Dunaliella salina OH214 : a promising strain for lutein production, isolated from the Geumhong salt pan in the West Sea of Korea

오현준 한양대학교 대학원 2021 국내석사

Lutein is a carotenoid found in many plants. Although it cannot be synthesized in the human body, lutein is present in large amounts in the macula of the human eye; thus, constant intake is necessary to prevent macular degeneration. In this study, a new Dunaliella strain isolated from the Geumhong salt pan on Yeongjong Island, West Sea of Korea, was confirmed by molecular analysis to belong to the species Dunaliella salina, and was named OH214. OH214 can be grown at various NaCl concentrations; at a salinity of 1.5 M and a light intensity of 200 μmol m-2 s -1, it was confirmed that the maximum lutein production was 5.5 mg L-1 (3.4 mg g-1 DCW). The highest lutein productivity was achieved when cultured under the same conditions as other Dunaliella species, but the content of -carotene was relatively lower than that of D. salina CCAP19/18. To explain the difference in carotenoid profiles between D. salina OH214 and CCAP19/18, the expression levels of carotenoid synthetic pathway genes were compared. The expression levels of LCYE, CYP97A, and CYP97C were relatively higher in D. salina OH214 than in D. salina CCAP19/18. Therefore, the high lutein content of D. salina OH214 may have resulted from the regulation of the carotenoid biosynthetic pathway according to the high expression level of the alpha branch. In addition, the low -carotene content is considered to be correlated with the low expression level of the genes involved in -carotene synthesis as well as the low expression levels of -carotene-rich globules. The results of this study suggest the possibility that D. salina OH214, a domestic species, can be used as a lutein-producing strain.

Evaluation of the ozone-based hybrid processes combining with UV or membrane for water treatment

오병수 Graduate School, Yonsei University 2007 국내박사

본 연구는 오존 기반의 혼성 공정 (오존/UV 및 오존/정밀여과막)의 수 처리 적용 및 산화/소독 평가에 중점을 두었다. 오존과 UV를 조합하는 가장 중요한 목적은 거의 모든 유해물질과 비선택적으로 반응하는 OH 라디칼(•OH)의 생성을 극대화하는 것이다. 오존/UV 공정에서 과산화수소는 오존의 광분해로 생성되며 OH를 생성시키기 위한 중간자 역할을 하기 때문에, 과산화수소의 분석 및 경향에 대한 파악은 오존/UV 공정을 이해하기 위해 매우 중요하다. 따라서 본 연구에서는 오존/UV반응에서 과산화수소와 오존의 생성 및 분해에 대한 경향을 면밀하게 조사하였다. 또한 과산화수소와 오존의 잔류 농도를 예측하기 위한 kinetic 연구가 수행되었다. 그 성과로서, 오존 주입량과 UV 조사량에 대한 최적비가 ozone dose (moleL-1sec-1) : UV dose (einsteinL-1s-1) = 2로 결정되었다:. 또한 모델과 실험결과를 비교하면서 광-반응기의 물리적 인자인 UV강도와 유효조사거리를 계산할 수 있었다. 오존/UV 공정의 산화 효율을 평가하기 위하여 한강 상수원에서 가장 많이 검출된 물질 중 하나인 diethyl phthalate(DEP)를 대상물질로 선정하였다. 본 연구에서는 DEP의 제거 효율뿐만 아니라 내분비계 장애 정도 (Estrogenicity)를 동시에 평가하였다. 그 결과로서, 오존 및 UV 단독 공정에 비하여 오존/UV 공정은 DEP의 무기물화와 내분비계 장애 저감에서 매우 높은 효율을 나타냈다. 오존/UV 공정의 실제적인 적용을 평가하기 위하여 하수방류수의 재이용에 대한 실험이 수행되었으며, COD 와 TOC저감에 매우 높은 효율이 조사되었다. 소독의 경우, 높은 오존 소비 물질과 UV 흡수 물질이 존재 함에도 불구하고 오존/UV 공정에서 P.aeruginosa의 불활성화에서 오존과 UV 단독 공정 대비 향상 효율이 관찰되었다. 이러한 결과는 오존/UV 공정이 오존과 UV의 한계를 극복할 수 있음을 설명하였다.오존과 정밀여과막 혼성 공정에서는 오존의 3가지 중요 역할 1) 정밀여과 공정 이전에 오존에 의한 막오염 유발물질의 제거, 2) 오염된 막의 오존 세정, 3) 정밀여과막에 의해 제거되지 못하고 투과하는 오염물질의 처리에 대하여 조사하였다. 본 연구에서는 제약물질(Pharmaceuticals)과 MS2 박테리오파지(MS2)를 모델 막오염물질 (foulants) 및 오존/정밀여과막 혼성공정의 산화/소독 성능 평가를 위한 대상 물질로 사용하였다. 본 실험에 앞서 각 foulant의 여과 시간에 따른 TMP(Transmembrane pressure) 증가 경향 관찰을 통해 막 오염 정도를 평가하였다. 막 오염 기작을 알아보기 위하여 기본 막 오염 모델을 적용한 결과, 제약물질은 흡착(adsorption), MS2의 경우는 내부 공극 막힘(internal pore plugging)으로 판단되었다. 또한 두 foulant들에 의한 막오염은 물리적 세정에 의해 제거 되지 않는 비가역적 오염임을 알 수 있었다. 전오존-정밀여과막 혼성 공정 실험에서는, 제약물질의 전오존처리는 TMP증가 속도를 효과적으로 저감시켰지만, MS2의 전오존 처리의 경우 오히려 오존처리를 하지 않았을 때 보다 TMP를 증가시킴을 알 수 있었다. 오존에 의한 막의 세정 효과를 관찰하였다. 각 foulant에 의해 오염된 막을 오존 용액에 세정한 이후 막 저항을 측정한 결과, 초기 오염되지 않은 막과 유사한 저항 값으로 회복하는 것을 관찰할 수 있었다. 정밀여과막-후오존 공정 실험의 경우, 막여과 이후 오존 처리에서 여과하지 않은 원수에 비하여 낮은 오존 분해속도와 낮은 유기물 (Ibuprofen 및 p-Chlorobenzoic acid) 제거 효율이 나타났다. 이러한 결과를 고려하였을 때, 정밀여과막 이후의 오존 공정은 소독적인 측면에서는 유리하나 산화의 목적에는 불리하다는 것을 알 수 있었으며, 유기물 산화와 막오염 제어를 위해서는 전오존-정밀여과막 혼성 공정의 사용이 제안될 수 있었다. This thesis focused on investigating the performance of two ozone-based hybrid processes (ozone/UV and ozone/microfiltration) for the oxidation and disinfection in water. The main purpose of combining ozone and UV was to maximize the formation of hydroxyl radicals (•OH), which can non-selectively react with almost all kinds of harmful compounds. In the ozone/UV process, hydrogen peroxide is formed by ozone photolysis, and then acts as an intermediate progressing toward •OH production. This study investigated the patterns of hydrogen peroxide, along with ozone, during the ozone/UV process. Thereafter, a kinetic study was performed to predict the residual concentrations of both ozone and hydrogen peroxide. As outcomes of this study, it was found that the optimum molar ratio of ozone dose (moleL-1sec-1):UV dose (einsteinL-1s-1) was about 2. Moreover, the physical parameters of the photo-reactor, such as UV intensity and effective light path, could be calculated using the model prediction. In order to test the oxidative ability of the ozone/UV process, diethyl phthalate (DEP), one of the most detected micropollutants in the Han River, was used as a target probe. This study investigated the removal efficiency and estrogenicity of DEP. The ozone/UV process showed much higher efficiency for the mineralization of DEP, while minimizing its estrogenicity, than those of the ozone alone and UV alone processes. For practical use of the ozone/UV process, it was applied to the reuse of sewage effluent water (SEW), resulting in good removal efficiencies of both COD and TOC. For disinfection, even though the ozone demand and presence of UV absorbing matters were high in the SEW, the ozone/UV process revealed a synergistic efficiency for inactivating P.aeruginosa. This result indicates that the ozone/UV process can overcome the limitation of the ozone alone and UV alone processes.In the ozone and microfiltration hybrid process, the role of ozone was explored with respect to three main criteria: 1) the use of ozone to reduce the foulants prior to the microfiltration, 2) the use of ozone to clean the fouled membrane, and 3) to eliminate the pollutants that are not rejected by the microfiltration. In this study, pharmaceuticals and MS2 bacteriophage (MS2) were used as two different types of model foulant and for target probes to test the performance of the ozone and MF hybrid process. Initially, the fouling trends of two model foulants were investigated by measuring the increase in the patterns of the transmembrane pressure (TMP). The extent of fouling in the tested MF process was adequately predicted by the adsorptive fouling and internal pore plugging models for pharmaceuticals and MS2, respectively, compared to other classical fouling models. The contribution to fouling by both foulants was found to be almost irreversible. In the preozone-MF hybrid scheme, the preozonation of pharmaceuticals could substantially suppress the rate of TMP increase, but the filtration of the ozonated MS2 caused a higher rate of TMP increase than the original MS2. The ozone cleaning method was found to be effective for cleaning the membrane contaminated by both foulants. When the fouled membranes were directly exposed to the ozone solution, the irreversible resistance, which cannot be removed by any physical cleaning method, was found to be effectively reduced; thereby, lowering the total resistance to close to that of the inherent resistance level. In the MF-preozone hybrid scheme, a slower ozone decay rate, which is a favorable condition from a disinfection perspective, but a lower IB removal rate, which is negative from an oxidative standpoint, was observed during ozonation following the MF process.

