THERPA: A small molecule database related to prion protein regulation and prion diseases progression

Lee, Sol Moe,Lee, Wonseok,Lee, Yeong Seon,Yoo, Jin-Soo,Park, Soo-Jung,Kim, Heebal,Kim, Su Yeon Informa UK (TaylorFrancis) 2018 Prion Vol.12 No.2

환기시스템에 따른 강제환기식 돈사의 에너지 절감 효과 분석: 한국식 및 유럽식 환기

강솔뫼 ( Sol-moe Kang ),이인복 ( In-bok Lee ),조정화 ( Jeong-hwa Cho ),최영배 ( Young-bae Choi ),정효혁 ( Hyo-hyeog Jeong ),김다인 ( Da-in Kim ),조윤우 ( Yun-woo Cho ),이은주 ( Eun-ju Lee ) 한국농공학회 2023 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2023 No.0

한국에서의 고기 소비 수요가 계속 증가함에 따라 돈사 시설은 점점 대형화되고 있으며 사육형태는 밀집 사육으로 바뀌고 있다. 그로 인해 돈사의 내부환경은 열악해지고 있으며, 적절한 사육환경을 조성하기 위해서는 환기 제어가 필요하다. 따라서, 적절한 사육환경 조성을 위해 많은 돈사 시설이 자연 환기에서 강제 환기로 바뀌고 있다. 최근, 유럽에서 개발한 피트 채널 입기 형태의 돈사 시설이 국내에 신축되고 있지만, 그에 따른 냉난방 에너지 효율에 관한 연구는 아직 미미합니다. 따라서, 본 연구에서는 다양한 강제 환기시스템의 냉난방 에너지 부하를 분석하여 강제 환기식 돈사의 에너지 효율성을 평가하였다. 건물에너지 시뮬레이션(Building Energy Simulation, BES) 기술을 사용하여 강제환기식 돈사의 냉난방 에너지 부하를 모의하기 위한 모델을 만들었다. 두 개의 농장에서 돈방 내부 온도와 피트 채널 전후의 온도에 대해 각각 현장실험을 수행하여 BES 모델을 검증하였다. 다양한 환기시스템을 분석하기 위한 시뮬레이션 모델은 농림식품부와 농협에서 개발한 2016년 축사표준설계도를 기반으로 설계하였다. 최종적으로 환기시스템과 지역에 따라 총 72개의 케이스를 구성하여 냉난방 에너지를 분석하였다. 지역에 관계없이 유럽형 환기 구조인 피트 채널 입기 구조에서 냉난방 에너지 효율이 가장 높았으며, 배기 구조에 따른 냉난방 에너지의 변화는 거의 없었다. 복도가 없고 중천장이 없는 내부 구조는 냉방 에너지 효율이 가장 높게 나타났으며, 평평한 중천장과 중앙 복도 구조는 난방 에너지 효율이 가장 높게 나타났다. 따라서, 제주에서는 피트 채널 입기를 사용하며 복도와 중천장이 없는 구조에서 7.3%로 가장 큰 냉난방 에너지 절감효과를 보였다. 홍성과 포천에서는 피트 채널 입기를 사용하며 평평한 중천장과 중복도 구조에서 각각 9.6%와 10.6%로 가장 큰 냉난방 에너지 절감효과를 보였다.

High-Level Production of High-Purity Human and Murine Recombinant Prion Proteins Functionally Compatible to In Vitro Seeding Assay

( Hae-gwang Hwang ),( Dae-hwan Kim ),( Jeongmin Lee ),( Youngwon Mo ),( Se-hoon Lee ),( Yongjin Lee ),( Jae Wook Hyeon ),( Sol Moe Lee ),( Yong-pil Cheon ),( Eun-kyoung Choi ),( Su Yeon Kim ),( Yeong 한국미생물생명공학회(구 한국산업미생물학회) 2018 Journal of microbiology and biotechnology Vol.28 No.10

Recombinant (rec) prion protein (PrP) is an extremely useful resource for studying protein misfolding and subsequent protein aggregation events. Here, we report mass production of high-purity rec-polypeptide encoding the C-terminal globular domain of PrP; (90-230) for human and (89-231) for murine PrP. These proteins were expressed as His-tagged fusion proteins in E. coli cultured by a high cell-density aerobic fermentation method. RecPrPs recovered from inclusion bodies were slowly refolded under reducing conditions. Purification was performed by a sequence of metal-affinity, cation-exchange, and reverse-phase chromatography. The current procedure yielded several dozens of milligrams of recPrP per liter with >95% purity. The purified recPrPs predominantly adopted an α-helix-rich conformation and were functionally sufficient as substrates to measure the seeding activity of human and animal prions. Establishment of a procedure for high-level production of highpurity recPrP supports the advancement of in vitro investigations of PrP including diagnosis for prion diseases.

