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스마트폰을 활용한 종이 기반의 미세유체 생체아민 다중 검출 센서
이호서 ( Hoseo Lee ),신원진 ( Wonjin Shin ),이동춘 ( Dongchun Lee ),홍유경 ( Yukung Hong ),박두산 ( Tusan Park ) 한국농업기계학회 2020 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.25 No.1
Biogenic amine(BA)는 음식에서 아미노산의 탈카르복실화 반응 또는 아미노산 트랜스아미나아제에 의해 알데하이드와 케톤으로 바뀌며 생성되는 저분자 유기물이다. 음식 섭취 후 소량의 BA는 일반적으로 인간의 내장에서 아민 산화 작용을 통해 생리적으로 대사가 가능하지만, 높은 수준의 BA가 음식을 통해 섭취되었을 때, BA는 위산 분비, 심박출량 증가, 편두통, 타키맥증, 혈당 수치 증가, 혈압 상승 등을 유발할 수 있다. 음식에서 가장 많이 발생하는 BA의 종류에는 histamine, putrescine, cadaverine, β-phenylethylamine, tyramine 등이 있다. 본 연구의 목적은 스마트폰을 활용하여 생체아민을 동시에 다중 검출할 수 있는 종이 기반의 미세유체흐름 센서 개발이다. Ninhydrin은 아미노산 비색반응에 많이 사용되는 물질로서, pH 8 부근에서 열을 가해주었을 때 putrescine과 cadaverine과 반응하여 색 변화가 일어난다. O-Phtalaldehyde (OPA)와 Thiogl ycolic acid (TGA)와 pH 5.5 부근에서 열을 가해주었을 때 putrescine과 반응하여 색 변화가 일어난다. 단방향 채널과 양방향 채널의 미세유체흐름 종이 센서를 개발하였다. 개발된 종이센서 위에서 BA와 buffer가 반응한 결과를 스마트폰으로 촬영하였고 획득한 영상은 이미지 분석을 마친 뒤 cadaverine과 putrescine의 양을 예측하는 표준모델을 개발하는 데 사용되었다. 단방향 채널의 센서보다 양방향 채널 센서의 cadaverine과 putrescine의 양을 예측하는 성능이 더 뛰어났으며 reaction zone이 균일하여 이미지 분석에 더 용이한 것으로 확인되었다. 개발된 모델들은 평균 R2_cal = 0.976 으로 예측성이 높은 성능을 보여주었다. 개발된 센서 위에서 일어난 반응의 영상 분석을 통해 putrescine과 cadaverine의 양을 측정할 수 있음을 확인하였다. 개발된 putrescine과 cadaverine의 양을 예측할 수 있는 종이 기반의 미세유체흐름 센서를 식품 분야에 적용한다면 식품 안정성 평가에 크게 기여할 수 있을 것으로 기대된다.
신원진 ( Wonjin Shin ),이동춘 ( Dongchun Lee ),박두산 ( Tusan Park ) 한국농업기계학회 2020 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.25 No.1
발효식품은 간 기능 보호작용, 면역기능 강화, 항산화활성, 항암작용 등의 효과들로 수요가 증가하고 있음. 이러한 발효식품의 장점 때문에 이에 대한 관심도는 인간의 식품에서뿐만 아니라 축산업에서도 높음. 식품에서 젖산 발효를 진행할 수 있는 미생물에는 L. acidophilus, L. casei와 Bifid bacterium species등이 있음. 위의 언급된 미생물들은 대사과정의 결과물로서 젖산을 생산하게 됨. 발효가 진행되면서 L-lactate의 농도와 pH 값이 변화하게 됨. 그러나 발효의 조건을 잘 조절하여 진행한다고 하더라도 제품의 초기 조건들의 편차로 인해 항상 같은 수준의 발효 정도를 획득하기를 신뢰할 수 없음. 특히, 발효 중 불필요한 균의 유입 및 공기의 접촉을 통해 부패로 이어질 위험성이 높아짐. 그러므로 발효과정 중 젖산, pH의 변화량 추이를 모니터링하여 발효 제품의 품질 및 부패 여부를 사전에 예측하는 것이 중요함. 본 연구에서의 목적은 L-LDH 기반 젖산 센서 및 chemical dye를 이용하여 현장에서 즉각적으로 발효제품의 발효과정의 모니터링 및 젖산 정량 분석이 가능한 smartphone based on-chip platform 제작임. Methyl red는 대표적인 pH indicator 중 하나로 pH 분석에 있어 매우 강력한 장점이 있음. 빠른 반응속도와 선명한 색 변화는 분석 시간을 단축하는 동시에 정확도를 높여줌. 젖산을 정량분석하기 위해 L-lactate dehydrogenase(L-LDH)를 이용한 효소-기반 바이오센서를 사용하였음. L-LDH 효소는 L-lactate와 NAD+를 각각 L-pyruvate와 NADH+로 환원시킴. 이때, 발생한 NADH는 340 nm의 자외선 파장에서 여기되어 약 460 nm에서 형광을 발생시키는데 이것의 형광 세기를 분석하여 lactate의 농도를 정량 분석함. 3D 프린터를 이용하여 smartphone based on-chip platform을 제작하였음. 스마트폰 기반 광학 모듈은 NADH의 형광을 측정하기 위해 제작되었으며 아두이노 기반 항온기는 효소-기질 반응에 있어 최적의 온도 조건을 제공하기 위해 제작되었음. 이러한 플랫폼을 이용하면 현장에서 발효제품의 품질 및 발효과정을 현장에서 모니터링 할 수 있으며 더 나아가 보관 환경의 변화로 인한 부패를 예측할 수 있을 것으로 판단됨. 우리는 이 플랫폼을 이용하여 유산균 음료의 젖산 정량분석과 실제로 발효가 진행되는 TMR 사료의 발효과정을 모니터링 및 품질 예측을 시행하였음.
AR 전신 상호작용을 위한 이종 센서 간 좌표계 보정 기법
김항기 ( Hangkee Kim ),김대환 ( Daehwan Kim ),이동춘 ( Dongchun Lee ),이기석 ( Kisuk Lee ),백낙훈 ( Nakhoon Baek ) 한국정보처리학회 2023 정보처리학회논문지. 소프트웨어 및 데이터 공학 Vol.12 No.7
A simple and accurate whole body rehabilitation interaction technology using immersive digital content is needed for elderly patients with steadily increasing age-related diseases. In this study, we introduce whole-body interaction technology using HoloLens and Kinect for this purpose. To achieve this, we propose three coordinate transformation methods: mesh feature point-based transformation, AR marker-based transformation, and body recognition-based transformation. The mesh feature point-based transformation aligns the coordinate system by designating three feature points on the spatial mesh and using a transform matrix. This method requires manual work and has lower usability, but has relatively high accuracy of 8.5mm. The AR marker-based method uses AR and QR markers recognized by HoloLens and Kinect simultaneously to achieve a compliant accuracy of 11.2mm. The body recognition-based transformation aligns the coordinate system by using the position of the head or HMD recognized by both devices and the position of both hands or controllers. This method has lower accuracy, but does not require additional tools or manual work, making it more user-friendly. Additionally, we reduced the error by more than 10% using RANSAC as a post-processing technique. These three methods can be selectively applied depending on the usability and accuracy required for the content. In this study, we validated this technology by applying it to the “Thunder Punch” and rehabilitation therapy content.