Ko, Jeong Beom;Kim, Hyung Chan;Yang, Young Jin;Kim, Hyun Bum;Yang, Seong Wook;Oh, Seung Ho;Doh, Yang Hoi;Choi, Kyung Hyun
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.15
no.6
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pp.122-128
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2016
The Biosensor biosensor pattern was developed by via an EHD (electro-hydro-dynamics (EHD) patterning process that was performed under atmospheric pressure at room temperature in a single step. The drop diameter was smaller than nozzle diameter and applied high viscosity conductive ink was applied in the EHD patterning method to provide a clear advantage over the piezo and thermal inkjet printing techniques. The Biosensor's biosensor's micro electrode pattern was printed by via a continuous EHD patterning method using 3three- type types of control parameters parameter (input voltage, patterning speed, nozzle pressure). High viscosity (1000 cps) conductive ink with 75 wt% of silver nanoparticles was used for experimentation. The incremental result of impedance of biosensor impedance was measured between the antibody ($10ug{\mu}g/ml$) to spore (0.1 ng/ml, 10 ng/ml, and $1ug{\mu}g./ml$) reaction at frequency 493 MHz frequency.
Recently electro spinning is a widely used simple technique to prepared micro- to nanometer-sized fiber of various polymers. In general, a normal multiple-nozzle electro spinning system has been difficult to achieve high production-rate fabricating micro/nanofibers due to the interference of electric field between individual nozzles in the process. To reduce the interference effect of electric field between nozzles, we developed a multi-nozzle electrospinning system supplemented with auxiliary electrodes. Poly($\varepsilon$-carprolactone)(PCL), which has good mechanical property and biocompatibility, was electrospun by the multi-nozzle electro spinning system. Electrospinnability, product rate, and size uniformity of spun fibers for the system with and without auxiliary electrodes were characterized. As a result, the multi-nozzle electrospinning system supplemented with auxiliary electrodes provides excellently stable processability and showed high mass productivity of PCL-nanofibers relative to a normal multi-nozzle electro spinning system.
Electrohydrodynamic (EHD) printing with the aid of strong electric fields can generate and pattern droplets that are smaller than droplets by other printing technologies. Conventional EHD printing has created two-dimensional (2D) patterns by moving its nozzle or a substrate in X and Y directions. In this study, we aimed to develop an EHD system that can create 2D patterns using a multielectrode array (MEA) without moving a nozzle or substrate. In particular, printing ink mixtures of biodegradable polymers and model dyes was patterned on a thin film made of another biodegradable polymer. Without movement of a nozzle and substrate, stable 2D patterning of minimum $6{\mu}m$ size over a range of about 1 mm away from the nozzle position was achieved by MEA control only. We also demonstrated the possibility of denser 2D pattering of the ink mixtures by moving a target substrate relative to MEA position.
Redox complexes to transport electrodes from biomaterial to electrodes are very important part in commercial biosensor industry. A novel osmium redox complex was synthesized by the coordinating pyridine group with osmium metal. A novel osmium complex is described as $[Os(dme-bpy)_2(ap-im)Cl]^{+/2+}$. We have been studied the electrochemical characteristics of this osmium complex with electrochemical techniques such as cyclic voltammetry and chronoamperommetry. In order to immobilize osmium redox complexes on the electrode, we deposited gold nano-particles on screen printed carbon electrode(SPE). The electrical signal converts the osmium redox films into an electrocatalyst for glucose oxidation. The catalytic currents were monitored that the catalytic currents were linearly increased from 1 mM to 5 mM concentrations of glucose.
