• International Journal of Oral Biology
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• v.37 no.4
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• pp.181-188
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• 2012

As the demand for large-scale analysis of gene expression using DNA arrays increases, the importance of the surface characterization of DNA arrays has emerged. We compared the efficiency of molecular biological applications on solid-phases with different surface polarities to identify the most optimal conditions. We employed thiol-gold reactions for DNA immobilization on solid surfaces. The surface polarity was controlled by creating a self-assembled monolayer (SAM) of mercaptohexanol or hepthanethiol, which create hydrophilic or hydrophobic surface properties, respectively. A hydrophilic environment was found to be much more favorable to solid-phase molecular biological manipulations. A SAM of mercaptoethanol had the highest affinity to DNA molecules in our experimetns and it showed greater efficiency in terms of DNA hybridization and polymerization. The optimal DNA concentration for immobilization was found to be 0.5 ${\mu}M$. The optimal reaction time for both thiolated DNA and matrix molecules was 10 min and for the polymerase reaction time was 150 min. Under these optimized conditions, molecular biology techniques including DNA hybridization, ligation, polymerization, PCR and multiplex PCR were shown to be feasible in solid-state conditions. We demonstrated from our present analysis the importance of surface polarity in solid-phase molecular biological applications. A hydrophilic SAM generated a far more favorable environment than hydrophobic SAM for solid-state molecular techniques. Our findings suggest that the conditions and methods identified here could be used for DNA-DNA hybridization applications such as DNA chips and for the further development of solid-phase genetic engineering applications that involve DNA-enzyme interactions.

• Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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• v.19 no.5
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• pp.21-26
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• 2020

A descending lifeline is the only self-escape fire apparatus for fire in high-rise buildings and is installed in most buildings according to fire-fighting law. However, it is difficult to properly use and quickly evacuate during an emergency due to its complex installation methods and procedures, even if users are pre-educated. In this paper, a new one-touch descending lifeline, which simplifies usage procedures and can be used regardless of whether users are educated, is proposed to solve the drawbacks of the conventional descending lifeline. All separate parts that require additional installation are initially assembled in a box, and the concept of a double square linkage is proposed to enable escape in a single motion of pushing the handle attached to the box. Three steps of kinematic design are explored to determine an appropriate configuration of double square linkage, and its dimensions are determined using Matlab and NX CAD software. The proposed all-in-one descending lifeline also follows the enforcement decree of the Fire Control Act, and its feasibility is verified through fabrication.

• Korean Journal of Optics and Photonics
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• v.17 no.1
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• pp.54-59
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• 2006

Biophotonic sensors based on polymer waveguide with Bragg reflection grating are demonstrated in this work. Waveguide Bragg reflectors were designed by using the effective index method and the transmission matrix method. The grating pattern was formed by exposing the laser interference pattern on a photoresist. On top of the inverted rib waveguide, the Bragg reflection grating was inscribed by the O2 plasma etching. In order to perform the bio-molecule detection experiment, a calixarene molecule was self-assembled on top of thin Au film deposited on the waveguide Bragg reflector. To measure the response of the sensor, several PBS solutions with different concentrations of potassium ion from 1 pM to $100\;{\mu}M$ were dropped on the sensor surface. The shift of Bragg reflection wavelength was observed from the fabricated sensor device, which was proportional to the concentration of potassium ion ranging from 1 pM to 108 pM.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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• v.40 no.3
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• pp.149-155
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• 2016

Early detection of toxic gases, such as volatile organic compounds (VOCs), is important for safety and environmental protection. However, the conventional detection methods require long-term measurement times and expensive equipment. In this study, we propose a thin-film-type chemical sensor for VOCs, which consists of self-assembled monosize nanoparticles for 3-D photonic crystal structures and polydimthylsiloxane (PDMS) film. It is operated without any external power source, is truly portable, and has a fast response time. The structure color of the sensor changes when it is exposed to VOCs, because VOCs induce a swelling of the PDMS. Therefore, using this principle of color change, we can create a thin-film sensor for immediate detection of various types of VOCs. The proposed device evidences that a fast response time of just seconds, along with a clear color change, are successfully observed when the sensor is exposed to gas-phase VOCs.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2014.02a
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• pp.134.1-134.1
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• 2014

