17HH2400, Development of Original Fusion Technologies for Detecting Lung Cancer, Alzheimer and Buried People,
Huh Jae Doo
Abstract
연구개발 목표 가. 호흡 폐암센서 기술 개발 - 호흡가스 중 폐암 마커 가스에 대한 검출이 가능한 센서 어레이 구성용 개별센서 군 개발 - 고감도, 재현성, 고선택성 센서 개발
나. 타액기반 치매마커 기술 개발 - 시료 전처리, 타액시료와 대조군 저 m/z 특이단백질 비교분석(Maldi-Tof 등) 및 특이단백질 아미노산 서열분석의 아미노산 동정 - 특이 단백질 검출을 위한 진단키트 설계
다. 심층부 매몰자 탐지 기술 개발 - 멀티채널 도플러 송수신 알고리즘 설계, 실측 데이터 기반 알고리즘 기본 검증, 요구사양 도출 - 고감도 송수신기 시스템 구조 설계 - 흉부 호흡 변이 및 매몰자 움직임 신호 패턴 연구 - 붕괴 현장 Debris 물질에 따른 전파 특성 및 붕괴 현장 구조에 따른 전파 특성 연구 - 고감도 멀티채널 도플러 송수신기 프로토타입 구현 - 멀티채널 도플러 알고리즘 연구, 준실시간 구현 - 흉부 호흡 변이 및 매몰자 움직임 신호 패턴 off-line 인식 연구 - 유사붕괴 실환경 전파 해석 및 다양한 붕괴타입별 전파특성 데이터화
연구개발 내용 가-1. 호흡 폐암센서 기술 개발 (1차년도): 센서제작 및 기초검출특성연구에 집중 - 마커가스에는 반응하지만 물에는 둔감한 센서 개발: 3 종 (S1, S2, S3) 의 나노 센서를 제작하여 5 종의 호흡 폐암 마커가스(n-pentane, n-hexane, n-heptane, benzene, toluene) 와 물에 대한 검출 특성 연구 - 호흡가스 폐암 마커가스 중에 하나인 ethanol 에 대한 검출 특성이 우수한 나노센서 개발: 5 종의 나노센서 (S1, S4, S5, S6, S7)을 제작하여 이들의 ethanol에 대한 감지 특성을 100 ppm, 70 ppm, 50 ppm, 30 ppm, 10 ppm 의 농도에 대해 순차적으로 증가 또는 감소 시켜가며 이력연구 가-2. 호흡 폐암센서 기술 개발 (2차년도): 구체적 목표인 센서의 감도, 재현성, 선택성 개발에 집중 - 전극 dimension에 따른 검출 특성연구: 300um gap보다 200um gap 전극이 감도와 반응속도에서 우수한 결과 - 고감도 검출: acetic acid 50 ppb 수준까지 검출 - 재현성: dynamic 농도변화 100회 에 대해 일관성 있게 반응 - 선택성: 유사한 가스군에 대해 5 종으로 구성된 센서 어레이로 구분
나. 타액기반 치매마커 기술 개발 - 정상인과 치매환자 타액을 채집하여 Maldi-Tof를 이용한 단백질 시퀀싱 분석을 수행 - 정상인과 치매환자의 구분이 특정 단백질의 위치에서 확연하게 차이남을 확인 (기개발한 SIM방법과 의사의 확진에 따라 정상과 치매를 구분하여 표시함) - 시퀀싱에 수행된 타액 시료를 이용하여 동시에 전기영동 분석을 수행함 - 대상 단백질을 검출하는 플랫폼으로서의 래피드 키트의 세부 요소 및 스펙을 결정하고 실제로 제작함 - 제작된 키트의 측방유동에 의한 신호 검출을 모델 시료를 통해 검증하는 한편, 감도 향상을 위한 투광성 윈도우 형성을 위해 윈도우 형성 키트 제작 및 적층구조 제작 중
