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Microfluidic channel 제작 및 Diffusion 실험

PDMS를 이용한 soft-lithography, 현미경을 이용한 패턴확인초 록이번 실험에서는 Soft lithography를 이용하여 Microfluidic channel을 제작하고 fluorescent dye를 활용하여 microfluidic channel 상에서의 diffusion을 관찰하여 diffusion coefficient를 구해본다.Keywords: Lithography, Fluorescent dye, Microfluidic channel, Plasma, diffusion, diffusion coefficient1. 서 론SU-8은 화학적으로 열적으로 안정한 image가 필요한 곳에서 쓰이는, 뚜렷한 차이를 보이는 에폭시 기반의 photoresist(빛에 노출되면 화학적 성질을 일으키는 물질)이다. 필름에 노출되고 가교된 부분은 액체 현상액에 용해되지 않는다. SU-8은 360nm 이상의 매우 높은 광학적 투명도를 가지고있는데 이는 그것이 매우 두꺼운 film의 수직 측벽 근처에서 imaging에 적합하게 만들기 때문에 SU-8은 imaged 된 영구 응용에 매우 적합하다.PDMS는 생명공학 분야에서 중요한 기술적 polymer이다. Lithography한 PDMS는 생물체의 미세회로에 사용될 수 있다.플라즈마는 기체 상태의 물질에 열을 가하여 얻을 수 있는 이온핵과 자유전자로 이루어진 입자들의 집합체이며 물질을 이루고 있는 상태의 측면에서 보면 고체, 액체, 기체와 구분되는 물질의 제 4의 상태라고 할 수 있다. 대개 플라즈마는 이온화보다 높은 에너지가 기체 원자에 가해져서 이온화가 일어날 때 생성되며 이온과 전자가 합쳐져서 중성 기체로 변화는 과정도 동시에 일어나는데 이 두 과정이 평형을 이루면 안정된 플라즈마가 만들어진다. 대부분의 플라즈마는 전기 방전으로 만들어지지만 충분한 에너지가 액체나 고체에 주입되는 경우에 evaporation과 이온화가 일어나 플라즈마가 만들어지기도 한다.Fluorescent dye란 자외선을 흡수하면 에너지의 단파장이 가시광선으로 변화하여 방사하여 빛을 내는 염료이다. 확산 양상을 비교 Fluorescent dye와 그렇지 않은 물질을2. 실험방법2.1 사용한 시약 및 기구Sylgard 184A(PDMS), Sylgard 184B, 4 inch Si wafer, SU-8 developer, DI water, Rhodamine(푸른 형광빛이 나는 노란빛을 띤 붉은색을 특징으로 하는 염기성 염료)2.2 Method먼저 채널의 패턴을 Substrate Pretreat – Coat – Soft Bake – Expose – Post Expose Bake(PEB) – Develop – Rinse&Dry – Hard Bake(optional) – Imaged Material – Remove 순서로 제작한다. 채널이 완성되면 Sylgard 184A (PDMS)와 curing agent인 Sylgard 184B를 10 : 1 의 비율로 thinky mixer에 넣어 혼합하고 wafer 위에 부어준다. 150도에서 10분간 curing 한 후 Microfluidic channel을 슬라이드 글라스 위에 접착하고 표면을 플라즈마 처리를 해준다. 플라즈마 처리가 된 Microfluidic channel의 Y 모양 두 끝에 각각 Rhodamine 용액과 증류수를 주입하고 형광 현미경을 이용하여 channel의 5mm마다 관찰하면서 diffusion 양상을 관찰한다.3. 결과 및 고찰Figure 1. 유량 3ulmin일 때 0mm 간격에서의 channel전체 길이 225.27 형광 116.16로 diffusion length는 (116.16/225.27=0.516)mm-0.5mm=0.016이다.Figure 2. 유량 3ulmin일 때 5mm 간격에서 channel전체 길이 218 형광 120로 diffusion length는 (120/218=0.550)mm-0.5mm=0.050 이다.Figure 3. 3ulmin일 때 10mm 간격에서 channel전체 길이 218 형광 126로 diffusion length는 (126/218=0.578)mm-0.050=0.078 이다.따라서 diffusion time은 (channel 간격 X 0.05mm X 1mm / 3ul/min) 이다.0mm 에서 값은 0, 5mm에서 값은 5s, 10mm에서 값은 10s이다.이 값을 가지고 Diffusion coefficient를 구하면 5mm에서 (5mm X 0.050mm / 5s) = 0.05mm2/s10mm에서 (10mm X 0.078mm / 10s) = 0.078mm2/sDiffusion Coefficeint 평균 약 0.064mm2/s평균 4.14x10-6cm2/s오차율 l l x 100% =154%4. 결 론이번 실험에서는 microfluid의 양상을 살펴보기 위해서 먼저 Soft lithography의 방법을 통하여 Microfluidic channel을 만들고 channel에 플라즈마 처리를 해준 뒤 형광 염료와 증류수를 흘려보내고 확산이 어떻게 되는 지 살펴보았다. Diffusion 의 양상을 살펴보았다. Fluorescent dye란 자외선을 흡수하면 에너지의 단파장이 가시광선으로 변화하여 방사하여 빛을 내는 염료인데, 증류수는 UV를 쐬어 주었을 때 아무 색도 나지 않기 때문에 밝게 빛나는 부분이 증류수 channel로 확산된 것을 볼 수 있었다. 형광염료가 증류수 channel로 얼마나 확산되었는지 길이를 구해준다음(결과값) 공식을 통해 확산계수값을 구하여 이론값과 실험값을 평균을 알아내었다. 오차율은 154%로 매우 큰 차이를 보였는데 채널의 먼지라든가 슬라이드 붙였을 때 기포가 생겼던 이유때문에 생기는 오차라고 추정할 수 있다. 즉 더 가까운 값을 얻기 위해서는 채널이 매끈하게 흘러갈 수 있도록 만들어져야 한다. 그렇기 위해서는 패턴에 PDMS를 부으면 PDMS 표면의 methly기가 친수성을 변하여 딱 달라붙어 떨어지지 않게 될 때 매우 빠른 속도로 변하므로 그 전에 슬라이드 글라스에 잘 붙여주어야 한다.Reference1. 송현승, 신성권, 이천, “Nd:YAG 레이저를 이용한 pDMS의 직접식각에 대한 연구”, 한국전기전자재료학회, 20052. 박가연, 김경민, 이호연, “Controllable Patterning of an AI Surface by a PDMS stamp”, 한국공업화학회, 20123. 장일훈, 김강준, 송시몬, “페이퍼 채널 내 농도 구배 형성을 위한 상호 확산 계수 분석 및 유량 제어방법 활용”, 대한기계학회, 20154. Alfred Grill, “공정 플라즈마 기초와 응용”, 청문각, 2003, pp1-5

