감성과학을 위한 측정기법의 최근 연구 동향

정효일 ( Hyo Il Jung ),박태선 ( Tae Sun Park ),이배환 ( Bae Hwan Lee ),윤성현 ( Sung Hyun Yun ),이우영 ( Woo Young Lee ),김왕배 ( Wang Bae Kim ) 한국감성과학회 2010 감성과학 Vol.13 No.1

최근 학제간 교류가 빈번해지고 그 경계마저도 무너지고 있는 추세에서 감성과학에 대한 연구범위는 그 어느 때보다도 넓어지고 있다. 과거 심리학, 환경디자인, 두뇌 신경학 중심의 학제연구를 넘어서 인류학, 사회학, 문화 역사학, 예술, 공학 등 모든 분야에 걸쳐 감성에 대한 관심이 높아지고, 또 이들 간의 견고한 학제연구의 필요성이 제기되고 있다. 본 논문에서는 일차적으로 감성연구의 각 분과학문의 지평 확대를 위해 동물모델을 이용한 감성기법, 인공 후각센서와 뉴런 칩 기술의 적용가능, 감성과학을 이용한 인간 대사조절 등의 연구 가능성을 타진해 보고 향후 감성연구가 심리학이나 의학, 이공계학은 물론 철학, 역사 문화, 사회학 등의 전방위적 학제간 연구로 확장될 필요성을 제시한다. 동물 모델을 이용한 감성측정기법에서는 주로 감성의 근원지를 뇌로 규정하고 뇌신경을 자극했을 때 나타나는 현상 등을 모니터링하는 기법등을 소개한다. 인공후각센서와 뉴런칩에 관한 내용은 최근의 첨단 나노/마이크로 응용기술을 감성과학분야에 적용하려는 사례를 소개하는 것으로 반도체 공정으로 만든 칩위에 후각세포나 신경세포를 키우면서 전기적 신호를 읽는 신기술을 소개한다. 마지막으로 소리를 감성의 한 자극체로 보고 인간의 생리대사, 특히 비만 관리에 있어 감성과학을 응용한 사례를 자세히 보고한다. Emotion science is one of the rapidly expanding engineering/scientific disciplines which has a major impact on human society. Such growing interests in emotion science and engineering owe the recent trend that various academic fields are being merged. In this paper we review the recent techniques in the measuring the emotion related elements and applications which include animal model system to investigate the neural network and behaviour, artificial nose/neuronal chip for in-depth understanding of sensing the outer stimuli, metabolic controlling using emotional stimulant such as sounds. In particular, microfabrication techniques made it possible to construct nano/micron scale sensing parts/chips to accommodate the olfactory cells and neuron cells and gave us a new opportunities to investigate the emotion precisely. Recent developments in the measurement techniques will be able to help combine the social sciences and natural sciences, and consequently expand the scope of studies.

수생태계 내 프탈레이트계 가소제의 고감도 측정을 위한 현장형 전처리 및 센싱 시스템 개발

정효일(Hyo-Il Jung) 대한환경공학회 2022 대한환경공학회 학술발표논문집 Vol.2022 No.11

감성 진단칩(Emotion-on-a-chip, EOC): 인간 감성측정을 위한 바이오칩기술의 진화

정효일 ( Hyo Il Jung ),길태숙 ( Taesuk Kihl ),황유선 ( Yoosun Hwang ) 한국감성과학회 2011 감성과학 Vol.14 No.1

