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[분석화학] 흡광광도계

흡 광 광 도 계(Ⅰ) 관 련 이 론1. 빛의 성질① 주파수와 파장의 관계 : νλ= cc - 진공에서의 광속도 (2.99792458 x 108m/s)ν - 주파수(frequency, s-1)λ - 파장(wavelength, nm)② 광자(photon)의 에너지 E = hνh - planck 상수 (6.6260755 x 10-34J?s)E == hcωω - 파수 (wavenumber, 일반적인 단위 cm-1)2. 복사선의 흡수복사선의 광자가 입자를 지날 때 광자의 에너지가 입자의 바닥상태와 보다 높은 에너지 상태 사이의 에너지 차이와 정확하게 일치하면 흡수가 일어난다.M + hν → M*짧은 시간(10-6-10-9초)후, 들뜬 화학종은 매질에 있는 다른 원자나 분자로 여분의 에너지를 전달하면서 원래의 바닥상태로 이완되며, 그 결과 용매의 온도는 약간 상승한다.M* → M + hν이 때 M*의 수명은 매우 짧아서 어느 순간의 이것의 농도는 보통 무시할 수 있다. 그리고 이완하는 동안 방출하는 열에너지의 양은 보통 매우 작아서 검출 할 수도 없다.그림 > 빛의 스펙트럼 구조※ 관찰된 색깔과 흡수된 색은 보색관계에 있다.ex) Fe(SCN)2+ 용액이 붉은 색을 나타내는 이유는 착물이 들어오는 백색광으로부터 초록 성분을 흡수하고 붉은 성분을 투과시키기 때문이다.3. 유기화합물에 의한 흡수최대 흡수파장(nm)흡수된 색관찰된 색380~420420~440440~470470~500500~520520~550550~580580~620620~680680~780보라색보라색-푸른색푸른색푸른색-초록색초록색노란색-초록색노란색오랜지색붉은색진한 붉은색초록색-노란색노란색오랜지색붉은색진한 붉은색보라색보라색-푸른색푸른색푸른색-초록색초록색표 > 파장에 따른 빛의 색σ*π*nπσBondingBondingNonbondingAntibondingAntibondingσ→σ*π→π*n→σ*n→π*그림 > 빛의 전이 개념도① σ→σ* 전이?포화결합화합물?진공자외선 영역(λ 정량분석의 과정① 투광도 : T =..㉡ Amperometry : 전류를 측정㉢ Voltammetry : Polarography 등의 여러 가지 전압전류법㉣ Others, …4) 기타 - Thermal analysis, …(Ⅱ) 흡 광 도 법1. 흡광 광도법을 사용하는 이유?: 자외선, 가시선 및 적외선에 바탕을 둔 분자 분광법은 수많은 무기, 유기 및 생화학종을 확인하고 정량하는데 널리 사용된다. 분자 자외선/가시선 흡수 분광법은 주로 정량분석에 사용되고 있으며 세계적으로 화학 및 임상 실험실에서 다른 어떤 단일 분석법보다 더 많이 사용되고 있다. 적외선 흡수 분광법은 화학자가 무기 및 유기 화합물의 구조를 측정하는데 사용하는 가장 효과 있는 도구중의 하나이다. 더욱이 이제는 정량분석, 특히 환경오염물의 측정에 중요한 역할을 맡고 있다.2. 원리 및 적용범위: 이 시험방법은 빛이 시료용액을 통과할 때 흡수나 산란 등에 의하여 강도가 변화하는 것을 이용하는 것으로서 시료물질의 용액 또는 여기에 적당한 시약을 넣어 발색 시킨 용액의 흡광도를 측정하여 시료중의 목적성분을 정량하는 방법으로 파장 200~900 ㎚에서의 액체의 흡광도를 측정함으로써 수중의 각종 오염물질 분석에 적용한다.3. 흡광도 분석 과정1) 흡광광도 분석법: 광원으로 나오는 빛을 단색화장치 또는 필터에 의하여 좁은 파장범위의 빛만을 선택하여 액층을 통과시킨 다음 광전측광으로 흡광도를 측정하여 목적 성분의 농도를 정량하는 방법.2) Lambert-Beer's law: 강도 Io 되는 단색광선이 그림과 같이 농도 C, 길이 ℓ되는 용액층을 통과하면 이 용액에 빛이 흡수되어 입사광의 강도가 감소한다. 통과한 직후의 빛의 강도 It와 Io 사이에는 Lambert-Beer's law에 의하여 다음의 관계가 성립한다.그림 4> 흡광도 분석 원리도I0 : 입사광의 강도It : 투사광의 강도C : 농도L : 빛의 투과거리ε: 흡광계수 (#C=1mol, 1=10㎜일 때를 몰흡광계수 K라한다.): Lambert-Beer's law에서는 대조액층을 광도 분광법에 가장 자주 쓰이는 방법은 다중 첨가법(multiple addition method)이다. 시료를 같은 크기로 여러 개로 나눈 것들에 하나 이상의 표준 용액을 첨가하는 것이다. 각각의 용액은 흡광도를 측정하기 전에 고정된 부피로 희석된다. 시료의 양이 한정되어 있을 때는 미지의 용액 한 개에 표준물을 계속 첨가함으로써 표준물 첨가법을 실행한다. 원래의 미지시료를 측정하고 매번 첨가 후에 측정을 반복한다. 이 과정은 전압전류법에 더 편리하다. 농도가 cx인 미지의 용액을 Vx의 부피만큼씩 몇 개로 나누어 각각을 동일한 부피 Vt의 용량 플라스크에 옮겼다고 가정해보자. 각각의 플라스크에 알려진 농도 cs를 가진 표준 분석 용액을 다양한 부피 Vs로 첨가한다. 발색시약을 첨가하고 각 용액을 같은 부피로 희석시킨다. Beer의 법칙에 따르면, 용액의 흡광도는 다음과 같다.