자연과학| 2017.11.28| 4페이지| 1,000원| 조회(218)

분석화학실험, PDMS, Soft-lithography, 현미경을 이용한 패턴..

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혼합용액의 연속화법

분광광도법을 이용한 착이온의 화학식과 안정화 상수의 결정초 록이번 실험에서는 연속변화법을 이용하여 분광학적으로 Copper(II)와 리간드인 iminodiacetic acid 사이에서 형성되는 착물의 화학식과 안정화상수를 구한다.Keywords: Spectrophotometry, method of continuous variation, Job plot, Job’s method1. 서 론화학종 P와 X사이에 P + X ↔ PX, P + 2X ↔ PX2, P + 3X ↔ PX3 와 같은 착물들이 형성된다고 가정한다. 만일 그 중 한 착물 (PX2)가 주생성물이라면 method of continuous variation으로 이 주착물의 화학량론을 확인할 수 있다.[P]+[X]의 전체 농도를 일정하게 유지하도록 같은 몰의 P와 X용액을 혼합하여 일정한 부피로 묽히고 max 파장에서 흡광도와 X의 몰분율에 관한 그래프를 그릴 수 있는데 주착물의 화학량론에 해당하는 조성에서 최대 흡광도가 얻어진다. 화학양론과 일치하는 X의 몰분율에서 최대 흡광도가 나타나는데 예를 들어 PX2라면 흡광도는 X의 몰분율이 2/3인 구간에서 나타나고 P3X라면 1/4에서 최대 흡광도가 얻어진다. 연속 변화법을 적용할 때는 착물이 Beer의 법칙을 따르는 지 확인하고, 일정한 이온 세기와 PH를 사용해야한다. 또 한 개 이상의 파장에서 흡광도를 취한 뒤 최대 흡광도가 같은 몰분율에서 나타나는 지 확인해야한다. 이론적으로 +X의 전체 농도가 다른 조건에서도 같은 몰분율에서 최대 흡광도가 나와야한다. 이런 방법을 통해서 반대로 흡광도를 구한 후 PX의 몰분율이 0.5인 구간에서 흡광도가 최대였다면 P와 X가 1:1로 결합하는 것이 주착물이라는 것을 예측할 수 있다. 이번 실험을 이러한 연속변화법의 원리를 이용하여 최대 흡광도를 찾고, 최대 흡광도의 몰분율을 통해 주착물의 형성비를 구한다.Figure 1. 몰분율(x) – 흡광도(y) 그래프. 흡광도가 최대인 몰분율을 이용해 착물의 화학식을 구할 수 있다.2. 실험방법2.1 사용한 시약 및 기구0.02M cupric nitrate stock solution, 0.02M iminodiacetic acid stock solution, spectrophotometer with red-sensitive phototube, 2 pyrex cells, 2·5·10mL pipets, two 250mL volumetric flasks, ten 25mL volumetric flasks, 50·250mL beakers, magnetic stirrer, stirring bar, pH meter, pH 4·7·10 standard solution, distilled waterCupric nitrate Cu(NO3)2 : 187.5558g/molIminodiacetic acid C4H7NO4 : 133.10g/molFigure 2. IDA (Iminodiacetic acid)2.2 착물의 흡광도 측정각 용액이 0.02M이 되도록 IDA를 10ml pipet으로 뜬 다음 250ml 부피 플라스크에 눈금까지 희석시킨다. Cu(NO3)2 역시 pipet으로 10ml 뜬 후 250ml 부피 플라스크에 희석시킨다. 그런 다음 각 용액을 25ml의 부피 플라스크에 각각 2, 5, 7, 10, 12ml 만큼 취한 다음 IDA가 담겨있는 플라스크는 0.02M Cu2+ solution으로, Cu2+ solution이 담긴 플라스크는 0.02M IDA solution으로 25ml까지 희석시킨 뒤 열 가지 용액에 라벨링은 한다.열 가지 용액이 완성되면 모든 용액을 50ml 비커에 옮겨 stirring하면서 H2SO4(aq) 혹은 NaOH(aq) 용액을 이용하여 PH를 2.0으로 맞춘다. 모든 용액의 PH가 정확히 2.0이 되면 25ml의 부피 플라스크에 다시 옮겨 닮은 뒤 cuvette에 3/4만큼 취한다. Cuvette에 취한 용액은 spectrophotometer에 넣고 파장을 600~750nm정도로 설정한 다음 650nm와 700nm에서의 흡광도를 구한다.Cupric nitrate와 iminodiacetic acid는 눈에 심한 자극을 줄 수 있고, H2SO4와 NaOH역시 강한 산과 염기이므로 용액을 만들 때 고글을 꼭 착용하고 옷이나 피부에 묻지않도록 주의하며 제조한다.3. 