Analysis of Gangliosides through a Partition Coefficient-Based Regression Model

설종현 충남대학교 분석과학기술대학원 2025 국내석사

국 문 초 록 분배계수 기반의 머무름 시간 회귀모델을 통한 산성 당지질 분석 연구 설 종 현 충남대학교 분석과학기술대학원 분석과학기술학과 기초과학전공 (지도교수 안현주, 공동지도교수 이진환) 산성 당지질은 세포막에 존재하며 특히 뇌의 신경세포에 주로 분포하는 생체분자이다. 최근 연구들을 통해서 뇌 질환에 따른 조성 변화가 보고되면서 잠재적으로 질병 진단 및 치료를 위한 표적 물질로서 주목받고 있다. 하지만 산성 당지질은 친수성의 당과 소수성의 지질로 구성되어 양친매성을 지녀서 분석이 까다롭다. 뿐만 아니라 생합성으로 인한 구조적 다양성과 복잡성을 갖는다. 이러한 산성 당지질의 분석에는 현재 고감도 고분해능의 LC-MS/MS기반의 오믹스 분석법이 널리 활용되고 있으며, 질병 특이적인 변화를 탐구하는 비표적 오믹스 분석은 분석 신호로부터 미식별되는 물질이 없게 하는 것이 중요하다. 하지만 아직까지도 산성 당지질 분석 목적으로 설계된 프로그램 및 데이터베이스가 없기 때문에 미량 성분으로부터 유래된 낮은 분석 신호의 경우 구조적인 해석이 제한되어 식별하지 못하는 분석 결과가 있었다. 여기서 우리는 MS/MS분석을 통해서 산성 당지질의 구조적인 정보를 해석하고, 공통된 구조를 지닌 조건에서 지질의 구조 변화에 따른 머무름 시간 변화의 규칙성을 기반으로 낮은 분석 신호까지도 구조분석이 가능한 회귀분석법에 주목하였다. 우리는 기존 방법에서 더 나아가서 산성 당지질의 구조 분석에 당의 구조 변화에 따른 머무름 시간 변화의 규칙성을 활용하고자 하였다. 이를 실현하기 위해서 물질 전체의 구조적 특성을 반영하며, 역상크로마토그래피에서 머무름 시간과 상관관계에 있다고 알려진 분배계수를 활용하고자 하였다. 따라서, 생물학적 데이터베이스에서 알려진 산성 당지질의 구조적 정보를 기반으로 화학적인 구조를 작성하고 머신러닝 모델을 이용하여 분배계수를 계산하여 화학 구조 기반의 데이터베이스를 구축하였다. 이후 계산된 분배계수가 실제 머무름 시간을 설명할 수 있는지를 확인하기 위해서 단순선형회귀분석을 진행하고, 더빈-왓슨(Durbin-Watson) 검정과 잔차도 분석을 통해서 회귀모델의 오차항의 독립성을 확인하였다. 이어서 분배계수를 활용한 회귀분석과 MS/MS를 이용한 구조 분석을 통해서 구조적 특성 변화에 따른 머무름 시간 변화의 규칙성을 분석하였다. 이후 구조적 변화에 따른 머무름 시간 변화의 규칙성과 MS/MS분석을 통해서 구조적인 정보가 확인된 데이터셋은 회귀모델의 기준점으로 활용하였다. 산성 당지질의 질량값 정보를 기반으로 확인된 조성은 구조적인 정보를 활용해서 분류하고 구조적 특성 변화에 따른 머무름 시간 변화의 규칙성을 활용해서 머무름 시간을 예측하고 이상치를 판별하였다. 또한, 크로마토그래피에서 머무름 시간에 변화를 주는 유속, 이동상 변화 기울기, 이동상 조성의 임의 변경을 통해서 완건성을 평가하고, 실제 쥐 뇌 시료의 산성 당지질 분석에 회귀모델을 이용한 분석을 진행하였다. 결과적으로 계산된 분배계수는 실제 산성 당지질의 머무름 시간을 예측할 수 있었다. 이에 따라서 기존 방법에서는 확인할 수 없었던 당의 구조적 변화에 따른 머무름 시간 변화의 규칙성을 확인할 수 있었다. 이러한 규칙성을 활용하여 상대적으로 미량 조성을 갖는 GT3, GP1 유형의 당을 갖는 산성 당지질을 구조 기반의 회귀분석을 통해서 검출할 수 있었다. 또한 구조 이성질체 관계는 회귀모델에서 특수한 패턴을 나타내었고, 이는 구조 이성질체로 의심되는 물질의 머무름 시간 정보를 제공하였다. 이러한 정보를 활용한 텐덤 질량분석을 진행하여 GQ1 유형의 산성 당지질로부터 구조 이성질체 관계에 있는 GQ1c, GQ1bα유형을 확인할 수 있었고, 최종적으로 쥐 뇌의 산성 당지질 분석에 회귀모델을 적용하여 실제 생체 시료에 활용 가능성을 확인하였다. 이 연구를 통해서 우리는 생물학적 정보와 화학적인 정보를 통합한 질량분석법과 회귀분석법을 활용하여 산성 당지질의 조성을 분석할 수 있었다. 이러한 연구 결과는 향후 자동화된 산성 당지질의 데이터 분석의 기반이 되어 산성 당지질의 오믹스 연구에 기여할 것이며, 후속 연구를 통해서 데이터베이스 확장, 데이터분석 자동화, 회귀모델의 완건성 범위 검증을 진행할 것이다.

