Crafting green electronics : exploring transition metal-halides as lead-free perovskite derivatives

Dutta, Subhajit Sungkyunkwan University 2025 국내박사

Semiconductors have revolutionized modern device technology, serving as the cornerstone of advancements in electronics and optoelectronics. From the inception of the transistor to the proliferation of highly efficient and compact integrated circuits, these devices have continually reshaped industries ranging from communication to healthcare. Among the myriads of semiconductor technologies, light-emitting diodes (LEDs), photodetectors, and memristors have emerged as pivotal components driving innovation in energy-efficient lighting, sensing, and next-generation memory devices. The demand for superior performance, reduced costs, and environmental sustainability has further propelled research into advanced materials and device architectures. Lead-halide perovskite turned out to be a key player in this ongoing evolution of semiconductor devices. These materials have garnered significant attention due to their versatility in optoelectronic properties that has unlocked new possibilities for diverse applications, ranging from high-efficiency LEDs and broadband photodetectors to resistive switching devices like memristors. Despite of huge success in research level, the toxicity and stability of lead-based perovskites has put a big question mark on the commercialization of those perovskite-based devices. The research has now diversified over the search of new environment-friendly elements that not only fit into the perovskite lattice but also mimic their superior opto-electronic properties. In that aspect, the transition elements and rare-earth elements appeared as suitable alternatives. This thesis explores the advancements in semiconductor devices, focusing on the transformative impact of lead-free perovskite materials on LEDs, photodetectors, and memristors. By delving into their unique material properties, fabrication techniques, and emerging applications, this work aims to provide a comprehensive understanding of how perovskite derivatives are reshaping the landscape of semiconductor devices and paving the way for future innovations. Here, I have adapted two first row transition elements (manganese (Mn), copper (Cu)) and a rare-earth element (cerium (Ce)) as a suitable alternative to replace toxic lead in the perovskite motif by employing sustainable synthesis methods and strategic material engineering with exceptional properties for LEDs, ultraviolet (UV) photodetectors, and resistive switching (RS) memory devices. First, manganese halide perovskites were synthesized via a water-based, eco-friendly approach, achieving tunable green and red emissions with high photoluminescence quantum yield (PLQY). The pure emission from these perovskite derivatives were achieved by engineering the crystal field using a stabilizer. Further research focused on the stability of this Mn-based perovskite by doping with cerium (Ce) element. A Ce-doped Cs₃MnBr₅ material exhibit violet emissions with high environmental stability and a PL lifetime. These materials were employed in