A Systematic Study of Tribe Neillieae (Rosaceae)

오상훈 University of California 2002 해외박사

Neillieae족은 피자식물 장미과의 한 분류군으로 나도국수나무속 (Neillia), 양국수나무속 (Physocarpus), 및 국수나무속 (Stephanandra)의 세 속을 포함한다. 이 Neillieae에는 분류학적으로 매우 어려운 약 18 종 이 속하며, 이 분류군은 열편이 있는 잎, 탁엽, 그리고 배유 (endosperm)가 풍부한 종자 등의 형질로 규정 된다. 이 분류군에 속하는 식물들은 동아시아 지역과 북미 서부 및 동부의 온대 지방에 널리 분포한다. 이 러한 Neillieae의 분포는, 지난 두 세기동안 많은 진화학적 연구가 진행되어 온, 북반구 식물 분포 지리학의 매우 흥미있는 disjunct distribution pattern을 보여주고 있다. 본 연구는 (1) 핵 및 엽록체 유전자 서열 을 이용하여 Neillieae에 속하는 분류군들 간에 진화적 계통 유연 관계를 밝히고, (2) 이 계통수를 이용하여 역사 분포 지리학 관점에서 현재의 분포를 재평가하고, (3) 이들 분류군의 진화적 유연 관계를 명확히 반영 해 주는 식물 분류 체계를 세움과 동시에 각 종의 정확한 학명과 형태의 기재 등, Neillieae족 분류군의 기 초 정보를 확보하고자 하였다. 계통 분석에 사용된 염기 서열은 엽록체의 trnL-trnF, trnD-trnT, matK- trnK, trnK-psbA 등의 네 구간과 핵 유전자인 Internal Transcribed Spacer (ITS), External Transcribed Spacers (ETS), 및 꽃 발달에 관여하는 LEAFY의 두번째 인트론에서 획득하였다. 계통 분석 결과 Neillieae 족은 크게 Physocarpus와 Neillia/Stephanandra의 두 개의 튼튼한 clade로 나누어 질 수 있으며, Stephanandra는 Neillia 내의 두 lineage 사이에서 일어난 잡종 형성을 통해 유래한 것으로 추정되었다. 분포 지리 역사를 유추하는 한 방법인 disperal-vicariance analyses (DIVA) 결과, Neillieae의 가장 가까 운 공통 조상은 동아시아와 북미 서부에 광범위하게 분포되었을 것으로 나타났으며 Physocarpus와 Neillia/Stephanandra의 두 개의 clade는 대륙간 격리 (intercontinental vicariance event)에 의해 분화 되었을 것으로 추정되었다. 이 분포 지리학적 분석에 의하면 Neillia와 Stephanandra의 모든 종들은 동아 시아 지역에서 기원한 반면, Physocarpus는 북미 서부에서 분화한 것으로 나타났다. 또한, 현재 동아시아 에 분포하는 Physocarpus amurensis는 북미 서부로부터 유래한 조상에서 분화된 것으로 밝혀졌다. 이러 한 계통 분석과 더불어 기준 표본을 포함한 식물 표본 분석, 야외 채집 및 관찰을 통하여 얻어진 총제적인 정보를 바탕으로 Neillieae족의 식물지 (taxonomic revision)를 완성하였다. 본 연구 결과 Neillia와 Stephanandra를 하나의 속으로 처리하였으며, Physocarpus속 6 종, Neillia속 12 종 등 Neillieae족에 모 두 18 종을 인정하였다. 본 연구는 또한 신 조합명 N. incisa (Thunb.) Oh 및 N. anhuiensis Oh, nom. nov.을 제시하였다. The tribe Neillieae, a small group of about 18 species in the angiosperm family Rosaceae, comprises three taxonomically difficult genera: Neillia, Physocarpus, and Stephanandra. The tribe, characterized by its lobed leaves with persistent or deciduous stipules and ovoid, shiny seeds with copious endosperm, is distributed in eastern Asia and both western and eastern North America. This biogeographic pattern is one of several interesting disjunct distribution patterns found in the Northern Hemisphere; numerous evolutionary studies over the past two centuries have investigated such patterns, and various hypotheses have been put forward to explain them. The main objectives of this study are (1) to reconstruct the phylogenetic relationships among the genera and species of tribe Neillieae based on multiple DNA sequence data, (2) to assess the historical biogeography of the tribe using a phylogenetic framework, and (3) to provide a complete monograph of the tribe. Nucleotide sequences from several regions of chloroplast DNA, the internal transcribed spacer and external transcribed spacer regions of ribosomal DNA, and the second intron of a floral homeotic gene, LEAFY, were determined, and analyzed using phylogenetic methods. Results of the phylogenetic analyses indicate that two major clades (Physocarpus and Neillia/Stephanandra) are strongly supported and further suggest that the genus Stephanandra may have originated by hybridization between two lineages of Neillia. Dispersal-vicariance analyses suggest that the most recent common ancestor of tribe Neillieae occupied eastern Asia and western North America and that the two major clades in tribe Neillieae were split by an intercontinental vicariance event. The biogeographic analyses also suggest that species of Neillia and Stephanandra probably were diversified in eastern Asia, whereas in Physocarpus, one dispersal event from western North America to eastern Asia occurred. A taxonomic revision of tribe Neillieae based on the phylogenetic framework, morphological examination of herbarium specimens, including types, and field observation is also presented. Based upon phylogenetic evidence, Neillia and Stephanandra are treated as a single genus. Six species in Physocarpus and 12 species in Neillia are recognized. This treatment includes two new combinations: N. incisa (Thunb.) Oh and N. anhuiensis Oh, nom. nov.

