Detection Methodology of Toxic Nano-materials Using Resonance Frequency
- 주제(키워드) Detection , Resonance frequency , Toxic , Nano-material , SWNT , Silver ion , Zinc oxide nanowire , Micro-cantilever , Quartz crystal microbalance
- 발행기관 고려대학교 대학원
- 지도교수 나성수
- 발행년도 2015
- 학위수여년월 2015. 8
- 학위구분 박사
- 학과 대학원 기계공학과
- 세부전공 동력학및제어전공
- 원문페이지 138 p
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/korea/000000060251
- 본문언어 영어
- 제출원본 000045841268
초록/요약
With the growth of nanotechnology, nano-materials have attracted great interest due to their unique properties. Recent studies have investigated the potential risk of nano-materials on human health. In order to protect and take care of human health from nano-materials, detection tool is required. I propose the detection methodology of SWNT, ZnO NW and silver ion. From the classical elastic continuum model, resonance frequency is known to be directly related to the mass loading, one of the important characteristic that required for detection tool. The resonance frequency is monitored using micro-cantilever based resonator and quartz crystal microbalance, and simple, label-free and high sensitive detection of nano-materials are achieved. It is believe that the proposed detection methodology is more likely to be a candidate for detection tool that could detect and assess the toxicity of nano-materials in a real environment.
more초록/요약
최근 나노물질은 우수한 특성으로 인해 다양한 연구, 산업 분야에서 많은 각광을 받고 있다. 이들 중에서도 탄소나노튜브, 산화아연 나노선과 은 이온은 많이 사용되고 있으며 생활 주변에서 쉽게 접할 수 있다. 한편 최근 연구에서 나노물질의 보건적 위해성이 제기되었으며, 나노물질의 생산량은 매년 증가하고 있는 만큼 안정성이 보장된 나노물질의 사용과 인체 건강을 지키기 위해서는 나노물질 검출 장치가 필수적이다. 본 논문에서는 공진주파수를 이용하여 독성 나노물질을 검출하였다. 기존 이론에 따르면 공진주파수 변화는 질량 증가와 직접적인 연관이 있기 때문에 공진주파수를 이용한 검출 기법은 독성 나노물질 검출 기법에 적합하다. 공진주파수는 마이크로 캔틸레버 기반 공진기와 수정진동저울을 이용하여 측정되었다. 공진주파수 변화를 이용한 결과 간단한, 무표지 검출, 높은 민감성을 가지는 독성 나노물질 검출이 가능하였다. 이 결과를 통해 공진주파수를 이용한 나노물질 검출 기법은 독성 나노물질의 조기진단 및 나노물질 독성 평가 장치로써의 잠재성을 보여주었다.
more목차
Contents
Abstract………………………………………………………………………………….i
Contents……………………………………………………………………………….iii
List of Figures………………………………………………………………………vi
Chapter 1. Introduction……………………………………………1
1.1. Backgrounds of Nano-material…………………………..1
1.2. Micro-cantilever Based Resonator…….………...........8
1.3. Quartz Crystal Microbalance....................................17
1.4. Structure of Dissertation………………………………….22
Chapter 2. Single-walled Carbon Nanotube Detection….24
2.1. Research Background …………………………….………24
2.2. Single-walled Carbon Nanotube Detection Using…
Micro-cantilever Based Resonator……………….…………..27
2.2.1. Methods ……………………………………………………………27
2.2.1.1. Materials…………………………………….….....……27
2.2.1.2. Synthesis of Cross-linked SWNT……….…......27
2.2.1.3. Cross-linked SWNT confirmation using……...….
AFM……………………………………………………....28
2.2.1.4. DNA functionalization on micro-cantilever…….
based resonator……………………………..….…….…29
2.2.1.5. DNA confirmation on micro-cantilever…...…..…
based resonator………………….…………………………29
2.2.1.6. SWNT detection assay………….…………….……30
2.2.1.7. Raman spectroscopy………………..….….….……30
2.2.1.8. SWNT detection in real tap water..…...……30
2.2.2. Results …………………………………………………………..…31
2.2.2.1. Strategy……………………………………….……..…31
2.2.2.2. Cross-linked SWNTs verification…….……..…33
2.2.2.3. Verification of DNA functionalization on the.
micro-cantilever based resonator……………….…35
2.2.2.4. SWNTs detection sensitivity……….……..……35
2.2.2.5. SWNTs detection confirmation…………...……39
2.2.2.6. SWNTs detection in real tap water……..…..39
2.3. Single-walled Carbon Nanotube Detection Using
Quartz Crystal Microbalance ……………………………………..44
2.3.1. Methods ……………………………………………………………44
2.3.1.1. Materials…………………………………………….……44
2.3.1.2. Synthesis of Cross-linked SWNT….………..……44
2.3.1.3. q-DNA functionalization…………………….….……..
on the quartz electrode…………………….……….44
2.3.1.4. In-situ SWNT detection using……………..………..
quartz crystal microbalance……………………….45
2.3.1.5. AFM analysis of the QCM electrode………..…..45
2.3.2. Results………………………………………….……………..47
2.3.2.1. Strategy…………………………………….…..……..…47
2.3.2.2. DNA functionalization on the……………...….…….
gold quartz electrode…………..……………...…48
2.3.2.3. SWNT detection evaluation….…………….………50
2.3.2.4. SWNT detection confirmation……….……….……54
2.3.2.5. In-situ SWNT detection……………………..………..
in real tap water………………………………………56
2.3.2.6. Selectivity detection of SWNT………….………59
2.4. Summary…………………………………….………………..….61
Chapter 3. Zinc Oxide Nanowire Detection Using Micro-cantilever Based Resonator ………………………………………………………62
3.1. Research Background …………………………………...62
3.2. Methods…………………………………………….………..63
3.2.1. Materials………………………………………………………63
3.2.2. Synthesis of ZnO NW………….………………..……….64
3.2.3. Synthesis of RGO-ZnO NW…………………….……….64
3.2.4. Confirmation of RGO-ZnO NW using………..………
AFM, SEM and EDX……………………………………….65
3.2.5. DNA functionalization on MCR……………………….65
3.2.6. ZnO NW detection sensitivity………………………….66
3.2.7. ZnO NW detection selectivity …………………….….67
3.3. Results……………………………………………………….…….67
3.3.1. Strategy………………………..………………………..….….67
3.3.2. Verification of RGO-ZnO NW…………………..….….69
3.3.3. ZnO NW detection performances....................…...71
3.3.4. Selectivity detection of ZnO NW…………………….76
3.4. Summary…………………………………………………….…….78
Chapter 4. Silver Ion Detection Using Porous Resonator………...79
4.1. Research Background………………………………….……….79
4.2. Methods…………………………………………………….……….82
4.2.1. Fabrication of nanoporous MCR………………………..82
4.2.2. AFM analysis of nanoporous structure ………….…...83
4.2.3. DNA functionalization on MCR……………………..….84
4.2.4. Silver ion detection in DI water…….…………….….84
4.3. Results……………………………………………………………...85
4.3.1. Strategy………………………………………..……………...85
4.3.2. Nanoporous structure investigation………………….87
4.3.3. Silver ion detection in DI water…………….……....89
4.4. Summary…………………………………………………………...91
Chapter 5. Conclusion………………………………………………..94
References………………………………..……………………………...97