UV photodetectors, achieving impressive responsivity and detectivity, as well as in UV-pumped LEDs with stable electroluminescence (EL). Additionally, a lead-free wide-bandgap perovskite, Cs₃CeBr₆, was synthesized, showcasing dual violet emissions with a short excited-state lifetime. This material was utilized to fabricate pure violet electrically LEDs, achieving color-stable emission and promising chromaticity coordinates for violet lighting applications. Finally, a novel iodine-enriched Cs-Cu-I perovskite was developed for resistive switching memory applications. A modified memristor device based on this material exhibited excellent RS behavior at a low operating voltage, with high on/off ratios, long retention times, and ultra-low power consumption. The device demonstrated neuromorphic capabilities, including spike-rate-dependent plasticity and transitions between short- and long-term memory states, validating the Atkinson and Shiffrin psychological model for brain-inspired memory. This research underscores the versatility of lead-free perovskites as sustainable and high-performance materials, paving the way for their adoption in advanced optoelectronic and neuromorphic technologies while addressing critical environmental and technological challenges. 반도체는 현대 장치 기술에 혁명을 일으켜 전자 및 광전자 분야의 발전의 초석 역할을 한다. 트랜지스터의 발명에서 고효율 소형 집적 회로의 확산에 이르기까지, 이러한 기술은 통신에서 의료까지 다양한 산업을 지속적으로 재편하고 있다. 여러 반도체 기술 중 발광 다이오드(LED), 광 검출기 및 멤리스터는 에너지 효율적인 조명, 감지, 차세대 메모리 장치 혁신의 핵심 구성 요소로 자리 잡고 있다. 높은 성능, 비용 절감, 환경적 지속 가능성에 대한 요구는 고급 소재와 장치 아키텍처 연구를 촉진하고 있다. 납 할로겐화물 페로브스카이트는 반도체 장치의 진화에서 핵심적인 역할을 하는 소재로, 뛰어난 광전자적 특성 덕분에 많은 주목을 받고 있다. 이 소재는 고효율 LED와 광대역 광 검출기에서부터 멤리스터와 같은 저항성 스위칭 장치까지 다양한 응용 분야에 새로운 가능성을 제시한다. 연구 수준에서 큰 성과를 거두었지만, 납 기반 페로브스카이트의 독성과 안정성 문제는 이 장치의 상용화를 어렵게 만드는 주요 요인이다. 이에 따라, 연구는 페로브스카이트 구조에 적합하며 우수한 광전자적 특성을 모방할 수 있는 환경 친화적 원소를 찾는 방향으로 확장되고 있다. 이러한 맥락에서 전이 원소와 희토류 원소는 유망한 대안으로 주목받고 있다. 이 논문은 LED, 광 검출기 및 멤리스터에 대한 무연 페로브스카이트 재료의 혁신적 영향을 조명하며, 반도체 장치 발전을 탐구한다. 이 연구는 독특한 재료 특성, 제조 기술 및 새로운 응용 분야를 탐구하여 페로브스카이트 파생물이 반도체 장치의 지형을 어떻게 재편하고 미래 혁신의 길을 닦고 있는지를 포괄적으로 이해하는 데 중점을 둔다. 여기에서는 지속 가능한 합성 방법과 LED, 자외선(UV) 광 검출기 및 저항 스위칭(RS) 메모리 장치에 대한 뛰어난 특성을 가진 전략적 재료 엔지니어링을 통해 페로브스카이트 모티프의 독성 납을 대체할 수 있는 대안으로 두 개의 첫 번째 행 전이 원소(망간(Mn), 구리(Cu))와 희토류 원소(세륨(Ce))를 활용을 제시한다. 우선, 망간 할라이드 페로브스카이트는 물 기반의 친환경적 접근 방식을 통해 합성되어 높은 광발광 양자 수율(PLQY)로 조정 가능한 녹색 및 적색 방출을 구현했다. 이러한 페로브스카이트 유도체의 순수한 방출은 안정제를 사용하여 결정장을 엔지니어링하였다. 추가 연구는 세륨(Ce) 원소로 도핑하여 이 Mn 기반 페로브스카이트의 안정성이 향상되었다. Ce 도핑된 Cs₃MnBr₅ 재료는 높은 환경 안정성과 PL 수명을 가진 보라색 방출을 나타내게 된다. 이 소재는 UV 광 검출기에 사용되어 인상적인 반응성과 검출성을 달성하며, 안정적인 전기 발광(EL)을 갖춘 UV 펌핑 LED에도 활용되게 된다. 또한, 납이 없는 와이드 밴드갭 페로브스카이트인 Cs₃CeBr₆가 합성되어 짧은 여기 상태 수명을 가진 이중 보라색 방출을 보이게 된다. 이 소재는 순수 보라색 전기 LED를 제조하는 데 사용되어 색상이 안정된 방출과 보라색 조명 응용 분야에 유망한 색도 좌표를 달성하게 된다. 마지막으로, 저항성 스위칭 메모리 응용 분야를 위해 새로운 요오드가 풍부한 Cs-Cu-I 페로브스카이트가 개발되었다. 이 소재를 기반으로 한 변형된 메모리스터 소자는 낮은 작동 전압에서 뛰어난 RS 동작을 보이며, 높은 온/오프 비율, 긴 보유 시간 및 매우 낮은 전력 소비를 보인다. 이 소자는 스파이크 속도 의존적 가소성과 단기 및 장기 기억 상태 간의 전환을 포함한 신경형 기능을 통해 뇌에서 영감을 받은 기억에 대한 Atkinson 및 Shiffrin 심리적 모델을 기반으로 검증되었다. 이 연구는 납 없는 페로브스카이트가 지속 가능하고 고성능 소재로서 다양한 용도로 활용될 수 있음을 강조하며, 주요 환경적, 기술적 과제를 해결하면서 첨단 광전자 및 신경형 기술로의 도입 가능성을 제사한다.

