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- 저자 : 이호서 ( Hoseo Lee ) (검색결과 6 건)
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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.
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이호서 ( Hoseo Lee ),박두산 ( Tusan Park ) 한국농업기계학회 2017 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.22 No.2
폐식용유로 바이오디젤을 생산하고자 많은 연구들이 진행되어 왔다. 폐식용유의 원료는 주로 폐대두유, 폐해바라기씨유, 폐카놀라유, 폐올리브유들이다. 폐식용유를 이용한 바이오디젤의 생산 공정은 어떤 종류의 폐식용유가 어떤 비율로 섞였는가에 따라 공정에 필요한 유기용매의 양, 촉매의 종류와 양이 결정되고 바이오디젤 수율에 영향을 미친다. 하지만, 폐식용유의 원료 혼합비를 측정하고자 시도된 연구사례를 찾기 어렵다. 본 연구는 혼합된 폐식용유의 근적외선흡광스펙트럼 분석을 통해 폐식용유의 원료 혼합비를 측정하는 시스템 개발을 목표로 한다. 4종의 폐식용유 원료들(폐대두유, 폐카놀라유, 폐해바라기유, 폐올리브유) 중 3종류를 농도별로 혼합하여(1:1:8, 1:2:6, 1:3:4, …) 36개의 시료를 준비하였다. 혼합한 폐식용유의 흡광도는 할로겐 광원과 898.677~2132.65㎚ 파장대 영역의 NIR분광기(NIRQUEST, Ocean Optics, USA)사이에 12 mm의 광투과거리를 갖는 큐벳에 폐식용유를 담아 3반복 측정하였다. 이들 흡광 스펙트럼은 The Unscrambler (ver.9.7, CAMO Software, Norway)를 통해 원료별 농도에 대한 PLSR (Partial Least Squares Regression)을 수행하는데 이용하였다. 이를 통해 12개의 PLS 모델들을 생성하였고, R<sup>2</sup>_cal>0.98, R<sup>2</sup>_cal >0.97, RMSEC < 0.310, RMSEP < 0.326의 높은 선형성과 낮은 예측오차를 보였다. 혼합 폐식용유의 흡광 스펙트럼을 측정하여 각 원료의 함량을 측정할 수 있음을 확인하였다. 폐식용유를 이용한 바이오디젤 생산에 근적외선 분광기와 PLS 모델을 바이오디젤 생산 공정에 적용하면 바이오디젤 수율 향상에 큰 기여를 할 것으로 기대한다.
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근적외선 분광기를 이용한 일정 유동하에서의 폐식용유 원료 혼합비 분석
이호서 ( Hoseo Lee ),신원진 ( Wonjin Shin ),박두산 ( Tusan Park ) 한국농업기계학회 2018 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.23 No.2
폐식용유를 이용하여 바이오디젤을 생산하는 공정에서 바이오디젤의 수율과 품질에 영향을 미치는 인자는 생산 공정에 사용되는 유기용매와 촉매의 종류와 양이다. 이들은 폐식용유 혼합유의 종류와 혼합비에 따라 결정되는데, 공정에 유입되는 폐식용유 원료의 종류와 혼합비를 현장에서 비파괴적이고 빠르게 측정하기 쉽지 않다. 더불어 바이오디젤 공정상에서의 폐식용유는 일정한 유량으로 흐르기 때문에 유동하에서 혼합된 폐식용유의 혼합비를 측정할 수 있어야 한다. 본 연구는 NIR (Near-Infrared) 분광법을 이용하여 일정한 유량으로 흐르는 폐식용유의 혼합 원료 함량을 연속적으로 측정하는 시스템 개발을 목적으로 한다. 4가지 폐식용유의 원료들(옥수수유, 올리브유, 콩유, 해바라기씨유) 중에서 3-4가지를 선택하고 조합한 뒤, 일정한 비율로 섞어 총 150개의 시료를 준비했다. 시료의 흐름 중에 근적외선 흡광도 측정을 위해 시료가 흐르는 정량펌프의 파이프 중간에 광원(텅스텐-할로겐)과 근적외선 분광기 사이 광투과거리가 12 mm가 되는 스펙트럼 획득부를 제작, 설치하였다. 스펙트럼 획득은 시료의 유속이 100 ml/min의 조건에서 2초 동안 100 ms당 한 개씩 총 20번 측정하여 획득한 스펙트럼의 평균 스펙트럼을 분석에 활용하였다. The UnscramblerX (ver.10.5.1, CAMO Software, Norway)을 통해 시료 내 특정 폐식용유 원료의 양을 예측하는 PLS (Partial Least Squares)모델을 생성하였다. PLS 모델은 총 16개 개발되었고 이 모델들의 평균 성능은 R<sup>2</sup>_cal = 0.975, R<sup>2</sup>_val = 0.844, RMSEC = 0.242, RMSEV = 0.773로 나타났다. 이전 연구에서 큐벳에 담긴 혼합된 폐식용유 원료의 양을 예측하는 PLS모델과 비교할만한 결과를 보였다. 일정한 속도로 흐르는 혼합된 폐식용유의 NIR 흡광도를 연속적으로 측정하여 혼합된 폐식용유의 혼합비를 측정하는 할 수 있었다. 폐식용유를 이용한 바이오디젤 생산에 NIR 분광기와 PLS 모델을 바이오디젤 생산 공정에 적용하면 혼합된 폐식용유의 혼합비를 연속적으로 측정할 수 있고 그에 따라 바이오디젤 수율 증가에 크게 이바지할 것으로 기대한다.