다. 심층부 매몰자 탐지 기술 개발 - 멀티채널 도플러 송수신 알고리즘 설계, 실측 데이터 기반 알고리즘 기본 검증, 요구사양 도출 . 수치해석 프로그램을 기반으로 멀티채널 마이크로 도플러 시뮬레이터 개발 및 저주파 마이크로 도플러 현상의 수학적 전개 및 기본적인 링크버짓 요구사양 도출. . 붕괴 잔해물(Rubble)과 유사한 유전율의 반사 환경을 제공하는 실내 시험 환경 구축 및 Shallow air-coupled 400MHz 대역 Highly-isolated 안테나 제작 . 계측 시뮬레이션 환경 상에서 실측 데이터를 알고리즘에 제공하여 알고리즘 구동 성능 및 특성을 확인, 저주파 마이크로 도플러 인식 감도 도출 - 고감도 송수신기 시스템 구조 설계 . 예상 링크 버짓을 지원하는 송수신기의 시스템 요구사양 도출 . 저주파 출력 사양 및 응답 위상의 변화 감지 감도 사양충족시키는 송수신부 구조 설계 . 송수신부의 동작 제어 및 호스트 전송을 위한 시스템 제어부 구조 설계 - 흉부 호흡 변이 및 매몰자 움직임 신호 패턴 연구 . 매몰자의 흉부 호흡 변이 및 팔, 다리, 머리 등 제한적 움직임에 대한 저주파 마이크로 도플러 Time-Frequency 패턴 연구 - 붕괴 현장 Debris 물질에 따른 전파 특성 및 붕괴 현장 구조에 따른 전파 특성 연구 . 흙, 바위, 벽돌조각, 나무, 콘크리트, 철근등과 같은 물질로 구성된 다양한 형태의 붕괴 구조 연구 . 붕괴 현장 구조에 따른 정확한 전파 환경 해석 연구를 위한 시간영역과 주파수 영역의 전달함수를 이용한 전파 해석 연구 - 감도 (송신전력, 침해전력, 수신신호눅)가 높은 멀티채널 도플러 트랜시버 보드의 구조를 시뮬레이션하고 구현하여 프로토타입을 제작함 - 도플러 위상변위의 감도 증가를 위한 멀티채널 기반의 알고리즘을 연구하고 준실시간으로 동작하는 코드를 구현함 - 흉부 호흡 변이 (1cm) 및 매몰자 움직임 (15cm)에 관한 멀티채널 도플러 송수신기 신호에 대한 Time-Velocity 다이어그램의 패턴 인식에 관한 연구를 수행함 - 유사붕괴 실환경 전파 해석 및 다양한 붕괴 타입별 전파특성 데이터화함
연구개발성과 가-1. 호흡 폐암센서 기술 개발 (1차년도):센서 제작 및 기초 검출 특성 - 호흡가스 중 폐암 마커가스인 n-pentane, n-hexane, n-heptane, benzene, toluene 에는 감응을 하지만, 호흡가스의 과량을 차지하는 물에는 둔감한 센서 (S3)를 개발 - 호흡가스 중 폐암 마커가스인 ethanol에 대해 10 ppm 수준의 검출이 가능하며, 재현성이 우수하고, 이력현상이 적고, 60 초 이내에 평형 반응폭의 90% 수준이 반응하는 두 종의 센서 개발 (S4 와 S6) 가-2. 호흡 폐암센서 기술 개발 (2차년도):구체적 목표타겟으로 연구 집중 즉, 고감도, 재현성, 선택성개발에 집중 -전극의dimension을 300um에서 20um로 줄였을 때 검출특성과 선택성우 우수하게 나옴 - 고감도 검출: acetic acid 50 ppb 수준의 고감도 검출 - 재현성: 100회 dynamic 농도 변화에 일정한 반응의 우수한 재현성 - 선택성, 패턴인식: 유사한 4 종의 알콜을 단 5종의 센서로 구분하는 우수한 선택성
나. 타액기반 치매마커 기술 개발 - 국내특허 : 투광성 면역검사 장치 및 방법 (출원완료: 10-2016-0131995) - 국내/국제특허 : 정상인과 치매환자 구분절차 및 방법 (출원 준 비중) - 국제특허 : Transparent Immunoassay Apparatus and Method Thereof (11월10일 내부심의 완료, 국제특허(중국) 출원 절차 개시) - 정상인과 치매환자 구분의 진단키트 설계
