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Field Effect Transistor를 이용한 센싱, 바이오소재 과제, 화학공학부, 건국대학교, FET

제목 : Field Effect Transistor를 이용한 센싱바이오 센서의 장점은 다른 분석방법과는 달리 측정하고자 하는 시료와 반응하여 신속 정확하게 물질을 분석하는데 있다. 즉, 측정의 단순성, 신속성 및 민감성 등이 장점이라고 할 수 있다.센서의 구성요소로는 외부의 분석할 물질, 물질을 받아드리는 수용체, 수용한 정보를 전기적 신호로 변화시키는 변환체, 전기적 신호를 측정하는 장치로 이루어져있다.이번에 설명할 센서는 FET기반의 바이오 센서이다. FET는 Transistor를 사용하여 외부의 변화를 전기적인 신호로 변화시켜주는 장치이다. 우선 FET의 구조와 원리를 살펴보자 FET의 대략적 구조[그림1]에서 FET는 게이트, 소스, 드레인, SiO2(insulaor), 몸체로 이루어져있다. 게이트에 정전압((+)전압)이 가해지면 몸체에 있는 소수 케리어(전자)들이 게이트 쪽으로 모여서 Source와 Drain사이의 Channel이 형성된다.(이를 선형 영역이라고 한다.) 이때 Drain에 전류를 가하면 전류가 흐른다. 즉 게이트와 소스 사이의 전압으로 인해 채널이 형성되고 드레인에 전류를 가함으로써 전류가 흐르게 되는 원리이다. 센서에서는 게이트에 인가되는 전압의 변화를 이용하여 외부를 센싱하는 원리로 사용된다.FET는 대체로 반도체 직접회로를 이용하므로, 정교하며, 극소형, 초경량으로 대량생산이 가능한 장점을 가지고 있다. 반도체 이온센서[그림2]은 ISFET(Ion Sensitive FET)를 나타낸다. 이는 수용액 중에 넣어서 사용되며 수용액 내부 이온농도 변화에 대해 이온감응을 하는 이온감응 막을 사용하여 수용액 이온농도 변화에 따른 이온감응막의 가해지는 전압의 변화를 이용하여 외부환경을 센싱한다. 따라서 체내에서 체내 환경의 변화를 감지하는데 응용될 수 있을 것으로 보인다. ISFET는 게이트 역할을 하는 이온감응막의 종류에 따라 ENFET(Enzyme Based FET)와 IMEFT(Immunological FET)로 분류할 수 있다. ENFET는 효소를 사용하여 pH변화, 생체물질을 감지하고, IMFET는 항체를 사용하여 항원을 감지한다. 단백질의 우수한 선택성을 이용하여 센서로 구성한 것이다. 항체는 특정 항원에만 반응하기 때문에 감지를 원하는 항원만을 감지할 수 있게 해준다.FET바이오센서는 게이트의 위치에 따라 상단게이트 모델과 하단게이트 모델로 나눌 수 있다. 우선 하단게이트 모델을 보면 게이트가 기판 밑에 있기 때문에 채널이 외부에 노출되어 있고, 이로 인해 여러가지 특성이 나타난다. 화학적 처리를 통하여 나노선에 항체를 붙일 수 있다. 항체와 항원이 반응하면 산화반응으로 전자가 생성된다. 이때 생성된 전자는 드레인과 소스 사이에 흐르는 전류의 양을 증가시킨다. 상단게이트 모델의 경우 게이트가 드레인과 소스위에 위치하여 채널이 노출되어 있지 않다. 따라서 이물질이나 오염물질에 오염되지 않는 장점을 가지지만, 채널과 항체가 직접적으로 붙어있는 것이 아니라 비교적 민감성이 좋지 않다는 단점이 있다. 차동 ISEFT측정 시스템 메커니즘pH변화는 차동 ISEFT형 센서를 이용하여 측정할 수 있다. [그림3]과 같이 2개의 FET를 사용하여 하는 기준전압을 측정하고 다른하나는 증폭된 전압을 측정하여 그 차이값으로 정보를 얻는 방식이다. 이로써 미세한 전류또는 전압의 변화를 정량적으로 측정 할 수 있다. 이는 효소를 감응막으로 사용하여 효소가 인식물질로 작동하여 효소반응에 기인한 pH 변화를 측정하는 센싱기술이다.문제점으로는 반도체 재료를 사용하기 때문에 인체 내에서 이물반응이 있을 수 있다. 생체재료 표면에 생리활성 물질을 도표함으로써 이물반응을 최소화 하는 방법이 있겠다. 또한 단백질 효소반응의 민감성을 이용하여 접촉기간을 짧게 하여 이물반응을 최소화 하는 방법을 사용 할 수도 있겠다. 한편 단백질을 오랜기간 사용 할 경우 단백질에 변형이 일어나서 정량측정 어려운 문제점이 발생할 수 있다. 이러한 문제는 단백질의 오염을 방지하고, 일회용으로 사용거나, 단백질을 주기적으로 교체해주는 방법으로 오 측정을 최소화 할 수 있겠다.기술의 응용 방향1) 수용액 환경하에서 사용할 수 있으므로, 혈액의 pH측정하는 용도로 사용 할 수 있을 것이다.2) 병원균 중에는 잠복기가 길어서 보균자이지만 증상이 나타나지 않는 경우가 있는데 이러한 경우 감응막에 항체를 사용한 FET 바이오 소재로 병원균의 유무를 파악할 수 있다. 이때, 다양한 항체를 사용하여 환자가 어떤 항원을 가지고 있는지 정확한 파악 후 치료를 할 수 있을 것이다. A형 간염, 암 등의 질병을 조기파악이 가능하겠다참고문헌[1] 생체재료학[2] 다양한 종류의 바이오센서의 기반 기술 및 미래 – 이동진, 최대형, 최민수