감성과학은 현대 사회에서 점차 중요한 부분을 차지하고 있는 과학, 공학적 영역이다. 감성은 외부의 물리/화학적인 자극에 대한 인간 내부의 고차원적인 심리적 체험으로 기쁨, 슬픔, 쾌적, 불쾌 등에 대한 복합적인 감정이라 할 수 있다. 그러나 감성연구의 가장 큰 어려움은 측정의 문제이다. 기존 감성 측정은 자기보고, 인터뷰, 뇌파 및 자율 신경계 반응, 심장혈관 활동도 등에 국한되어 있고 여전히 객관적인 측정이라 할 수 없다. 따라서 우리는 혈액, 침, 땀 등의 체액을 이용해 실시간으로 인간의 감성을 정확하게 측정하는 Eomotion-on-a-chip (EOC)로 명명한 새로운 이름의 바이오칩 기술에 대해 제안한다. EOC는 감성을 측정하기 위한 바이오 마커와신호를 얻기 위한 전극, 신호를 변환하기 위한 변환기, 그리고 측정의 결과를 보여주는 부분으로 구성된다. 최근 나노/마이크로 기술의 발달은 체액 내 감성 바이오 마커를 찾아내고 그것의 유무와 뇌과학 연구결과와의 상관관계를 규명하고 미래에 피 한 방울로 인간의 심리상태를 정확히 파악 할 수 있는 초소형 감성진단칩을 개발하게 할 수 있다. 본 논문은 이제 막 연구가 시작되고 있는 미래 바이오칩기술의 하나인 EOC의 개념을 보고하는 리뷰논문이다. Emotion science is one of the rapidly expanding engineering/scientific disciplines which has a major impact on human society. Such growing interests in emotion science and engineering owe the recent trend that variousacademic fields are being merged. In this paper we propose the potential importance of the biochip technology in which the human emotion can be precisely measured in real time using body fluids such as blood, saliva and sweat. We firstly and newly name such a biochip an Emotion-On-a-Chip (EOC). EOC consists of biological markers to measure the emotion, electrode to acquire the signal, transducer to transfer the signal and display to show the result. In particular, microfabrication techniques made it possible to construct nano/micron scale sensing parts/chips to accommodate the biological molecules to capture the emotional bio-markers and gave us a new opportunities to investigate the emotion precisely. Future developments in the EOC techniques will be able to help combine the social sciences and natural sciences, and consequently expand the scope of studies.

전자선 조사를 통한 EPDM/Polyamide12 탄성체의 제조에 관한 연구

정효신(Hyo Shin Jung),박정일(Jung Il Park),강필현(Phil Hyun Kang),최명찬(Myung Chan Choi),장영욱(Young Wook Chang),홍성철(Sung Chul Hong) 한국고분자학회 2013 폴리머 Vol.37 No.5

다양한 조성의 ethylene propylene diene rubber(EPDM)/polyamide12(PA12) 용융 혼합물에 전자선 조사를 함으로써 열가소성 탄성체(thermoplastic elastomer, TPE)의 특성을 보이는 소재를 제조하였다. EPDM과 PA12 상 사이의 상용화제로 말레산화 EPDM(mEPDM)을 첨가함으로써 EPDM/PA12 용융 혼합물의 기계적 물성을 향상시켰다. 또한 EPDM/PA12 용융 혼합물에 0~100 kGy의 전자선을 조사함으로써 EPDM 사슬간의 선택적인 가교 반응을 유도함과 동시에 PA12 상으로부터 용융 유동성을 확보할 수 있었다. 결과적으로 EPDM/PA12 용융 혼합물에 mEPDM 을 첨가한 후 전자선을 25 kGy 조사함에 의하여 열가소성 용융 거동을 보이면서도 물성 및 탄성체 성질이 우수한EPDM/PA12 용융 혼합물을 제조할 수 있었다. Polyamide12 (PA12) is blended with ethylene propylene diene rubber (EPDM) at various compositions in the presence of maleated EPDM (mEPDM) to afford blend materials having the characteristics of thermoplastic elastomer (TPE). The EPDM/PA12 melt-blends are further irradiated with electron-beam (e-beam) at 0~100 kGy dosage, yielding selective crosslinking between EPDM chains while retaining melt-processibility originated from PA12 phase. mEPDM acts as a compatibilizer and affords additional improvements in mechanical properties of the EPDM/PA12 blend. With 25 kGy of e-beam irradiation and mEPDM, the EPDM/PA12 blends successfully exhibit TPE behaviors with reasonable elastomeric and mechanical properties.