Studies on the high proton selective Zeolite/Nafion composite membrane for Direct Methanol Fuel Cells using ETS-10, ETS-4, Beta and MCM-41

Oh Seung-Jun 건국대학교 2006 국내석사

한글초록 :제올라이트/나피온 복합막은 solution-casting 방법으로 성공적으로 제조되었다. 제올라이트의 종류는 작은 pore사이즈의 Na/K-ETS-4, 중간 pore사이즈의 높은 silica성 제올라이트 Na타입과 H타입의 beta, 큰 pore사이즈의 Na타입과 H타입의 ETS-10 그리고 mesoporous 분자체 MCM-41이다. 복합막들은 상온에서 제올라이트 분말을 나피온용액에 잘 분산시키고, sonication를 한후 30도씨에서 30분간 예비건조를 실시하였다. 그리고, 130도씨에서 2시간동안 건조를 시켰다. 그결과, 제올라이트의 높은 물분자의 저장능력에 의거하여, 제올라이트/나피온 복합막들은 상업성 나피온 115막보다 높은 물분자 저장능력수치를 보였다. 이 물분자 저장능력은 바로 높은 Proton conductivity 수치를 보이는데 영향을 미쳤다. H타입의 제올라이트/나피온 복합막들은 Na타입의 제올라이트/나피온 복합막들보다 일괄적으로 높은 proton conductivity 수치를 보였다. 이런 결과는 H타입의 제올라이트가 Na타입의 제올라이트보다 더욱 친수성이 강한 이온cluster를 생성했음을 보여주는 것이다. 한편, 높은 silica성 제올라이트 beta는 상업성 나피온 115막보다 비슷하거나 오히려 낮은 proton 선택성을 가지고, 낮은 물분자 저장능력 수치를 보였다. 또한 흥미로운 결과는 mesopore를 가지는 MCM-41/나피온 복합막은 44%의 높은 proton conductivity 향상수치와 25.3%의 상당히 methanol permeability가 줄어든 수치를 보이며 다른 제올라이트/나피온 복합막보다 월등히 성능이 뛰어난 수치를 보였다. 이런 결과는 MCM-41의 구조안팎의 OH- 가지그룹들에 의해 상당히 강한 친수성을 뛰었기 때문이다. 마지막으로 작은 pore사이즈를 가지는 ETS-4 제올라이트/나피온 복합막은 나피온 115막보다 성능이 월등히 떨어지는 수치를 보였다. 이결과는 바로 제올라이트의 pore 구조가 proton의 이동에 상당히 중요한 영향을 미친다는 것을 증명해준다. 이번 연구를 통해 H타입의 제올라이트는 나피온의 소수성을 띄는 perrfluoropolymeric backbone 구조와 함께 친수성 micelle들이 고루고루 잘 배열되어지는데 큰 영향을 미칠 수 있음을 알 수 있었다. 결론적으로 이번 연구를 통해, 제올라이트라는 이 물질은 미래지향적으로 직접메탄올연료전지용 전해질의 성능개선에 아주 전망은 좋은 그런 물질일 수 있음을 알수 있었다 영문초록 :Zeolite/Nafion composite membranes were successfully fabricated using the solution-casting method. The types of zeolites are a small-pored Na/K-ETS-4, a medium pored high silica zeolite beta in Na- and H- form, a large pored Na/K- and H-ETS-10 and a mesoporous molecular sieve, MCM-41. The composite membranes were fabricated, following the dispersion of zeolite powders into Nafion solution at room temperature, sonication, predrying at 30℃ for 3hrs followed by another drying process at 130℃ for 2hrs. The results clearly show that zeolite/Nafion composite membranes show higher water uptake than commercial Nafion 115, strongly suggesting better water retention ability of zeolite. The better water uptake should have given rise to better proton conductivity. H-type zeolite/Nafion composite membranes consistently show better proton conductivity than Na-type zeolite/Nafion composite membranes. This result might be ascribed to the fact that H-type zeolite should have made more hydrophilic ionic cluster channels than Na-type zeolite. A high silica zeolite beta shows poor water capacity which is similar or even lower proton selectivity than commercial Nafion 115 membrane. It is interesting to notice that mesopored MCM-41/Nafion composite membrane shows the best proton selectivity among other types of zeolites studied, enhancing proton conductivity by 44% and reducing methanol permeability by 25.3%, respectively. This result might be ascribed to the strong hydrophilicity of framework of MCM-41, being arisen from OH- groups on the inner and outer surface of MCM-41. Finally, the proton selectivity of small pored ETS-4/Nafion composite membranes are observed to be inferior to Nafion 115. This result indicates that zeolite pore structure plays an very important role in proton transport. The results obtained throughout this study strongly suggest that H-type zeolite is preferred regarding the arrangement of inversely oriented hydrophilic micelle of Nafion with the continuum of hydrophobic perfluoropolymeric backbone. Based on the results, zeolite materials are very prospective for electrolyte for direct methanol fuel cells in the future