결과 및 고찰TABLE 1. Cu2+ solution이 각각 2ml, 5ml, 7ml, 10ml, 12ml 취하고 IDA solution으로 25ml까지 희석시켰을 때 650nm, 700nm에서의 흡광도Cu 2ml5ml7ml10ml12ml650nm0.07095320.1888520.2500310.3112670.369894700nm0.09661340.2565970.3445450.4261320.511999Figure 3. TABLE 1을 꺾은 선 그래프로 나타낸 것이다. 가로축은 IDA와 Cu2+ 혼합용액 25ml중 Cu2+의 양이고 세로축은 흡광도이다. 파란선은 650nm 파장에서, 노란선은 700nm 파장에서 측정하였다. Cu2+양에 따라 각 파장의 흡광도 기울기의 꺾임 정도가 거의 비슷하고, 증가/감소 경향이 같다.TABLE 2. IDA solution이 각각 2ml, 5ml, 7ml, 10ml, 12ml 취하고 Cu2+ solution으로 25ml까지 희석시켰을 때 650nm, 700nm에서의 흡광도IDA 2ml5ml7ml10ml12ml650nm0.1367690.2342770.3005320.3267160.421648700nm0.2288310.3502560.433410.4629710.581928Figure 4. TABLE 2을 꺾은 선 그래프로 나타낸 것이다. 가로축은 IDA와 Cu2+ 혼합용액 25ml중 IDA의 양이고 세로축은 흡광도이다. 파란선은 650nm 파장에서, 노란선은 700nm 파장에서 측정하였다. IDA양에 따라 각 파장의 흡광도 기울기의 꺾임 정도가 거의 비슷하고, 증가/감소 경향이 같다.총 25ml, Cu2+와 IDA의 몰농도가 같았으므로 IDA의 mole fraction을 IDA n ml/25ml 라고하고 Table 1에서 25ml-Cu2+ m ml 를 IDA의 또다른 실험값이라고 할 때, 즉 Table 1과 Table2를 IDA의 mole fraction에 대한 흡광도로 합친 것이 다음과 같은 표로 나타난다.Table3. 열은 IDA의 mole fraction이고, 행은 해당 파장에 대한 흡광도이다0.080.20.280.400.480.520.600.720.800.92650nm0.1367690.2342770.3005320.3267160.4216480.3698940.3112670.2500310.1888520.070953700nm0.2288310.3502560.433410.4629710.5819280.5119990.4261320.3445450.2565970.096613Figure5. Table3을 꺾은 선 그래프로 나타낸 것이다. 파란선은 파장이 650nm일 때 노란선은 700nm일 때 흡수한 흡광도를 나타낸 것이다. 가로축은 IDA의 mole fraction이며 세로축은 흡광도이다. IDA의 mole fraction이 증가할수록 점점 커지다가 mole fraction이 0.48일 때 최대의 흡광도를 가지고 그보다 더 mole fraction이 커지면 다시 흡광도가 감소한다. 즉 0.48의 molefraction을 가질 때 흡광도가 최대이므로 주착물의 형성비는 IDA의 mole fraction이 0.48일 때이다.0.48 P1X0.48 대략 P2X 로 유추할 수 있다. 즉 Cu2IDA가 주 착물임을 구할 수 있다.4. 결 론이번 실험에서는 Copper(II)와 리간드인 iminodiacetic acid 사이에서 형성되는 착물의 화학식과 안정화상수를 분광광도법적으로 결정하기 위해 The method of continuous variation을 이용하였다. Cu2+와 IDA의 착물을 만들고 650nm와 700nm에서 흡광도를 측정한 뒤, 두 화학종의 몰분율 vs. 흡광도 도표와 continuous-variation plot을 그렸다. 착물의 화학식을 구하기 위해 Cu-IDAn의 n을 구하였는데 n=0.93662522027로 1에 가까운 값이다. 이는 Cu2+와 IDA가 화학량론적으로 1:1로 결합한다는 것을 의미한다. 착물의 안정화상수 K는 175.5397911로 문헌값과 매우 큰 차이를 보였다. 이는 실제로 Cu-IDA 착물이 형성될 때 1:1 이외의 비를 갖는 착물이 형성되어, continuous variation의 조건과 어긋나기 때문에 발생했을 가능성이 있다Reference1. Sawyer, D. T. Heineman, W. R. Beebe, J. M. "Chemistry Experiments for Instrumental Methods",Wiley & Sons , 1984, pp198-2072. Daniel C. Harris, “Quantitative Chemical Analysis 8th Edition”, 자유 아카데미, 2012, pp469-478

