연도별 연구과제 229 페이지첫페이지로 이동

본 연구의 목적은 탄소동소체들 중 어떤 물질이 항균 능력이 가장 좋은지 알아내어 구리 항균 필름을 대체할 수 있을지 알아내는 것이다. DPPH, SOD 항산화 실험을 통해 탄소동소체들이 다른 분자들과 상호작용에 있어 어떠한 차이점이 있는지를 비교한다. Disk Diffusion Assay 항균 실험을 통해 각 탄소동소체들의 항균 능력을 비교한다. 그래핀, 탄소나노튜브, 풀러렌, 다이아몬드 중 무엇이 실생활의 항균 필름에 가장 대표적으로 이용되는 구리를 대체할 수 있을지 알아보도록 한다. 항산화 능력은 그래핀과 탄소나노튜브가 뛰어났으며, 항균능력으로는 그래핀이 뛰어났다. 구리와 비슷한 정도의 항균능력을 가지고 있었으며, 이는 항균 필름으로 제작할만한 이유로 충분하다. 항균 필름 제작은 수준이 높아 진행하지는 못했으나, 본 연구는 항균 필름 제작에 대한 제언으로 마치도록 한다.

▪ 주제어: 탄소나노튜브, 그래핀, 항산화능, 항균 능력, 항균 필름

일반적인 사람들은 그림을 감상할 때 그 그림이 가지고 있는 의미를 해석하기 힘든 경우가 있다. 그렇기에 시각 뿐만 아닌 청각도 활용하여 그림을 보는 방법을 연구하고자 하였다. 본 연구는 그림을 청각화 시키 방법을 제시하는 연구이다. 그 과정에서 과학적 근거를 제시하여 결과물을 산출할 것이다. 이러한 연구는 그림을 감상할 때 청각적 효과를 더하기 위함과 시각장애인들에게도 그림 감상의 효과를 제공하기 위해서 진행되었으며 그 방법은 2가지 과정을 거친다. 첫 번째 과정은 그림을 스케치로 나타낸 후 그 그림을 구역별로 나누고 구역별 스케치 픽셀 수를 바탕으로 멜로디를 만드는 과정이었으며 두 번째 과정은 그림의 픽셀별 색상 값을 구하고 이를 토대로 악기별 스펙트로그램에서 분석한 배음의 수에 따른 감정에 따라 악기를 결정한다. 이러한 청각화 방법은 더욱 발전할 가능성이 있고 이는 단순히 그림의 감각적인 감상 뿐만 아니라 시각장애인의 그림 감상도 가능하게 한다.

▪ 주제어: Raman Spectra, Convolutional Neural Networks(CNN), Suppor Vector Machin(SVM), Principle Component Analysis(PCA)  

  본 논문은 전도성 고분자의 전기전도도를 측정하여 고분자의 공극률과 전기전도도의 상관관계를 수학적으로 모델링하고자 한다. 이를 위해 3D 프린트로 출력물을 제작한 뒤, 한천을 고체화하였고, 철가루 및 전기전도성 고분자와 혼합하였다. 이때 전기전도성 고분자는 솔트와 베이스 형태의 폴리아닐린을 이용하였다. 철가루와 고분자의 양에 변화를 주면서 구리 전극과 접해있는 고분자의 저항값을 일정한 시간에 따라 측정하였다. 저항값이 거의 일정해질 때까지 저항값을 측정하였고, 시간에 따른 저항값과 그에 따른 변화량을 그래프로 나타내었다. 마지막으로 저항값 및 초당 저항 변화량 값을 이용하여 공극률과 전기전도도 사이의 상관관계를 수학적으로 모델링하였다.