Enantioselective synthesis of various unnatural amino acid derivatives using phase transfer catalysts

Oh,Jiin 영남대학교 대학원 2021 국내박사

디페닐 에테르 링커가 있는 새로운 이중 신코니디늄 상전이 촉매가 개발되었고 DFT 계산을 통해 상전이 촉매 작용이 계산되었다. 파라-파라 치환된 상전이 촉매 18는 온화한 촉매 조건에서 글리신 이민과 알라닌 이민의 α-알킬화 반응에서 높은 거울상 선택성 (93~99% ee)을 나타냈다. 극도로 적은 양의 촉매 (0.01~0.05 mol%)와 0~20˚C에서 거의 화학량론적 양의 할로젠화 알킬 (1.2당량)을 사용하였다. 상기 상전이 촉매의 높은 효율성은 DFT 계산으로 추론되었다. 파라-파라 치환된 이중 알릴신코니디니움 상전이 촉매를 사용한 벤조페논 글리시네이트의 α-알킬화에 대해 계산된 전이 상태는 다이페닐 링커의 ‘skewed’ 형태를 보여주었으며, 여기서 한쪽 퀴누클리디늄의 F1과 반대편의 퀴누클리디늄의 F4'가 직교되었다. 이민의 엔올레이트 및 이탈되는 브롬 음이온은 각각 전이 상태에서 PTC 18의 F1 및 F4'에 잘 머무른다. PTC 18의 낮은 에너지를 갖는 전이 상태에서 두 개의 신코나-퀴뉴클리디니움의 이중 기능성을 나타낸다. 상기 개발된 이중 신코나 퀴뉴클리디니움 상전이 촉매는 알파-아미노산 합성을 위한 알킬화뿐만 아니라 감마-아미노산 합성을 위한 Michael 첨가 반응에도 성공적으로 적용되었습니다. 알파-알킬화에 적용된 것과 달리 (9)OH-촉매 시리즈와 m,m-치환된 PTC 17은 Michael 첨가에서 높은 효율을 보였다. 이는 (9)OH와 양성자 제거된 니트로메탄의 상호작용 효과로 인한 요인 때문이다. 그리고, Michael 받개 23 와 Michael주개로 사용되는 반응물은 전이 상태를 형성하는 길이가 짧다. 따라서 촉매의 활성 부위가 가까운 m,m-상전이 촉매 17이 적합하였다. 이는 DFT에 의해 계산되었으며 F1-F4’ 상호작용이 아닌 F2와 F4'의 상호작용을 통해 발생하는 것으로 나타났다. 이 연구의 결과는 새로 개발된 이중 신코나 퀴뉴클리디움 상전이 촉매가 광범위한 천연/비천연 아미노산 합성에 적용하기에 매력적임을 보여주었다.

Synthesis and applications of biocompatible nanomaterials for non-invasive cancer therapy and imaging

