Identifying DNA mismatches at single-nucleotide resolution by probing individual surface potentials of DNA-capped nanoparticles

Lee, Hyungbeen,Lee, Sang Won,Lee, Gyudo,Lee, Wonseok,Nam, Kihwan,Lee, Jeong Hoon,Hwang, Kyo Seon,Yang, Jaemoon,Lee, Hyeyoung,Kim, Sangsig,Lee, Sang Woo,Yoon, Dae Sung The Royal Society of Chemistry 2018 Nanoscale Vol.10 No.2

<P>Here, we demonstrate a powerful method to discriminate DNA mismatches at single-nucleotide resolution from 0 to 5 mismatches (<I>χ</I>0 to <I>χ</I>5) using Kelvin probe force microscopy (KPFM). Using our previously developed method, we quantified the surface potentials (SPs) of individual DNA-capped nanoparticles (DCNPs, ∼100 nm). On each DCNP, DNA hybridization occurs between ∼2200 immobilized probe DNA (<I>p</I>DNA) and target DNA with mismatches (<I>t</I>DNA, ∼80 nM). Thus, each DCNP used in the bioassay (each <I>p</I>DNA-<I>t</I>DNA interaction) corresponds to a single ensemble in which a large number of <I>p</I>DNA-<I>t</I>DNA interactions take place. Moreover, one KPFM image can scan at least dozens of ensembles, which allows statistical analysis (<I>i.e.</I>, an ensemble average) of many bioassay cases (ensembles) under the same conditions. We found that as the <I>χ</I>n increased from <I>χ</I>0 to <I>χ</I>5 in the tDNA, the average SP of dozens of ensembles (DCNPs) was attenuated owing to fewer hybridization events between the <I>p</I>DNA and the <I>t</I>DNA. Remarkably, the SP attenuation <I>vs.</I> the <I>χ</I>n showed an inverse-linear correlation, albeit the equilibrium constant for DNA hybridization exponentially decreased asymptotically as the <I>χ</I>n increased. In addition, we observed a cascade reaction at a 100-fold lower concentration of <I>t</I>DNA (∼0.8 nM); the average SP of DCNPs exhibited no significant decrease but rather split into two separate states (no-hybridization <I>vs.</I> full-hybridization). Compared to complementary <I>t</I>DNA (<I>i.e.</I>, <I>χ</I>0), the ratio of no-hybridization/full-hybridization within a given set of DCNPs became ∼1.6 times higher in the presence of tDNA with single mismatches (<I>i.e.</I>, <I>χ</I>1). The results imply that our method opens new avenues not only in the research on the DNA hybridization mechanism in the presence of DNA mismatches but also in the development of a robust technology for DNA mismatch detection.</P>

Microwave-induced formation of oligomeric amyloid aggregates

Lee, Wonseok,Choi, Yeseong,Lee, Sang Won,Kim, Insu,Lee, Dongtak,Hong, Yoochan,Lee, Gyudo,Yoon, Dae Sung IOP 2018 Nanotechnology Vol.29 No.34

<P>Amyloid aggregates have emerged as a significant hallmark of neurodegenerative diseases such as Alzheimer’s and Parkinson’s diseases. Although it has been recently reported that microwave heating induces amyloid aggregation compared with conventional heating methods, the mechanism of amyloid aggregate induction has remained unclear. In this study, we investigated the formation of oligomeric amyloid aggregates (OAAs) by microwave irradiation at microscale volumes of solution. Microwave irradiation of protein monomer solution triggered rapid formation of OAAs within 7 min. We characterized the formation of OAAs using atomic force microscopy, thioflavin T fluorescent assay and circular dichroism. In the microwave system, we also investigated the inhibitory effect on the formation of amyloid aggregates by L-ascorbic acid as well as enhanced amyloid aggregation by silver nanomaterials such as nanoparticles and nanowires. We believe that microwave technology has the potential to facilitate the study of amyloid aggregation in the presence of chemical agents or nanomaterials.</P>

Analysis of cross-population differentiation between Thoroughbred and Jeju horses