자연과학| 2017.11.28| 6페이지| 2,000원| 조회(165)

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Fluorescence 측정을 통한 흡광도 스펙트럼 결정 시료 정량법 평가A좋아요

Fluorescence 측정을 통한 흡광도 스펙트럼 결정 시료 정량법Quinine assay Used by Fluorescence spectroscopy초 록이번 실험의 목표는 고리나 여러 개의 이중 결합을 가진 물질이 특정 파장의 빛을 비추었을 때 전자의 준위가 들뜬 상태로 변화했다가 다시 바닥 상태로 이동하면서 빛을 방출하는 것을 이용하여 검출된 형광의 세기와 빛을 방출하는 물질의 농도의 관계를 이용하는 Fluorescence spectroscopy를 통해서 Quinine을 정량하는 것이다.Keywords: Fluorescence1. 서 론Fluorescence, 형광이란 빛의 에너지를 흡수한 분자가 빛을 방출하는 것이다. 분자가 빛을 흡수하면 분자는 더 높은 에너지인 excited state로 전이되고 흡수한 에너지를 방출하면서 진동 비활성화 과정에서 에너지를 잃으며 더 긴 파장을 갖는 빛을 방출한다. 분자 에너지를 증가 혹은 감소시키면서 Electronic transition을 하는 것은 전자가 다른 오비탈로 이동하는 것을 의미하는데 예를 들어 σ 오비탈의 전자가 π 오비탈로 이동하는 것과 같다. Excited state의 스핀 양자수에 따라서 두 가지 가능한 transition이 존재하는데 스핀들이 반대인 상태를 singlet state라고 하며 스핀이 평행인 상태는 triplet state라고 한다. 최저 에너지의 들뜬 singlet state는 S1, triplet state T1이라고 하는데 일반적으로 T1의 에너지가 S1의 에너지보다 낮다. S1이나 T1 상태의 분자는 빛을 열 에너지로 바꾸면서 S0의 형태로 가기도 하지만 광자를 방출하면서 S0으로 이완되기도 한다. 이중 S1 S0의 복사 전이를 Fluorescence(형광), T1S0의 복사전이를 phosphorescence(인광)이라고 한다. 형광 및 인광의 상대 속도는 분자, 용매, 그리고 온도 및 압력 등과 같은 물리적 조건에 의존하며 인광의 에너지는 형광의 에너지보다 작다. 따라서 인 좁을수록 흡광 스펙트럼의 거울상과 유사한 스펙트럼을 얻을 수 있다. 유기 분자의 형광 스펙트럼은 바닥 상태와 들뜬 상태의 진동 준위가 거의 같은 간격 이기 때문에 흡수 스펙트럼과 거의 거울상의 스펙트럼을 갖는다. 모든 분자가 들뜨기 전에 바닥 상태에 있다고 가정하면 들뜨는 과정에서 흡수하는 가장 작은 에너지는 형광과정에서 일어나는 가장 큰 에너지 전이와 같다. 많이 많은 분자들이 이미 excited state에 존재한다면 그들 분자를 S1 준위까지 들뜨게 하는 에너지가 적게 필요하기 때문에 흡수와 방출 스펙트럼이 약간 겹칠 수 있다.형광 스펙트럼에 나타나는 전이 형태는 주로 π*π, π* n이 포함되지만 σ*σ 전이는 250nm 보다 짧은 파장의 흡수로 생긴 형광 스펙트럼이 잘 나타나지 않기 때문에 관찰되지 않는다. 높은 에너지는 분해 혹은 해리 반응으로 들뜬 상태가 비활성화되기 때문이다.포화 분자들과 하나의 이중 결합을 가진 분자는 센 형광을 내지 않는다. 적어도 하나의 aromatic ring이나 여러 개의 conjugation double bond를 가진 분자는 가시선이나 근자외선 영역에서 형광 스펙트럼을 갖는다. 또 electron donor인 -OH, -OCH3, -NH2 같은 것이 치환체로 도입되면 형광이 나타나 비형광성 화합물도 형광 유도체로 바꿀 수 있다.형광 광도계는 입사광으로부터 방출 복사선을 분리하기 위해 형광 측정을 입사광에 대하여 90도 되는 위치에서 측정한다. 이는 형광이 모든 방향으로 방출되고 입사광은 흡수 용기를 통해 직선으로 지나가기 때문이다. 필터 형광계가 UV는 통과하지 못하는 필터를 장치에 포함하는 대신 분광형광계는 필터 대신 한 쌍의 monocromater(단색화 장치)를 갖는다. 단색화 장치란 화학종의 분석을 위해 좁은 파장의 대역만 선택적으로 통과시키는 장치이다.정상조건의 하에서 quinine는 250nm, 350nm에서의 들뜨기 봉우리와 450nm에서 방출 봉우리를 볼 수 있는데 탄성 충돌에 대해 모든 방향으로 산란98.079103371.84(liquid)0.05M sodium bromideNaBr102.897471390-pH 완충 용액pH 2, 4, 6 완충 용액Figure SEQ Figure * ARABIC 1. Quinine structure 해열, 진통, 말라리아 예방 등에 효과가 있는 알칼로이드로 토닉워터의 주 성분으로 잘 알려져있다. 250nm, 350nm의 자외선(UV)으로 묽은 산 용액에 센 형광을 내는 화합물로 450nm에서 형광을 방출한다. 센 형광을 나타나게 하는 Aromatic ring과 electron donor인 -OH 등을 모두 포함하고 있는 것을 관찰 가능하다.Figure 2. Quinine이 포함된 토닉워터가 UV를 받고 형광빛을 내는 모습이다.2.2 실험 방법3. 결과 및 고찰250nm 파장에서 측정한 발광 스펙트럼Figure 3~8 250nm 입사광에서 quinine 농도에 따른 발광 스펙트럼이다. 