Yunok Oh 부경대학교 대학원 2015 국내박사

1~100 nm 단위의 크기를 가지는 나노 물질은 진단과 치료를 병행하는 테라노스틱스 (theranostics) 기술에 적용하는 데에 큰 주목을 받아 왔으며, 암의 진단과 치료를 위한 새로운 비침습적 기술의 개발을 위해 뛰어난 전망을 제공한다. 현재 주요한 암 치료는 수술, 방사선과 화학 요법으로 제한된다. 이 세가지 방법은 정상 세포의 손상을 주는 부작용이나 암세포의 불완전한 치료의 위험 부담이 있다. 그래서, 본 연구에서는 효과적인 초기 암 진단과 치료를 위하여 생체 친화형 물질을 이용한 비침습적 기술로서의 자기 온열 치료와 광음향 단층 영상 촬영을 연구하였다. 1부에서는 국부 암 온열 치료를 유도하기 위해서 열분해법을 통한 열 감응성의 키토산이 코팅된 MnFe2O4를 합성하였다. 높은 효율의 자기 온열 치료를 위하여, 18 nm의 크기와 높은 SAR 값을 가지는 생체 친화성이 향상된 Chitosan-MnFe2O4 나노입자를 합성하였다. MDA-MB-231 암세포에 자기 온열 치료하는 동안 Chitosan-MnFe2O4 나노입자는 42 oC의 온도 상승을 주도하여, 여기된 자기 나노입자의 열 발산을 통해 세포 자살 (apoptosis)의 유도와 관련된 돌이킬 수 없는 급격한 세포 형태의 변화 및 세포 죽음을 유도하였다. 높은 자화율과 생체 친화성 때문에 키토산이 코팅된 MnFe2O4 나노입자는 암 온열 치료를 위한 유망한 자기 나노 입자가 될 수 있다. 2부에서는 비침습적 광단층 영상촬영 장치의 조영제로서 ICG가 결합된 단일벽 탄소 나노튜브 (SWNTs)를 이용하여 센티널 림프노드 (SLN)의 이미지를 획득하였다. 광음향 이미지 감도를 증가시키기 위해서, 근적외선 영역에서 높은 광학 흡광도를 가지는 형광 물질인 ICG가 결합된 SWNT-ICG를 합성하였고, 50 nm의 농도에서 ICG가 결합되지 않은 SWNT에 비교하여 18 배 정도의 증가된 광학적 흡광도를 나타내었다. SWNT-ICG를 주입 후, 센티널 림프노드의 광음향 이미지에서 높은 이미지 감도를 나타내었고, 광학 흡광도와 일치하여 820 nm에서 광음향 신호가 크게 향상되었다. 이러한 결과는 SWNT-ICG는 광음향 이미지 촬영 장치와 결합하여 유방암 환자의 센티널 림프노드를 식별하는데 높은 가능성을 보여주었다. 핵심어: 자기 나노입자, 자기 온열치료, 키토산, 세포 자살, 광음향 단층 촬영장치, 단일벽 탄소 나노튜브, 인도시아닌 그린, 센티널 림프노드.

Development of anode for polymer electrolyte membrane water electrolyzer

오정현 중앙대학교 대학원 2021 국내석사

화석연료의 사용으로 야기된 지구온난화와 심각한 기후변화 문제가 대두되면서 청정에너지원인 수소를 생산하는 기술에 중요성이 부각되고 있다. 수소를 생산하는 다양한 방법에서 재생에너지원으로 생산된 전력을 이용하여 물을 분해해 수소를 제조하는 수전해 기술이 주목받고 있으며 고분자 전해질막을 이용한 수전해는 다양한 장점을 가지고 있어 연구개발이 활발히 이루어지고 있다. 본 연구에서는 양이온 교환막 (proton exchange membrane, PEM) 수전해 단위 전지용 산화 전극으로 이리듐(Ir) 사용량을 저감한 촉매를 개발하였다. 저 로딩량 Ir 촉매(53.9 μgIr/cm2)는 carbon paper(CP) 위에 Ni 전해도금 후 Ir 갈바닉 치환을 통해 제작하였다. 치환된 Ir은 산화수에 따른 산소 발생 반응(oxygen evolution reaction, OER)활성과 내구성의 연관성 밝히기 위해 전기화학적/열화학적 산화법을 Ir촉매에 각각 적용하였다. 산화된 Ir 촉매의 전자 구조를 분석해본 결과, Ir 전기화학적 산화물의 전자 구조는 높은 Ir3+, OH의 비율을 가지며 높은 OER활성과 낮은 내구성을 보였다. 이는 높은 비율의 OH가 OER메커니즘에서 RDS에 해당하는 OOH* 형성을 촉진시키는 결과에 기인한다. 반면에, Ir 열화학적 산화물은 높은 비율의 Ir4+, O 전자구조를 가지며 낮은 OER활성과 우수한 내구성을 보였다. 이는 높은 비율의 O가 결정성 향상에 따른 내구성 증가로 복합적인 촉매 활성 변화에 기인한다. 최적 Ir 촉매는 PEM 수전해 단위 전지용 산화 전극으로 적용하여 우수한 질량활성(6.8 A/mgIr@1.6 Vcell)과 안정성(12 h@1.0 A/cm2)을 보였다. 따라서 Ir산화수 제어를 통해 Ir 촉매에 대한 OER성능과 내구성의 연관성을 밝혔다. 다음으로 음이온 교환막(anion exchange membrane, AEM) 수전해 단위 전지용 산화 전극으로 비귀금속 기반의 전이금속 촉매를 개발하였다. 이 촉매는 titanium paper(TP) 위에 Ni과 Fe 합금을 전해도금하여 제작하였다. 제작된 NiFe촉매는 도금 전압에 변화를 주어 표면에 나노 월(nano-wall)의 NiFe 형상과 1.7의 Ni/Fe 비율로 형상과 조성을 제어하였다. 또한, 친수성 표면과 다공성 구조를 가지며 우수한 OER활성과 뛰어난 내구성을 보였다. 반면, 귀금속 산화 전극인 상업용 IrO2 촉매는 응집된 IrO2 형상을 보이며 NiFe촉매와 비교하여 소수성 표면과 일부 비다공성 표면 특성을 가져 저조한 OER 활성과 내구성을 보였다. OER 활성과 내구성 측면에서, 이 결과는 IrO2 촉매의 제작 과정에서 촉매를 고정하기 위한 바인더(Nafion®) 소재가 필요하며 이 소재로부터 야기된 소수성 표면과 다공성 저해에 기인한다. 반면에, 바인더 없이 제작된 NiFe촉매의 결과는 전해질과의 우수한 젖음성과 OER중 발생되는 산소 기포를 빠르게 방출시켜 활성 표면적 감소를 최소화하고 물질 전달에 의한 저항을 획기적으로 감소시킴에 기인한다. 최적의 NiFe과 IrO2 촉매는 AEM 수전해 단위 전지용 산화 전극으로 각각 적용하였다. NiFe전극은 IrO2 전극보다 2.2 Vcell에서 약 1.8 배 높은 4.0 A/cm2의 뛰어난 활성을 보였고 높은 안정성(100 h@1.0 A/cm2)을 보였다. As global warming and severe climate change problems caused by the use of fossil fuels emerge, a technology to produce hydrogen, a clean energy source, is important. In various methods of producing hydrogen, water electrolysis technology that produces hydrogen by decomposing water using electricity produced as a renewable energy source is attracting attention. In this study, a low-loading Ir based catalysts were prepared as anode for a proton exchange membrane (PEM) water electrolysis single cell. The low-loading Ir catalysts (53.9 μgIr/cm2) was fabricated by electrodepositing Ni on carbon paper (CP), followed by Ir galvanic displacement. For the displaced Ir, electrochemical/thermochemical oxidation methods were applied to the Ir catalyst to reveal the relationship between the oxygen evolution reaction (OER) activity and durability according to the oxidation state. As a result of analyzing the electronic structure of the oxidized Ir catalyst, the electronic structure of the Ir electrochemical oxide has a high ratio of Ir3+ and OH, and shows high OER activity and low stability. This is due to the result that a high proportion of OH promotes the formation of OOH* corresponding to RDS in the OER mechanism. On the other hand, Ir thermochemical oxide has a high ratio of Ir4+ and O electronic structures, and has low OER activity and excellent stability. This is due to the complex catalytic activity change due to the increase in stability due to the improvement of crystallinity in the high proportion of O. The optimal Ir catalyst was applied as an oxidizing electrode for a PEM water electrolyzer and showed excellent mass activity (6.8 A/mgIr@1.6 Vcell) and stability (12 h@1.0 A/cm2). Therefore, the correlation between OER performance and stability for Ir catalyst was revealed through the control of the state of Ir oxides. In next study, a non-precious transition metal based catalyst was developed as an anode for an anion exchange membrane (AEM) water electrolyzer. This catalyst was produced by electrodepositing Ni and Fe alloys on titanium paper (TP). The fabricated NiFe catalyst changed the electrodeposited potential to control the morphology and composition of the NiFe shape of the nano-wall and the Ni/Fe ratio of 1.7 on the surface. In addition, it has a hydrophilic surface and a porous structure, and has excellent OER activity and excellent durability. On the other hand, the commercial IrO2 (IrO2/CP) catalyst, which is a noble metal anode, shows an agglomerated IrO2 morphology and has a hydrophobic surface and some non-porous surface properties compared to the NiFe catalyst, showing poor OER activity and durability. In terms of OER activity and durability, this result is due to the need for a binder (Nafion®) material to fix the catalyst in the manufacturing process of the IrO2 catalyst, and the hydrophobic surface and porosity inhibition caused by this material. On the other hand, the result of the NiFe catalyst prepared without a binder is due to its excellent wettability with the electrolyte and the rapid release of oxygen bubbles generated in the OER to minimize the reduction of the active surface area and dramatically reduce the resistance due to mass transfer. The optimum NiFe and IrO2 catalysts were applied as anode for AEM water electrolysis single cells, respectively. NiFe electrode showed excellent activity of 4.0 A/cm2, which is about 1.8 times higher than that of IrO2 electrode at 2.2 Vcell, and showed high stability (100 h@1.0 A/cm2).