Designing the present : The Cole Circle, and the architecture of (an) imperial bureaucracy, 1851--1901 (Great Britain)

Dutta, Arindam Princeton University 2001 해외박사

Development of 3D Bioprinted Immunomodulatory Soft Hydrogels for Tissue Regeneration

Dutta, Sayan Deb 강원대학교 대학원 2023 국내박사

본 논문에서는 단핵구/대식세포의 운명을 항염증 표현형으로 조작하기 위해 다양한 토폴로지, 화학적 조성 및 생체 활성 모이어티(나노필러)를 사용하여 3D 생체 인쇄 면역조절 소프트 스캐폴드를 제작하였다. 각 챕터에서 제작된 3D 스캐폴드는 뛰어난 생체 활성을 보였고 뼈와 피부 조직 재생을 위해 M2 표현형 단핵구/대식세포 분극화를 강화하였다. 또한, 뛰어난 기계적 특성을 가진 다양한 나노복합체 바이오잉크의 3D 바이오프린팅을 성공적으로 인쇄하였다. 셀룰로오스 나노결정과 셀룰로오스 나노입자 첨가로 제조된 바이오잉크 맞춤형 표면 특성은 팽윤 효율을 향상시켰을 뿐만 아니라 우수한 전단담화 (shear thinning) 및 전단농화(shear thickening)특성을 나타내어 3D 바이오프린팅에 이상적으로 출력되었다. 알지네이트와 젤라틴의 첨가는 배양된 중간엽줄기세포 (hBMSCs)에 더 큰 접착력, 산소 투과성 및 영양분 교환을 선호하는 동적 반내부 침투 폴리머 네트워크(semi-IPN)를 제공하였다. 키토산 매트릭스에 피부 피브로인을 첨가하면 다양한 표면(CD163) 및 세포학적(iNOS 또는 NOS2) 마커를 발현하여 인쇄 가능성이 향상되고 대식세포 부착 및 M2 분극화가 촉진하였다. 바이오프린팅된 다당류/단백질 하이드로겔 또한 염증 없이 강력한 생체 내 조직 재생 능력을 보여주었다. 중간엽 줄기세포 증분화 및 촉진을 위해 폴리피롤/젤라틴 메타크릴로일을 사용하는 금속 촉매 전기 전도성 하이드로겔 플랫폼을 제작하였고, 전기 자극 시 골 형성 동안 더 높은 증식, 분화 및 전사체 변화를 나타내었다. 또한, M2-분극 대식세포의 세포외 소포(엑소좀)가 d-ECM 기반 바이오프린팅 구조물에서 혈관신생 및 섬유아세포 증식을 개선함으로써 피부 재생을 가속화한다는 것을 보여주었다. 따라서, 강화된 항골육종 요법으로 내인성(뼈) 및 외인성(피부) 조직 재생을 가속할 수 있도록 폴리페놀성 CQD/젤라틴 메타크릴로일을 사용하여 새로운 '다기능' 3D 생체 인쇄 면역 조절 플랫폼의 제조 또한 보고하였다. 각 논문 실험은 최소 세 번 수행되었으며 데이터는 광범위한 문헌 검토에 비추어 적절한 정당성과 함께 제시되었다. 본 논문에 제시된 데이터는 재현성과 신뢰성이 높아 임상적으로 적절한 임플란트를 만드는 데 도움이 될 수 있을것으로 사료된다. 본 연구결과는 인쇄 가능성, 생분해성, 생체 적합성 및 면역 유발 특성에 대한 정밀한 제어가 부족한 3D 바이오프린팅의 기존 장벽을 능가하는 데 도움이 될것으로 사료된다.이미 보고된 선행연구에 따르면 기존의 3D 프린팅 하이드로겔은 2D 배양에 적합하고 실제 생체 내 미세 환경이 부족한 스캐폴드 형태로만 사용할 수 있었다. 본 연구에서 시도된 바이오잉크는 기술 및 실험적 관점에서 맞춤형 표면 기능을 갖춘 하이드로겔 및 스캐폴드 형태 및 물리화학적 모두에서 안정적인 인쇄 가능한 바이오잉크 개발을 입증하였다. 제작된 바이오잉크는 바이오프린팅에 적합할 뿐만 아니라 조직 재생을 촉진하기 위한 약물 및 성장 인자와 같은 치료 분자의 전달에도 유리하였다. 마지막으로, 본 논문에서 제시된 결과는 생체 내 조직 치유 및 재생, 특히 환자별 치료 및 약물 스크리닝을 위한 차세대 이식형 플랫폼 개발에 도움이 될 것으로 사료된다. 이 논문에서 단핵구/대식세포에서 면역 조절을 촉진하기 위한 맞춤형 물리화학적 특성을 가진 6가지 다른 바이오잉크 제작을 시연하였다. 바이오잉크는 뼈와 피부 재생을 위한 다양한 생체모방 모델을 구성하기 위해 직접잉크쓰기(DIW, Direct Ink Writing) 3D프린팅 및 디지털광처리(DLP, Digital Light Processing) 기반 3D 프린팅에 활용되었다. 흥미롭게도, 바이오잉크는 다양한 수학적 모델을 통해 예측된 바와 같이 전단담화 및 주사 가능한 특성이 매우 높았다. 본 연구에서는 인간 골 중간엽 줄기 세포(hBMSCs), 인간 피부 세포(hDFs 및 hKCs), 쥐 대식세포 및 골격근세포(Raw 264.7 및 C2C12), 인간 골육종 세포(MG-63) 및 인간 내피 세포(hECs)를 사용하여 시험관 내 뼈 및 피부 유사체를 제작하였고, 결과로는 세포의 증식 및 분화 가능성이 스캐폴드 토폴로지, 표면 작용기, 생체 활성 성분(나노입자/성장 인자/엑소좀), 하이드로겔의 다공성 및 생물물리학적 자극 존재에 의해 크게 영향을 받는다는 것을 입증하였다. 또한 3D 바이오프린팅된 스캐폴드는 각각 칼바리아 (calvaria critical) 결함 모델과 전체 두께 피부 손상 모델의 생체 내 시스템에서 우수한 생체조직재생을 유도하는 것으로 나타내었다. 