여기서 k는 εb/Vt 와 같은 상수이다. As를 Vs에 대한 함수로 그리면 다음 형태의 직선을 얻는다.기울기 m과 절편 b는 다음과 같다.그리고m과 b는 최소제곱법(8C-2절을 보라)으로 구할 수 있다. cx는 이 두 값의 비와 알려진 cs, Vx, Vs의 값으로부터 구할 수 있다. 즉,다시 배열하면 다음 형태가 된다.cx의 표준편차의 대략적인 값은 cs, Vs, Vt의 불확정도가 m과 b의 불확정도에 비해 무시될 만큼 작다고 가정하여 얻을 수 있다. 그러면 결과 (sc/cs)2의 상대 분산값은 m과 b의 상대분산값의 합으로 나타나며 다음과 같다.여기서 sm과 sb는 각각 기울기와 절편의 표준편차이다. 이 식의 제곱근을 취하면 담음과 공식이 유도된다.※ 흡수 화학종을 셋 이상 포함한 혼합물은 추가되는 각 성분마다 흡광도 측정을 한번 씩 더하면 적어도 원리상으로는 분석이 가능하다. 그러나 결과로서 얻은 데이터의 불확정도는 측정횟수가 증가할수록 커진다. 컴퓨터화된 신형 흡광 광도계 중 어떤 것은 흡수화학종의 수보다 계를 더 많이 측정함으로써 이런 불확정도를 최소화한다. 즉, 이 기기들은 미전체 범위의 값의 십분의 몇 퍼센트보다 좋지 못하게 되어 있으며 이 불확정도의 크기는 눈금의 한쪽 끝부터 다른 쪽 끝까지 똑같다. 전형적인 값싼 기기의 경우, 약 0.003T의 표준편차(σT = ± 0.003T)가 관찰된다.②일때의 농도 오차: 이 종류의 불가측 불확정도는 최고급 흡광 광도계의 특성이다. 이것의 원인은 광전 증배관과 광전관의 출력을 평균값 부근에서 불규칙적으로 요동하게 하는 소위 산탄 잡음(shot noise)이다. 농도 측정의 상대 표준편차에 미치는 산탄 잡음의 효과를 나타낸 것이다. 이 관계를 도시하면 곡선으로 나타난다. 이 데이터를 얻을 때, k2는 고급 흡광 광도계의 전형적인 값인 ± 0.003으로 가정하였다. 고품질의 연구용 자외선/가시선 흡광 광도계로부터 얻은 실험 데이터를 도시할 때 주목할 점은 값싼 기기와는 대조적으로 여기서는 데이터의 질을 크게 저하시키지 않고 흡광도 2.0 이상을 측정할 수 있다는 것이다.③일때의 농도 오차:를 식 대입하면 이런 종류의 불확정도로부터 얻은 농도의 상대 표준편차는 투광도의 값에 반비례하는 것을 보여준다. 이 종류의 불확정도는 낮은 흡광도 (높은 투광도)에서는 크지만 높은 흡광도에서는 영에 접근한다는 것을 보여준다. 낮은 흡광도에서 고급의 겹살 기기를 사용하여 얻은 정밀도는 식 26-11로 설명할 수 있다. 이런 거동을 보이는 원인은 반복 측정시 시료 셀을 빛살이 지나가는 위치에 재현성 있게 놓지 못한 데 있다. 위치 의존성은 셀 창의 불완전성에 의해 생기는데, 이들 때문에 반사 손실과 투과성이 창의 위치에 따라 변하게 한다. 일반적인 방법으로 얻은 흡광도 측정의 정밀도와 반복 측정할 용액을 주사기로 주입하고 용기는 그 자리에 그대로 둔 채 측정한 경우의 정밀도를 비교할 수 있다. 고급 흡광 광도계로 이런 실험을 하여 k3 값으로 0.013을 얻었다. 셀의 위치에서 생기는 오차는 측정할 때마다 셀을 다시 넣는 모든 종류의 분광 광도법 측정에 영향을 미친다. 광원 세기의 요동도 표준편차를 만들어 낸다화장치를 사용한 장치로 구조에 따라 단광속형과 복광속형이 있고 복광속형에는 흡수스펙트럼을 자동 기록할 수 있는 것도 있다. 또 광전흡광 광도계에는 미분측광, 2파장측광, 시차측광이 가능한 것도 있다.6) 광전광도계: 파장 선택부에 필터를 사용한 장치로 단광속형이 많고 비교적 구조가 간단하여 작업분석용에 적당하다.7) 흡수셀: 흡수셀은 일반적으로 그림 3과 같이 4각형 또는 시험관형의 것을 사용한다. 액량 1ml이하 액층의 길이 10mm이상의 것, 시료액을 흘려보내면서 그 농도를 측정할 때 사용하는 것, 휘발성 시료액을 넣었을 때 마개가 있는 것, 액층의 길이가 50mm이상으로 저농도 측정할 때 사용하는 특수용도용 흡수셀 등이 있다. 흡수셀의 재질로는 유리, 석영, 플라스틱 등을 사용한다. 유리제는 주로 가시 및 근적외부 파장범위, 석영제는 자외부 파장범위, 플라스틱제는 근적외부 파장범위를 측정할 때 사용한다.8) 세부구성① 광원?중수소등(D2 lamp) : 자외선 영역(120-400nm)D2 + Ee → D2* → D' + D" + hν?텅스텐 필라멘트등 : 가시광선 및 근적외복사선 영역(320-2500nm)⇒ 텅스텐 필라멘트 할로겐등 : 텅스텐 필라멘트를 둘러싼 석영관 안에 소량의 할로겐 물질을 주입한 등으로 텅스텐 필라멘트 등보다 수명이 두 배로 길다.(10000hr)W(g) + I2 → WI2 (휘발성)WI2 → W(s) + I2② 분산장치?프리즘(prism) : 간단하고 저렴하다. (파장에 따른 굴절률 변화 이용)분산결과가 비선형적이며 분산각도가 온도에 따라 변한다.?회절발(grating) : 빛을 각 성분 파장으로 분산시키는 데 사용파장에 따른 각도의 분산이 선형적분산각도가 온도에 따라 변하지 않는다.③ 시료용기?석영 cell : 자외선 영역, 가시광선 영역 측정 모두 가능?유리 cell : 가시광선 영역 측정시 사용?플라스틱 cell : 아크릴, PE, 가시광선 영역, 용매 사용시 주의④ 검출기?광전관(Phototube) : 세슘 등을 입힌 음극에