농도가 0.0001ppm~1ppm인 퀴닌에서는 400nm 이전에서 peak가, 10ppm 일 때는 450nm에서 peak가 나왔다.Figure 9~13 250nm의 입사광에서 첨가한 NaBr의 농도 변화에 따른 발광 스펙트럼이다. Quinine sulfate는 2.0mL로 일정하다. 모든 스펙트럼이 300-400nm 사이에서 peak를 갖는다.Figure 14~16 250nm의 입사광에서 quinine을 pH2, pH4, pH6으로 각각 dilution 하였을 때 발광 스펙트럼이다. 350~400nm 사이에서 peak를 갖는다.Figure 17. 250nm의 입사광에서 미지 시료의 발광 스펙트럼이다. 다른 스펙트럼과는 달리 peak 가 한 봉우리로 나오지 않고 두 개를 갖는다. 하나는 약 380nm, 하나는 약 450nm 정도이다.350nm 파장에서 측정한 발광 스펙트럼Figure 18~23. 350nm의 입사광에서 quinine 농도에 따른 발광 스펙트럼이다. 농도가 0.0001ppm~0.1ppm인 퀴닌에서는 400nm 이전에서 peak가nm 입사광)450nm 에서의 세기0.0001ppm6.5800.001ppm11.860.01ppm6.5050.1ppm10.571ppm21.8810ppm83.98NaBr 1ml14.04NaBr 2ml19.23NaBr 4ml10.92NaBr 8ml9.790NaBr 16ml9.117pH212.58pH410.80pH613.99Unknown10.5737Table 3. 350nm 입사광에서 450nm에서 방출하는 형광의 세기시료 (350nm 입사광)450nm 에서의 세기0.0001ppm182.50.001ppm94.780.01ppm123.90.1ppm489.61ppm401010ppm9999.9NaBr 1ml2385NaBr 2ml1979NaBr 4ml1637NaBr 8ml994.0NaBr 16ml491.6pH21043pH41515pH6828.7Unknown9694Figure 33. 퀴닌의 농도에 따른 형광 세기 (250nm). 농도가 증가할수록 형광 세기가 세지며 1ppm 이상이 되면 peak가 급격이 증가해 뚜렷해지는 경향을 볼 수 있다.Figure 34. 퀴닌의 농도에 따른 형광 세기 (350nm). 농도가 증가할수록 형광 세기가 세지며 1ppm 이상이 되면 peak가 급격히 증가해 뚜렷해지는 경향을 볼 수 있다. 250nm의 입사광에서 잰 것과 세기 차이는 있지만 경향성은 같은 모습을 관찰할 수 있다.Figure 35. NaBr의 농도에 따른 형광 세기 (250nm). NaBr을 2ml 넣었을 때를 제외하고는 NaBr의 농도가 증가함에따라 퀴닌의 형광 세기가 감소한다는 것을 볼 수 있다. Br-가 퀴닌의 형광 방출을 방해하는 것을 확인할 수 있다.Figure 36. NaBr의 농도에 따른 형광 세기 (350nm). NaBr의 농도가 증가함에따라 퀴닌의 형광 세기가 감소한다는 것을 볼 수 있다. Br-가 퀴닌의 형광 방출을 방해하는 것을 확인할 수 있다. 250nm 때와 세기의 차이는 있지만 농도가 증가함에 따라 형광세기가 감소하는 경향은 같다.Figure 37. pH 에 9694 x=6.03 Unknown의 농도는 6ppm 정도이다4. 결 론먼저 이번 실험을 통해 aromatic ring을 가지고 있어서 UV의 입사광을 비춰주었을 때 450nm 부근에서 형광을 내는 물질인 Quinine의 특성을 알아보고 농도 변화, pH변화, 방해제인 NaBr를 첨가해주면서 형광 세기의 변화를 비교하며 Unknown 시료를 정량해보았다.먼저 모든 조건이 같고, Quinine의 농도만 변화하면서 형광세기를 잰 것을 보면 입사광이 250nm, 350nm일 때 모두 농도가 너무 적으면 형광의 세기가 너무 약해 잘 관찰하기 힘들었고 1ppm 이상에서 형광세기가 잘나타나며 농도가 증가할수록 형광세기가 증가한다는 것을 관찰할 수 있었다. 이를 통해서 미지 시료의 형광세기를 알면 농도를 추측할 수 있음을 알고, 알고 있는 시료들의 그래프를 그려서 Unknown 시료의 농도를 구하였다. 그러나 250nm의 입사광에서는 unknown 시료의 농도가 적어 형광세기의 간격도 작아 잘판단하기 힘들었고 따라서 350nm의 그래프에서 추측한 농도와 약간 다르게 나왔다. 그러나 1ppm보다 quinine의 함량이 많고 10ppm보다는 quinine의 함량이 적은 것을 알 수 있다. 퀴닌에 NaBr을 첨가한다는 것은 Br-가 퀴닌의 형광방출을 방해함을 확인하고자 하는 것인데 250nm, 350nm의 입사광에서 모두 Br-를 많이 넣어줄 수록 quinine의 양이 같음에도 불구하고 형광세기가 줄어든 것을 보아 Br-가 광자 방출을 방해하는 것을 확인할 수 있었다. 마지막으로 pH에서는 pH5이하가 되면 anilinium 양이온이 되고 pH13 이상이 되면 음이온이 존재하기 때문에 형광을 내지 않기 때문에 pH5~13 사이에서 형광이 잘 관찰됨을 확인하고자 하였다. 그러나 실험자체를 2,4,6에서 하였기 때문에 그러한 경향을 확인하기 힘들었고 250nm, 350nm에서 pH4일 때 경향이 정반대로 나왔다지만 sample의 범위가 좁아 이 역시 보완하기가 힘들었다. pH 폭 1