Fluorescence Spectroscopic Properties of Fluoroquinolone Antibiotics : 플루오르퀴놀론 항생물질의 형광 분광학적 특성

오추하 Graduate School Chonnam National University 2003 국내박사

Ofloxacin(OFL), norfloxacin(NOR), 그리고 flumequine(FLU) 같은 플루오르퀴놀론 항생물질들은 광범위한 영역의 박테리아에 매우 효과적인 것으로 알려져 있다. 그러나 이들은 사람의 피부에서 햇빛에 의한 광민감적인 반응을 일으킬 수도 있다. 이러한 광민감성은 감광제를 가진 어떤 물질이 특정한 파장에 노출되었을 때 발생되어질 수 있다. 그러므로 플루오르퀴놀론의 광화학적 특성을 연구하는 것은 이러한 항생제들의 거동뿐만 아니라, 치명적인 광민감성 반응에 대한 메카니즘을 이해하는데 매우 유용하다. 첫 번째 장에서는, 이성분 혼합용액인 H_(2)O-CH_(3)OH와 H_(2)O-CH_(3)CN에서 플루오르퀴놀론 항생물질의 형광특성에 대해 연구하였다. 혼합용액 계는 우리 인체와 생물학적으로 매우 유사한 시스템을 가지며 물-유기 혼합물이 낮은 극성도와 부분적인 물 함량을 보여주기 때문에 특별히 안정하다고 알려져 있다. 물에서의 OFL과 NOR의 형광방출 스펙트럼들은 매우 강하고 넓은 영역의 띠를 가진 커다란 Stokes' shift를 나타내었다. 그리고 혼합용매에서 물의 함량이 12% 이하가 되었을 때, OFL과 NOR의 양자수율은 갑자기 매우 적은 값으로 감소하였다. 이러한 결과는 OFL과 NOR의 S_(0)와 S_(1) 상태에서 분자의 기하학적인 구조가 매우 비슷하여 S_(0) 상태에서 S_(1) 상태로의 내부전환속도가 매우 빠르기 때문이다. 그리고 이러한 현상은 유기용매 상에서 특히 두드러지게 나타났다. 이와 달리, FLU는 매우 다른 형광특성을 나타냈다. FLU의 경우에는 두 종류의 이 성분 혼합용액에서 물의 함량이 100%에서 55%로 변해 가는 동안 형광 양자수율의 특별한 변화를 관찰할 수 없었다. Lippert-Mataga 분석에서 정류상태 OFL과 NOR의 형광 데이타는 두종류의 혼합용액 모두에서 분명한 reverse solvatochromism를 나타내었다. 이러한 과정은 들뜬 상태에서 뒤틀림이 발생하는 분자간 전하 이동에 의한 것이며, 이것은 물분자에 의해서 가속화된다. OFL과 NOR의 형광수명도 혼합용액 상에서 유기용매의 함량이 증가함에 따라 증가하였다. 그러나 FLU에서는 그다지 괄목할만한 변화를 볼 수 없었다. OFL과 NOR이 이러한 독특한 특성을 보이는 이유는 7번 탄소에 피페라진기를 가지고 있기 때문인 것으로 보인다. 이에 반해, FLU는 모든 데이터가 단일 직선형으로 나타내어지므로 수소결합 같은 특별한 용매-용질간의 상호작용이 상대적으로 작은 것을 알 수 있었다. 그리고 이들 플루오르퀴놀론 항생물질들이 들뜬 상태의 물리적 그리고 화학적 과정 동안 용매 조성함수로서 어떻게 행동하는지 보기 위해 혼합 용액에서의 용매 복사 이완효과를 연구하였다. 그리고 복사 또는 비 복사 속도상수는 용매의 쌍극성 / 편극성 함수 (π^(*))와 수소결합 주게 산도 (α)에 의해서 분석되었다. OFL과 NOR이 용매-용질간의 상호작용인 바탕유전 효과와 특별한 수소결합 상호작용에 의존한다는 제안은 들뜬 상태의 화학과정 메카니즘과 매우 잘 연결된다. 그러나 이 두 가지 효과 중에서 유전 효과가 더 큰 영향을 미친다. 이러한 환경에서 FLU의 형광방출 스펙트럼은 특이할만한 성질이 없었다. 요약해 보면, 피페라진기를 가지고 있는 OFL과 NOR은 이성분 혼합용액 계에서 Stokes' shift, 형광 양자수율, 복사 붕괴속도 등의 분광학적인 성질이 매우 민감하게 변화하였지만, 피페라진기가 없는 FLU는 용액 조성변화가 발생하더라도 그다지 큰 변화를 관찰할 수 없었다. 두 번째 장에서는 정류상태와 시간분해형광 분광기를 이용해서, 2가 전이금속에 의한 플루오르퀴놀론의 형광 소광에 대한 영향을 결정하였다. 특정 세포성분들과 상호작용을 할 수 있는 플루오르퀴놀론 항생물질들은 2가 금속양이온과 더불어 착물을 형성함으로써 조정되어진다. 게다가, 플루오르퀴놀론 항생물질들이 2가 전이금속이온과 착물을 형성하는 것은 매우 흥미롭다. 왜냐하면 많은 효소들이 마그네슘이 아닌 2가 양이온을 포함하는 기질 또는 주형으로서 헥산을 포함하고 있기 때문이다. 이러한 착물은 항생물질과 2가 전이금속이온과의 이온-쌍극자 상호작용에 의해서 형성되어진다. 정류상태에서 OFL과 NOR그리고 FLU의 형광 소광은 Cu^(2+), Co^(2+), Ni^(2+) 그리고 Mn^(2+) 등의 전이금속 2가 양이온 의해 분석하였다. 소광의 결과는 Stern-Volmer plot으로 분석하였으며, 2가 전이 금속이온에 의한 OFL, NOR 그리고 FLU의 형광소광 과정은 우선적으로 동적 소광보다는 정적 소광에 의해 현저하게 수행되었다. 왜냐하면 그들의 F_(0)/F 값들이 소광제의 주어진 농도에서 온도가 증가함에 따라 감소하였기 때문이다. 하지만Stern-Volmer plot의 τ_(0)/τ 값들이 대부분 1보다 컸기 때문에 동적과정 또한 형광소광 과정에 상당한 기여함을 알 수 있었다. 소광제의 농도가 증가할 때 τ_(0)/τ 값들의 증가는 전자적으로 들뜬 퀴놀론 항생제들과 2가 전이금속 이온사이의 충돌빈도를 의미한다. 특별히, OFL의 경우에 동적소광 과정이 소광과정에 가장 괄목할만한 기여를 하였다. Cu^(2+) 경우에는 OFL의 τ_(0)/τ 값에 대한 기울기가 가장 컸기 때문에 소광제들 중에서 가장 효과적인 소광제인 것을 알 수 있었다. 이렇게 기울기가 크다는 것은 동적소광의 기여가 그만큼 증가하였음을 나타낸다. 이에 반해, Mn^(2+) 이온을 포함하는 경우에는 τ_(0)/τ 값에 대한 기울기가 가장 작은 값을 나타내었다. 이러한 OFL의 경향성은 NOR과 매우 유사하였다. FLU에 경우에는 τ_(0)/τ 값에 대한 기울기들이 OFL과 NOR의 기울기에 비해서 상대적으로 작은 값을 가졌으며, 이러한 것은 FLU가 피페라진기가 없어서 이온종 형성이 덜 되기 때문이다. 사용된 소광제 중에서, Cu^(2+)가 가장 효과적이었다. 왜냐하면 F_(0)/F 값의 차이가 0 ℃와 60 ℃사이의 온도 변화에 따라서 가장 컸기 때문이다. 반면에 Mn^(2+)는 소광제로의 역할을 가장 하지 못하였다. The fluoroquinolone antibiotics such as ofloxacin (OFL), norfloxacin (NOR) and flumequine (FLU) were known as very effective agents against various bacterial infection. However, they can induce photosensitivity reaction to human skin by sunlight. This phototoxicity will be generated by any subject with sufficient cutaneous photosensitizer exposed to enough irradiation of appropriate wavelength. So, it is very important to study the photochemical properties of the fluoroquinolone antibiotics because this investigation can provide useful information to understand the mechanism of antibacterial activities and cutaneous photosensitization of these antibiotics. In the first chapter, the fluorescence properties of these fluoroquinolone antibiotics were studied in H_(2)O-CH_(3)OH and H_(2)O-CH_(3)CN solvent mixtures because these cosolvent systems were thought to behave as a biological mimetic system and aqueous-organic solvent mixtures have been found to be especially suitable because they simultaneously show low polarity and a partially aqueous content, always present in biological systems. The emission spectra of OFL and NOR in water are strong and broad structureless bands with a large Stokes' shift. As the ratio of water in the mixtures becomes less than 12% (wt/wt), the fluorescence quantum yields of OFL and NOR decrease to very small values suddenly. In contrast,the fluorescence properties of FLU are very different from those of OFL