▪  주제어: 폴리아닐린, 전도성 고분자, 전기전도도, 면저항, 수학적 모델링

2014년 3월 9일 보름달 밝기의 유성이 전국적으로 관측되었고 다음날 운석으로 추정되는 암석이 진주지역에서 발견되었다. 이후 조사를 통해 진주 운석이 3월 9일 관측된 유성과 동일한 것임이 확인되었다. 직접적인 피해는 없었기에 주로 운석가격에 관심이 집중되었지만 이를 계기로 정부는 국가적 차원의 운석 관리·활용 시스템을 구축하였다. 이러한 시대적 필요성에 의하여 본 연구에서는 유성 감시 시스템을 개발하여 약 8개월 간 전천 사진들을 촬영하였고 수많은 밤하늘 사진들에서 유성을 찾아낼 수 있는 알고리즘을 파이썬을 통해 개발하였다. 유성 감시 시스템은 감시스테이션(카메라 모듈, 콘트롤 하드웨어)과 네트워크 헤드쿼터로 구성되며, 촬영 데이터의 실시간 서버 전송으로 인터넷 상에서 모니터링이 가능하도록 설계되었다. 촬영 데이터는 대도시 환경에 맞게 노출정보(ISO, 셔터속도, F수)를 설정하였고, 사진의 크기는 small, medium, large로 나누어 촬영되고 저장되도록 하였으며, 이벤트시에 동영상까지 제작되도록 하였다. 파이썬의 open cv를 이용하여 유성을 찾아내는 코드를 제작하였고, 이를 통해 10월에 떨어진 유성 사진을 골라내는데 성공하였다. 본 연구 시스템이 널리 활용된다면 우리나라의 유성 감시 네트워크 구축에 크게 이바지할 수 있을 것으로 기대된다.

제지 과정에서 버려지는 천연 화합물인 베툴린은 자작 나무의 껍질에서 추출 가능하며 한지와의 합성을 통해 항균성을 띄는 새로운 의료용 섬유를 제작할 수 있다. 한지 속 셀룰로오스를 산화 시켜 카복실기를 만들고 베툴린의 하이드록실기와 피셔 에스터화를 일으킨다. 표면이 개질 된 셀룰로오스 섬유는 실질적으로 개선 된 소수성 물 접촉각을 보이며, 박테리아와 세균의 제거에서 기존의 마스크보다 뛰어난 향상을 보인다. 본 연구의 결과는 고부가가치의 화학물질의 효율적인 사용과 친환경성을 모두 갖추고 있다.

▪ 주제어: 셀룰로오스, 에스터, Triterpene, Betulin, TEMPO

사물 인터넷의 부흥과 더불어, 임베디드 시스템은 상황의 변화에 따른 지능적 제어 능력이 요구되고 있다. 하지만 임베디드 시스템은 하드웨어, 메모리, 시간, 전력 등 자원의 제약이 많고 펌웨어 변경의 어려움이 있어 환경 변화에 곧바로 적응한 변화를 기대하기 어렵다. 요구에 맞춰 주변 상황을 인지하여 환경에 알맞은 알고리즘을 선택해 시스템의 종료 없이 자동적으로 펌웨어가 업데이트되어 대응하는 효율적인 임베디드 시스템을 제안한다. 본 연구에서는 임베디드 시스템에 서버, 데이터베이스를 연동한 제안된 구조에서, 펌웨어의 일부만을 교체하는 업데이트 방식을 직접 구현하여 실험하였다. 펌웨어의 부분적 업데이트 연구에서는 직접 제어 시스템을 구현하여 기존의 업데이트 방식과 비교해 약 2배 빠르고, 약 26% 더 적은 에너지를 소모한다는 결과를 얻었다.