공학/기술| 2005.06.16| 24페이지| 1,500원| 조회(2,228)

분광광도계, 흡광도법, 빛의성질, 흡광광도계

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[임상병리학] 임상진단장치

임 상 진 단 장 치1.혈중 가스 분석 장치1) 동맥혈액가스분석 (Arterial Blood Gas Analysis) 란?: PaO2를 측정하여 폐의 환기, 확산, 산화, 동맥혈의 pH에 의한 산-염기평형 상태를 알아보는 검사로서, 급성질환 및 중환자를 평가하고 관리할 때, 인공호흡기를 사용할 때, COPD와 같은 폐질환을 평가할 때, 혈중 전해질 수준을 알고자 할 때 가장 기본적인 검사이다.※ 정상수치① PaO2 : 동맥혈의 산소의 분압 80∼100mmHg 이상② PaCO2 : 동맥혈의 이산화탄소 분압 35∼45mmHg 이하③ SaO2 : 동맥혈의 산소포화도 95∼100% 이상④ PH : 수소이온의 농도 또는 산 염기의 균형의 정도 7.35∼7.45⑤ HCO3 : 혈액탄산의 양 22∼26mEq/L2) 용도그림 > 혈액가스 분석장치: 위중한 환자의 혈압이나 맥박이 별안간 떨어지거나 호흡이 약해지면 생명의 위기가 박두하고 있다는 것은 누구나 알 수 있다. 일단 이런 상태가 되면 용태를 다시 회복시키는 일이 여간 어려운 것이 아니다. 따라서 위기 상태에 직면하기 전에 이것을 미리 예측하는 일이 중요한데, 이런 일에 도움을 주는 의학적 장치가 바로 혈액중 가스 분석 장치이다. 건강한 사람의 동맥혈은 1리터 중에 약 200밀리리터의 산소가 포함되어 있다. 이것은 순환 중에 모두 소비되는 것이 아니라 보통 상태라면 그 중에서 약 4분의 1만이 소비되어 이산화탄소로 바뀌고 나머지는 정맥혈 속에 남는다. 그러나 대수술이 끝난 뒤에는 순환기능이 떨어져 혈액 공급량이 줄어들면서 동맥혈의 산소가 많이 소비되고 이산화탄소가 늘어난다. 또 호흡기능이 쇠퇴하면 이산화탄소와 산소의 교환이 순조롭게 이루어지지 않아 체내의 이산화탄소 농도가 높아지면서 그 결과 혈액은 산성이 된다. 거꾸로 호흡이 이상적으로 높아지면 체내의 이산화탄소가 줄어들어 알칼리성이 된다. 이런 원리를 이용하여 혈액 가스 성분 및 혈액의 산성·알칼리성 비율을 알아냄으로써 눈에 보이지 않는 호흡·순환 기능의 이상을 알리성한다.CO2 + H2O H2CO3 H+ + HCO3-그 막뒤의 전극용액은 유리 수소이온 선택 전극과 접해 있다. 전극 용액에서 수소이온 활동력의 차이는 내용액(IFS)에 대응하여 측정되는 전위차를 생성한다. 이 전위차의 변화는 Sample의 pCO2와 기준전극 half cell의 상수 전위를 이용하여 계산할 수 있다.?용액안의 CO2 부분압은 혈액내 Gas의 부분 평형 조절 이산화탄소 부분압으로 정의된다.?③ pO2 MeasurementpO2는 전극 표면에 생성된 전류를 전류계를 사용하여 측정한다. 이 전자의 흐름은 전극에?의해 측정된 다음 산소의 부분압에 직접적인 비례수가 된다. 산소가 투과성 막을 지나 확산됨에 따라 음극에서 산소분자가 줄어들고 이에 의해 산소 한 분자당 4개의?전자가 줄어드는?것이다.?? Na+, K+, Cl-, CO2++ 측정하며 전극은 기준용액(IFS)와 이온 선택 투과막으로 구성된다. 기준용액은 일정한 이온의 농도를?제공하여 기준을 잡으며 이온선택 투과막은 Sample에서 특정이온을 선택적으로 투과시키므로 막 사이에 두용액(IFS/Sample)의 이온 농도차에 의한 전위의 변화가 발생한다.??④ Hematocrit전 혈액량 중에 적혈구의 백분비로서 정의되며 적혈구의 알려진 전기적 저항을 사용함으로?측정된다. 두 표준 시약에 의해 읽혀진 저항값으로 기울기를 잡는다. 그 기울기는 Impedince 전극과 Na의 전기적 효과를 계산한 것으로 Hematocrit을 측정한다.??⑤ Total Carbon Dioxide Content (TCO2)TCO2는 HCO3-와 용해된 CO2를 포함한다.??⑥ Hemoglobin : Hb의 계산은 측정된 Hct에 근거를 둔다.Hb g/dl = Measured Hb ÷ 3.0??⑦ Base Excess of Blood (BE-B)Base excess of Blood는 pCO2가 40mmHg이고 37。C에서 pH를 7.4로 적정하기 위해 혈액1L당 필요한 염기나 강산의 millimoles의 량으로 정의된:20 정도에서 가장 작게 된다. 대부분의 polyacrylamide gel은 1:29의 몰 비율로 제조하며 사용하고 있으며 이 비에서 분자량이 3% 정도의 차이가 있는 polypeptide를 분리할 수 있다. Polyacrylamide gel은 %T와 %C로 표현되는데 %T는 acrylamide와 bisacrylamide의 %중량이며 %C는 가교제인 bisacrylamide의 %중량이다. 따라서 %T와 %C가 커지면 그만큼 미세통로의 크기는 작아지게 되어 작은 물질의 분리에 이용할 수 있게 된다. Acrylamide의 중합은 ammonium persulfate (APS) 또는 riboflavin의 첨가에 의해 개시된다. APS를 사용하는 경우에는 촉매제로 N,N,N',N'-tetramethylethylenediamine (TEMED)를 사용하며 TEMED는 persulfate로부터 자유라디칼의 생성을 촉매함으로써 중합을 개시한다. Riboflavin은 광조사 (photoactivation)에 의해 자유라디칼을 생성하여 acrylamide의 중합을 개시한다. Polyacrylamide의 중합이 해리된 자유라디칼에 의해 시작되므로 gel용액 내의 산소는 중합반응을 방해하게 되는데 gel용액을 사전에 degassing 해주는 이유이다.