Lee, Wonseok,Park, Kyung-Do,Taye, Mengistie,Lee, Chul,Kim, Heebal,Lee, Hak-Kyo,Shin, Donghyun Asian Australasian Association of Animal Productio 2018 Animal Bioscience Vol.31 No.8

Objective: This study was intended to identify genes positively selected in Thoroughbred horses (THBs) that potentially contribute to their running performances. Methods: The genomes of THB and Jeju horses (JH, Korean native horse) were compared to identify genes positively selected in THB. We performed cross-population extended haplotype homozygosity (XP-EHH) and cross-population composite likelihood ratio test (XP-CLR) statistical methods for our analysis using whole genome resequencing data of 14 THB and 6 JH. Results: We identified 98 (XP-EHH) and 200 (XP-CLR) genes that are under positive selection in THB. Gene enrichment analysis identified 72 gene ontology biological process (GO BP) terms. The genes and GO BP terms explained some of THB's characteristics such as immunity, energy metabolism and eye size and function related to running performances. GO BP terms that play key roles in several cell signaling mechanisms, which affected ocular size and visual functions were identified. GO BP term Eye photoreceptor cell differentiation is among the terms annotated presumed to affect eye size. Conclusion: Our analysis revealed some positively selected candidate genes in THB related to their racing performances. The genes detected are related to the immunity, ocular size and function, and energy metabolism.

A simple and disposable carbon adhesive tape-based NO₂ gas sensor

Lee, Sang Won,Lee, Wonseok,Lee, Dongtak,Choi, Yeseong,Kim, Woong,Park, Jinsung,Lee, Jeong Hoon,Lee, Gyudo,Yoon, Dae Sung Elsevier 2018 Sensors and actuators. B Chemical Vol.266 No.-

<P><B>Abstract</B></P> <P>Nitrogen dioxide (NO<SUB>2</SUB>) is one of the toxic gas that causes debilitating disease in the respiratory system. Due to imprudent industrial development, the need for a facile and sensitive gas detection has been grown. Here, we develop a simple and disposable NO<SUB>2</SUB> gas sensor employing carbon adhesive tape (CAT) as the gas detection element. The CAT developed in this study contained a large amount of carbon black material to adsorb NO<SUB>2</SUB> gas molecules. Experiments revealed that the gas molecules were bound rapidly to the CAT sensor (<3 min). The chemical and physical characteristics of the CAT were investigated by thermal gravimetric analysis, X-ray photoelectron spectroscopy, and scanning electron microscopy. With increases of bound NO<SUB>2</SUB> gas molecules, electrical conductance was augmented. Analytical sensitivity of the CAT-based gas sensor was estimated to be 5 ppm, lower than the concentration generally considered as a minimum concentration to cause harm to people. In addition, we tested such CAT sensor for detecting NO<SUB>x</SUB> from car exhaust, suggesting the possibility of its practical application. Taken together, our results indicate that CAT-based gas sensor developed in this study is applicable as a robust, facile, and disposable NO<SUB>2</SUB> gas sensing platform.</P> <P><B>Highlights</B></P> <P> <UL> <LI> CAT-based gas sensor is applicable as a robust, facile, and disposable NO<SUB>2</SUB> gas sensing platform. </LI> <LI> Electrical conductance of CAT chip is increased depending on the exposure time (0–10 min) and concentration (0–100 ppm) of NO<SUB>2</SUB> gas. </LI> <LI> Detection time of NO<SUB>2</SUB> gas is less than 3 min with enough sensitivity (∼5 ppm) which is lower than the concentration generally considered as a minimum concentration (10 ppm) to cause harm to human. </LI> <LI> CAT chip can detect NO<SUB>2</SUB> gas from the car exhausts such as gasoline and diesel regardless of humidity (H<SUB>2</SUB>O), carbon dioxide (CO<SUB>2</SUB>), nitrogen (N<SUB>2</SUB>) and dust. </LI> </UL> </P>