에너지 부하 산정을 통한 비육돈사의 에너지 절약형 구조 연구

강솔뫼 ( Sol-moe Kang ),이인복 ( In-bok Lee ),박세준 ( Se-jun Park ),조정화 ( Jeong-hwa Cho ),김다인 ( Da-in Kim ) 한국농공학회 2022 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2022 No.-

양돈 산업은 우리나라 축산업 생산량의 큰 비중을 차지하고 있으며, 사람들의 식생활이 육류 중심으로 변화함에 따라 1인당 돼지고기 소비량 또한 꾸준히 증가해왔다. 이에 따라 양돈 농가는 생산성을 높이기 위하여 소규모 사육형태에서 대규모 사육 농가 형태(기업화)로 전환되고 있고, 사육의 밀집도를 높이고 있다. 하지만, 돈사의 대형화 및 밀집화는 많은 분진, 유해가스, 그리고 열을 발생시켜 돼지의 적정 생육환경 조성을 어렵게 한다. 분진과 유해가스를 배출하고, 적절한 온습도를 유지하기 위해 환기를 하지만, 우리나라 기후 특성상 여름철 기온은 너무 높고 겨울철 기온은 너무 낮아, 적절한 환기만으로는 적정 사육 환경을 조성하기 어려워 냉·난방을 통해 사육 적정온도를 맞춰야 한다. 적절한 냉·난방을 시행하지 않으면, 고온 환경에서는 돼지가 체온 상승을 막기 위해 호흡을 빨리함으로써 많은 에너지를 소모하고, 저온 환경에서는 성장에 필요한 에너지를 찬 외기로부터 체온을 유지하기 위해 에너지를 소모하여 성장률이 저하되는 문제점이 발생한다. 그러므로 돈사에서 적절한 생육환경 유지를 위한 냉·난방은 불가피하며, 효율적으로 내부 환경을 조절하기 위해 돈사 내부의 에너지 부하를 파악하는 것이 중요하다. 이에 본 연구에서는 문헌 조사를 통해 다양한 강제환기식 돈사의 구조와 환기시스템을 파악하여 케이스를 선정하고, BES(Building Energy Simulation) 기법을 사용하여 구조와 환기시스템에 따른 에너지 부하를 산정하여 가장 에너지 효율이 높은 돈사 구조와 환기시스템을 도출하고자 하였다. 돈사 구조로는 중천장 구조에 따라 V자형 중천장과 일자형 중천장 구조로 구분하였고, 환기시스템은 입기 방식에 따라 측벽 슬랏 입기, 중천장 입기, 피트 채널입기 등과 배기 방식에 따라 중천장배기, 측벽 배기 등으로 구분하였다. 실제 돈사의 운영을 참고하여 입력데이터를 구축하였고, 각 케이스에 따른 에너지 부하 산정 결과를 통해 가장 에너지 효율이 높은 비육돈사의 구조와 환기시스템을 도출하였다.

공기유동해석을 이용한 축산 차량 소독시스템의 적정 설계

강솔뫼 ( Sol-moe Kang ),김준규 ( Jun-gyu Kim ),최영배 ( Young-bae Choi ),김다인 ( Da-in Kim ),이인복 ( In-bok Lee ) 한국농업기계학회 2022 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.27 No.1

구제역은 소, 돼지 등 우제류 가축들 사이에서 발생하는 전염성이 높은 바이러스로, 2000년 이후 현재까지 국내에서 총 11회 발생하여 약 3조 6.377억원의 금전적 피해를 일으켰다. 구제역의 전파는 직접적인 접촉에 의한 전파와 간접적인 접촉에 의한 전파, 공기 유동에 의한 전파로 구분되며 국내에서는 대부분 사람과 차량에 의한 전파를 주요 전파 방법으로 인식하고 대처하고 있다. 구제역 전파의 대처 방법으로 “구제역 방역실시요령” (농림축산식품부고시 제 2016-22호)을 통해 축산 관련 시설에서의 소독설비를 의무적으로 설치하도록 하고 있지만, 소독설비의 표준 설계도나 운영에 대한 가이드라인이 없어 시설마다 소독 방식이나 형태가 다양하고 소독 효과에 대한 기준이 없는 실정이다. 그러므로 본 연구에서는 축산 농가에서 사용되고 있는 대표적인 차량 소독시스템들의 방역 효율성을 정량적으로 평가하고, 방역 효과를 높일 수 있는 가이드라인을 제시하였다. 우선, 차량 소독 효과를 평가하기 위해 차량 소독시스템을 간이형과 터널형으로 나누었고, 정량적인 평가를 위해 차량 표면을 구역별로 구분하여 평가 방법을 개발하였다. 개발한 차량 소독 방법을 이용하여 기존의 차량 소독시스템을 분석하였고, 다양한 시뮬레이션 케이스를 이용하여 노즐의 배치 및 보안방법에 대해 논의하였다. 시뮬레이션 분석 결과, 간이형 차량 소독시스템의 도포율은 30~41% 증가하였고, 균일도도 0.18~0.31 개선하였다. 터널형 차량 소독시스템은 기존 시스템의 과대한 분무 시간을 17% 절감시켰고, 도포율은 2.7~11.7% 증가하였고, 균일도는 0.06~0.15 개선하였다. 개선된 결과를 바탕으로 간이형 및 터널형 차량 소독시스템의 적정 설계안을 제시하였다.