② Polyacrylamide gel을 사용하는 단백질 전기 영동법은 크게 두 가지로 나눌 수 있는데 하나의 gel만을 사용하는 연속적 시스템(continuous buffer system)과 buffer조성이 다른 두 개의 겔을 사용하는 불연속적 방법이다 (discontinuous buffer system). 연속 시스템은 pH 3-11 사이의 완충용액을 한가지 선택하여 겔과 음전극액 내 전해질 조성 및 농도를 동일하게 만들어 전기영동하는 방법이고 불연속 시스템은 흔히 우리가 알고 있는 stacking gel을 사용하는 경우이다. 또한 단백질 전기영동법은 ionic detergent의 사용유무에 따라 dissociating 또는 no의 조성에 의존한다.그림 4>ph의 함수로 나타낸두 학산의 이동도절대이동도(absolute mobility)와 유효이동도의 차이를 그림에서 볼 수 있다. 여기에서는 최대 전하에서 같은 이동도를 두 용질은 이동도의 차이가 없기 때문에 분리할 수 없을 것 같지만 서로 다른 pKa값을 가지고 pH에 따라 나타나는 전하가 달라서 결과적으로 각각 다른 이동도를 가지기 때문에 분리가 가능하다.3. PH 미터1) PH 란?: 용액의 산성의 정도: 보통 수소이온농도 또는 수소이온지수로 나타낸다. 산의 세기의 정도를 수치로 나타내어 쓴다. 산 HA를 용매(溶媒) S에 녹였을 때, HA로부터 양성자가 어느 정도의 세기로 방출되는가를 그 척도로 삼는다. 즉, HA+SA-+HS+ 와 같은 평형 상태가 있다 하고, 이 때의 평형상수 K는 K = [A-][SA]/[HA][S] 이고, 용매가 대량일 때는 [S]는 일정하므로, Ka=[A-][HS+]/[HA] 로 나타낼 수 있다. 이 때, logKA=pKA라고 놓고,pKA로 산성도를 나타낸다. 그리고 KA의 값을 산성도 상수라고 하고, 1/KA을 염기성 상수라고 한다. 염기도로 측정하면 pOH이다. 이것은 염기도 기준이며 위의 산성도와 같다 다만 기준을 [H+]가 아닌 [OH-]로 잡은 것뿐이다.2) 구조: pH미터는 보통 유리전극 및 비교전극으로 된 검출부와 검출된 pH를 지시하는 지시부로 되어있다. 지시부에는 비대칭 전위조절(영점조절)용 꼭지 및 온도보상용 꼭지가 있다. 온도보상용 꼭지가 없는 것은 온도보상표준액에 대하여 검출부를 물로 잘 씻은 다음 5회 되풀이하여 pH표준액에 대하여 검출부를 물로 잘 씻은 다음 5회 되풀이하여 pH를 측정했을 때 그 재현성이 ± 0.05이내의 것을 쓴다.3) 전극: 대부분의 전기분석법 응용에서는 어떤 한 전극의 반쪽전지전위가 이미 알려져 있어야 하고, 일정한 값을 유지하고, 그리고 연구하고자 하는 용액의 조성에 대하여 전혀 감응하지 않아야 한다. 이러한 조건에 적합한 전극을 기준전극(reference전극: 전위차적정법, polarography법, 정전위해법 및 pH측정(유리전극에의한)등에 있어서 Calomel 전극은 흔히 보조 전극으로 사용된다, Calomel전극은 일정농도의 KCl 수용액 중에 Calomel (Hg2Cl2)을 포화시켜 이것을 전해핵으로 한 수은전극이다.이 전극의 반응은 2Hg + 2Cl-↔Hg2Cl2 + 2e 이고전극전위는 E = E。 + 0.0596/2log1/[Cl-]²으로 나타내어진다.이 전극의 전위는 KCl 수용액의 농도에 의해 변화하고 또 사용하는 온도에 따라 변화한다.4) 원리① pH는 표준 pH용액과 피측정 용액에서의 유리전극의 전극 전위의 차를 내어 Nernst 공식에 의하여 pH를 얻도록 정의되어 있으므로, pH미터는 실질적으로는 두 전위의 차를 재는 장치이다.② Nernst식: 농도와 전위와의 관계를 나타내는 식Nernst 식 유도aA + ne- ? bB 반쪽반응에서ΔG 〓 G - G0 〓 RTlnK-nFE + nFE0 〓 RTlnK(at 25℃)- [A] = [B] = 1.0 M 인 경우 : E°(표준환원전위)∴ 완전한 반응에 대한 Nernst 식- 전지의 전체 반응식으로부터 전압측정㉠ 양쪽 반쪽전지의 환원 반쪽 반응을 적고 부록에서 E°값을 찾는다.두 반쪽반응의 전자수를 같게 한다.㉡ 환원전극에 대한 반쪽반응에서 Nernst 식을 이용하여 E+를 구한다.㉢ 산화전극에 대한 반쪽반응에서 Nernst 식을 이용하여 E-를 구한다.㉣ 전지 전극전위 E를 구한다.(E = E+ -E-) : 양의 값을 갖는 경우 자발적인 반응이다.㉤ 전체 전지반응식을 적는다.∴ 같은 반응에 대한 다른 표현2AgCl(s) + 2e- ? 2Ag + 2Cl- E+o = 0.222V2Ag+(aq) + 2e- ? 2Ag(s) E+o = 0.799V두 번째 식에서의 전극전위(E+)이므로[Ag+]의 농도는 AgCl(s) ? Ag+ + Cl- 반응에서의 용해도 곱상수로부터 구한다.즉∴이 값은 첫 번째 식에서 구한 E+ 값과 같다.∴ 관련된 반쪽반응을 찾는