초밀집 네트워크에서 에너지 효율 향상을 위한 사용자 밀집도 기반 클러스터링을 이용한 기지국 제어 기법

이원석(Wonseok Lee),정방철(Bang Chul Jung),이인호(In-Ho Lee),이호원(Howon Lee) 한국통신학회 2018 한국통신학회 학술대회논문집 Vol.2018 No.6

A Study on Alternative Treatment Method due to the Prohibition of Swine Feeding of Food Waste

Wonbae Lee(이원배),Puleip Lee(이풀잎),Junhwa Kwon(권준화),Dongjin Lee(이동진),Wonseok Lee(이원석),Sunkyung Shin(신선경) 한국신재생에너지학회 2020 한국신재생에너지학회 학술대회논문집 Vol.2020 No.8

시스템 레벨 시뮬레이션 복잡도 저감을 위한 MAC 계층 추상화 방안

이원석(Wonseok Lee),성하영(Hayoung Seong),최현호(Hyun-Ho Choi),이인호(In-Ho Lee),이호원(Howon Lee) 한국통신학회 2018 한국통신학회 학술대회논문집 Vol.2018 No.1

음폐수의 하수슬러지 병합 처리를 위한 물리화학적 분석 및 혐기성소화 평가

이원배 ( Wonbae Lee ),이풀잎 ( Puleip Lee ),권준화 ( Junhwa Kwon ),이동진 ( Dongjin Lee ),이원석 ( Wonseok Lee ),신선경 ( Sunkyung Shin ) 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2020 한국폐기물자원순환학회 추계학술발표논문집 Vol.2020 No.-

최근까지 음식물류폐기물 및 하수슬러지와 같은 유기성폐기물을 해양투기로 처리하였으나 런던협약 이후, 우리나라는 2012년부터 축산분뇨, 2013년부터는 음폐수의 해양배출이 금지되었고, 이에 따라 유기성폐기물을 전량 육상처리 하도록 하고 있다. 대표적인 고농도 유기성폐기물중 하나인 음식물류폐기물은 대부분 사료화 및 퇴비화 등으로 육상처리 되었으나, 아프리카돼지열병(ASF) 발생으로 인해 2019년부터 음식물류폐기물의 습식 사료화가 축소되었다. 이에 습식사료화로 처리되고 있던 음식물류폐기물이 건식사료화·퇴비화·중간가공 등으로 처리 물량이 증가함에 따라 급증하는 음폐수의 처리 방안이 필요한 실정이다. 음폐수의 처리 방법 중, 폐기물 안정화 및 발생하는 바이오가스를 에너지원으로 사용할 수 있는 혐기성 소화가 각광을 받고 있다. 하지만, 국내 음폐수의 경우, 혐기성 소화 시 낮은 pH 및 염분농도로 인해 혐기성 소화 효율이 저하될 수 있어 이를 극복하기 위한 방안으로 하수슬러지와 혼합하여 처리하는 병합 혐기성 소화 방법을 활용할 수 있다. 따라서, 본 연구에서는 음식물류폐기물의 습식사료화가 축소됨에 따른 처리시설별 변동 현황 및 처리량을 파악하였으며, 효율적인 병합 혐기성 소화를 위해 음폐수 및 하수슬러지의 물리화학적 분석을 실시하여 각 폐기물별 바이오가스 발생량 및 저해인자 영향을 평가하였다. 또한, 실증 하수처리장내 혐기소화 시설에 음폐수를 투입하여 혐기성 소화 효율을 평가하였다. ASF 발병 이후, 음식물류폐기물 처리 시설의 현장 및 유선 조사를 실시한 결과, 습식사료화 시설은 총 121 개소 감소하였다. 효율적인 병합 소화를 위한 각 폐기물의 물리화학적 분석을 실시한 결과, 바이오가스 발생량은 음폐수가 하수슬러지에 비해 약 19% 높았으나, 고농도로 존재 시 혐기성 소화에 저해를 줄 수 있는 NH₄⁺농도가 약 1.9배 높았다. 이에, 하수처리장내 음폐수 투입량을 증가시키면서 혐기성 소화를 실시한 결과, TS 및 VS 제거율은 각각 45.4, 61.1%로 음폐수 투입 전과 비교하여 비슷한 수준을 나타냈다. 따라서, 물리화학적 분석 및 실증 시설 운전을 통해 평가한 결과, 음폐수 및 하수슬러지의 병합 혐기성소화 시, 음폐수의 고농도 NH₄⁺와 같은 유해인자들로 인해 혐기성 소화 효율이 감소할 수 있지만, 적정 비율의 음폐수 투입을 통해 기존의 하수슬러지 혐기소화 시설에서 안정적인 병합 혐기성 소화를 실시할 수 있을 것으로 판단된다.

