide sensitive sensing material using block co-polymer, apoferrritin, and tungsten oxide nanofibers.
Build the 16 alumina-based sensor arrays.
Demonstrate of feasibility potential of follow-up research by distinguishing of several biomarker gases such as acetone, hydergen sulfide, toluene, methyl mercaptan, carbon monoxide, ammonia, and pentane. (4 SCI papers;ACS NANO, JACS, ACS Sensors, Sensors & Actuators B: Chemical)
□ Expected Contribution
Based on a self-assembled organic complex catalyst based sensing materials, it induces a new sensing mechanism beyond the limitation of metal oxide based sensor, and identifies its sensing mechanism. Furthermore, it presents a new standard for a metal oxide based sensors for analyzing exhaled breath, and acquires the patent of new sensing materials with superior detection characteristics.
Through qualitative and quantitative clinical analysis using exhaled breath, the correlation between diseases and biomarker gases is identified. In addition, the pattern recognition based on 16 MEMS sensor array makes it easy for people to monitor their health condition.
Furthermore, it is anticipated that it will be a bridgehead for speeding up the implementation of medical treatment system that enables telemedicine and prescription for the people.
(출처 : SUMMARY 6p)
목차 Contents
- 표지 ... 1
- 목차 ... 3
- 연구계획 요약문 ... 4
- 연구결과 요약문 ... 5
- 한글 요약문 ... 5
- SUMMARY ... 6
- 연구내용 및 결과 ... 8
- 1. 연구개발과제의 개요 ... 8
- 2. 국내외 기술개발 현황 ... 8
- 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 12
- 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 26
- 5. 연구결과의 활용계획 ... 29
- 6. 연구과정에서 수집한 해외 과학기술정보 ... 32
- 7. 주관연구책임자 대표적 연구실적 ... 34
- 8. 참고문헌 ... 36
- 9. 연구성과 ... 36
- 10. 국가과학기술지식정보서비스에 등록한 연구시설·장비 현황 ... 37
- 11. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 ... 37
- 12. 기타사항 ... 37
- [별첨1] 대 표 연 구 성 과 ... 38
- [별첨2] 세부 목표 관련 증빙 ... 69
- 끝페이지 ... 70
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