앞에서 언급한바와 같이, 본 논문에서는 세포 캡슐화 및 3D 바이오 프린팅을 위한 일련의 생체 적합성 잉크를 개발하였으며, 바이오잉크 특성은 나노로드 또는 나노입자, 금속 이온, 단백질/펩티드의 도입, 표면 토폴로지(예: 다공성, 거칠기 또는 화학적 조성)와 같은 다양한 전략을 사용하여 단핵구/대식세포에서 특정 면역 조절 기능을 유도하였다. 뼈와 피부 조직 재생을 위해 논문 구성중 Part 1은 향상된 골 면역 조절 특성을 가진 새로운 바이오잉크 개발에 중점을 두었고 이를 바탕으로 인간 중간엽 줄기세의 증식, 분화 및 개선된 골유착 및 생체 내 뼈 재생을 위한 대식세포 보조 골 면역 조절에 미치는 영향을 조사하였다. Part II에서는 탄소 기반 물질과 탈세포화된 세포외 기질(d-ECM)에서 파생된 새로운 바이오잉크 제작을 통해 인간 진피 섬유아세포로부터 피부재생 증분화효과에 미치는 영향 및 면역 조절 반응을 분석하였다. 특히, 이미징 유도 조직 재생(비침습적 바이오프린팅)을 위한 초고휘도 형광 특성을 가진 바이오잉크 제작과 면역 분극화된 엑소좀/d-ECM/콜라겐으로 구성된 새로운 바이오잉크를 제작하여 피부조직 재생효과를 유도하였다. 마지막 Part III에서는 약물의 지속적인 전달을 통한 외인성(피부) 및 내인성(뼈) 조직 치유 및 항감염을 위한 차세대 '다기능' 바이오프린팅 플랫폼 개발에 중점을 두었으며 젤라틴 메타크릴레이트와 폴리페놀 탄소 양자점(CQD)으로 구성된 나노하이브리드 바이오잉크는 M2(상처치유와 항염) 대식세포 분극화와 강력한 조직재생이 향상되는 결과를 보였다. 또한, CQD으로 구성된 나노하이브리드 바이오잉크의 근적외선 조사시, 골육종 세포의 생리학적 미세 환경인 pH 6.5에서 약물(독소루비신 및 파클리탁셀)의 지속 방출이 제어될 수 있음을 확인하였다. 그 결과, 본 연구에서 제작된 바이오잉크는 뼈 및 피부 세포와 생체적합성이 우수하고 생체 내 독성이 낮으며, 면역조절 효과가 뛰어남을 확인하였다. 본 연구논문에서는 바이오프린팅의 물리화학적 구조와 생물학적 기능 관계의 Cross-Talk 측면에서 보고하였으며, 향후 연구는 직접 뼈/피부 등의 바이오 프린팅을 위한 골 면역 조절, 물리적 신호 및 인쇄 가능성 최적화의 신호 경로에 대한 심층 연구에 주로 초점을 맞추고자 한다. The discovery of three-dimensional (3D) printing has revolutionized the global industry regarding public and media processes. Owing to the increasing demand for microscale surgical tools, the transplantation procedure nowadays is augmented through sophisticated robotic devices fabricated through additive manufacturing (AM) technology. 3D bioprinting is a groundbreaking AM technology enabling direct manipulation of cells with biocompatible hydrogels (bioink) for rapid prototyping of tissues/organs. Although 3D bioprinting holds tremendous promise in future regenerative medicine; however, effective strategies, such as the selection of suitable cell sources and lack of optimized bioink, are currently hindering the clinical application of 3D bioprinting in the operation table. The choice of proper cells (e.g., patent-specific stem cells), their culture procedure, and printing conditions are yet to be optimized before successful application. The patient-specific cells have different genetic makeup and thus exhibit variations in phenotypic features, such as cell migration, metabolism, and oncogenic potential. Moreover, the patient-derived cancerous cells should be handled with proper care during 3D bioprinting. Irrespective of cellular homogeneity, choosing suitable bioinks and crosslinking agents with less immunogenicity and toxicity is highly desirable for bioprinting applications. Most fabricated bioinks exhibited superior biocompatibility with high immunotoxicity and lacked tracking ability when implanted in vivo. Therefore, future 