Analytical platform for glycolipids characterization from brain tissues using negative Nano-LC/MS and LC/MS/MS

황재윤 충남대학교 분석과학기술대학원 2016 국내석사

인간의 정신기능 및 신체 대사를 조절하는 신경계의 중추인 ‘뇌’ 는 그 중요성만큼이나 인간의 관심을 오랫동안 받아왔다. 특히 최근 몇 년간 뇌를 탐구하기 위한 여러 오믹스 기술들이 개발되면서 뇌와 관련된 여러 유전자와 단백질, 대사체들의 기능 또한 하나하나 밝혀지고 있다. 한편 뇌의 글라이콤이 인간의 두뇌 개발과 시냅스 형성과 전달에 기능을 할 뿐만 아니라 알츠하이머와 파킨슨병과 같은 뇌 질환과도 연관이 있다는 사실이 밝혀지면서 많은 뇌 과학자들이 뇌의 글라이콤에 관심을 가지기 시작했다. 특히 지질 부분에 세라마이드, 당 부분에 하나이상의 시알릭산을 가지는 갱글리오시드는 뇌의 글라이콤 에서 상당 부분을 차지하고 또한 뇌에서의 생물학적 기능들이 알려지면서 이들 갱글리오시드에 대한 연구의 중요성이 부각되고 있다. 하지만, 갱글리오시드는 지질 부분(세라마이드)에 당사슬이 붙어있어 구조가 복잡할 뿐만 아니라 양친매성 성질을 가지고 있기 때문에, 이를 분리하고 분석하기 위해서는 TLC를 비롯한 여러 크로마토그래피 기법과 화학적 기법들이 필요하고, 이러한 분석 기법들은 많은 시간과 노력이 필요 할 뿐만 아니라 많은 시료 양을 필요로 하므로 이들에 대한 많은 관심에도 불구하고 연구가 많이 되어있지 않다. 본 연구에서 우리는 뇌 조직으로부터 갱글리오시드를 선택적으로 분리하는 방법과 Negative nano-LC/Q-TOF MS 를 이용하여 고감도로 갱글리오시드를 분석할 수 있는 플랫폼을 개발하였다. Negative nano-LC/Q-TOF 을 이용한 뇌 당지질 분석을 통해 마이크로그램 단위의 소량의 뇌 조직으로 부터 총 50여개의 갱글리오시드 컴포지션을 프로파일링 하였고 구조 분석 또한 수행 하였다. LC/MS 를 이용한 갱글리오시드 분석은 당사슬부분 뿐만 아니라 세라마이드 부분도 확인할 수 있는 장점이 있었으며, 높은 에너지의 CID 를 이용하여 세라마이드 구조 또한 확인 할 수 있었다. 우리는 이러한 분석 플랫폼을 이용해 마우스 뇌의 부위별 글라이콤 분석을 수행하여 마우스 뇌의 글라이콤 맵 제작과 라이브러리 제작을 수행하고, 신생아부터 성인까지 뇌 발달 과정에 따른 뇌 글라이콤의 변화를 관찰하기 위해 나이대가 다른70여명 인간 뇌의 샘플을 분석하였다. 이러한 연구들은 뇌 발달과 노화와 관련된 뇌 질환의 바이오마커를 발굴하는데 많은 도움이 될 것이다.