콜로이달 리소그래피는 나노미터 크기의 나노구를 자가조립에 의해 정렬시킴으로써, 파장이하 크기의 주기 구조를 저비용으로 쉽게 구현할 수 있는 패터닝 기법이다. 콜로이달 리소그래피나 소프트 리소그래피와 같이 대면적 패터닝이 가능한 공정을 태양전지를 위한 반사방지 및 광 포획 증대 구조에 적용함으로써, 기존 성능을 크게 향상시켰다. 본 연구에서는, 유한차분 시간영역 수치해석법을 이용하여 반사 방지 및 광 포획 증대 구조에 대한 이론적 검증 및 설계를 진행하였고, 콜로이달 리소그래피 및 반도체 공정을 통해 샘플을 제작하였으며, 제작된 샘플의 성능을 적분구를 겸비한 자외선 가시광 근적외선 영역 분광기를 통해 평가하였다. 반사방지 나노섬을 겸비한 나노 원뿔대 언덕형 굴절률 소자를 구현함으로써, 300나노미터 이하의 구조체를 사용하지 않고도 근자외선 영역을 포함하는 태양광 에너지의 손실을 최소화할 수 있는 광대역 방사방지 구조체를 제시하였다. 나노 원뿔대가 격자상수 이상의 파장에 대한 언덕형 굴절률을 제공하고, 4분의 1파장 나노섬 반사방지막이 격자 상수 이하의 근자외선 태양광을 추가적으로 흡수하여, 근자외선 영역에서의 평균 반사율을 3.8% 수준으로 달성 할 수 있었다. 또한, 낮은 양호계수를 갖는 속삭임 회랑 공진기 어레이를 이용하여, 박막 태양전지에 적합한 유전체 기반 광포획 증대 나노구조를 제시하였다. 나노반구, 나노고깔, 나노구, 함몰형 나노구 어레이 형태를 가지며, 500nm의 주기를 갖는 유전체 표면 텍스쳐드 구조를 초박형 비정질 실리콘 필름(100nm) 위에 제작하여 광대역 광 포획 증대 효과를 실험적으로 평가하였다. 구조들 중 함몰형 나노구 어레이가 결합된 비정질 실리콘 박막이 가장 높은 성능을 보였으며, 구조가 없는 경우 대비 약 67.6%의 가중 흡수율 증가를 나타내었다. 특히, 함몰형 나노구 어레이 구조 중 폴리메틸메타아크릴레이트로 제작된 평판형 함몰층은 나노구 비정질 박막 실리콘 사이의 접착력 및 기계적 강성을 향상시켰을 뿐 아니라, 함몰층 내부로 회절되고 산란된 빛들이 도파모드 효과에 의해 부가적인 광 포획 증대를 가져옴으로써, 가장 높은 광 포획 효과를 얻을 수 있었다. 유전체 기반 나노 구조들은 간단하고 저비용이며, 대면적으로 쉽게 제작할 수 있는 자가 조립 기반 콜로이달 리소그래피 및 소프트 리소그래피 기술을 이용하여 제작되었다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2014.02a
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• pp.382.2-382.2
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• 2014

We explain a method to fabricate multi-layered transparent conductive films (TCF) using graphene oxide (GO), copper powder and polyurethane (PU) solution. The flexible graphene nanosheets (GNSs) serve as nanoscale connection between conductive copper nanoparticles (CuNps) and PU nanofibers, resulting in a highly flexible TCF. To fabricate conductive films with high transmittance, polyurethane (PU) nanofibers were used for a conductive network consisting of CuNps and GNSs (CuNps-GNSs). In this experiment, copper powder and graphene oxides were mixed in deionized water with the ultrasonication for 2 h. NaBH4 solution is used as a reduction agents of CuNps and GNSs (CuNps-GNSs) under a nitrogen atmosphere in the oil bath at 100% for 24 h to mixed. The purified and dispersed CuNp-GNS were obtained in deionized water, and diluted to a 10wt.% based on the contents of GNSs. Polyurethane (PU) nanofibers on a PET substrate were formed by electrospinning method. PET slides coated with the PU nanofibers were immersed into CuNp-GNS solution for several second, rinsed briefly in deionized water, and dried to obtain self-assembled CuNp-GNS/PU films. The morphology of the multi-layered films were characterized with a field emission scanning electron microscope (FE-SEM, Hitachi S-4700) and atomic force microscope (AFM, PSIA XE-100). The electrical property was analysed by the I-V measurement system and the optical property was measured by the UV/VIS spectroscopy.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.02a
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• pp.325-325
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• 2012