공학/기술| 2019.12.17| 2페이지| 1,000원| 조회(156)

건국대학교, 과제물, 화학공학부, 바이오 소재

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Plant Design, Engineering and Construction/ 공장 파이프 관련 논문/논문 리뷰/감상/화학공장설계과제

화학공장설계과제저자 : J. R. RISKO, TLV Corp., Charlotte, North CarolinaTitle : Plant Design, Engineering and Construction잡지이름 : HP Special FocusYEARS : 2019 January-증기 시스템 공정에 새로운 관점을 할당새로운 공장 건설에는 목표 된 수익성을 달성하기 위해 최적화 된 생산성과에 대한 기대치가 포함됩니다. 새로운 플랜트를 건설하기 위한 자본 투자 결정이 내려지면 부동산, 허가, 기술 라이센서, front end enginnering and design (FEED), 인력 배치, 교육, 엔지니어링 및 최종 디자인과 건설을 위한 조달 등 중요한 품목을 확보하는 데 수년이 걸릴 수 있습니다.마케팅 요구 / 유연성, 기본 자료의 가용성 및 고수익을 유지 또는 증가시키는 방법에 대한 결정을 포함하는 여러 변수를 분석하여 생산 프로세스 자체에 중점을 둡니다. 커다란 일일 생산 원가로 때문에, 이익을 빨리 얻을수 있는 운영 공장을 갖는 것이 최우선 과제입니다. 일단 공장이 가동되면 공장 생산은 적극적으로 관리됩니다. 그러나 대부분 열원인 증기에는 종종 사전주의를 기울이지 않습니다. 가동중인 공정 문제를 분석하는 동안, 공통적으로 무시되는 원인은 가동 중 뿐만 아니라 원래의 설계의 시작에도 증기 시스템이 검토되지 않고 있다는 것입니다. 추가 조사는 설계 회사 또는 licenser가 증기 시스템 설계에 대한 최신 모범 사례를 활용할 것이라는 기대를 종종 볼 수 있습니다.-유체 접촉 분해 장치 FCCU에서 증기사용 습도문제정제공장에서 FCCU의 신뢰성에 영향을 미치는 중요한 것은 젖은 문제입니다. 모범사례의 설계를 하는 것이 타당한 것 처럼 보이지만 최종 사용자가 고품질의 증기를 전달할 수 있는 플랜트를 제어하기 위해 사용하는 메커니즘에 대한 질의가 이루어져야합니다. 최적화된 스팀을 제공하기 위한 기본적인 요구사항은 증기에서 발생하는 응축수의 제거입니다.증기를 공급하는 파이프에서 응축액이 생기고 이로인해 문제가 발생합니다. 응축수는 배관의 바닥을 따라 흐릅니다. 따라서 일정한 간격으로 물을 잡아두는 공간(collecting leg)이 필요하고, 시간에 지남에 따라 모이는 응축수와 찌꺼기를 배출하기 위한 장치(mud leg)도 필요합니다. 이는 트랩의 수직 아래에 있어야 하며, 수평거리는 최소화 되어야 합니다. 또한 트랩은 스팀과 응축수의 차이를 인식하기 위한 기울어진 문을 가지며, 이는 분명한 분리를 가능하게 합니다. 일반적인 문제는 collecting leg의 지름이 너무 작아서, 그 위로 흐르는 응축액을 잡을 수 없을 때 발생합니다. 