다. 심층부 매몰자 탐지 기술 개발 - 매몰자 움직임에 대한 패턴 예측에 활용할 수 있는 도플러 시뮬레이터 및 인체 움직임의 displacement 계산 시뮬레이션 코드 개발 - SNR 43dB 확보가 가능한 예상 링크 버짓 도출 - 다양한 매몰환경을 정확하게 구성할 수 있는 실내 매몰 실험 환경 구축 및 실제 투과 실험을 가능하게 하는 저주파 투과 안테나 제작 - 저주파수 대역에서 고감도 마이크로 도플러를 센싱하는 Transceiver 구조 검증을 위해 EVB기반 transceiver 시스템을 구축하고 기초적인 입출력 특성 분석 - 2차년도 시스템 개발에 필요한 제어, 인터페이스 사양/구조 설계 - 제한적 움직임 모션 데이터를 캡쳐하고 패턴에 대한 연구 수행 - Shallow air-coupled 안테나 개발 (S11=–41.9dB@450MHz, Isolation= 2.8mU(compared with 12.5mU of air-coupled mode)) - Dual-DDS를 이용한 고감도 (SNR 43dB, Isolation 70dB, Phase noise –140dBc@1MHz) 멀티채널 도플러 송수신 트랜시버 보드 개발 - SFCW 멀티채널 도플러 송수신을 위한 Baseband 제어전송부 개발 - 감도 향상을 위한 신호처리 알고리즘인 멀티주파수 DC-offset 추정 알고리즘 알고리즘 연구 - 멀티채널 도플러 Time-Velocity 다이어그램 기반의 매몰자 움직임 패턴 인식 기술 연구
활용계획 및 기대효과 가. 호흡 폐암센서 기술 개발 - 병원에서 조기 폐암 진단에 사용이 가능할 뿐 아니라, 가격이 저렴하고 사용이 간편하여 일반인 사용도 가능하여, 가정, 직장, 보건소 등에서도 손쉽게 폐암 조기 진단을 위한 사용이 가능함
나. 타액기반 치매마커 기술 개발 - 본 연구 결과를 바탕으로 2차년도에는 실제 검출 대상을 탑재하는 한편, 래피드 키트의 구조적 개선을 통해 고감도의 마커 검출 키트를 개발할 수 있을 것으로 예상함
다. 심층부 매몰자 탐지 기술 개발 - 붕괴 현장 매몰 인명 탐지 시스템 개발의 원천 기술로 활용 - 도심형 밀집 도로/인도 도로 함몰의 원인 탐지 시스템의 미세 누수 탐색 기술로 활용 - 원격 탐지가 필요한 다양한 기술 분야 (예:Through-the-Wall 수색 시스템, 바이오 레이더 응용 분야, 우주 탐사 기술 분야 등)의 핵심 원천 센싱 기술로 활용
(출처 : 요약문 5p)
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J. Kim et. al, "Trends in Lightweight Kernel for Many core Based High-Performance Computing", Electronics and Telecommunications Trends. Vol. 32, No. 4, 2017, KOGL Type 4: Source Indication + Commercial Use Prohibition + Change Prohibition
J. Sim et.al, “the Fourth Industrial Revolution and ICT – IDX Strategy for leading the Fourth Industrial Revolution”, ETRI Insight, 2017, KOGL Type 4: Source Indication + Commercial Use Prohibition + Change Prohibition
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