▪ 주제어: 임베디드 시스템, 부분적 업데이트, 자동적 업데이트

디카페인 음료는 생산 과정에서 환경을 오염시킬 수 있다. 본 연구는 환경 오염을 방지하고자 자연의 재료를 통해 카페인을 제거하는 방법을 탐구하고자 한다. 또한, 카페인의 농도를 측정하거나 분광학적 데이터를 얻는 데 그친 기존의 분석방식에서 나아가 아두이노 센서, 3D 프린팅 기술, 이미지 처리 기술을 접목하여 항산화 반응을 다각도로 분석할 것이다.
본 연구에서는 카페인 제거 반응을 정량하기 위하여 3D 프린터로 제작된 거치대와 MBL 조도 센서와 카메라 렌즈 등이 배치된 암실 형태의 화학발광 측정기 등을 이용하여 카페인 제거 반응의 효율을 정량할 것이다. 카페인을 정량하는 데는 널리 알려진 화학발광 반응인 루미놀 반응을 이용한다. 시간에 따른 발광 양상과 발광량의 변화로 카페인 제거 반응을 분석한다.

▪ 주제어: 카페인, 루미놀 반응, 발광 측정기, 이미지 분석

화학합성 플라스틱은 자연적으로 분해되지 않아 여러 환경 문제를 야기하고 있어 생분해성 바이오 플라스틱의 도입이 대체제로 주목받고 있다. 본 연구는 하수 슬러지 유래 플라스틱 분해 미생물을 탐구한다. 생분해성 바이오 플라스틱인 PLA, PHB와 화학합성 플라스틱인 PE, PP을 여러 비율로 블렌딩하여 제조한 필라멘트를 유일한 탄소원으로 45일 간 배양한 후 나노 드랍, Metagenome 분석을 진행하여 군집 분석 및 계통도 분석을 수행하였다. 생분해성 플라스틱을 분해 가능종은 샘플과 슬러지에서 각각 평균 31.47%, 15.04%로 나타났으며, 블렌드 플라스틱 종류와 혼합 비율에 따라 군집 우점 양상이 달라짐을 확인하였다. 본 연구는 생분해성 플라스틱 분해균의 범위 확대에 대한 가능성을 제시한다.

▪ 주제어: 생분해성 플라스틱, 미생물, 하수 슬러지, Metagenome, Phylogenetic Tree

자외선의 오랜 노출은 피부에게 악영향을 주므로 자외선 차단제는 필수적이며 그 중에서도 천연물질로만 이루어진 자외선 차단제는 환경보호를 위해 더욱 필요하다. 본 연구에서는 값싸고 풍부한 자원인 lignin과 식물성 향료인 에센셜 오일을 혼합하였을 때 π-π* stacking으로 인해 자외선 차단에 시너지 효과가 나타나는지 확인하고, 서로 다른 에센셜 오일인 cinnamaldehyde과 eugenol의 효과를 비교해보았다. 실험결과  cinnamaldehyde는 그 자체로도 자외선 차단 효과가 뛰어났으며 lignin과 혼합할 경우에는 시너지 효과가 발생하여 각 원액보다 자외선 차단 효과와 지속성이 향상되었으며, 시중에서 판매되고 있는 자외선 차단제보다도 더 높은 효과를 보였다. 반면 eugenol의 경우는 lignin과 혼합하였을 때 오히려 자외선 차단 효과가 저해되었다. 따라서 본 연구에서는 lignin과 cinnamaldehyde의 혼합액의 자외선 차단효과와 지속성을 입증함으로서 향후 자외선 차단제로서 이용될 수 있는 가능성을 제공한다.

▪ 주제어: 리그닌(lignin), 에센셜 오일(essential oil), 자외선 차단(UV protection)

최근 여러 국가들에서 심화되고 있는 물 부족 문제 해결에 기여하기 위해,  다공성 물질인 Metal Organic Framework(MOF)의 물 흡·탈착 기능을 활용하고자 하였다. 세 가지 종류의 MOF를 합성해 각각의 물 흡·탈착 성능을 온도에 따라 측정, 비교해보았다. 가루 형태의 MOF에 형태적인 고정성을 부여하기 위해서 앞서 실험에서 물 흡착이 뛰어났던 UIO-66-NH₂와 Melamine Foam 복합체를 합성하였고 그 과정에서 최적의 합성 조건을 탐색하였다. 합성한 MOF/MF 복합체의 SEM 사진을 통해 Melamine Foam에 합성된 MOF를 확인하였으며 물 흡·탈착 성능을 측정하였다. 본 연구를 통하여 합성하기 쉬우며 물 포집에도 뛰어난 MOF를 탐색하고 물 포집 장치에 적용하기 쉬운 형태의 MOF/MF 복합체를 합성할 수 있었다. 더 나아가  Melamine foam 이외에도 mesh와 고분자복합체를 합성하는 연구를 진행한다면 물 포집 장치 내에서 공기와 접하는 면적이 넓은 형태로 가공할 수 있을 것으로 예상한다. 