3D bioprinting requires a regulatory strategy over bioink development with special emphasis on toxicity and immunogenicity. In this dissertation, we developed a series of biocompatible inks for cell encapsulation and 3D bioprinting application. The bioink property was tailored using various strategies, such as grafting of nanorods or nanoparticles, metal ions, the introduction of protein/peptides, and manipulation of surface topology (e.g., porosity, roughness, or chemical composition) to elicit specific immunomodulatory functions in monocyte/macrophage towards bone and skin tissue regeneration. The Part I of my dissertation focuses on developing novel bioinks with enhanced osteo-immunomodulatory properties. For this, I have prepared three different bioinks to study their effect on in vitro human bone mesenchymal stem cells (hBMSCs) proliferation, differentiation, and macrophage-assisted osteo-immunomodulation for better osseointegration and in vivo bone regeneration. The Part II of my dissertation focuses on developing novel bioinks derived from carbon-based materials and decellularized extracellular matrix (d-ECM) and its immunomodulatory effects on human dermal fibroblast (hDF) cells. The underlying concept of this work relies on developing a facile bioink with ultra-bright fluorescent properties for imaging-guided tissue regeneration (non-invasive tracking) and a novel bioink composed of immunopolarized exosome/d-ECM/collagen to study skin regeneration. Part III focused on the development of a next-generation 'multifunctional' bioprinting platform for exogenous (skin) and endogenous (bone) tissue healing and anti-infective therapy through continuous delivery of drugs. Nanohybrid bioinks composed of gelatin methacrylate and polyphenolic carbon quantum dots (CQDs) were engineered to enhance macrophage polarization towards the M2 (anti-inflammatory) axis and robust tissue (skin and bone) regeneration. Considering the (NIR) reactivity of CQDs, it was confirmed that the sustained release of drugs (doxorubicin and paclitaxel) could be controlled at pH 6.5, a physiological microenvironment of osteosarcoma cells, upon near-infrared irradiation. As a result, it was confirmed that the bio-ink produced in this study has excellent biocompatibility with bone and skin cells, low toxicity in vivo, and excellent immunomodulatory effect. In summary, we anticipate that the fabricated bioinks are friendly to bone and skin cells, exhibit less in vivo toxicity, show unprecedented immunomodulatory effects, and accelerate tissue regeneration without complex surgical procedures.