자연과학| 2017.11.28| 21페이지| 2,000원| 조회(299)

분석화학실험, Fluorescence, Quinine, 흡광도 스펙트럼 결정 ..

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일반생물학 - 발생 A

I. Abstract이번 실험은 닭의 수정란을 관찰하여 유성 생식하는 동물의 일반적인 발생 과정과 발생 과정의 단계적 특징을 확인하는 것을 목표로 한다. 38.5도의 incubator에 유정란을 넣고 98H, 48H, 24H의 시간동안 배아를 잘 관찰 할 수 있도록 눌리지않게 잘 굴리며 달걀을 발생시킨다. 그 후 달걀 깨어 배아를 꺼낸 후 배아를 염색하여 후뇌, 중뇌, 단뇌, 간뇌, 심장, 체절, 신경관, 수정체, 입이 생성된 것을 확인하며 시간에 따른 발생과정을 확인하였다. 24H는 발생이 진행되지 않아 관찰이 되지 않았고, 28H는 뇌, 체관, 수정체, 심장이 관찰되었다. 98H는 가장 관찰이 잘 되어 후뇌, 중뇌, 단뇌, 간뇌, 심장, 체관, 신경관, 수정체, 입이 모두 관찰되었다. 난황이 줄어드는 것은 각각의 난황의 크기가 처음부터 달랐기 때문에 발생 진행에 따른 난황 감소는 확인 할 수 없었지만 발생 샘플과 관찰을 비교하면서 발생이 잘 되었다는 것을 확인하고 각 단계에 나타나는 기관들을 확인하면서 특징들을 비교하였다.

자연과학| 2017.11.28| 8페이지| 1,500원| 조회(122)

