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- 저자 : 홍영걸 ( Yeong Geol Hong ) (검색결과 5 건)
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축사 내 암모니아 기체 경보를 위한 Lab on chip 기반 센싱 플랫폼
홍영걸 ( Yeong Geol Hong ),김건우 ( Kim Geonwoo ),장경제 ( Kyoung Je Jang ) 한국농업기계학회 2022 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.27 No.2
축사에서는 많은 양의 암모니아 기체가 발생하며, 고농도의 암모니아 기체 환경에 노출 될 경우, 인체와 가축의 생장에 해로운 영향을 끼친다. 지난 2021년 2월부터 축사 내 암모니아의 농도를 25ppm 이하로 관리해야 한다는 내용이 법으로 명시되었다. 전기화학, 반도체 등을 이용한 기체의 농도를 측정하는 다양한 센서들이 있지만, 이러한 센서들은 대부분 습도의 변화에 민감하게 영향을 받는다. 본 연구에서는 닌하이드린(ninhydrin)을 이용한 lab on chip (LOC) 기반의 비색 센싱 플랫폼을 고안하였다. 기체는 통과하지만, 소수성인 PDMS의 성질을 이용하여, 습도가 높은 축사환경에서도 큰 영향을 받지 않고 암모니아 기체의 농도를 정량할 수 있다. 비색 정도를 확인하기 위해 LED와 포토다이오드(Photodiode)를 사용하여 흡광도를 측정하였다. PDMS의 두께 및 닌하이드린 수용액의 농도를 조절하여 반응시간이 짧은 PDMS chip의 조건을 찾았고, 최종적으로 다양한 습도환경에서 센싱 플랫폼의 성능을 평가하였다.
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축사 내 암모니아 기체 경보를 위한 Lab on chip 기반 센싱 플랫폼
홍영걸 ( Yeong Geol Hong ),김건우 ( Kim Geonwoo ),장경제 ( Kyoung Je Jang ) 한국농업기계학회 2022 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.27 No.2
축사에서는 많은 양의 암모니아 기체가 발생하며, 고농도의 암모니아 기체 환경에 노출 될 경우, 인체와 가축의 생장에 해로운 영향을 끼친다. 지난 2021년 2월부터 축사 내 암모니아의 농도를 25ppm 이하로 관리해야 한다는 내용이 법으로 명시되었다. 전기화학, 반도체 등을 이용한 기체의 농도를 측정하는 다양한 센서들이 있지만, 이러한 센서들은 대부분 습도의 변화에 민감하게 영향을 받는다. 본 연구에서는 닌하이드린(ninhydrin)을 이용한 lab on chip (LOC) 기반의 비색 센싱 플랫폼을 고안하였다. 기체는 통과하지만, 소수성인 PDMS의 성질을 이용하여, 습도가 높은 축사환경에서도 큰 영향을 받지 않고 암모니아 기체의 농도를 정량할 수 있다. 비색 정도를 확인하기 위해 LED와 포토다이오드(Photodiode)를 사용하여 흡광도를 측정하였다. PDMS의 두께 및 닌하이드린 수용액의 농도를 조절하여 반응시간이 짧은 PDMS chip의 조건을 찾았고, 최종적으로 다양한 습도환경에서 센싱 플랫폼의 성능을 평가하였다.
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양액 내 질산이온의 측정을 위한 미세유체 센싱 플랫폼 개발
홍영걸 ( Yeong Geol Hong ),장경제 ( Kyoung Je Jang ) 한국농업기계학회 2021 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.26 No.2
순환식 수경재배에서 성공적인 작물생장을 위해 양액 내 포함된 양분농도를 측정하여, 생육에 필요한 요소들을 적절하게 보충하여 최적의 양분농도를 유지하는 것이 중요하다. 이를 달성하기 위해 실시간 양액 농도모니터링이 실시되어야 하며, 주로 이온선택성 전극이 사용되어 왔다. 그러나, 이는 개별 이온 농도 모니터링과 내구성에 문제를 갖는 것으로 알려져 있다. 이번 연구에서는 양액 내 주요 성분 중 하나인 질산염의 농도를 측정하기 위하여 대표적인 비색법인 Griess method를 미세유체 시스템에 접목시킨 센싱 시스템을 개발하고자 하였다. 따라서 본 연구에서는 비색반응이 일어나는 미세유체 채널과 변색 반응을 검출할 수 있는 포토다이오드를 이용한 시스템을 제작하고 표준 시약을 사용하여 센서의 성능을 평가하였다. PDMS와 Glass로 구성된 Chip의 적정 두께를 고려하여, 광원(LED)의 파장대역과 세기, Detector(Photo Diode)와 광원 사이의 간격을 독립변수로 설정하여 Photo Diode로 광도를 측정 하였다. 포토다이오드는 측정하는 LED 광원의 세기에 선형적으로 비례하였고, 이는 spectrometer를 이용하여 측정한 결과와 유사한 패턴을 나타내었다. 또한 표준시약을 사용하여 측정한 결과 역시 농도별로 측정이 가능한 결과를 확인하여 개발된 미세유체 센싱 시스템이 유효한 것을 확인하였다.