and NOR. The change of fluorescence quantum yields of FLU were not observed from 100% water to more than 55% (wt/wt) water in both H_(2)O-CH_(3)OH and H_(2)O-CH_(3)CN solvent mixtures. In the Lippert-Mataga analysis of the steady-state fluorescence data of OFL and NOR, clear reverse solvatochromism was exhibited in both mixtures. This observation can be explained by the twisted excited-state intramolecular charge transfer, which is accelerated by water. As the amount of organic solvents in mixed solution increased, the lifetimes of OFL and NOR also increased. However, FLU did not show remarkable change. Such characteristic properties of OFL and NOR are due to the presence of piperazinyl group in C-7. There is relatively a little specific solvent-solute interaction such as hydrogen bonding in FLU because all data in Lippert-Mataga plot fall on nearly a single straight line with a small slope. To understand the excited-state physical and chemical process as a function of solvent composition, the effect of solvent radiative decay was studied in mixtures. The radiative and nonradiative rate constants were analyzed as a function of solvent dipolarity-polarizability(π^(*)) and hydrogen-bond donor acidity (α). These results were well consistent with the suggested mechanism of excited-state chemical process of OFL and NOR, which depended upon the solvent-solute interaction such as bulk dielectric effects and specific hydrogen-bonding interactions. However, the influence of dielectric effects was more significant. The solvent structures of H_(2)O-CH_(3)CN and the preferential solvation by water were also examined. The emission spectra of FLU do not exhibit any characteristic responses to the properties of the environment. Briefly, for OFL and NOR with piperazinyl group, spectroscopic properties such as Stokes' shift, quantum yield, radiative decay rates were very sensitive to the physical properties of solvents. However, for FLU without piperazinyl group, these properties were less sensitive to change of solvent compositions in mixtures. In the second chapter, the influence of the divalent transitional metal ions on the fluorescence quenching of the fluoroquinolone antibiotics has been examined by steady-state and time-resolved fluorescence spectroscopy. Fluoroquinolone antibiotics can form complexes with several divalent 3d-transition metal cations. The complex formation with divalent cations of transition metals is important because it has been reported that many enzymes have nucleic acids as substrates or template contain an nonmagnesium divalent cation. The complexes are primarily formed through ion-dipole interaction. The steady-state fluorescence quenching of OFL, NOR and FLU was investigated using 3d-transition metal cations such as Cu^(2+), Co^(2+), Ni^(2+) and Mn^(2+) as a quencher. The results have been analyzed by the Stern-Volmer plot. The fluorescence quenching of OFL, NOR and FLU by divalent 3d-transition metal ions carried out predominantly by static quenching rather than dynamic quenching, because their F_(0)/F values decreased as the temperature increased in a given concentration of a quencher. However, dynamic quenching also contributed to the quenching process because most of the τ_(0)/τ values in the Stern-Volmer plots were greater than 1. The increment of the values as the concentration of quencher increased indicates the collision frequency between electronically excited quinolone antibiotics and divalent transition metal ions. Especially, dynamic quenching was the most significant quenching process in OFL, even though the quenching process occurred primarily by static quenching. Cu^(2+) ion was the most effective quencher among the quenchers examined above because the slopes in the plot of τ_(0)/τ values of OFL containing Cu^(2+) ion had the largest values. The steep slope reveals that the contribution of dynamic quenching is gradually increased. However, these containing Mn^(2+) ion had the smallest value. This tendency of OFL in the Stern-Volmer plot was so similar to NOR. For FLU, the slopes in the plot of the τ_(0)/τ values of FLU as the temperature changed were small compared with OFL and NOR. This reason could be explained by less formation of ionic species because FLU has no piperazinyl group. Among the used quenchers, Cu^(2+) was the most effective quencher for fluorinated quinolone antibiotics in aqueous solution because the difference of F_(0)/F values between at 0 ℃ and 60 ℃ in a given concentration was the largest among the quenchers. On the other hand, Mn^(2+) ion was found to be the worst quencher.