축산시설 내부 환경 예측을 위한 머신러닝 적용 연구

이상연 ( Sang-yeon Lee ),김준규 ( Jun-gyu Kim ),최영배 ( Young-bae Choi ),정효혁 ( Hyo-hyeog Jeong ),강솔뫼 ( Sol-moe Kang ),이인복 ( In-bok Lee ) 한국농업기계학회 2022 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.27 No.1

The internal environments of livestock houses such as concentration of dust and corrosive gas are usually high. Because the sensors are directly and continuously exposed in livestock houses, these poor environments often cause sensor corrosion or malfunction. Predicted internal environments inside livestock houses could be applied for management and control instead of measured data when the environmental sensors are not working. In this study, the recurrent neural network (RNN) models were developed by learning the monitoring data of the internal and external environments of the mechanically and naturally ventilated duck house as the presentative cases. The optimal sequence length of learning data for the development of the RNN model was selected as 120 minutes. As a result of the validation, both air temperature and relative humidity could be accurately predicted within 1% error. In addition, the simplified RNN models were additionally developed by learning only from the data of external air temperature, relative humidity, and duck weight, which are relatively easy to acquire at the farms. The accuracy of the simplified RNN models was similar to the basic model for predicting the internal air temperature and relative humidity of duck houses in real-time. In the future, for the information and communication technologies (ICT) convergence and application of smart farms in duck houses, the RNN models of duck houses developed in this study can be applied to predict and control the internal environments of duck houses with the model predict control (MPC) technique.

온실 지붕면의 적설 하중 수치해석을 위한 CFD-DEM 결합 모델 개발

조윤우 ( Yun-woo Cho ),이인복 ( In-bok Lee ),조정화 ( Jeong-hwa Cho ),최영배 ( Young-bae Choi ),정효혁 ( Hyo-hyeog Jeong ),강솔뫼 ( Sol-moe Kang ),김다인 ( Da-in Kim ),이은주 ( Eun-ju Lee ) 한국농공학회 2023 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2023 No.0

온실은 일반 건축물에 비해 안전율이 낮고 대부분이 바람과 적설 하중에 취약한 경량구조로 이루어져 있다. 최근 이상 기후에 의한 폭설의 빈도가 증가함에 따라 온실에 발생하는 피해가 증가하고 있고, 이는 경제손실, 작물생산 중단 등 농민에게 2차적인 피해를 발생시킨다. 폭설에 의한 온실의 피해를 줄이기 위해 눈의 특성과 온실 지붕면의 적설 분포를 파악하는 것이 중요하다. 따라서 본 연구에서는 눈의 특성을 고려한 온실 지붕면의 적설 분포를 DEM 모델을 이용하여 분석하였다. 또한 CFD-DEM 결합 모델을 개발하여 풍 환경에 따른 온실 지붕면의 적설 분포와 이에 따른 압력 분포를 분석하였다. 모형실험과 수치해석기법을 이용하여 실험 환경을 제어하고, 다양한 데이터 측정 지점을 설정하여 적설분포를 모 의하였다. 경사판 (15°, 45°)과 1/25로 축소된 온실모형 (양지붕형, 복숭아형)으로 모형실험을 진행하였으며 DEM을 기반으로 한 수치해석 모델을 개발하였다. 모형실험은 농촌진흥청 농업공학부에 위치한 적설 모의실험 시설에서 눈의 밀도 및 모형에 적설 되는 눈의 분포 특성을 파악하였고, 획득한 데이터를 통해 개발된 수치해석모델을 검증하였다. 검증 결과, 15° 경사판은 0.9631, 45° 경사판은 0.9746, 양지붕형 온실모형은 0.9922, 복숭아형 온실모형은 0.9962의 R²을 나타내어 설계한 DEM 모델을 통해 적설 분포 예측이 가능할 것으로 판단되었다. 검증된 모델을 통해 풍 환경, 온실의 폭, 지붕면의 경사각, 연동 수를 고려한 실제 온실사이즈에 대한 수치해석을 진행하였다. 분석 결과, 평균 적설 하중은 양지붕형 연동온실에서 59.77Pa로 가장 높았고, 최대 하중은 복숭아형 연동온실에서 193.62Pa로 나타났다. 또한, 풍 하측의 적설 하중이 풍 상측 적설 하중보다 증가함을 나타냈다. 그러나 풍 하측의 적설하중은 풍속이 증가함에 따라 감소함을 보였다. 이러한 시뮬레이션 결과는 온실 설계 기준에 대한 참고 자료로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