의/약학| 2005.06.16| 18페이지| 1,500원| 조회(464)

기체크로마토그래피, 혈액가스분석기, 액체크로마토그래피, ph미터, 전기영동장치

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[임상기기학] 임상기기학의 미래

의용공학도가 본 임상기기학의 미래국가과학기술위원회가 얼마전 청와대에 보고한 "국가과학기술지도"(Roadmap)는 앞으로 10년 후의 한국 과학기술비전을 제시하고 있다. 이보고서에는 한국이 10년 후 국가경쟁력을 세계 10위권으로 끌어올리기 위한 과학기술개발 전략이 담겨있다. 어떤 기술을 전략적으로 개발, 육성해나가야 하는가를 보여주는 기술개발 이정표라 할 수 있다. 이중 많은 비중을 차지하는 분야가 의료생명에 관한 분야였다. 좀 더 세부적으로 살펴보면 제약관련업종이 7종, 의료기기 관련 업종이 6종이다. 의료부분에서는 생체진단기기와 정밀 의료영상기기 기술의 개발이 중요한 부분으로 제시되었으며 진단용 단백질칩?DNA칩 등 초소형 진단기기를 중점 개발하고 고성능 영상기기를 이용해 인체절개를 극도로 줄이는 최소 침습적 수술법 등을 개발한다는 내용이다. 이같이 의료생명 분야의 기술개발은 국가의 미래를 좌지우지할 정도로 중요한 기술로 인식되고 있다. 최근 황우석 박사의 줄기세포 복제 성공으로 세계의 언론이 떠들썩해지고 세계 각국의 관심과 이목이 한 사람의 과학자에게 집중된 것만 봐도 알 수 있다. 지금 세계 각국에서는 앞 다투어 의료생명 분야에 많은 투자를 하고 있는 것을 볼 수 있는데 우리나라도 이러한 시대의 흐름에 편승하여 많은 투자와 연구가 이루어져야 한다고 생각한다.언젠가 수업시간에 교수님께 “현대의료의 가장 중요한 부분은 정확한 진단에 있다”는 이야기를 들은 적이 있다. 더불어 “청진을 잘하는 의사가 가잘 실력이 뛰어난 의사”라고 말씀하셨다. 충분히 일리가 있고 이해가 되는 부분이었다. 환자 몸의 정확한 상태와 병을 알아야 거기에 알맞은 치료방법이 제시될 수 있기 때문이다. 이러한 관점에서 임상기기의 발전은 의료기술 발전에 아주 중요한 역할을 한다고 생각한다. 임상기기는 사람의 각종 검체들을 이용하여 여려가지 항목을 검사하는 아주 기본적이며 중요한 역할을 하기 때문이다. 나는 의용공학도로서 이러한 임상기기들의 수준을 한 단계 높이는데 기여하고 싶다. 더 적은 양의 검체로서, 더욱 빠르게, 그리고 더욱 정확하며, 많은 종류의 검사를 할 수 있는 임상기기들이 개발된다면 환자에게는 부담이 더욱 작아질 뿐만 아니라 치료에 있어서도 효율성을 더할 수 있다는 것이 나의 생각이다. 하지만 임상기기분야의 연구와 개발이 효율적으로 이루어지려면 정부와, 연구기관, 산업체 등의 긴밀한 협조아래 이루어져야 시너지 효과를 얻을 수 있다고 생각한다. 일본의 예를 하나 들어보겠다. 일본의 경제산업성과 후생노동성이 제휴한 프로젝트 『앤도 마이크로 스코프의 실용화개발』은 내시경으로 체내 관찰하는 것만으로 세포의 병리진단을 할 수 있는 시스템 개발이 목적이다. 현재, 세포 진단하는 경우 체내에서 병변부 조직을 채취하여, 분석기관에 넘겨야만 하기 때문에 실용화 된다면 환자 부담의 경감, 진단 신속화로 연결된다. CT 장치, MRI는 고도의 진단장치로 이용되고 있지만, 암 세포와 같은 국소의 세포 레벨의 정보를 얻는 것은 어렵다. 환자를 어느 정도 세밀하게 관찰할 수 있을까를 나타내는 분해능이 미리 단위에 머물러 있기 때문이다. 특히 암의 확정 진단을 하는 경우에는 내시경 검사가 행해지고 있다. 내시경을 체내에 넣어 관찰하고, 암으로 의심되는 개소의 조직을 가위 형태로 채취하여, 전문분석기관에 가지고 가서 병리 진단한다. 이렇게 하여 암이라는 것을 판명한다. 더욱이 전문분석기관의 검사는 통상 1주일에서 2주일이 걸린다. 왜냐하면 채취한 조직을 관찰하기 위하여 얇게 슬라이스한 뒤 고정화 및 염색을 하기 위한 공정이 있는 등 시간이 걸리기 때문이다. 따라서 내시경만으로 세포를 관찰할 수 있는 시스템을 개발하려하는 것이 프로젝트의 목적이다. 실현된다면 그 자리에서 병리진단을 내리고, 내시경 검사 중에 치료방침 결정 및 이어지는 내시경 검사를 할 수 있게 된다. 이 프로젝트에는 일본 정부산하의 경제산업성과 후생노동성 이 주도하고 종합개발기구를 위해 올림푸스 광학공업이 참여하였다. 그리고 개발된 기술의 적용연구를 위해 메이와 대학과 요코하마 기타부병원이 참여하였다. 올림푸스에서는 실제로 0.5미리로 두께 10마이크로미터의 헤드에 부착할 미러 부분을 개발에 성공하였고 매초 20화상으로 고속화하는 기술을 적용시키고 있다고 발표하였다. 이러한 기술은 물론 세계 최초의 기술로서 앞으로 실용화되면 많은 수익을 가져다 줄 것으로 예상된다. 일본의 이러한 예에서도 알 수 있듯이 정부와, 연구기관, 대학, 그리고 기업이 합심하여 임상기기를 개발 할 때 좋은 연구 결과가 나오며 결국 막대한 수익을 가져다 준다는 사실을 잘 알 수 있다.이번에 발표된 "국가과학기술지도"(Roadmap) 보고서에는 정부의 의료생명분야 저변확대의 의지가 담겨 있는 것을 알 수 있다. 이러 상황에서 필요한 것은 기업들의 투자와 참여라고 생각한다. 개인적인 생각으로는 우리나라는 기업들의 의료기 시장에 대한 투자가 아주 적은 것 같다. 의료기 사업의 특성상 당장에 수익을 내기 힘들기 때문이라 생각한다. 하지만 당장에 수익이 나는 사업부분에만 투자를 한다면 장기적인 관점에서는 결국 시장에서 도태되어 질 수 밖에 없다고 생각한다. 세계의 우수한 전자회사들이나 세계적 규모의 다국적 기업들이 의료기 시장을 선도할 수 있는 건 이렇게 당장에 수익이 나지는 않지만 지속적인 투자와 연구개발로 나중에는 더욱더 큰 수익을 창출하기 때문이다. 미국의 생명공학 산업 단체인 ‘캘리포니아 헬스케어 연구소’가 내놓은 “캘리포니아주 경제의 다음 물결”의 보고서에 따르면 캘리포니아 소재 378개 의료생명공학 회사 중 68%가 연구개발을 확대할 계획인 것으로 밝혀졌다. 이 보고서는 의료기기, 진단, 생명공학 약품 분야 관련 기업들을 조사 대상으로 삼았는데 조사 대상 기업의 35%는 지난해 매출 실적이 전무했으며 40%는 아예 제품조차 없었다. 게다가 당국의 약품 승인을 받은 기업 가운데 30%는 개발비의 완전 환수 가능성에 대해 비관적으로 답했음에도 불구하도 연구개발을 확대하겠다는 의지를 보인 것은 우리나라와는 많이 대조적이다. 일본의 경우도 마찬가지이다. 미쯔비시 화학은 “전사적인 연구개발비는 축소시키는 방향이지만 의료 생명분야의 연구개발비는 증가시킬 계획이다”고 입장을 표명하였으며 DNA 칩 등 연구지원 기기에 손대고 있는 히다치 소프트웨어 엔지니어링은 칩 제품들을 확충하고 집중 개발하여, 2001년 3월기에 30억 엔이었던 바이오사업 매출액을 2005년 같은 시기까지 80억 엔으로 끌어올릴 계획이라고 밝혔다. 우리나라에도 이 분야에서 기술적으로 뛰어난 기업들이 있다. 바이오메드랩과 마이진 등 2개 바이오벤처기업은 혈액이나 타액 한 방울로 인간유두종바이러스(HPV)의 감염 여부를 판단해 단 몇 분 만에 암 판정을 할 수 있는 첨단 바이오칩을 개발하여 국내뿐 아니라 세계에서 처음으로 DNA칩에 대한 품목허가를 받는다. 한국의약사의 새로운 기록임에 틀림없다. 이러한 기업들이 안정적으로 제품을 개발해 나갈 수 있도록 지속적 투자를 받고 연구개발을 계속해 나간다면 우리나라는 충분히 의료생명 분야를 선도하는 나라가 될 수 있다고 생각한다.