The purpose of this study was to investigate the effect of contact type textile electrode structure on heart activity signal acquisition for smart healthcare. In this study, we devised six contact type textile electrodes whose electrode size and configuration were manipulated for measuring heart activity signals using computerized embroidery. We detected heart activity signals using a modified lead II and by attaching each textile electrode to the chest band in four healthy male subjects in a standing static posture. We measured the signals four times repeatedly for all types of electrodes. The heart activity signals were sampled at 1 kHz using a BIOPAC ECG100, and the detected original signals were filtered through a band-pass filter. To compare the performance of heart activity signal acquisition among the different structures of the textile electrodes, we conducted a qualitative analysis using signal waveform and size as parameters. In addition, we performed a quantitative analysis by calculating signal power ratio (SPR) of the heart activity signals obtained through each electrode. We analyzed differences in the performance of heart activity signal acquisition of the six electrodes by performing difference and post-hoc tests using nonparametric statistic methods on the calculated SPR. The results showed a significant difference both in terms of qualitative and quantitative aspects of heart activity signals among the tested contact type textile electrodes. Regarding the configurations of the contact type textile electrodes, the three-dimensionally inflated electrode (3DIE) was found to obtain better quality signals than the flat electrode. However, regarding the electrode size, no significant difference was found in performance of heart signal acquisition for the three electrode sizes. These results suggest that the configuration method (flat/3DIE), which is one of the two requirements of a contact type textile electrode structure for heart activity signal acquisition, has a critical effect on the performance of heart activity signal acquisition for wearable healthcare. Based on the results of this study, we plan to develop a smart clothing technology that can monitor high-quality heart activity without time and space constraints by implementing a clothing platform integrated with the textile electrode and developing a performance improvement plan.
Field-effect transistor (FET)-based ion or biosensors have been intensively studied so far. Among many measurement methods, the variation of the drain current can be induced when ions or biomolecules are interacted with sensing membranes located on the gate insulator of FET. One of typical FET-type sensors is an ion-sensitive field-effect transistor (ISFET) utilized in this study. In ISFET, the voltage is usually applied to the reference electrode instead of the gate voltage. Firstly, the voltage applied to the reference electrode versus the drain current was observed, and the steepest slope in this graph was found. Using this point, the optimized condition was established for the larger variation of the drain current in the saturated region in response to the variation of the input in the dynamic range.
The planar-type amperometric creatinine biosensor employing an additional enzyme layer containing creatine kinase and adenosine triphosphate was developed to eliminate severe interference from creatine. In the additional enzyme layer, an interfering substance, creatine is converted to noninterfering product, phosphocreatine. Furthermore, the carbon electrode electroplated with Pt black(Pt-B) was employed to fabricate creatinine biosensors with improved sensor performance(e.g., sensitivity, reliability, and reproducibility). The creatinine levels in an unknown sample were determined within less than 5% errors using creatinine microsensors equipped in a flow-cell cartridge.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.32
no.6
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pp.459-464
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2008
We present a novel microcantilever device with nano-interdigitated electrodes (nano-IDEs) and DNA selective immobilization on the nano-IDEs for biosensing applications. Using the nano-IDEs and cyclic voltammetric methods, we have achieved selective immobilization of DNA with submicrometer spatial resolution on a freestanding microcantilever. $70{\sim}500\;nm$-wide gold (Au) nano-IDEs are fabricated on a low-stress SiNx microcantilever with dimensions of $100{\sim}600\;{\mu}m$ in length, and $15{\sim}60\;{\mu}m$ in width, with a $0.5\;{\mu}m$ thickness using electron beam lithography and bulk micromachining. Streptavidin is selectively deposited on one side of the nano-IDEs using cyclic voltammetry at a scan rate of 0.1 V/s with a range of $-0.2{\sim}0.7\;V$ during $1{\sim}5$ cycles. The selective deposition of dsDNA is confirmed by fluorescence microscopy after labeling with YOYO-1 dye.
A biosensor for the determination of hydrogen peroxide was constructed by immobilizing of porcine small instestinal tissue in a plain carbon paste, and the effect of varying the $H_2O_2$ concentration and pH on the rate of catalytic reaction was evaluated. For the mathematical simplicity, no mediator was added. Electrochemical properties and the maximal rate could be derived from the quantitative analysis of the observed phenomena related to the electrode reaction. Also, pH dependence of the Michaelis constant enabled to calculate various thermodynamic parameters and subsequently to design a electrochemical method to determine the optimum pH of enzyme.
A microbial fuel cell (MFC) is a bio-electrochemical device that converts chemical energy in the chemical bonds in organic compounds to electrical energy through catalytic reactions of microorganisms under anaerobic conditions. Power density and Coulombic efficiency are significantly affected by the types of microbe in the anodic chamber of an MFC, configurations of the system and operating conditions. The achievable power output from MFC increased remarkably by modifying their designs such as the optimization of MFC configurations, the physical and chemical operating conditions, and the choice of biocatalysts. This article presents a critical review on the recent advances made in MFC research with the emphasis on MFC configurations, optimization of important operating parameters, performances and future applications of MFC.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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