New Physical models and design approaches for gate turn-off thyristors

Dutta, Ranadeep UMI 1991 국내박사

Washing-free electrochemical immunosensors and dependence of electrocatalytic activities on pretreatments and aging

Gorachand Dutta 부산대학교 대학원 2015 국내박사

This thesis deals mainly with two topics which are very important and interesting in modern immunosensors and electrochemistry: (1) Washing-free electrochemical immunosensors using proximity-dependent electron mediation between an enzyme label and an electrode, and (2) dependence of electrocatalytic activities on pretreatments and aging. In the first part, a purely washing-free electrochemical immunosensor is developed that allows fast, sensitive, and single-step detection of prostate-specific antigen in serum with low interference. Sandwich-type immunoassays labeling technology requires laborious washing steps and time consuming multi steps of incubation. It is essential that to simplify the detection procedure and reducing the essay time, the hurdle washing process should be avoided. Nevertheless, less attention has been paid to washing-free heterogeneous labeled assays. Proximity-dependent electron mediation of a redox mediator (ferrocenemethanol (Fc) or Ru(NH3)63+/2+ ) between an indium-tin oxide (ITO) electrode and a enzyme label allows us to discriminate between a bound and an unbound label: a bound label offers faster electron mediation than an unbound one. The electrooxidation of Fc at a low applied potential (0.13 V vs Ag/AgCl) and a low electrocatalytic ITO electrode and the oxidation of L-ascorbic acid by L-ascorbate oxidase minimize the effect of the interfering species. The washing-free immunosensor using Fc as redox mediator and GOx as an enzyme label can detect a concentration of ca. 1 pg/mL for mouse IgG in phosphate-buffered saline and a concentration of ca. 10 pg/mL for prostate-specific antigen spiked in female serum after an incubation period of 10 min. A high concentration of glucose (200 mM) facilitates to obtain little dependence of the signal and background levels on the glucose-concentration variation in sample. The concentrations measured with actual clinical serum samples are in good agreement with the concentrations measured with a commercial instrument, which renders the washing-free heterogeneous immunosensor appealing for practical use. However, the use of the high concentration of enzyme substrate is not practically appealing. Moreover, reactive dissolved O2 along with electron mediator participates competitively in glucose oxidation by glucose oxidase, which could cause lower electron-mediation current and less reproducible data. . To minimize this interference, a washing-free electrochemical immunosensor using flavin adenine dinucleotide (FAD)-dependent glycerol-3-phosphate dehydrogenase (GPDH) and glycerol-3-phosphate (GP) as an enzyme label and its substrate, respectively, have been developed because the reaction of FAD-dependent dehydrogenases with dissolved O2 is slow and the level of GP preexisting in blood is low (<0.1 mM). A combination of low electrocatalytic indiumtin oxide (ITO) electrode and fast electron-mediating Ru(NH3)63+ are employed to obtain a high signal-to-background ratio via proximity-dependent electron mediation of Ru(NH3)63+ between ITO electrode and GPDH label. Electrochemical oxidation of GPDH-generated Ru(NH3)62+ is performed at 0.05 V vs Ag/AgCl where electrochemical interference is very low. When a washing-free immunosensor is applied to cardiac troponin I detection in human serum, the calculated detection limit is ca. 10 pg/mL, indicating that the immunosensor is very sensitive in spite of washing-free detection using a short detection period (10 min for incubation and 100 s for electrochemical measurement). The low-interference washing-free electrochemical immunosensor is promising for fast and simple point-of-care testing. In the second part, some simple and most reliable methods are developed for tuning the heterogeneous electron transfer rate of gold and platinum electrodes: (i) The effect of Fenton’s reagent on gold nanoparticles (AuNPs) is investigated using indium tin oxide electrodes modified with electrodeposited AuNPs. The size of AuNPs and their total surface area do not change appreciably during treatment of the electrodes with Fenton’s reagent, but the electrocatalytic activities of AuNPs for hydroquinone electrooxidation (and H2O2 electrooxidation) decrease with an increase of the treatment period. This decrease is much more rapid than that occurring when AuNPs age in air, but it is slower than that occurring when bulk Au electrodes are treated with Fenton’s reagent. (ii) How the electrocatalytic activities of gold (Au) electrodes change with aging under ambient conditions is investigated. The enhanced electrocatalytic activities of Au electrodes observed after piranha treatment, mechanical polishing, or NaBH4 treatment decrease with aging. The enhanced electrocatalytic activities toward p-benzoquinone reduction and glucose oxidation decrease 7 days after the treatments, even though the change in surface contamination during aging is not significant. The surface roughness of the Au electrodes is maintained during the NaBH4 treatment, whereas it changes substantially during the piranha treatment and mechanical polishing. (iii) Pretreatment methods of long-aged Pt electrodes are also investigated to achieve increased and reproducible electrocatalytic activities prior to electroanalytical measurement. However, many pretreatment methods can cause severe surface damage. Moreover, the degree and time dependence of the increased activities have rarely been investigated systematically. We report a new pretreatment method (NaBH4 treatment) of long-aged Pt electrodes and compare four pretreatment methods (NaBH4 treatment, mechanical polishing, cathodic treatment, and anodic treatment) in terms of the degree and time dependence of the electrocatalytic activities toward oxygen reduction reaction. NaBH4 treatment allows increased electrocatalytic activities comparable to those obtained after other pretreatments, without a surface damage. The high electrocatalytic activities of pretreated Pt electrodes decrease with aging in ambient air and in solution (0.1 M HClO4); the activities decrease at a higher rate in air than in solution. The decrease of the electrocatalytic activities of Pt electrodes with aging is due to the increase of surface contamination.