의/약학| 2005.06.16| 4페이지| 1,000원| 조회(432)

임상의료기, 의용공학, 의료기시장, 임상기기 발전방향, 의료기발전방향

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[센서공학] 바이오센서

바이오센서1. 센서란 ?우리 인간은 많은 감각기관을 가지고 있어서 오감은 물론 아픔이나 온도감각들로 외부에서 오는 자극을 감지한다. 기분 좋은 향기에는 취하기도 하고 촉감이 좋은 것은 자꾸 만져 보고 싶어 한다. 이렇게 감지된 자극을 우리의 뇌가 미리 경험에 의하여 교육된 자극자료와 비교 처리함으로써 비로소 미묘한 맛이나 향의 변화, 사물의 형상 등을 판단할 수 있게 된다. 이러한 기능을 생명체에서는 감각 기관이라 하고 기계나 기구에서는 ‘센서’라 한다. 하찮은 미물이나 동물도 그들 특유의 감각 기관을 가지고 있어서 자신들의 생존을 가능하게 해 주며 그 기능은 인간의 능력을 초월하는 경우가 많다.센서는 화학반응이나 물리적 변화향을 이용하여 특정 물질의 존재유무나 그 농도를 계량할 수 있도록 고안된 것으로 특정 물질에 대한 화학반응 또는 물리적 변화로 나타나는 전류, 전위차, 열, 저항 등의 변화를 감지하는 인식 부위와, 감지된 신호를 전기 신호로 바꾸는 변환장치(transducer)로 되어 있다. 화학반응을 이용하면 ‘화학 센서’라 하고 물리적 변화를 이용하면 ‘물리 센서’라 한다.2. 바이오센서란?최근 바이오’라는 말을 첨단 기술에서 양말에 이르기까지 너무 흔하게 쓰이는데, 바이오센서란 생체감지물질(bioreceptor)과 신호 변환기(signal transducer)로 구성되어 분석하고자 하는 물질을 선택적으로 감지할 수 있도록 한 장치로, 생체감지물질로는 특정 물질과 선택적으로 반응 및 결합할 수 있는 효소, 항체, 항원, 렉틴, hormonereceptor등이 쓰인다. 신호변환방법으로는 전기화학(electrochemical), 형광, 발색, SPR (surfaceplasmon resonance), FET (field- effect transistor),QCM (quartz crystal microbalance),열 센서 등 다양한 물리화학적 방법을 사용하고 있다. 요약하면 (1) 생체물질 즉 효소, 균 및 생물 조직 등을 이용한 계측 센서, (2) 생체응에 의해 얻어질 수 있다. 극도의 선택도와 유용성을 가지는 reagents는 enzyme, antibody(항체), receptor(수용기)등의 형태로 자연에 존재한다. Enzyme tecnology는 재사용될 수 있는 immobilised enzyme과 immunocomponent의 발달로 분석기기에 생물학적 물질의 사용을 개발해 내었다. 그러나 효소는 수용성이므로 이를 센서에 이용하기 위해서는 물에 녹지 않는 형태로 만들 필요가 있었다. 1967년 업다이크(S.J.Uqdike)와 힉스(G.P.Hicks)가 ‘포도당 산화효소(Glucose Oxidase)’를 ‘폴리아크릴 아미드 겔’막 속에 포괄 고정화하고, 이 막을 산소 전극과 결합시켜 포도당 센서를 만들었다. 이것은 이 센서를 포도당이 함유된 용액 속에 담그면 포도당 산화효소의 작용으로 포도당이 산화되면서 용액속의 산소가 소모되게 되고 이 소모량을 측정함으로써 상대적으로 포도당의 농도를 측정할 수 있도록 구성된 것이다. 지금은 많은 연구가 이루어져 효소뿐만 아니라 항체, 미생물, 동식물의 세포, 리셉터(receptor)등도 분자 인식에 사용되며 센서에 응용되고 있다. 리셉터는 세포질 내 또는 세포표면에 존재하는데, 특이 물질과 선택적으로 결합하여 특수한 생리 작용을 하거나 각종 자극에 반응하는 감각 신경의 말단의 단백질이다. 일본의 어느 교수는 메기의 지느러미가 냄새나 맛에 민감한 것을 이용, 이를 채취하여 분쇄한 후 고정화시켜 냄새나 맛을 감지하는 센서를 만들려는 시도를 했었다. 분자 인식 물질의 다양성만큼이나 그 정보를 전기 신호로 바꾸는 변환장치도 다양하다. 산소전극, 암모니아 이온 전극, 전극 등 전극을 사용하거나 ISFET(Ion Sensitive Field Effect Transistor)를 사용하기도 하며, 열을 이용할 경우에는 서미스터(thermistor)를, 빛을 이용할 경우에는 광전관을 사용하기도 한다. 화학반응은 전자를 주고받음으로써 일어나기 때문에 이 반응에 따라 전류를 측정하면 농성 혹은 소비되는 기질 혹은 생성물 사이에 평형이 성립하기 때문이다. 따라서 정상 전류 값 혹은 정상 전위 값을 측정하여 화학 물질 농도와의 검량선을 구하여 두고, 이 검량선을 기준으로 미지 농도의 화학 물질 농도를 측정하는 것이 정상법으로 자주 이용된다. 한편, 전류 혹은 전위의 증가 내지 감소 속도와 화학 물질 농도와의 관계로부터 미지 농도의 기질을 측정하는 속도법도 잘 이용된다. 일반적으로 바이오센서를 플로 셀(flow cell) 속에 삽입하여 여기에 완충액 등을 연속적으로 흘려 보내면서 연속적으로 측정할 수 있도록 되어 있다. 이 경우에는 질정량의 시료를 일정 시간 안에 시스템에 주입하기 때문에 극대의 전위값 혹은 전류값이 얻어진다. 이것은 이미 설명한 속도법의 일종으로 생각할 수 있다.2) 반도체 기술을 이용해서도 효소반응에서 소비되는 화학 물질 혹은 생성되는 화학 물질을 측정할 수 있다. 