에너지 절감을 위한 건물 통합형 옥상온실의 동적에너지 분석

조정화 ( Jeong-hwa Cho ),이인복 ( In-bok Lee ),최영배 ( Young-bae Choi ),정효혁 ( Hyo-hyeog Jeong ),강솔뫼 ( Sol-moe Kang ),김다인 ( Da-in Kim ),조윤우 ( Yun-woo Cho ) 한국농공학회 2023 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2023 No.0

연중 안정적인 대량생산이 가능한 시설 재배는 작물 생육에 적정 환경을 조성하기 위하여 에너지이 필수적이다. 상대적으로 단열성이 낮은 외피로 이루어진 온실은 우리나라의 극한 기후 특성까지 더해져 단위 면적당 에너지 부하가 크다. 옥상온실은 건물형 도시농업으로서 건물에서 버려지거나 활용되지 않는 에너지를 옥상온실에 이용할 수 있고, 온실 최적운전을 통해 건물의 냉난방 부하를 줄일 수 있다. 본 연구는 에너지 절감을 위하여 수동적 및 능동적으로 건물과 열교환하는 옥상온실의 계절별, 시간별 부하절감 효과를 분석하고자 한다. 온실이 건물 옥상에 위치함에 따라 일반 온실과 비교하여 절감할 수 있는 패시브 에너지 부하량을 분석하였다. 또한 건물의 잉여 공기열을 온실과 교환하여 적극적으로 절감하는 에너지 부하량 또한 분석하였다. 이를 위해 먼저 실증 옥상온실에서 계측한 실험 데이터를 이용하여 동적에너지 시뮬레이션 모델을 검증하였다. 환기량을 모의하기 위해 전산유체역학 시뮬레이션을 이용하여 풍환경에 따라 자연환기 특성을 평가한 결과를 에너지 모델의 입력자료로 넣고, 현장서 실측한 강제환기팬 유량 값을 입력하였다. 최종으로 개발한 옥상온실과 건물의 통합 모델을 이용하여 온실 에너지 부하에 영향을 미치는 열적 요인에 따른 부하 감소량을 분석할 수 있을것으로 판단된다. 본 연구결과는 온실의 에너지 절감을 위해 사용할 수 있는 건물-온실 통합 에너지 절감 시나리오의 도출 가능성을 제시하였다.

CNN 기반 엽채류 엽면적 예측 및 온실 환경 내 증발산 모델 적용성 평가

최영배 ( Young-bae Choi ),이인복 ( In-bok Lee ),조정화 ( Jeong-hwa Cho ),정효혁 ( Hyo-hyeog Jeong ),강솔뫼 ( Sol-moe Kang ),김다인 ( Da-in Kim ),조윤우 ( Yun-woo Cho ) 한국농공학회 2023 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2023 No.0