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순환식 수경재배에서 NPK 측정을 위한 비색법 기반 Lab on Chip 센싱 플랫폼
홍영걸 ( Yeong Geol Hong ),장경제 ( Kyoung Je Jang ) 한국농업기계학회 2022 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.27 No.1
양분의 농도를 측정하여 보충하여 주는 것은 순환식 수경재배에 있어서 중요하며 주로 이온 선택성 전극(ISE)을 통해 농도를 측정하게 된다. 본 연구에서는 수명이 짧은 이온 선택성 전극을 대신하여 Lab on Chip system을 이용하여 양액 내 양분의 농도를 측정하는 센싱 플랫폼을 고안하였다. Microfluidic chip 뿐만 아니라, 연구에 사용된 밸브와 펌프 또한 system의 특성을 고려하여 직접 설계한 뒤 3D 프린터를 이용하여 만들었다. 식물 생장에 중요한 양분인 N, P, K는 독립적인 Chip에서 측정되며, 비색법(Colorimetry)을 이용하여 측정한다. 양액 내에서 질소의 경우 질산염(Nitrate, NO3) 또는 아질산염(Nitrite, NO2)의 형태로 존재하며 인은 인산염(PO4), 칼륨은 칼륨 이온(K)으로 존재한다. 각이온들 측정하기위한 실험방법은, N의 경우 Griess Method를 기반으로 한 시약을 사용하며, P는 Molybdenum Blue, K는 Au NPs를 이용하여 각각의 색 변화에 따른 흡광도를 측정하여 양액 내 이온 농도를 결정하게 된다. 이때, LED와 광 다이오드를 사용하여 흡광도를 측정하게 된다. 비색법의 특성상 감도와 선택성이 뛰어나며, 이는 양액과 같은 heterogeneous한 sample에서 매우 효과적이다. 그리고 Lab on chip 시스템 특성상 Micro volume 수준의 매우 적은 sample과 시약을 소모하며, 지속적인 측정이 가능하여 실시간으로 양액의 농도를 알 수 있고 이온 선택성 전극과 비교하여 경제적이다.
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암모늄 이온 측정을 위한 Lab-on-a-Chip 기반의 비색 센싱 플랫폼 개발
이주영 ( Joo Young Lee ),홍영걸 ( Yeong Geol Hong ),장경제 ( Kyoung-je Jang ) 한국농업기계학회 2023 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.28 No.2
순환식 수경재배에서 식물체에 질소를 공급하는 것은 식물 생장에 매우 중요하다. 대부분의 질소는 질산염의 형태로 공급되나, 일정 농도의 암모늄과 함께 공급되어 식물 생장을 촉진한다는 연구 결과가 보고되었다. 이때, 암모늄 이온의 농도가 일정 수준 이하면 작물은 필요한 양의 영양을 공급받지 못하며, 적정 수준의 농도를 초과하면 식물체에 독성물질을 축적할 뿐만 아니라 환경오염을 야기한다. 따라서 암모늄 농도 측정은 작물 재배 및 환경적인 측면에서 매우 중요하다. 그러나 기존의 암모늄 측정 센서는 고가거나 일회용이어서 지속적인 모니터링에 어려움을 겪고 있다. 본 연구에서는 암모늄 측정을 위한 Lab on a chip 기반의 비색 센싱 플랫폼을 개발하였다. 개발된 센싱 플랫폼은 네슬러 시약 및 RGB 센서를 사용하여 저렴하고 지속적인 암모늄 검출이 가능할 뿐만 아니라 시약 및 시료의 사용량이 매우 적다. 네슬러 시약은 민감도 및 선형구간을 고려하여 20 %v/v로 사용되었고, RGB 센서가 장착된 chip의 검출부에서 네슬러 시약과 다양한 농도의 샘플로 구성된 혼합물의 비색 변화가 감지되었다. 개발된 센싱 플랫폼은 0-70ppm까지의 농도를 측정할 수 있으며, 이를 통해 기존의 센서보다 저렴하고 실시간 모니터링이 가능할 뿐만 아니라, 작물의 최적 생장 조건을 조절하여 식물 생산량을 증가시킬 수 있을 것으로 기대된다.
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