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NADH의 형광을 이용한 종이 미세유체 칩 기반 젖산 센서 개발
신원진 ( Wonjin Shin ),이호서 ( Hoseo Lee ),김민영 ( Minyoung Kim ),박두산 ( Tusan Park ) 한국농업기계학회 2019 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.24 No.2
젖산은 생체 내 무산소성 에너지 생산과정의 결과물로서 항상성을 유지하며 일정한 농도로 혈중 내에 존재하지만, 혈중 젖산 농도가 과다하게 증가하면 고젖산증 및 젖산혈증의 위험이 있다. 또한, 젖산은 TMR(Total Mixed Ration)사료에서 발효 과정 중 발생하는 성분이며 사료의 발효 정도에 따라 젖산 농도가 변화하게 된다. 이처럼 젖산의 농도를 신속하게 측정하는 기술은 의학, 농업 그리고 그 외 다양한 분야에서 중요하다. 젖산의 농도 측정을 위해 다양한 방법이 있지만, 대표적인 것이 젖산탈수소효소 반응을 이용한 방법이다. 젖산탈수소효소는 젖산과 nicotinamide adenine dinucleotide(NAD)를 피루브산, NADH로 각각 환원시킨다. 이때 생성된 NADH는 340nm에서의 흡광도가 증가하는 동시에 460nm 부근에서 형광을 방출하게 된다. 젖산탈수소효소 반응 전후의 NADH의 흡광도를 측정하여 젖산 농도를 측정하는 것이 일반적인 방식이었다. 하지만, 흡광도 측정 기반의 방식은 값비싼 장비를 사용해야 하며 현장에서 사용할 수 없다는 단점이 있다. 본 연구의 목적은 NADH의 형광을 이용한 종이 미세유체 칩 기반 젖산 센서를 개발하고, 보다 효과적으로 형광 이미지를 획득하기 위해 스마트폰과 탈부착 가능한 광학 모듈을 개발하는 것이다. 현장에서 신속하게 사용할 수 있는 종이 미세유체 칩 패턴을 개발하였고, 형광 이미지 획득 및 분석은 스마트폰을 이용하였으며 형광 이미지 획득을 위해 별도의 band pass filter는 사용하지 않았다. 설계한 종이 미세유체 칩 위에서 NADH 농도 변화에 따른 형광 세기 변화를 측정한 결과, 0 – 0.8 mM NADH 농도 범위에서 결정계수 0.9878로 매우 높은 성능을 보였다. 0 – 5 mM 젖산 농도 범위에서 측정 가능한 센서를 목표로 실험을 진행하였으며, 실제로 젖산이 포함된 시료를 적용하였을 때, 최적의 조건으로 시료와 반응할 수 있는 종이미세유체 칩의 패턴을 최적화하였다.