glyCOMPAS : N-glycosylation site identification and validation software using decoy database from mass spectrometry data

권상오 충남대학교 분석과학기술대학원 2011 국내석사

Stereospecific analysis of evodiamine enantiomers and its metabolites in mouse liver microsome by LC-MS/MS

홍영기 충남대학교 분석과학기술대학원 2016 국내석사

광학활성 의약품은 국제적으로 약물개발단계에서 안전성과 유효성을 검토해야 하며 이는 천연물 기반 약물이라도 예외가 아니다. 각각의 광학이성질체는 인체 내에서 다른 약리활성을 보일 수 있기 때문이다. 본 연구의 분석대상인 에보디아민은 전통약재인 오수유의 지표물질로 광학활성을 가지고 있으며, 항암 효과, 항염증 효과, 항비만 효과, 심혈 관계 효과 등이 보고되어 있다. 분석연구 측면에서는 오수유에서 에보디아민 카이랄 분리를 한 연구가 보고되어 있지만 기존의 에보디아민 약물대사 분석연구는 광학활성을 고려하지 않았다는 점에서 한계가 있다. 따라서 본 연구에서는 에보디아민을 흰 쥐 마이크로솜에 대사시켜 광학이성질체 별 대사연구를 수행하고, 광학이성질체 분리 컬럼을 이용한 LC-MS/MS로 에보디아민 광학이성질체와 대사체를 각각 분석하고 분석법을 확립하고자 하였다. 생체실험을 하기 위해서는 에보디아민의 물성을 고려해야 했고, 석출방지 방법을 만들어 본 실험에 사용하여 적합함을 확인하였다. 생체 실험 후 광학이성질체 확인은 정상 카이랄 분리분석 (HPLC), 역상 분리분석 및 역상 카이랄 분리분석 (LC-MS/MS)을 통해 하였으며, 이 중 역상 카이랄 분리분석은 기존의 정상 분리분석이 ESI-MS로 분석이 불가능하여 분석법을 새로 개발하였고 이에 대한 method validation은 적합하였다. 이 방법에 따라 분석한 결과는 흰 쥐 마이크로솜에서 R-에보디아민보다 S-에보디아민이 더 빠른 대사속도를 가지고, 각각의 광학이성질체가 대사되면 분자 구조 내 다른 위치에 수산화기를 가진 대사체가 생산된다는 것이다. 본 연구는 생체 시료 내에서 에보디아민 이성질체 간의 다른 대사반응을 확인하였다. 그래서 에보디아민 이성질체 각각에 대한 독성 연구와 약리 작용 연구가 필요함을 알게 되었다. 또, 에보디아민 뿐만 아니라 다른 천연물 기반 광학활성 약물들도 이러한 연구가 이뤄져야 하며 본 연구가 광학활성 약물의 분리, 분석을 하는데 도움이 될 것이다.