▪ 주제어: 금속유기골격체(MOF), MOF/MF 복합체, 뭏 흡·탈착, UIO-66-NH₂

에너지 하베스팅 시스템에 대한 관심이 커지면서 다양한 기술들이 연구 개발되고 있다. 그중 한 분야가 마찰전기 하베스팅이다. 마찰 표면을 나노 단위로 가공하여 효율을 증가시키는 연구가 주를 이룬다. 본 연구에서는 PDMS를 이용하여 PDMS의 합성 비율과 mm 단위에서의 표면 가공, 마찰 방식을 바꾸어 가며 마찰전기 에너지 하베스팅 소자의 효율에 관해 연구하고, PDMS보다 내구성이 강하지만, 대전 열상에서 조금 더 안쪽에 있는 PTFE를 이용해 마찰 방식과 정도에 따른 소자의 효율에 관해 연구한다. PDMS와 그 응용 소자의 마찰전기에 대한 반응의 경향성을 분석하고, 고효율의 소자를 구성하기 위한 PDMS 물질의 합성 비율과 표면 형태, 마찰 방식을 찾아낸다. 또한 PTFE와 비교하여 마찰전기 에너지 하베스팅 소자의 활용 스펙트럼을 넓히는 것에 의의가 있다.

▪ 주제어: PDMS, PTFE, triboelecticity, energy harvesting, efficiency

본 논문에서는 Pheophytin에 NaOH를 가해 Chlorin e6로 전환되는 과정에서 Purpurin 18이 형성되는 메커니즘 및 생성물 간의 비율에 온도, 산소의 유무 및 중화시 사용하는 산의 양이 미치는 영향을 탐구한다. 스피루리나에서 추출한 Chlorophyll a를 Hydrochloric acid를 이용해 Pheophytin으로 전환하고, 이 Pheophytin에 염기를 가해 Chlorin e6, salt 형태로 얻어내게 된다. 이 생성물에 다시 HCl을 가해 중화시키고, 가라앉는 물질을 원심분리를 이용해 얻어내서 동결건조시켜 말렸다. 생성물은 DMSO에 녹인 다음, UV-Vis Spectrophotometer을 이용해 생성물 간의 비를 구했다. 실험 결과, 온도와 Chlorin e6의 질량비 사이에는 r=0.897의 강한 양의 상관관계가 있었고, t-검정 결과 95% 유의수준에서 귀무가설을 기각할 수 있었다. 또한 NMR 데이터를 통해 Pheophytin이 잘 형성되었음을 다시 한번 확인할 수 있었고. 가수분해 생성물의 물성에 기반해 가수분해에 의해 만들어진 생성물은 Chlorin e6의 염과 Purpurin 18의 염이라는 잠정적인 결론에 도달하였다. 또한 산소의 유무는 생성물의 비율에 유의한 영향을 주지 않았음을 발견했고, 두 조건 모두에서 Chlorin e6가 sole product로 얻어졌다. 또한 산의 세기 역시 생성물의 비율에 유의한 차이를 가져오지 않았는데, 이는 Purpurin 18이 발생한는 과정이 순수한 hydrolysis임을 추정하게 했다. 이러한 반응의 데이터를 토대로, 이에 대한 여러 메커니즘을 제안하였다.

▪ 주제어: 광역학치료, 광민감제, 선택적 합성, Chlorin e6, Purpurin 18, NMR, 매커니즘