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박진수 ( Jinsoo Park ),이호서 ( Hoseo Lee ),박두산 ( Tusan Park ) 한국농업기계학회 2016 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.21 No.2
스마트폰은 휴대형 컴퓨터라고 할 수 있을 정도로 정보의 처리와 저장 능력이 향상되었고, 인터넷 접속이 용이하고, 다양한 센서들을 갖추고 있다. 대다수 스마트폰에는 자이로스코프, GPS(global positioning system), 3축 가속도계, 근접 적외선 센서, 광센서 등이 내장되어있다. 더러는 자기장탐지기, 기압계, 온도계, 습도계, 심장박동계, 지문인식기를 내장한 모델들도 있다. 스마트폰은 이처럼 다양한 센서들을 다양한 응용프로그램을 구현하는데 사용한다. 특히 스마트폰에 내장된 CMOS(complementary metal-oxide -semiconductor)와 같은 광센서/카메라를 바이오센서 개발에사용한 사례들이 늘고 있다. 스마트폰의 광센서/카메라를 기반으로 하는 측정은 사용이 편리하고, 휴대가 간편하기 때문에 의료용, 식품 또는 환경의 안전성 측정을 위한 목적의 센서 개발에 빈번히 사용되고 있다. 스마트폰에 내장된 백색 광원 (White LED: light emitting diode)을 적절히 활용하면 별도의 광원 없이도 재현성 있는 센서 시스템을 구성할 수 있다는 장점도 있다. 본 발표는 최근 스마트폰 카메라를 이용하여 개발한 다양한 바이오센서 사례들을 소개한다. 의료용으로서 갑상선 자극 호르몬 (TSH: Thyroid stimulation hormone), 말라리아(malaria), 요로감염증(urinary tract infection) 등에 스마트폰 카메라가 검출부로 사용된 사례와 대표적인 식중독균인 살모넬라와 대장균 검출, 식육의 대장균 측정, 식품의 품질을 평가하는데 스마트폰 카메라와 자이로스코프가 사용된 사례, 실시간 유전자 증폭(realtime-PCR: polymerase chain reaction) 및 유전자 검출에 스마트폰 카메라가 사용된 사례 등을 소개한다. 스마트폰은 자기 위치를 GPS를 통해 확인이 가능하고, 인터넷 접속이 자유롭기 때문에 스마트폰을 기반하는 센서들로부터 획득한 정보들을 시간 및 위치정보와 연계하여 데이터를 누적하고 종합적인 의사결정을 내리는데 유용한 도구가 될 수 있을 것이다. 이들 사례를 통해 농업용 바이오센서를 개발함에 있어 스마트폰을 적극적으로 활용할 수 있도록 다양한 제안을 한다.
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시금치의 엽록소 측정을 위한 SPAD 값과 스마트폰 영상 분석
권오준 ( Ojun Kwon ),이호서 ( Hoseo Lee ),박두산 ( Tusan Park ) 한국농업기계학회 2017 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.22 No.2
작물의 영양상태 및 생육상태를 파악하기 위해서 사용되는 방법은 현장에서 시각적으로 판단하거나 엽록소 양 등으로 유추하고 있다. 식품으로 사용되는 녹색 식물의 엽록소를 정량하기 위한 연구는 오래전부터 수행되어왔으며 다양한 분석방법과 이와 관련된 엽록소 산출식들이 제시되어 있다. 형광광도분석을 이용하거나 흡광도를 측정해서 산출식에 의해 엽록소 함량을 계산하는 방법, 고속크로마토그래피법으로 성분을 검출한 후 검량선을 이용해 엽록소 함량을 구하는 법 등이 있다. 본 연구에서는 스마트폰 이미지 센서를 이용해 시금치 잎에서 엽록소 측정 가능성을 고찰하였다. 본 실험에서 사용한 시금치는 일반 시중에서 구입하여, 증류수로 세척한 후 상온 건조한 것을 시료로 사용하였다. 건조된 시금치 잎은 6구간으로 나눠 Soil Plant Analysis Development (SPAD) 값을 측정(SPAD-502 PLUS, KONICA MINOLTA)한 후 스마트폰(Galaxy S7, Samsung)을 사용하여 영상을 획득하였다. 획득한 이미지의 RGB (Red-Green-Blue) 화소값을 SPAD 값과 비교 분석하였다. 스마트폰으로 얻은 시금치 잎 영역의 영상을 R, G, B, R/G, B/G, B/R의 평균 화소값으로 구하고 이들 값과 SPAD 값의 상관관계를 분석하였다. R, G, B 각 영상은 SPAD 값과 판별계수(R<sup>2</sup>) 0.7127, 0.8193, 0.4476의 관계를 나타냈으며, B/G가 가장 높은 선형성(R<sup>2</sup>=0.8996)을 보였다. 180만 원을 호가하는 SPAD 측정기의 성능을 단순히 스마트폰 이미지센서를 이용하여 재현하였다. 또한, 기존의 SPAD 측정기에서 가장 큰 문제는 데이터의 저장이다. 반면에 스마트폰에서는 데이터의 저장이 용이하며 사진에서 GPS 데이터를 로깅할 수 있다는 장점이 있다. 본 연구에서와 같은 프로세서를 적용하면 다양한 작물을 대상으로 엽록소 함량을 측정할 수 있을 것으로 판단된다. 향후에는 이 모델식을 기반으로 Android 스마트폰용 어플리케이션을 개발하고 별도의 잎 홀더를 부착하여 외부의 광원을 차단하고 스마트폰 광원을 활용하여 밭작물 생육정보 측정용 스마트폰 플랫폼을 개발하고자 한다.
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