적절한 지름의 collecting leg가 설치되었는지 확인하기 위해 신축공사의 간접비, 설계도면을 확인 하는데 시간이 많이 걸리지만, 이런 유형의 검사는 생산에 사용되는 스팀의 품질을 제어하기 위해서 추천됩니다.응축수가 증기 시스템으로부터 효과적으로 배출되지 않을 때 발생할 수 있는 문제를 검토하는 것은 유용합니다. 배수가 없는 응축수의 수심은 증기의 속도가 증가하는 동안 상당히 상승합니다. 따라서 높은 증기속도는 파이프의 단면적을 차단하는 응축수파를 만들 수 있습니다. 이는 증기가 응축수를 밀고 관성으로 응축수가 순간적으로 압축된다음 응축수를 다시 밀고 수심이 상승하기 때문에 발생합니다.(그림5) 이러한 설계는 잘 설계되고, 잘 설치되고, 잘 관리된 collecting leg로 피할 수 있습니다.collecting leg을 위한 몇몇 중요한 디자인이 있습니다.(그림7) 지름 "d1"은 응축수 수집에 영향을 미칩니다. 트랩이 지속적으로 배출되지 않는 경우 "L"("d2"에 의해 결정됨)과 "d1"의 조합으로 적절한 용량의 저장소를 제공합니다. "L1"은 시스템 찌꺼기를 막는 mud leg 기능을 제공해줍니다. 적당한 "L"을 유지하는 것은 저장소 용량이 작아지지 않고, 응축수가 배수되지 않고, 증기 공급 장치에 남아 있지 않도록하기 위해 필수적입니다. 표 1은 최적화 된 수집 다리 설계를 위한 특정 크기 권장 사항을 제공합니다. 적절한 다리 설계로 배관 및 구성 요소가 포함 된 효과적인 응축수 배출 위치 (CDL)를 확정 할 수 있습니다. 증기 유틸리티 라인을 따라있는 정확한 CDL 배치가 적절한 배수 지점을 제공합니다. 일반적으로 CDL은 riser 와 장비 공급 장치 drops에서 100ft-150ft 떨어진 곳에 놓아야합니다.한 정유소의 FCCU 공급원은 100 피트마다 헤더 라인 크기에 대한 CDL 배치를 요구하는 기준을 가졌지만, 평가 결과 1,300 피트 이상에 대해 CDL이없는 최소한 하나의 구역이 밝혀졌으며 첫 번째 CDL은 직경 10in보다 2 인치 더 작았습니다. 또 다른 정련소는 CDL이없는 2,000 피트 이상의 스팀 공급량을 가지고 있었습니다. 사용자는 시스템 설계 엔지니어가 CDL 배치에 대한 모범 사례 표준을 따를 것을 감시했었어야 합니다. 어쨋든 공장 설계자는 기준을 지키지 않았으며, 그 공정이 습기 문제를 경험 한 것은 당연합니다.저널에 대한 나의 의견이 저널에서는 열원으로 증기를 사용하는 공정에서 흔히 발생 할 수 있는 문제의 원인과 해결책 그리고 잘 지켜지지 않고있는 공장들의 사례를 보여주었습니다. 대표적으로 FCCU공정에서 응축수 문제가 신뢰성에 영향을 미치기 때문에 응축수를 파이프 라인에서 적절하게 제거시켜주는 작업이 필요합니다. 이를 위해 collecting leg을 파이프 라인 중간중간에 설치하여 응축수를 저장해두고, mud leg를 이용하여 응축수를 제거해주는 장치가 필요합니다. collecting leg는 적절한 간격을 두고 있을 필요가 있는데 그 적절한 간격은 표에서 얻을 수 있습니다. 기준을 지키지 않을 시 steam이 적절하게 제공되지 못하거나, 응축수가 steam의 통로를 막을 수 도 있습니다.

