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복합재료역학을 이용한 콜라겐 단백질 마이크로피브릴의 탄성율 예측 개선
윤영준,배철수,Yoon, Young-June,Bae, Cheol-Soo 대한의용생체공학회 2010 의공학회지 Vol.31 No.3
The effective Young’s modulus of a microfibril surrounded by water may be simply calculated by using the upper (Voigt) and lower (Reuss) bounds, which is one way to estimate the Young’s modulus in composite materials. The Steered Molecular Dynamics (SMD) has been used for estimating the Young’s modulus of a microfibril surrounded by water. In this paper, the result estimated by the upper (Voigt) and lower (Reuss) bounds shows 9.2% to 21.8% discrepancy from the result estimated by SMD, but introducing “efficiency of reinforcement parameter” removes the discrepancy and shows good agreement with the result estimated by SMD. We found the best fit for the Young’s modulus against the size of the gap between microfibrils. Also the steps using these bounds are much simpler than SMD.
윤원석(Yoon, Won-Sok),윤영준(Yoon, Young-June) 한국정보전자통신기술학회 2011 한국정보전자통신기술학회논문지 Vol.4 No.4
높은 기공성을 갖춘 망상골과 고체의 비율이 높은 피질골의 기계적 성질은 초음파 파동 전파 측정법으로 알 수 있다. 초음파의 속도(SOS)는 bulk wave 방정식과 bar wave 방정식을 통해 산출할 수 있다. Bulk wave는 Biot의 이론에서 빠른 파동과 매우 유사함을 이용해, 본 연구에서 뼈의 이방성을 담은 행렬에 의해 bulk wave 속도가 변하는 여부를 측정하였다. 음파의 속도는 뼈가 횡방적인(transversely isotropy) 특성을 갖을 때보다 등방적인 특성을 갖을 때 0.69% 빠르다. 또한 bar wave 방정식을 사용하여 피질골에 대한 속도를 측정하였다. 전의 논문에 의하면 bar wave 속도는 탄성 계수 텐서 혹은 영의 계수의 함수이고 이와 같은 방법으로 bar wave 속도에 의해 등방성과 이방성을 측정하였다. Mechanical properties of cancellous bone with a high porosity and cortical bone with a high fraction of solid are estimated by the measurement of ultrasonic wave propagation. The speed of sound (SOS) in ultrasonic waves is usually measured by two equations, bulk wave equation and bar wave equation. Bulk wave speed has almost same as the fast wave of Biot's theory. In this study, we examine whether the bulk wave speed is influenced by the anisotropy of bone matrix. The SOS when the bone matrix is isotropy is 0.69% faster than that when the bone matrix is transversely isotropy. We also examine if the use of bar equation is adequate for a cortical bone. In the previous paper, the bar wave speed is a function of Young's modulus or elastic coefficient tensor. In the same manner, the effect of bar wave speed to isotropic and anisotropic bone is estimated.
Young-June Yoon(윤영준),Kang-Hee Cho(조강희),Seog-Young Han(한석영) 한국정보전자통신기술학회 2020 한국정보전자통신기술학회논문지 Vol.13 No.5
타입 1 콜라겐 단백질은 인체 내에서 가장 많이 존재하는 단백질이다. 이 단백질은 점탄성 거동을 보이며 이는 힘줄에서도 찾아볼 수 있다. 분자동역학 시뮬레이션 방법에는 rescaling 방법과 reassignment 방법으로 온도를 조절할 수 있다. rescaling 방법은 온도를 주어진 온도로 책정하는 방법이고, reassignment 방법은 원하는 온도로 맥스웰 분포를 이용하여서 온도를 책정하는 방법이다. 우리는 reassignment 방법에서 콜라겐 단백질의 거동이 시간에 따라서 변화하는 현상을 찾아내었다. 반면에 rescaling 방법에서는 시간에 무관하게 거동하였다. 콜라겐에 다른 속도로 인장을 가하였을 경우, 예를 들어 0.5, 1, 2, 5 Å/ps의 속도로 40 Å까지 힘을 가했을 경우, rescaling 방법에서는 속도에 따른 변화가 거의 없었던 반면, reassignment 방법의 경우 대략 80nm, 100nm, 130nm, 180nm까지 인장이 되었음을 보여준다. 이 현상에 대한 물리학적 의미를 명확하게 규명하지는 못하였지만, 단백질에 관한 시뮬레이션을 실행하는데 있어서 주의를 기울여 수행하여야 한다는 점에서 이 논문의 가치가 있다고 생각한다. Collagen type I is the most abundant protein in the human body. It shows viscoelastic behavior, which is what confers tendons with their viscoelastic properties. There are two different temperature setting methods in molecular dynamics simulations, namely rescaling and reassignment. The rescaling method maintains the temperature by scaling the given temperature, while the reassignment method sets the temperature according to a Maxwell distribution at the target temperature. We observed time-dependent behavior when the reassignment method was applied in tensile simulation, but not when the rescaling method was applied. Time-dependent behavior was observed only when the reassignment method was applied or when one side of the collagen molecule was stretched to a greater extent than the other side. As result, the collagen is elongated to 80nm, 100nm, 130nm, and 180nm, respectively, when the collagen is pulled by different velocities, 0.5, 1, 2, and 5 Å/ps, up to 40 Å. The results do not provide a detailed physical explanation, but the phenomena illustrated in this result are important for caution when further simulations are performed.