종이기반 미세유체 채널의 설계 및 제작기술

이정현 ( Jung Hyun Lee ),황유선 ( Yoo Sun Hwang ),정효일 ( Hyo Il Jung ) 한국감성과학회 2011 감성과학 Vol.14 No.4

감성은 외부의 물리/화학적인 자극에 대한 인간 내부의 고차원적인 심리적 체험으로 기쁨, 슬픔, 쾌적, 불쾌등에 대한 복합적인 감정이라 할 수 있다. 감성연구의 가장 큰 어려움은 측정의 문제이다. 기존 감성측정은 자기보고, 인터뷰, 뇌파 및 자율 신경계 반응, 심장혈관 활동도 등에 국한되어 있다. 최근 나노마이크로 기술의 발달과 함께 미래에는 체액 내 감성 바이오마커를 찾아내고 그것의 유무와 뇌 과학 연구결과와의 상관관계를 규명하고 피 한 방울로 인간의 심리상태를 정확히 파악할 수 있는 초소형 감성진단칩(emotion-on-a-chip)을 개발하게 할 수 있을 것으로 기대된다. 또한 종이를 이용한 종이 미세유체(paper microfluidic) 기술이 발달하고 이를 이용한 질병진단을 할 수 있음이 보고된 바 있다. 종이기반 미세유체채널은 그 제작비용이 저렴하며, 누구나 손쉽게 사용할 수 있어서 미래에 감성진단을 위한 도구로 활용할 수 있다. 본지에서는 아직까지 감성측정분야에 도입되지 않은 종이 미세유체 기술을 소개하고 향후 다양한 감성지표를 측정할 수 있는 아주 간단한 구조의 종이 기반 미세유체 디바이스의 설계 및 제작에 대해 기술한다. Emotion is composed of various feelings such as pleasure, sorrow, comfortability, and so on. The complicated process of the measurement has long been recognized as a major hindrance for the studies of emotion. Previously, individuals` emotion has mainly been measured by means of self-report, interview, EEG (electroencephalogram), ECG (electrocardiogram), EOG (electroculography), and body temperature. With thanks to nano/micro technologies, the possibility in the development of emotion-on-a-chip (EOC) has begun to be proposed. EOC will make it possible to analyze one`s psychological status by taking a drop of blood. Discovery of emotional biomarkers in body fluids, understanding of the correlation between those biomarkers and the results from brain science are prerequisites to validate the EOC technology. In this paper, paper microfluidics are introduced as a good candidate for the EOC. As paper microfluidics is cost-effective and easy to use it is expected to be a useful device for the emotion measurement. We present the design and fabrication process for the simple paper-based microfluidic device and discuss the possible application in the field of measuring the human emotion.

Multi-orifice 미세채널에 의한 유도된 수력학을 이용한 바이오입자 분리용 미세 유체칩

박재성(Jae Sung Park),정효일(Hyo-il Jung) 대한기계학회 2008 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2008 No.5

This paper introduces a new microfluidic separation method through combined use of inertial lift forces and secondary flows generated in a multi-orifice patterned microchannel. The inertial lift force is exerted on particles migrating along a non-circular microchannel so that it induces particles to move away form walls inwards as well as a channel centerline outwards. In addition, a multi-orifice microchannel induces the secondary flows and causes particles migrating from centre streamlines of micro channel to side walls.

DEP를 이용한 세포 외부 ATP 제거 전처리 미세 유로의 개발

임희택(Hee Taek Lim),정효일(Hyo-Il Jung) 대한기계학회 2008 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2008 No.11

In the detection of pathogenic microorganisms ATP-bioluminescence reaction is a fascinating method. ATP(adenosine triphosphate) is an energy source of all kinds of living organism and ATP-bioluminescence reaction uses this ATP. However, ATP exists not only in the cells but also outside the cells. Therefore ATP-bioluminescence reaction only with intracellular ATP is very important in pathogenic microorganism detection. Because of that reason we developed a microfluidic channel containing Dielectrophoretic zone which capture microorganisms and eliminating and washing extracellular ATP with ATP-degarading enzymes, adenosine phosphate deaminase and apyrase. Microorganisms are captured by pDEP force at the DEP electrode zone and only extracellular ATPs are washed and eliminated outside the zone.

미생물 검침을 위한 고체 배지 임피던스 센서

최아미(Ahmi Choi),박재성(Jae-Sung Park),정효일(Hyo-Il Jung) 대한기계학회 2008 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2008 No.11

Rapid, real-time detection of pathogenic microorganisms is an emerging and quickly evolving field of research, especially with regard to microorganisms that pose a major threat to public health. Herein, a new method that uses bioimpedance and solid culture medium for the real-time detection of microorganisms is introduced. We fabricated a new impedimetric biosensor by integrating solid media and two plane electrodes attached on two facing sides of an acryl well. During bioelectrical impedance analysis, the solid medium showed the characteristics of a homogenous conductive material. In a real-time impedance measurement, our solid-medium biosensor could monitor bacterial growth in situ with a detection time of ~4 hrs. Our data indicate that the solid-medium biosensor is useful for detecting airborne microorganisms, thereby providing a new analytical tool for impedance microbiology.