공학/기술| 2019.09.24| 4페이지| 1,000원| 조회(174)

화학공장설계, Plant design, Engineering and Cons, plant pipe관련 리뷰

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커피추출실험/화공종합설계/건국대학교/커피입도에 따른 추출도 측정

화공종합설계 커피추출방법 TEAM NAME 5조 START 커피추출방법 목차 개요 및 목적 이론 실험 데이터분석방법 결 과 계산 및 고찰 Q A 커피추출방법 개요 및 실험목적 개요 : 회분식 방법을 이용하여 커피를 추출한다. 실험 목적: 회분식 추출을 통한 커피의 제조를 통해 온도 및 입도크기에 따른 농도변화를 알아 본 후 각 추출온도에서의 총괄 물질전달계수를 구한다. COFFEE THEORY 커피가 잃은 물질량 (M) = 액체가 얻은 추출성분 양 (1) dM = V · dC ( V=용매 부피, C=용해된 커피 농도) COFFEE THEORY 이동속도는 고-액간의 농도 차에 비례 이동속도는 액체와 접촉하는 표면적에 비례 이동속도는 용질 표면 막 두께에 반비례 (

공학/기술| 2019.09.24| 32페이지| 4,000원| 조회(237)

건국대학교, 농도, 화학공학과, 커피실험, 추출도, 화공종합설계, 커피입도

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Distillate MeOH from MeOH synthesis gas, 분리공정설계, 건국대학교, 증류탑설계

Distillate MeOH from MeOH synthesis gas Design Plan Empirical VLE Model 로부터 평형곡선을 도시한다 . 적절한 Material Balance 를 이용하여 , 각 단을 빠져나가는 기상과 액상 조성을 구하는 식을 만든다 . Entrainment 계수를 Rough 하게 추정할 수 있는 실험식을 이용하여 , 각 경우에서 얻은 Entrainment 계수를 식에 도입한다 . Murphree Efficiency 를 변화시켜가며 , 해당 경우에서의 Feed Plate 와 Total Number of Plate 를 구한다 . 얻은 단수를 , Column Flow Sheet 에 있는 실제 단수와 비교한다 . Design Assumption Feed 의 조성을 보면 , 분리하고자 하는 두 물질인 MeOH 와 물의 조성이 0.995 로 대부분을 차지하고 있으므로 , Pseudo-Binary 상태를 가정한다 . Feed 는 Flash Drum 을 거쳐서 나온 액상이다 . 따라서 , Feed 는 Saturated Liquid 상태로 , q = 1 임을 가정한다 . 도면에서 보면 , Distillation Tower 의 최상단이 2 단부터 시작된다 . 따라서 , Partial Condenser 가 사용되었다고 본다 . Distillation Tower 의 상단에서 , Condenser 를 거치지 않고 기상으로 빠져나가서 Recycle 되는 양은 극소량이므로 무시한다 . 설정한 Murphree 효율은 모든 단에서 일정하다고 가정한다 . 이후의 모든 계산은 Reboiler 가 1 단으로 , 아래에서 위로 단수가 올라간다고 두고 수행한다 . Empirical VLE Model for Methanol - Water ,

공학/기술| 2019.09.23| 20페이지| 3,000원| 조회(228)

건국대학교, DISTILLATE, 분리공정설계, 분공팀플

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고체 유동층 최소 유동화속도 및 열전달/실험레포트+데이터시트/화학공정실험/화학공학과 평가A+최고예요

요약고체 유동층의 최소 유동화 속도와 열전달은 반응기를 다루는 데 있어 매우 중요한 요소 중 하나이다. 효율적이고 안정적으로 반응기를 다루는 데 있어 두 가지 요소는 매우 중요하므로 반응기를 다루는 사람들은 이를 정확하게 계산해야 한다. 이번 실험에서는 반응기의 유량을 조절하여 최소 유동화 속도를 구하고 이론값과 비교해본다. 또, 동일한 유속에서 열을 가하여 반응기 내의 온도별 열전달 계수를 구해볼 것이다. 최소 유동화 속도와 열전달 계수를 그래프화 하고 결과값이 나온 이유에 대해 분석해볼 것이다.1. 서론유동층은 고체가 순환하며 움직이기 때문에 고체입자들이 액체와 매우 유사한 거동을 보인다. 다른 접촉 방식에 비해 유체와의 접촉효율이 크다. 또한, 고체와 기체의 높은 접촉율은 열전달도 효과적으로 일어나며 관 내부에 히터를 설치 시 열이 국부화 되면 반응기와 내부물질이 손상될 수 있는데 이를 분체를 유체화 시키면서 막을 수 있다.

공학/기술| 2019.03.14| 13페이지| 2,000원| 조회(499)

열전달, 건국대학교, 화학공정실험, 화학공학과, 유동화속도, 고체유동층

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