임플란트 주위의 골융합(osseointegration) 향상에 관한 조사
윤영준(Yoon, Young-June) 한국정보전자통신기술학회 2012 한국정보전자통신기술학회논문지 Vol.5 No.4
임플란트 삽입 시 뼈의 회복기간은 약 8주에서 12주가 소요되는데, 이 때 임플란트 주위에서 발생하는 뼈의 회복작용 다시 말하여 골융합은 임플란트의 사용에 있어서 매우 중요한 역할을 한다. 이 조사논문에서는 골융합의 촉진작용으로 직접적인 기계적 자극, 초음파에 의한 자극, 레이져에 의한 자극, LED에 의한 자극을 비교 하였으며, 이번 조사를 통해서 자극 방법에 상관없이 의 자극이 가장 이상적임을 찾아내었다. When the implants are inserted, the recovery period of bone matrix is around 8 to 12 weeks. The osseointegration plays an important role in recovery period of bone matrix around the implants. In this study, we surveys how mechanical stimuli, ultrasonic stimuli, laser stimuli, LED stimuli affects the osseointegration. We found that stimuli are ideal for all stimuli.
Influence with Pressure of the Bone Fluid in Inclination of Osteon
Yoon, Young-June(윤영준),Chung, Jae-Pil(정재필) 한국정보전자통신기술학회 2010 한국정보전자통신기술학회논문지 Vol.3 No.4
Cortical bone is composed of an osteon, which is a subunit of the cortical bone. At the center of the osteon, Haversian is located and it consists of blood vessels and nerves. Osteon is known to be inclined 5 to 15 degrees with respect to the long axis of a cortical bone, but the reason why it is inclined is not clear. Using the poroelastic calculation provides the pore pressure varies at the lacunar-canalicular network from -200KPa to 200KPa. This estimation is close to the result shown in the previous literature and it helps further cell culture experiment for elucidating the bone remodeling process.
윤영준(Yoon, Young June),김문환(Kim, Moon-Hwan),배철수(Bae, Cheol-Soo) 한국정보전자통신기술학회 2008 한국정보전자통신기술학회논문지 Vol.1 No.3
뼈가 왜 고주파 미세자극(low amplitude and high frequency)에 반응하는가를 진동의 공명현상(resonance)을 이용하여 접근해 보았다. 예를 들면 30Hz, 정도의 진동이 뼈 내 골수 간질액 (bone fluid)의 흐름을 주관하는 미세관(canaliculus) 내벽에 작용할 경우 빔 형태의 구조물들로 연결되어 있는 골세포돌기 세포막 (osteocytic process membrane)은 공명현상에 의해서 이상으로 증폭된다. 이 결과는 사전조사 형태에 속하며, 향후 (1) 세포실험을 통하여 세포내 신호전달체계변화를 분자생물학적인 방법으로, 그리고 (2) 세포내 골격계에 해당하는 액틴필라멘트의 변화를 공초점 주사 레이져 현미경 (Confocal Laser Scanning Microscope)등의 영상기기의 사용으로 관찰하려고 한다. Bone is a self-assembly material. It is known that the low amplitude and high frequency mechanical stimulus, which is much less amplitude but higher frequency than those induced by the normal activity, can induce new bone formation. The vibrating resonance is employed to elucidate why new bone is formed by this kind of mechanical stimulus. For example, as 30 Hz and mechanical stimulus is applied at the wall of canaliculus (the tiny tube type pathway of bone fluid flow and the diameter of canaliculus is less than 200nm), the osteocytic cell membrane experiences strain due to the vibrating resonance. Two experiments will follow after this pilot study; (1) observing the MAPK pathway of osteocytes by using in-vitro cell culture and (2) visualizing the actin filament network in the osteocytes by using the imaging technique, such as confocal laser scanning microscope.