예를 들면 이온 감응성 전계 효과형 트랜지스터(ion selective field effect transistor, ISFET)는 수소 이온 농도를 측정하기 위해 개발된 트랜지스터이다. 이 트랜지스터의 구체적은 내용에 대해서는 뒤에서 설명하겠지만 게이트 표면에 PH변화를 일으키는 효소를 고정화하면 바이오센서로 이용할 수 있다. 이 센서의 원리는 효소 반응에서 생성되는 수소 이온 혹은 수산 이온을 이 트랜지스터로 측정하는 것이다.3) 화학 반응에는 열의 변화가 반드시 수반되기 때문에 이것을 서미스터로 측정하는 센서도 개발되어 있다. 고정화 효소를 채운 반응기와 서미스터를 조합한 바이오센서를 플로 시스템에 채용하여 시료를 주입하면 극대의 온도 변화가 측정된다. 이 극대 온도 변화 값과 화학 물질의 농도 사이의 상관관계를 이용하여 미지의 화학 물질 농도를 구할 수 있다.4) 효소 반응은 화학 발광 반응과도 관련하고 있다. 즉, 효소 반응에서 생성되는 화학 물질이 화학 발광 반응을 일으키는 것은 주지된 사실이다. 예를 들면 루미놀(luminol)-과산화수소계에 페로옥시다아 고정시켜 전극형 효소 센서를 제작할 수 있다. 보통 이 센서를 시료액 안에 넣어 측정한다. 그러나, 연속 측정 혹은 다수의 시료를 측정할 경우에는 플로 시스템 쪽이 적합하다. 이 경우에는 이 효소 센서를 흘려보내면서 시료 주입구로 시료액을 주입한다. 이 시료액은 플로 셀에 도달하여 효소막과 접촉한다. 여기서 효소 반응에 의해 산소가 소비되고 이의 농도 변화를 전극으로 측정하면 시료 중의 화학 물질을 전류 값으로 측정할 수 있다. 또 배치 방식과 플로 방식 센서의 중간에 위치하는 배치-플로 방식도 많이 이용된다. 이 방법은 셀 안에 완충액을 채워 여기에 시료액을 주입하여 교반과 동시에 측정한다. 측정 후에는 자동적으로 셀이 세정되고 다음 시료의 측정이 가능하도록 준비된다. 뿐만 아니라 입자 모양의 고정화 생체 촉매, 예를 들면, 고정화 효소를 채운 소형 반응기와 전극으로 구성된 센서 시스템도 제작되고 있다. 이 시스템은 특히 저활성 효소의 경우에 채용된다. 효소를 유리 비드 등에 고정하여 소형 반응기에 채운다. 이 시스템에 완충액을 연속적으로 흘려보내 두고 여기에 시료를 주입한다. 이 시료는 반응기에 도달하여 여기에서 효소 반응에 의해 전극 활성 물질의 생성 혹은 소비가 일어난다. 이것을 반응기에 결합된 전극으로 측정하면 이로부터 본래의 화학 물질농도를 계산할 수 있다. 이 반응기 시스템과 서미스터를 조합한 시스템도 잘 이용되고 있다. 이같이 바이오센서에는 전극에 효소 고정화막을 직접 장착하는 형식과 효소 반응 부분 즉, 반응기와 전극을 분리한 형식의 두 가지 방법이 이용되고 있다.6.바이오센서의 종류바이오센서는 크게 반응식, 수용물질, 변환기에 따라 분류되어지지만, 여기서는 수용물질에 따라 바이오센서를 분류한다.(1) 효소센서측정대상으로 분류한 효소바이오센서와 그 반응식센서명효소반응식글루코스글루코스옥시다제글루코스+O_2→글루콘산+H_2 O_2요 소우레아제요소+2H_2 O+H^+→2NH_4+HCO_3중성지질리피제중성지질→지방산+글리세린요 산이리카제요산+2H_2일 또는 복합효소로 측정 불가능한 물질들을 측정할 수 있다. 그 예로서 호흡기 등을 가진 미토콘드리아의 전자전달 입자 고정화막을 이용한 조효소 NADH의 측정용센서, 고정화 간 미크로솜을 이용한SO_x센서, 엽록체를 이용한 인산이온센서 등이 연구되어져 있다.(4) 조직센서효소활정을 가진 동식물 조직의 절편을 기능소자로 이용한다. 예로는 돼지의 지라조직과 암모니아전극으로 된 글루타민센서, 개구리 상피조직을 이용한 sodium이온센서, 쥐의 신장조직과 암모니아전극으로 구성된 글루타민센서, 감조조직절편과 산소전극을 조합한 인산, 불소 이온센서 등이 개발되었다. 그러나 이들은 고도의 조직배양 기술이 요구된다.(5) 면역센서효소, 미생물, 오르가넬라 센서는 주로 저분자 유기 화합물을 측정대상으로 하는데 단백질 등의 고분자의 미소 구조의 상이를 구별하는 센서가 면역센서이다. 면역센서는 항체 분자 식별기능을 이용하여 항원 또는 항체를 검지한다. 즉 고분자막 등의 고체 표면에 결합한 항체를 사용하고 막표면에서 항원 항체 반응을 행한다.표식형 면역센서는 표식제를 이용함으로써 감도 향상을 꾀한 면역센서이다. 효소를 표식제로 쓰면, 화학 증폭효과에 의해 감도가 현저히 향상된다.비표식형 면역센서는 항체 또는 항원이 고분자막 또는 전극의 표면에 결합하게 된다. 측정 대상의 항원 또는 항체가 막 표면 또는 전극 표면에 항원 항체 복합체를 형성하면 막전위 또는 전극 전위가 변동한다. 따라서 막전위 또는 전극 전위의 측정에 의해 항원 또는 항체가 검출된다. 표식 및 비표식 면역센서의 원리◎ 면역센서의 종류1) 혈액형 센서 : A, B, O형 혈액형은 적혈구 표면이 혈액형 물질과 혈청 중의 혈액형 물질에 대한 항체와의 반응에 의해 판정된다. 혈액형 물질은 A와 B의 두 가지이다. 그래서 A 또는 B의 혈액형 물질을 고분자막에 고정화하여 비표식형 면역센서를 구성한다.2)alpha-페토프로틴 센서 :alpha-페토프로틴(AFT)은 종양성 항원이고, 원발성 간암의 혈청 진단 등에서 중요한 검사 O_2