전자소자를 이용한 인간 감성지표 코티졸 검출에 관한 기초연구

이희조 ( Hee Jo Lee ),이정현 ( Jung Hyun Lee ),황유선 ( Yoo Sun Hwang ),정효일 ( Hyo Il Jung ) 한국감성과학회 2011 감성과학 Vol.14 No.4

감성과학에서 인간의 감성을 손쉽게 측정할 수 있는 기술이나 기법 등은 매우 중요한 분야이다. 최근 마음의 변화는 몸의 변화를 수반한다(정신신경증면역내분비학, psychoneuroimmunoendocrinology)는 전제하에 인간감성을 체액을 통해서 측정하는 시도가 이루어지고 있다. 몸의 변화 중에 최근까지 가장 많이 연구된 것은 스트레스에 관한 것으로 이를 측정하는 지표로는 코티졸(cortisol)이라는 물질이 널리 알려져 오고 있다. 코티졸을 측정하는 기존의 방법을 열거하면 High Performance Liquid Chromatography (HPLC), fluorometric assay, reverse phase chromatography 등이 대표적인데 모두 시간이 많이 걸리고 가격이 비싸며 휴대용이 아니기에 POCT (point of care testing)에 적합하지 않다. 이에 본 연구진은 소형 초고주파 공진 소자를 만들어 타액 속의 코티졸을 측정할 수 있는 항체를 고정하고 이것이 코티졸과 결합할 때 나오는 공진신호를 읽음으로써 환자의 타액 속 코티졸을 쉽고 빠르게 측정할 수 있는 기법을 소개한다. 본 연구를 위해 제안된 공진소자는 밀리미터 크기의 소자로서 제작이 용이하며 간단한 형태이다. 최종적으로 소자표면상에 결합되는 코티졸 농도변화(100, 10, 1, 0.1 ng/ml)에 따라 거의 선형적인 주파수응답(11, 10, 9, 7 MHz) 특성을 보인다. 100 pg/ml에 해당하는 적은 코티졸의 양까지 거의 실시간에 가까운 빠른 시간 안에서 쉽게 검출이 가능하며, 뿐만 아니라 표지(labeling)가 필요 없는 장점을 가지고 있다. 이러한 농도에 따른 주파수 변화를 기반으로 하는 코티졸 감성지표센서는 무선단말시스템에 적용될 수 있는 가능성과 응용성을 가지고 있다. The precise measurement of human emotion is of pivotal importance in the field of emotion science. Based on the perspective of psychoneuroimmunoendocrinology, human emotion is now considered to be measurable by body fluid. The biological molecule cortisol, which is known for the stress hormone, has been widely investigated to help researchers to estimate the stress loaded on human body. Until now, several measurement techniques such as High Performance Liquid Chromatography (HPLC), fluorometric assay, and reverse phase chromatography have been developed. However, since these measurements are expensive, take relatively long time for an operation, and they are not portable, they are not appropriate for POCT (point of care testing). In this paper we demonstrate the performance of a miniaturized-microwave resonant device in the measurement of cortisol. Our method has many advantages in that it requires a small volume of sample, has fast response time, is easy to operate and needs no labeling process. Besides, it will shed a light on the measurement techniques for emotion science.

비표지 코티졸 검출을 위한 비대칭 공진기 기반 RF 바이오센서

이희조(Hee-Jo Lee),이정현(Jung-Hyun Lee),최수지(Suji Choi),정효일(Hyo-Il Jung) 대한기계학회 2012 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2012 No.11

In this paper, we demonstrate the rapid and label-free detection of the stress biomarkers, i.e. free cortisol by using an asymmetric split-ring resonator (aSRR). The proposed biosensing device uses a very simple, direct, and cost-efficient RF biosensor scheme having a detectable limit under 1 ng/ml. In particular, although cortisol has a small biomolecular mass, the resonant frequency is sensitively changed with biomolecular binding and/or unbinding state. As a result, our binding device can potentially be useful for the detection of stress biomarkers as well as biomarkers as RF component associated with wireless communication system.