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목차
초록 14
Abstract 17
제1장 서론 20
제2장 DNA 분자 22
2.1 DNA 분자 22
2.2 DNA 분자의 전기적 특성에 관한 고찰 27
2.2.1 생ㆍ화학적 방법을 통한 전기적 특성 고찰 27
2.2.2 물리적 측정 방법을 통한 전기적 특성 고찰 32
2.3 나노입자를 이용한 DNA 센서 39
2.4 참고문헌 45
제3장 긴 DNA 분자(λ-DNA molecule) 48
3.1 서론 48
3.2 이론 51
3.2.1 물의 구조 51
3.2.2 물의 이온화 53
3.2.3 표면에 흡착된 물분자의 전기전도도 54
3.3 실험 57
3.3.1 시료 및 실험장치 57
[1] 시료 57
[2] 실험장비 58
3.3.2 나노 전극 제작 60
3.3.3 λ-DNA 분자의 정렬 64
[1] 기판의 화학처리를 이용한 DNA 분자의 펼침 64
[2] 마이크로 채널을 이용한 DNA 분자의 선택적 펼침 70
3.3.4 전기적 특성 측정법 79
[1] 4단자 측정법 79
[2] 측정 장비 83
3.3.5 λ-DNA 분자의 전기적 특성 84
3.4 결론 90
3.5 참고문헌 91
제4장 DNA 분자를 이용한 금 나노입자 조립체 94
4.1 서론 94
4.2 실험 96
4.2.1 시료 및 실험장치 96
4.2.2 금 나노입자 98
[1] 금 나노입자의 제작 98
[2] 금 나노입자의 흡광도 100
4.2.3 금 나노입자 조립체의 제작 103
4.2.4 금 나노입자 조립체의 광학ㆍ전기적 특성 106
4.3 결론 116
4.4 참고문헌 118
제5장 DNA 분자로 연결된 단일 금 나노입자 120
5.1 서론 120
5.2 실험 121
5.2.1 시료 및 실험장치 121
5.2.2 화학 반응을 이용한 나노 전극 제작 123
5.2.3 단일 금 나노입자와 나노 전극의 결합 129
5.2.4 전기적 특성 측정 132
5.3 결 론 136
5.4 참고문헌 137
제6장 결론 139
발표논문 및 학회발표 목록 141
그림 2-1. The structure of procaryotic cell and eukaryotic cell. 24
그림 2-2. Schematic diagram of the structure of (a) DNA (b) part of a DNA chain (c) four kinds of bases. 25
그림 2-3. Space-filling molels of idealized forms of B-DNA, A-DNA, Z-DNA helix. 26
그림 2-4. Schematic representations of two electron transfer mechanism (a) Tunnelling. (b) Hopping. 30
그림 2-5. (a) The relative electron-transfer rate versus the length of the DNA sequence as measured in experiments by Michel-Beyerle's group at Munich and Giese's group at Basel (b) Domain hopping. 31
그림 2-6. (a) I-V curve of DNA ropes for a single rope and two ropes in parallel. (b) A schematic of the rhenium/carbon electrode and resistance measurement for DNA molecules. 35
그림 2-7. (a) I-V curves for single poly(dG)-poly(dC) DNA molecules. (b) I-V curves dependence on gate voltage for poly(dG)-poly(dC) DNA molecules. 36
그림 2-8. (a) Three dimensional SFM image of the channel border, showing two DNA molecules in contact with the left gold electrode. (b) λ-DNA strands connecting two gold electrodes. 37
그림 2-9. Schematic representation of the concept for generating aggregates signaling hybridization of nanoparticle-oligonucleotide target molecules and selective polynucleotide detection. 43
그림 2-10. Schematic diagram of scanometric detection method and scanned slide images obtained with a flatbed scanner. 44
그림 2-11. Schematic diagram showing concept behind electrical detection of DNA and current-voltage curve of DNA sensor. 44
그림 3-1. The structure of H₂O (a) circle-rod model. (b) space-filling model. (c) hydrogen bond between two H₂O molecules. (d) lattice-like network of H₂O molecules. 52
그림 3-2. (a) AFM image of λ-DNA molecules on mica substrate (b) Flourescent image of YOYO-1 stained λ-DNA molecules. 57
그림 3-3. (a) JEOL-6400 Scanning Electron Microscope. (b) DI 3 Atomic Force Microscope. (c) E-beam evaporator (d) Olympus BX51WI Flourescent Microscope. 59
그림 3-4. Fabrication process of parallel nanoelectrodes. 62
그림 3-5. FE-SEM images of parallel nanoelectrodes. 63
그림 3-6. Aminosilanization process on SiO2 substrate. 66
그림 3-7. Fluorescent images of stretched λ-DNA molecules on (a) bare SiO₂ substrate. (b) aminosilanized substrate. (c) AFM image of stretched λ-DNA molecules on aminosilanized substrate. (d) Cross section profile image of (c). 68