발생, 일반생물학실험, Development, 발생 과정

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일반생물학 - 순환계와 심장박동 A

일반 생물학 실험 ll순환계 및 심장박동 (Circulatory System)I. Abstract이번 실험은 Mus Musculus의 해부를 통해 살아있는 동물의 심장을 관찰하여 심장 박동의 조절 원리와 모세혈관에서의 혈액의 흐름을 알아보고, 신경자극 전도물질과 온도 등이 심장 박동에 미치는 영향을 알아보는 실험이다. 살아있는 Mus Musculus의 심장을 마취 후 개복하여 37℃ PBS(정상), Adrenaline(교감 신경 활성화), Acetylcholine(부교감 신경 활성화), 4℃ PBS(저온의 체온)을 뿌려 각각 정상 심장 박동 수에 비해 교감 신경이 활성화되었을 때, 부교감 신경이 활성화 되었을 때, 저온의 체온을 가질 때와 어떻게 달라지는 지 비교한다. 저온과 Adrenaline의 조건에서는 같은 시간 대비 정상보다 심장 박동 수가 크고 Acetylcholine을 뿌렸을 때는 정상보다 적은 심장 박동 수를 가진다. 이는 체온이 내려가거나 교감 신경이 활성화 되면 심장 박동 수가 빨라지고, 같은 시간 심장 박동 수가 많으므로 혈류 속도도 빠르다는 것을 알 수 있다. 반면 부교감 신경이 활성화 되었을 때는 심장 박동 수가 적어지며, 혈류 속도는 느려 짐을 알 수 있다.II. Introduction우리 몸의 물질을 수송하는 순환계는 심장과 심장으로부터 혈액이 나가는 ‘동맥’과 심장으로 혈액이 들어오는 ‘정맥’, 혈액과 조직 사이에 물질 교환을 담당하는 모세혈관, 면역을 담당하는 림프계(제 2순환계라고도 함)로 이루어져 있다. 심장은 근육을 수축시켜 혈액을 통해 산소와 영양분 등을 온몸에 공급하는 펌프기관으로 포유류의 심장은 2심방 2심실로 구성되어 완전한 격막에 의해 분리된 2개의 펌프를 가지고 있어 한 쪽으로는 산소가 공급되고 반대쪽으로는 산소를 내보내는 각각의 역할이 나뉘어져 있기도 하다. 기본적인 순환은 산소가 부족한 혈액을 우심방을 통해 받은 다음 우심실로 보내 우심실에서 나온 혈액은 폐로 가서 산소를 공급받아 다시 좌심방으로 들어온 다음 좌 유지하려고 하는데 이를 ‘항상성(homeostasis)’이라 한다. 이 조절은 주로 자율 신경계와 내분비계의 어떤 시스템의 결과가 그 결과의 변동을 줄이려는 ‘음성 피드백(negative feedback)’과 두 가지 요인이 같은 기관에 대해 서로 반대로 작용하며 서로 효과를 줄이는 ‘길항 작용(antagonism)’을 통해 이루어진다. 자율 신경계는 의식에 의해 제어되지 않는 involuntary movement를 조절하며 교감 신경과 부교감 신경으로 나뉜다. 교감 신경의 대표적인 활성제는 Adrenaline이며 교감 신경이 활성화되면 맥박이 증가하고 혈압이 상승하며 소화를 억제하는 등 몸을 긴장시키는 ‘Flight or Fight Response’가 일어난다. 부교감 신경의 대표적인 활성제는 Acetylcholine이며 교감 신경과 반대로 작용하는 길항 작용 관계에 있어 활성화되면 맥박, 혈압을 감소시키고 소화가 촉진되는 등 편안한 몸 상태가 된다. 심장은 뇌의 지배를 받아 의식적으로 행동하는 중추신경계가 아닌 자율 신경계에 의해 항상성을 유지하려 운동한다.이번 실험에서는 먼저 Mus musculus를 ether 기체로 마취하는데 이때 기체를 흡입하는 마취를 사용함으로써 주사를 사용하는 것보다 마취 정도를 미세하게 조절 할 수 있다. 그리고 교감 신경과 부교감 신경의 길항작용에 의한 심장 박동 수 변화함을 관찰한다.이번 실험에서 쓰이는 Adrenaline은 교감 신경의 활성제로 맥박을 증가시키고 혈압이 상승시키고 Acetylcholine은 부교감 신경 활성제로 맥박과 혈압을 감소시킨다. 이는 서로 반대 작용을 하는 길항 작용이라 한다. PBS는 phosphate buffer saline의 약자로 phosphate buffer 속에 멸균한 소금물을 섞어 생물의 조직이나 기관을 유지시켜주는 용액이다. 따라서 실험 쥐의 정상 체온인 37℃의 PBS를 사용하면 정상 심장 박동을 관찰할 수 있고, 4℃의 PBS는 온도만 저온으로 조작하였을 때의 심장 박동을 관찰할 뒤 급격한 체온 변화를 주지 않기 위해 심장 부분만 절개하여 넓게 펼친다. 살아있는 정상 값을 얻어야 하므로 혈관이 잘리거나 죽지 않도록 주의한다.그런 실험 쥐의 정상 체온인 37℃로 데운 PBS를 이용해 심장이 오랫동안 유지될 수 있도록 골고루 뿌려준 뒤 심장 박동이 안정화 되면 1분간 정상 심장 박동 수를 기록한다. 그런 다음 50μM의 acetylcholine을 심장에 100μL 떨어뜨린 뒤 30초 후에 다시 1분동안 부교감 신경이 활성화 됐을 때의 심장 박동 수를 기록한다. 그런 다음 acetylcholine이 다음 실험에 영향을 주지 않도록 다시 37℃의 PBS로 심장을 씻어준 뒤 30초간 기다리고 50μM의 adrenaline을 심장에 100 μL 떨어뜨린 뒤 교감신경이 활성화 되었을 때의 1분간 심장 박동 수를 기록한다. 또 저온의 환경에서 심장 박동 수를 기록하기 전에 adrenaline이 영향을 주지 않도록 다시 37℃의 PBS로 씻고 30초 정도 대기 후 4℃의 PBS를 500 μL 떨어뜨린 뒤 저온에서의 심장 박동 수를 기록한다.