1차원구속 반도체인 nanowires (NWs)는 전기적, 광학적으로 일반 bulk구조와 다른 특성을 가지고 있어서 현재 많은 연구가 되고 있다. 일반적으로 NWs는 Au 등의 금속 촉매를 이용하여 성장을 하게 되는데 이때 촉매가 오염물로 작용을 해서 결함을 만들어서 bandgap내에 defect level을 형성하게 된다. 본 연구는 Si (111) 기판 위에 GaAs NWs 와 InAs NWs를 촉매를 이용하지 않고 성장 하였다. vapour-liquid-solid (VLS)방법으로 성장하는 GaAs NWs는 Ga의 droplet을 이용하게 되는데 Ga이 Si 기판위에 자연 산화막에 존재하는 핀홀(pinhole)로 이동하여 1차적으로 Ga droplet 형성하고 이후 공급되는 Ga과 As은 SiO2 보다 GaAs와 sticking coefficient 가 좋기 때문에 Ga drolept을 중심으로 빠른 선택적 성장을 하게 되면서 NWs로 성장을 하게 된다. 반면에 InAs NWs를 성장 할 시에 droplet 방법으로 성장을 하게 되면 NWs가 아닌 박막 형태로 성장을 하게 되는데 이것으로 InAs과 GaAs의 $SiO_2$와의 sticking coefficient 의 차이를 추측을 할 수 있다. InAs NWs는 GaAs NWs는 달리 native oxide를 이용하지 않고 InAs 과 Si 사이의 11.5%의 큰 lattice mismatch를 이용한다. 이종의 epitaxy 방법에는 크게 3종류 (Frank-van der Merwe mode, Stranski-Krastanov mode, Volmer-Weber mode)가 있는데 각기 다른 adatom 과 surface의 adhesive force로 나누어지게 된다. 이 중 Volmer-Weber mode epitaxy는 adatom 의 cohesive force가 surface와의 adhesive force보다 큰 경우 성장 되는 방식으로 InAs NWs 는 이 방식을 이용한다. 즉 droplet을 이용하지 않는 vapour-solid (VS) 방법으로 성장을 하였다. 이 때 In 의 migration을 억제하기 위해서 VLS mode 의 GaAs NWs 보다 As의 공급을 10배 이상 하였다. FE-SEM 분석 결과 GaAs NWs는 Ga droplet을 확인 할 수 있었고 InAs NWs는 droplet이 존재하지 않았다. GaAs와 InAs NW는 density와 length가 V/III가 높을수록 증가 하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.02a
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• pp.186-186
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• 2011