그림 3-8. (a) Optical microscopy image of partially patterned amine- functionalized layer. (b) Fluorescent image of stretched λ-DNA molecules on patterned amine-functionalized substrate. 69
그림 3-9. Fabrication process of PDMS stamp. 72
그림 3-10. Camera images of (a) Master. (b) PDMS stamp. (c) Microchannel. (d) Magnification image of (c). 73
그림 3-11. (a), (b) Microfluidics system. (c) Schematic diagram for the stretching of λ-DNA molecules across nanoelectrodes using microfluidic method. (d) CCD image of a microchannel placed on nanoelectrodes. 74
그림 3-12. AFM image of a stretched λ-DNA molecule (a) on paralled nanoelectrodes with no surface treatment. (b) cross section profile of (a). AFM image of a λ-DNA molecule after incubation in DNAse I solution for (c) 30 min. (d) 1 h. 77
그림 3-13. AFM image of a stretched λ-DNA molecule (a) on parallel nanoelectrodes with amino functionalized substrate. (b) Magnification of image (a). 78
그림 3-14. (a) Two probe measurement. (b) Four probe measurement. 81
그림 3-15. Comparison of I-V curves of (a) two probe measurement, (b) four probe measurement. 82
그림 3-16. Precision semiconductor parameter analyzer(HP4156A) and Temperature-Humidity controllable chamber. 83
그림 3-17. (a) Relative humidity dependence of conductance of stretched λ-DNA molecules on parallel nanoelectrodes. (b) Schematic diagram of stretched λ-DNA molecules on parallel nanoelectrodes. 88
그림 3-18. Temperature dependence of conductance of stretched DNA molecules on parallel nanoelectrodes. 89
그림 4-1. Fabrication process of gold nanoparticle. 99
그림 4-2. (a) TEM images of 13 nm gold nanoparticles. (b) aggregated gold nanoparticles. (c) UV-vis spectrum of an aqueous solutions of 13 nm gold nanoparticles. 102
그림 4-3. Self-assembly of gold nanoparticles by DNA molecules. 105
그림 4-4. Absorbance changes of gold nanoparticle solutions as a function of time after the addition of 24 bases linker DNA. 107
그림 4-5. (a) FE-SEM image of gold nanoparticle assemblies on parallel nanoelectrodes. (b) Magnification image of (a). 110
그림 4-6. (a) Humidity dependence of conductance of DNA-linked gold nanoparticle assemblies. (b) Schematic diagram and circuit of DNA-linked gold nanoparticle assemblies. 111
그림 4-7. Temperature dependence of (a) conductance of DNA-linked gold nanoparticle assemblies, (b) colormetric response of gold nanoparticles assemblies. 114
그림 4-8. (a) Temperature dependence of conductance of DNA-linked gold nanoparticle assemblies, (b) of colormetric response of DNA-linked gold nanoparticle assemblies. 115
그림 5-1. Set-up of low temperature measurement system. 122
그림 5-2. Fabrication process of nano-gap electrodes using photolithography and ebeam lithography. 126
그림 5-3. Process of gap narrowing using chemical synthesis. 127
그림 5-4. FESEM images of nanoelectrodes. 128
그림 5-5. Process of DNA-directed assembly of Au nanoparticles modified with oligonucleotides at nanogap. 131
그림 5-6. (a) FE-SEM image of single 13 nm gold nanoparticle assembled at nano gap. (b) Current-voltage curves of the devices assembled with 13 nm gold nanoparticle at room temperature. 134
그림 5-7. (a) Current-voltage curves of the devices assembled with 13 nm gold nanoparticle at different temperatures. (b) Temperature dependence of conductance of the devices assembled with 13 nm gold nanoparticle. 135
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