음식물류폐기물 처리시설의 세부검사방법 마련을 위한 현장조사

이풀잎 ( Puleip Lee ),권은혜 ( Eunhye Kwon ),이승재 ( Seungjae Lee ),손준익 ( Junik Son ),이동진 ( Dongjin Lee ),이원석 ( Wonseok Lee ),유명수 ( Myungsoo Yoo ) 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2021 한국폐기물자원순환학회 춘계학술발표논문집 Vol.2021 No.-

폐기물처리시설의 운영 및 관리의 선진화를 위한 폐기물관리법이 개정됨에 따라 폐기물처리시설 검사기관이 준수해야 할 사항과 설치·정기검사에서 수행해야 할 사항 등 구체적인 세부검사방법을 마련이 시급한 실정이다. 이에 본 연구에서는 음식물류폐기물 처리시설의 현장조사를 통해 설치 및 정기검사의 객관성과 신뢰성 제고를 위한 세부검사방법을 제시하고자 하였다. 음식물류폐기물 처리시설은 총 9개 시설로 분류할 수 있으며, 각 처리시설마다 세부검사방법이 마련되어 있으므로 각 시설별 특성에 따른 현황 및 처리실태 파악을 위해 사료화, 퇴비화, 혐기성분해, 파쇄·탈수, 동애등에분변토 생산시설 등을 방문하여 관리상 문제점 및 검사방법의 한계성을 조사하였다(그림 1). 조사결과 검사방법이 육안확인 또는 목측확인 등 정확한 검사행위가 없어 검사 결과의 신뢰성이 저하되는 문제점과, 소규모 또는 처리공법의 특성상 해당되지 않는 검사항목이 무분별하게 제시되어 있음을 파악하였다. 이를 통해 설계도서, 성적서 확인, 현장실측(온도측정, 시료채취를 통한 품질검사 등) 등 정확한 검사행위를 수행할 수 있도록 폐기물처리시설 별 설치·정기검사방법에 대한 세부 표준검사방법을 마련함으로서 검사기관 별 일관성 있는 검사시행이 가능하고, 성적서 및 검사결과 등의 자료를 일정 기간 보관함으로서 효율적인 폐기물처리시설에 대한 관리 가능할 것으로 판단된다. 또한 음식물류폐기물 처리시설 검사기관의 검사능력 평가 및 관리에도 효율적인 절차 및 기준에 활용될 수 있을 것이라고 판단된다.

Reduced Operating Voltage of AlInGaN-Based Laser Diode by Using High Pressure Grown Mg-Doped AlGaN/GaN Superlattice p-Type Cladding Layer

Wonseok Lee,곽준섭 대한금속·재료학회 2013 ELECTRONIC MATERIALS LETTERS Vol.9 No.4

We have investigated the effect of growth pressure of an AlGaN/GaN superlattice (SL) p-cladding layer on the interface structure of the SL p-cladding layer for reducing the operating voltage of AlInGaN-based laser diodes (LDs). X-ray diffraction and transmission electron microscopy revealed the formation of vertical channels in AlGaN/GaN SLs grown at high pressure of 200 Torr. The AlInGaN-based LDs with the AlGaN/GaN SLs grown at 200 Torr showed lower series resistance and operating voltage, which can be attributed to that the formation of vertical channels that allow holes to pass easily through the AlGaN/GaN SLs without experiencing the barriers in the AlGaN and GaN layers.