시설원예는 전통적인 노지재배와 비교하여 효율적인 생산방법을 통하여 에너지 사용효율(EUE) 및 물 사용 효율(WUE)을 증대시키고 수확량 및 작물 품질을 향상시킬 수 있다. 특히, 이러한 효율성을 달성하기 위하여 작물의 증산 작용을 관리하는 것은 매우 중요하다. 그러나 작물의 증산을 직접 측정하는 것은 환경의 편차, 비용 문제 등으로 인하여 제한적이다. 이에 따라 온실 환경데이터 및 기상데이터를 이용한 다양한 경험적, 물리적 기반의 증발산 모델이 개발되었다. 일반적으로 작물의 증발산을 추정하기 위하여 공기 온도, 습도, 일사량, 기공저항 및 엽면적 등의 측정데이터와 사전 지식이 필요하다. 대부분의 기상 데이터는 온실 내 센서를 통하여 측정할 수 있지만, 엽면적의 경우 일반적으로 파괴적으로 조사하여 측정하므로 이를 연속 측정하는 것은 매우 제한적이다. 따라서, 본 연구는 합성곱 신경망(CNN) 을 이용하여 엽면적을 추정하는 모델을 개발하고자 하였다. 또한, 개발한 CNN 추정 엽면적을 다양한 증산모델에 적용하여, 온실 내 환경에서 CNN 추정 엽면적의 적용성을 평가하고자 하였다. 이를 위하여 현장 실험은 대전광역시의 한국 기계연구원(36°23'N, 127°21'E)에서 수행되었다. 작물의 이미지는 10분 간격으로 촬영되었으며, 작물의 증발산 및 공기 온도, 습도, 일사량, 풍속 등 기상데이터는 1분 간격으로 측정되었다. 또한, 5일 간격으로 파괴조사를 통하여 8개체의 엽면적을 측정하여 평균을 통해 이미지 라벨링 작업을 수행하였다. 실험 결과, U-net 기반 CNN 모델은 데이터 전처리와 최적화 과정을 통하여 R²: 0.9986, RMSE (㎡/㎡): 0.0547, MAPE(%): 4.54 로 높은 추정치를 보였다. CNN 모델을 5가지의 증산모델에 적용한 결과, 모든 증산모델에서 실제 측정한 엽면적을 사용한 경우와 추정 엽면적을 사용한 모델의 상관관계가 매우 높게 나타나 높은 적용성을 보였다(R²>0.99). 개발된 모델을 응용하여, 온실 내 이미지센서와 기상센서만을 이용하여 온실 내 증발산을 예측하고, 이를 통한 온실 관수, 환경 등의 통합 ICT 제어 및 디지털트윈 모델에 활용할 수 있을 것으로 사료된다.

축산악취 저감을 위한 다상연계 악취정화시스템의 개발 및 성능 평가

정효혁 ( Hyo-hyeog Jeong ),이인복 ( In-bok Lee ),조정화 ( Jeong-hwa Cho ),최영배 ( Young-bae Choi ),강솔뫼 ( Sol-moe Kang ),김다인 ( Da-in Kim ),조윤우 ( Yun-woo Cho ) 한국농공학회 2023 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2023 No.0

최근 축산시설의 대형화, 밀집화에 따른 악취강도 증가와 신도시 개발 및 귀농·귀촌 인구의 증가로 인한 주거시설과의 거리 감소, 쾌적한 농촌 생활에 대한 요구 등으로 인하여 축산악취 민원이 급증하고 있다. 이에 따라 정부와 지자체에서는 축산악취 개선사업이 진행되고 있으며 많은 농가가 축산악취 개선을 위하여 악취 저감시설을 설치·운영하고 있다. 하지만, 실제 농가에 설치된 악취 저감시설을 측정한 결과 다양한 요인에 따라 평균 악취 저감효율이 65 % 이하로 낮게 나타났다. 특히, 악취 저감시설의 관리 상태에 따라 농가별로 악취 저감효율의 큰 차이를 보였다. 최소 환기를 실시하는 동절기에는 악취 농도가 높아져 저감 효율이 높더라도 배출 농도가 높을 뿐만 아니라, 저감시설 통과 후 배기되는 공기의 유속이 매우 낮아 악취 공기가 대기 중으로 확산되지 못하고 지면으로 가라앉게 되는 문제점이 확인되었다. 또한, 악취 저감시설은 축산시설 설계 시 고려하지 않은 추가적인 압력손실로, 환기팬 유량을 감소시켜 축사 내부의 환경조절에 영향을 줄 수 있다. 따라서 본 연구에서는 기존 악취 저감시설의 문제점을 개선하여 효율성 증대시킬 수 있는 다상연계 악취정화시스템을 개발하여 성능을 평가하였다. 본 시스템은 시스템의 관리 상태를 유지할 수 있도록 자동화 시스템을 적용하였으며 화학적, 물리적, 공기역학적 세정의 단계적 세정시스템을 구축하여 저감 효율을 증대시켰다. 또한, 시스템 설치에 따른 축사 환기 팬의 압력손실을 보상하기 위하여 시스템에 배출 팬을 추가하였으며 축사 환기 팬과의 통신을 통해 배출 팬을 제어하였다. 개발된 시스템을 실제 양돈 농가에 적용하였으며, 시스템에 의한 단일가스와 복합악취의 저감효율을 측정하여 시스템의 성능을 평가하였다.