Japan-Korea reapprochement : a study in political, cultural and economic cooperation in the 1980's

Oh UMI 1990 국내박사

Communication-Aware Multi-Target Tracking Guidance for Cooperative UAVs with Gimbaled Vision Sensors in Urban Environments

Jinwoo Oh Ulsan National Institute of Science and Technology 2021 국내석사

This paper proposes the unified cooperative multi-target tracking algorithm, which considers the sensing range and communication in an urban environment. The objective function of the proposed algorithm is composed of two terms. The first-term is formulated by using FIM. Since Fisher information matrix can be utilized to quantify the information gathered by the sensors, we can formulate an objective function that reflects the constraints like the sensor field of view(FOV). Also, by reflecting parameters related to communication, communication with the ground station can be considered. However, if the target is outside the sensing range or occluded by the building continuously, UAVs cannot capture this target in the prediction step of receding horizon method when the first-term is used only. To solve this problem, the second-term, which is made up of relative distance between targets and UAVs, is proposed. In this situation, the uncertainty increases because the target information cannot be obtained. As the uncertainty increases, the increasing weight is multiplied by the second-term to generate a path to reduce the distance to this target. If the distance to the target is within the sensing range by using this term, the target can be tracked again by using the first-term because the uncertainty decreases by the sensing. The main contributions of this thesis are as follows. First, UAVs can create a path and a gimbal command to get useful information by considering the limited sensing capability. Second, by considering communication, the communication stability has been improved and the amount of information in the ground station has been increased. Lastly, in the prediction step of the receding horizon method, the target can be tracked even when information about the target is not gathered.