이 때 각 단계마다 37℃의 PBS로 깨끗하게 씻어주고 주변의 기관을 닦아주어야 용액이 섞이지 않고 정확한 Data를 구할 수 있다. 또 용액을 뿌린 뒤 30~40초 정도 기다려주어야 신뢰성있는 평균 심장 박동 수를 구하므로 실험 시 이러한 점을 주의하며 정확히 실험해야 한다. 해부 직후에도 shock로 인해 심장 박동 수가 불규칙적일 수 있으므로 안정된 맥박을 가진 것이 확인 될 때 재도록 한다.또 심장이 마르거나 체온이 떨어지지 않도록 중간중간 37도로 유지시킨 PBS를 자주 뿌려주며 저온으로 체온을 낮출 때는 역시 급격한 체온 감소를 막기 위해 심장 주변부터 천천히 뿌려주도록 한다. 혹시 심장이 멈추려고 하면 adrenaline을 뿌려준다.실험이 끝난 뒤 실험 쥐는 잘 덮어서 은박지에 싼 후 처리한다.IV. Data and ResultsTABLE 1. 1~9조까지 37도 PBS acetylcholine adr2. 1정상 / 2 acetylcholine / 3 adrenaline / 4 저온 에서의 심장 박동 수. 왼쪽 그래프는 전체 평균이며 오른쪽 값은 1,2,5조의 평균 값이다. 저온 체온에서 정상 심박수보다 낮은 경우, 혹은 신뢰도 없는 값을 제외한 값이 1,2,5조의 평균 값이다. 전체 평균은 정상 심박수보다 부교감 신경이 활성화 됐을 때의 심박수가 낮고, 교감 신경이 활성화 되었을 때는 더 높지만 저온에서 정상 심박수보다 낮게 나왔다. 1,2,5조의 평균값은 전체 평균과 비슷하지만 저온에서의 심박수가 정상 심박 수보다 큰 값을 갖는다.V. Discussion이번 실험에서는 실험 쥐의 심장이 2심방 2심실로 구성되어 있고 심장의 펌프질을 통해 동맥을 지나 온몸에 전달되는 것을 관찰하고 자율 신경계의 활동에 따른 심장 박동 수도 살펴보았다. 일반적인 Mus musculus의 심장 박동 수의 평균은 328~780회로 알려져 있는데 같은 mus musculus라고 하더라도 자란 환경과 각자의 체력상태에 따른 차이가 있다. 1~9조 모두가 정상 심박수는 200내외 인 것을 봐서 실험 쥐의 평균 심장 박동 수는 200내외로 볼 수 있다. 이런 평균값은 사람의 평균값인 70-90정도와 비교하면 매우 빠른 수치인데 (물 속에서는 심박 수 느려지는 것을 제외하고) 크기가 작을수록 체온을 더 빼앗기기 쉬운 등의 이유로 주로 개체의 크기가 작을수록 심장 박동 수가 빠르다.내가 해당한 실험은 1조로, 정상 심박수는 143, 아세틸콜린을 취했을 때의 심박수는 119, 아드레날린을 취한 값은 206, 저온의 PBS를 취했을 때는 166이 나왔다. 이는 아세틸콜린으로 인해 부교감 신경이 자극되어 맥박이 낮아지며 혈류 속도가 늦어졌고, 아드레날린(직접적인 교감 신경 활성제)과 저온의 PBS(저온으로 인해 교감 신경 활성제가 분비됨)로 인해 교감 신경이 활성화되어 맥박이 빨라지고 혈류 속도가 높아졌음을 확인 할 수 있다.전체 평균값이 정확하지 않은 데에는 많은 이유가 있는데, 먼저 정상 않도록 37도씨의 PBS를 자주 뿌려주고, 신경 활성제를 취해주고 다음 실험을 진행하는 중간 단계에서 그 전단계의 활성제를 잘 씻겨 내리고 심장 박동이 규칙적이게 될 때까지 충분한 시간(약 30초)을 정확히 해주어야 하는 것이 중요하다. 아세틸콜린은 부교감 신경을, 아드레날린은 교감신경을 작용하는 직접적인 신경활성제이기 때문에 부교감 신경이 작용되어 심박수가 느려지고 교감신경이 작용해서 심박수가 빨라진 것을 알 수 있다. 이를 이용해서 저온이 어떤 신경을 활성화 시키는 것인가는 실험으로 알 수 있다. 저온의 PBS를 뿌렸을 경우에는 심장 박동수가 Adrenaline과 비슷하므로 체온이 낮아지면 몸에서 온도를 높이기 위해 교감신경을 활성화 한다는 것을 알 수 있다.이런 신경 활성화제는 병의 치료에도 이용되고는 하는데 나이가 먹을수록 베타-아밀로이드라는 비정상 단백질이 뇌에 축적되어 알츠하이머 병이 발명 및 진행하는데, 커피를 마시면 그 속의 카페인이 베타-아밀로이드 단백질 생성을 억제하고 제거하는 효과가 있는 것 이외에 커피 속에는 클로로겐산과 같은 항산화 물질이 신경보호 작용을 하면서 아세틸콜린 가수분해효소를 억제시켜 대뇌 신경세포의 아세틸 콜린 수치를 높여 알츠하이머 증세를 호전 시킬 수 있다고 알려져 있다.Ephedrine은 Adrenaline에서 정제한 것으로, 감기에 걸렸을 때 교감 신경을 활성화하여 기관지를 확장시키는 역할을 한다. 주로 시장에 출하되고 있는 것은 (-)-(1R,2S)-Ephedrine 이며 요즘은 효과를 더욱 낮춘 dl 염산 메틸 에페드린으로 쓰이고 있다.(Adrenaline) (Ephedrine)(dl 염산 메틸 에페드린) (감기약)VI. ReferencesJane B. Reece, Martha R. Taylor, Eric J. Simon, Jean L. Dickey, Campbell Biology, 7th ed, Pearson, CH23, 25James A Greenberg, Coffee and Health: A riview o

자연과학| 2017.11.28| 6페이지| 1,500원| 조회(247)

순환계, 일반생물학실험, 모세혈관, 심장박동, Circulatory System, 혈액의 흐름

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