태양전지의 효율을 증가시키기 위해서는 표면에서의 Fresnel 반사를 줄여 입사된 빛이 흡수층까지 잘 도달되도록 해야 한다. 그러나 결정질 실리콘의 경우, 굴절률이 높아 32% 이상의 표면반사율을 보이고 있어, 실리콘 태양전지 표면에 단일 또는 다중 박막의 무반사 코팅을 통해 반사율을 낮추는 방법이 널리 사용 되어 오고 있었다. 하지만, 이와 같은 코팅 방법은 열적팽창 불일치, 물질 선택의 어려움뿐만 아니라 낮은 반사율을 포함하는 파장 및 빛의 입사각 영역의 제한 등 여러 문제점을 지니고 있다. 이러한 문제점을 보완하기 위해, 표면에 서브파장의 주기를 갖는 나노구조(subwavelength structure, SWS)의 형성에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다. 습식 식각보다 건식 식각을 이용한 SWS 제작 방법이 표면 profile을 제어하기 용이하나 패턴 형성을 위해 식각 마스크가 필요하다. 최근, 복잡하고 고가의 전자빔 또는 나노임프린트를 이용한 패턴 형성보다, 간단/저렴하며 대면적 제작이 용이한 금속 나노입자 마스크를 이용한 SWS의 제작에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 또한 SWS의 무반사 특성은 표면 profile에 따라 크게 영향을 받는다. 따라서 본 실험에서는 열적 응집현상에 의해 형성되는 self-assembled Pt 나노입자 식각 마스크 및 $SiCl_4$가스를 사용한 유도결합 플라즈마(inductively coupled plasma, ICP) 장비를 이용하여 무반사 실리콘 SWS를 제작하였으며, SWS 표면 profile에 따른 구조적 및 무반사 특성을 조사하기 위해 다양한 공정조건을 변화시켰다. 실리콘 기판 위의 Pt 박막은 전자빔 증착(e-beaml evaporation)법을 사용하였고, 급속 열처리(RTA)를 통해 Pt 나노입자의 식각 마스크를 형성시켰다. Pt 나노입자들의 패턴 및 제작된 무반사 실리콘 SWS의 식각 profile은 scanning electron microscope를 사용하여 관찰하였으며, UV-VIR-NIR spectrophotometer를 사용하여 350~1050 nm 파장 영역에서의 반사율을 측정하였다. ICP 식각 조건을 변화시켜 5% 이하의 낮은 반사율을 갖는 높이가 높고 쐐기 형태의 실리콘 SWS를 도출하였다.

• Korean Journal of Materials Research
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• v.22 no.8
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• pp.433-438
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• 2012

A chemical process involves polymerization within microspheres, whereas a physical process involves the dispersion of polymer in a nonsolvent. Nano-sized monodisperse microspheres are usually prepared by chemical processes such as water-based emulsions, seed suspension polymerization, nonaqueous dispersion polymerization, and precipitation polymerizations. Polymerization was performed in a four-necked, separate-type flask equipped with a stirrer, a condenser, a nitrogen inlet, and a rubber stopper for adding the initiator with a syringe. Nitrogen was bubbled through the mixture of reagents for 1 hr. before elevating the temperature. Functional silane (3-mercaptopropyl)trimethoxysilane (MPTMS) was used for the modification of silica nanoparticles and the self-assembled monolayers obtained were characterized by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), laser scattering system (LSS), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), scanning electron microscopy (SEM), elemental analysis (EA), and thermogravimetric analysis (TGA). In addition, polymer microspheres were polymerized by radical polymerization of ${\gamma}$-mercaptopropyl modified silica nanoparticles (MPSN) and acrylamide monomer via precipitation polymerization; then, their characteristics were investigated. From the elemental analysis results, it can be concluded that the conversion rate of acrylamide monomer was 93% and that polyacrylamide grafted to MPSN nanospheres via the radical precipitation polymerization with AAm in ethanol solvent. The microspheres were successfully polymerized by the 'graft from' method.

• Journal of Sensor Science and Technology
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• v.22 no.2
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• pp.144-149
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• 2013

In this research, we developed a biosensor to detect lung cancer-specific biomarker using Anodic Aluminum Oxide (AAO) chip based on interference and nano surface plasmon resonance (nanoSPR). The nano-porous AAO chip was fabricated $2{\mu}m$ of pore-depth by two-step anodizing method for surface uniformity. NanoSPR has sensitivity to the refractive index (RI) of the surrounding medium and also provides simple and label-free detection when specific antibodies are immobilized to the Au-deposited surface of nano-porous AAO chip. To detect the lung cancer-specific biomarker, antibodies were immobilized on the surface of the chip by Self Assembled Monolayer (SAM) method. Since then lung cancer-specific biomarker was applied atop the antibodies immobilized layer. The specific reaction of the antigen-antibody contributed to the change in the refractive index that cause shift of resonance spectrum in the interference pattern. The Limit of Detection (LOD) was 1 fg/ml by using our nano-porous AAO biosensor chip.