마우스 간에서의 퍼록시좀의 유전자 조절에 관한 연구

Raghbendra Kumar Dutta 원광대학교 일반대학원 2014 국내석사

퍼록시좀은 세포내 소기관으로써 지방산 분해, 활성산소의 조절, 담즘산 생성등의 중요한 역할을 담당하고 있다. 퍼록시좀의 기능에 문제가 생기면 다양한 유전병이 발생하는 것으로 알려져 많은 연구를 필요로 하고 있다. 본 연구에서는 쥐의 간에서 식이조절과 페록시좀의 기능을 활성화시키는 물질인 fenofibrate를 처리하였을 때 간의 기능이 어떻게 변화하는지를 알아보았고, 퍼록시좀과 미토콘드리아의 지방산 분해유전자가 어떻게 발현되고 조절되는지를 관찰하였다. 쥐를 24 시간 굶긴 후 고지방식이를 먹이면 간세포에 손상이 생기고 세포사멸이 증가하는 것을 관찰하였으며, 중성지방인 triglyceride의 축적을 확인할 수 있었다. 그리고 이러한 중성지방의 증가는 염증작용의 주요 기작인 NF-κB를 활성화시키고 이의 타겟 유전자인 TNF-α, IL-1β, COX2, NOS2등의 발현을 증가시켰다. 이에 반해 24 시간 굶긴 후 고지방식이를 먹임과 동시에 fenofibrate를 함께 처리하면 이러한 비정상적인 식이에 의해 나타나는 간 세포의 손상과 중성지방의 축적, 그리고 염증반응의 감소를 확인할 수 있었다. 이는 fenofibrate의 처리에 의해 퍼록시좀과 미토콘드리아에 존재하는 지방산 분해에 관여하는 유전자인 ACOX1, DBP, EHHADH, PEX11α, CPT1B, MCAD의 발현이 증가하여 고지방식이에 의해 증가되는 지방산을 효과적으로 분해함으로써 지방산과 중성지방의 축적에 의해 기인하는 간세포의 이상을 억제시키는 것으로 사료된다. 이러한 결과를 통해 비정상적인 식이, 즉 24시간의 공복 후 고지방을 섭취함은 지방의 축적으로 인해 간세포의 손상을 일어나도 이러한 손상은 퍼록시좀 기능 강화물질인 fenofibrate에 의해 억제할 수 있음을 확인하였다. Fenofibrate, a peroxisome proliferator-activated receptor α (PPARα) agonist, is an anti-hyperlipidemic agent that has been widely used in the treatment of dyslipidemia. In this study, we examined the effect of fenofibrate on liver damage caused by refeeding high fat diet (HFD) in mice after 24 h fasting. Here, we showed that refeeding HFD after fasting causes liver damage in mice determined by liver morphology and liver cell death. A detailed analysis revealed that hepatic lipid droplet formation is enhanced and triglyceride level in liver were increased by refeeding HFD after starvation for 24 h. Also, NF-κB is activated and consequently induces the expression of inflammatory enzymes such as TNF-α, IL1-β, COX-2, and NOS2. Inflammatory enzymes induction cause the increment of apoptotic cell in mice liver. However, treating fenofibrate attenuates the liver damage and triglyceride accumulation caused by the fast-refeeding HFD process. Fenofibrate reduces the expression of NF-κB target genes and also lessen the apoptotic cell in mice liver but fenofibrate induces the gene for peroxisomal fatty acid oxidation, peroxisome biogenesis and mitochondrial fatty acid oxidation. This result strongly suggests that the treatment of fenofibrate ameliorates the liver damage induced by fasting-refeeding HFD, possibly through the activation of fatty acid oxidation.

Some Effective Problems in Algebraic Geometry and Their Applications

Dutta, Yajnaseni Northwestern University ProQuest Dissertations & T 2019 해외박사(DDOD)

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In this thesis, we study pushforwards of canonical and log-pluricanonical bundles on projective log canonical pairs over the complex numbers. We partially answer a Fujita-type conjecture proposed by Popa and Schnell in the log canonical setting. Built on Kawamata's result for morphisms that are smooth outside a simple normal crossing divisor, we show a global generation result for morphisms that are log-smooth with respect to a reduced snc pair outside such divisors. Furthermore, we partially generalize this result to arbitrary log canonical pairs and obtain generic effective global generation. In the pluricanonical setting, we show two different effective statements. First, when the morphism surjects onto a projective variety, we show a quadratic bound for generic generation for twists by big and nef line bundles. Second, when the morphism is fibred over a smooth projective variety, we give a linear bound for twists by ample line bundles. In each context we give descriptions of the loci over which these global generations hold. These results in particular give effective nonvanishing statements. As an application, we prove an effective weak positivity statement for log-pluricanonical bundles in this setting, with a description of the loci where this positivity is valid. We discuss its most remarkable application by presenting a proof of a case of the Iitaka conjecture for subadditivity of log Kodaira dimensions. Finally, using the description of the positivity loci, we show an effective vanishing theorem for pushforwards of certain log-pluricanonical bundles under smooth morphisms.