공학/기술| 2005.06.16| 14페이지| 1,000원| 조회(1,389)

센서, 바이오센서, 나노센서, 센서종류

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[사업계획서] 과일배달전문점 평가A좋아요

Item : 학교내 과일 배달 전문 서비스발표자 : 이승훈비즈니스 모델링 (창업 계획용)목차사업 배경 사업 목적 및 가능성 사업 컨셉 및 흐름도 서비스 세부 내용 수익모델 마케팅 계획 사업화 계획사업 배경기존의 과일 배달점 문제점과 일 무 라 기회 요인1.적은 금액의 과일은 배달해 주지 않음 2.과일을 깍아서 도시락 형태로만 배달 3.학교 주변에 입지의 절대 부족 4.월 회원 형태로 지속 배달만 가능1.과일을 종류별로 소량 팩키지화 전문 배달 2.과일을 깍지 않고 세트 형태로 배달 3.학교내 배달을 위주로 특화 4.기숙사 및 학교내 사무실 수시 배달차별화저가격 신선도 편리성사업목적 및 가능성1.웰빙 분위기로 과일의 수요 급증 2.대학교 기숙사생들은 과일을 먹을 기회가 절대적으로 부족 3.학생들의 과일 가격에 대한 심리적 부담감 4.인제대의 기숙사는 대학교내 높은 곳에 위치하기 때문에 과일을 사러 가는 것에 대한 부담을 느낌 5.학교 내는 물론 학교 주변 조차도 과일 살 곳이 마땅치 않음1. 전화 한 통화로 학생들 및 교직원들에게 신선할 과일을 저렴한 가격으로 배달. 2. 교내 창업으로 적은 창업 자금으로 학생도 쉽게 창업을 할 수 있다. 3. 주간에는 교직원 사무실을 중심으로 야간에는 학생들의 기숙사를 중심으로 나아가서는 인근 지역주민과 자취생들까지 대상고객을 다양화 할 수 있다.사업CONCEPT과 흐름도사업 CONCEPT사업 흐름도제공하는 서비스서비스 제공대상서비스 제공방법-소량 과일 패키지 전문 배달 서비스-주간 :학교 내 사무실 및 교직원 대상 -야간 :과일을 쉽게 접할 수 없는 기숙사 학생 대상 -인근 주민 및 자취생 대상-전화 한 통화로 사무실이나 기숙사 방까지 직접 배달. -인터넷 웹사이트를 구축해 온라인 주문과 예약 배달. -생산자 직거래를 통한 과일 단가 하락과 신선도 유지.매일 과일 수급과일무라 사무실 보관고객전화주문인터넷 주문서비스 세부 내용과일 동화 2000원과일 올인 5000원생과일 종류별 소량묶음전화한통 직접배달저렴한 가격과 서비스제공학교 내 과일섭취 붐 유도끊임없는 상품 개발로 브랜드 이미지 구축과일 연가 3000원상품명 가격※ 상품들의 사진은 인터넷에 있는 이미지 사진들이며 저희들의 제품사진이 아닌 점을 양해해 주시기 바랍니다.수익 모델기숙사 방 500개 1일 10% 50개 방 5,000 × 50 = 25만원교직원 사무실 660개 1일 5% 35개 사무실 과일 섭취 10,000 × 35 = 35만원지역주민 및 자취생 일 10만원교직원 사무실 일 35만원기숙사 일 25만원인근 주민 일 10만원월 2,000만원규모마케팅 계획판촉물 홍보홈페이지 홍보이벤트 홍보과일무라전단지 및 판촉물 홍보를 통해 초기 인지도 구축학교 홈페이지와 자체 웹사이트를 구축해 홍보 및 주문 접수과일 시식회, 특수 과일 세트 제작등의 이벤트로 홍보사업화 계획과일 운반 트럭 1대(중고 200만원) , 초도 물품비 (100만원) 배달용 오토바이 1대(중고 50만원) , 홍보물 제작비 (100만원) 과일 보관용 냉장고 (중고200만원), 운영비 및 예비비 (100만원) ☆ 총 750 만원 소요창업 소요 자금원종하 인제대 ㆍ김해 창업보육 센터장 정인상 생산 기술원 경남분소 소장 ^_^외부 조력자인제대 ㆍ김해 창업 보육센터 입주사업장창업 멤버 출자금 150만원 × 5 = 750만원창업 자금김병재(과일 수급 및 배달), 정숙향(주문 상담) 신재흥(배달), 이승훈(총괄 책임), 오동언(마케팅 담당)창업 멤버{nameOfApplication=Show}

경영/경제| 2004.06.25| 9페이지| 1,500원| 조회(1,165)

사업계획서, 비즈니스모델, 프랜차이즈, 과일배달, 과일배달전문점

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