Decision-makers' Conceptualization and Fostering of Community Engagement for Improved Adoption and Uptake of Existing and Emerging Vaccines in India

Dutta, Tapati ProQuest Dissertations & Theses Indiana University 2019 해외박사(DDOD)

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India has introduced several vaccines and intensified decentralized vaccine delivery during the Decade of Vaccines (2010-2020). Alongside, there is high-level consensus that community engagement (CE) improves vaccination uptake and reduces burden of vaccine-preventable diseases. Despite progresses, existing evidence showcase lack of appropriate CE resulting in communities' resistance and backlashes leading to lower vaccination uptake. In addition, there is no evidence regarding 'what' vaccine decision-makers think regarding CE, and 'if' communities are engaged beyond individual decisions to vaccinate themselves and their children. This is problematic, because assuming a shared understanding of CE will only lead to erroneous assumptions about its value, or lack thereof. This study uses three-stage concurrent and sequential qualitative methods to examine decision-makers' conceptualization of CE, and barriers and enablers to implement CE during the Decade of Vaccines. Twenty-five elite interviews among national-level vaccine decision-makers was triangulated with content analysis of 24 vaccine policy documents and researcher field notes. Participant follow-up meetings was convened from December 2018 to January 2019. Findings were reported using Social Ecological Model (SEM).Decision-makers conceptualized communities variously: vaccine-eligible children, their parents, local-level vaccination influencers like health-workers, religious leaders, NGOs and CBOs. The study identified broad spectrum of CE, expanding from the utilitarian-empowerment dichotomy. CE evolution ranged from house-to-house polio delivery to tailored interventions and information dissemination for vaccination among vaccine-eligible and resistant communities. CE barriers exceeded enablers at all SEM levels. Policy-level enablers included political-will promoting social mobilization, whereas lack of a CE strategy was barrier. At organizational-level, cascade training of health-workers was considered a facilitator, whereas intrinsic power-relations within communities, and paternalistic attitude of authorities with communities were inhibitors. Partnerships with local organizations though acknowledged, their lack of institutionalization was a CE barrier at the organizational-level. At interpersonal-level, social-behavioral change communication and social-media messaging influenced communities' vaccination decisions. However, impromptu rumor management tactics and lack of strategies to replicate CE best practices hindered engagement. Participants recommended developing operational definition of CE in the vaccine arena.Future studies should codify CE and its process-indicators in policy documents. Studies should map CE within intersectionalities to tailor strategies such that efficacious vaccines become effective vaccinations among communities.

Role of Maternal Microchimerism in Inducing Regulatory T cells in Solid Organ Transplantation

Dutta, Partha The University of Wisconsin - Madison 2010 해외박사(DDOD)

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Heterogeneity in non-inherited maternal antigen (NIMA) effect likely reflects differences in the relative levels of NIMA-specific T regulatory (TR) vs. T effector cells (TE). We hypothesized that maintenance of NIMA-specific TR in the adult requires continuous exposure to maternal cells and antigens, e.g. maternal microchimerism (MMc). MMc was detected in 100% of neonates and majority (61%) of adults; nursing by a NIMA+ mother was essential for preserying MMc into adulthood and maintaining favorable TR >TE.balance. MMc was most prevalent in heart, lungs, liver and blood, but was rarely detected in unfractionated lymphoid tissues. However, MMc was detectable in isolated CD4+, CD11b+ and CD11c+ cell subsets of spleen. The presence of wide-spread MMc in the adult offspring was indicative of maternal stem cell transfer through the placenta during pregnancy and orally during nursing. This concept was supported by finding maternally derived lineage neg c-kit+ hematopoetic stem cells, and mesenchymal stem cells (c-kitneg lineageneg and Sca-1 + plate-adherent cells) in the bone marrow, and cardiac stem cells in the adult NIMA-exposed offspring. Suppression of delayed type hypersensitivity (DTH) and inhibition of in vivo lymphoproliferation to BDF1 (maternal-type) antigens were strongly correlated with MMc levels, suggesting a link between TR and maternal cell engraftment. The relative levels of T R vs. TE cells in the offspring accurately predicted outcome of a subsequent NIMA-containing heart allograft. In offspring lacking a favorable TR >TE balance, rejection of a DBA/2 heart allograft could be prevented by the transfer of CD4+ CD25+ TR from tolerant donors.

An Ethnographic Case Study of Contemporary Bengali Students' 'Adda' (Hang-Out) in One University in Kolkata: Alternative Pathways to Learning, or a Complete Waste of Time?

Dutta, Ritam The Pennsylvania State University ProQuest Dissert 2019 해외박사(DDOD)

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