Accurate determination of neonicotinoid pesticides, imidacloprid, clothianidin, and thiamethoxam in strawberry and chicken by isotope dilution-liquid chromatography/tandem mass spectrometry

김희화 충남대학교 분석과학기술대학원 2025 국내석사

네오니코티노이드계 살충제 중 이미다클로프리드, 클로티아니딘, 티아메톡삼은 니코틴 유사 구조를 기반으로 한 농약으로, 광범위한 살충 효능을 보이지만 꿀벌 군집붕괴현상(Colony collapse disorder, CCD)과 가금류 신경독성 문제를 유발해 농업·환경 분야에서 논란이 지속되고 있다. 본 연구는 동위원소희석 액체크로마토그래피-탠덤질량분석법(Isotope dilution-liquid chromatography/tandem mass spectrometry, ID-LC/MS/MS)을 통해 딸기와 닭고기 매트릭스에서 해당 살충제를 높은 정확도로 정량하는 방법을 확립했다. 내부표준물질로 13C6-이미다클로프리드, 클로티아니딘-d3, 13C4, 15N-티아메톡삼을 사용해 매트릭스 효과와 기기 변동성을 실시간 보정함으로써, 복잡한 식품 시료에서도 재현성 있는 결과를 도출했다. 시료 전처리 과정에서는 아세토니트릴 추출 후 매트릭스 특성에 따라 딸기 시료에는 Carb/NH2 SPE 카트리지, 닭고기 시료에는 tC18 Vac SPE 카트리지를 적용해 간섭 물질을 효과적으로 제거했다. 기기 분석은 Waters ACQUITY UPLC BEH C18 컬럼에서 5mmol/L 암모늄 포메이트 완충액과 아세토니트릴을 이동상으로 사용해 최적화했으며, 전자분무 이온화(electrospray ionization, ESI) 양이온 모드에서 삼중 사중극자 질량분석기로 다중반응모니터링(Multiple reaction monitoring, MRM)을 수행했다. 분석법 검증 결과, 서로 다른 수준의 농도를 첨가하여 첨가해준 양과 측정한 양의 비율을 비교하였고 딸기와 닭고기 매트릭스에서 모두 높은 비율로 우수한 정밀도를 확보했다. 동일 조건에서 3 개의 샘플로 다른 날에 동일한 실험을 반복하여 수행함으로써 반복성과 재현성을 확인했다. 제작된 딸기와 닭고기 표준물질(Reference materials, RMs)은 균질성 평가를 거쳐 신뢰도 높은 정량 분석이 가능함을 확인했다. 본 방법은 높은 정확도와 정밀도를 동시에 확보하였으며, 추가적으로 딸기와 닭고기 RMs 에 대해 실시한 균질성 평가에서도 우수한 결과를 보였다. 이는 인증표준물질(Certified reference material, CRM) 개발에 활용할 수 있음을 뒷받침한다.

Profiling of Mouse Brain Proteome through Developing Multi-fractional Separation Techniques

지인정 충남대학교 분석과학기술대학원 2013 국내석사

This study reports multiple fractionation separation strategies prior to MS/MS analysis using LTQ mass spectrometer as proteomic approach for analyzing brain tissue. The complexity of the brain presents one of the most significant challenges in proteome analysis. Therefore it has great interest to extract and analyze. Prefractionated brain tissue samples with the method of J. Klose were analyzed by SCX fractionation coupled with reversed phase LC-MS/MS analysis or by OFFGEL fractionation in combination with reversed phase LC-MS/MS analysis. As a result, a total of 20 393 different peptides from the mouse brain sample were confidently identified, covering 3436 proteins (FDR<1%) using OFFGEL and SCX fractionation and a total of 1995 and 434 proteins were identified exclusively from the peptide samples by OFFGEL and SCX fractionation. Approximately 32% of the identified proteins with gene ontology annotations were membrane proteins. Also, we identified 128 proteins related to brain diseases such as Alzheimer’s diseases, Huntington’s diseases, and Parkinson’s diseases. These multiple fractionation separation strategies prior to MS/MS analysis using a LTQ mass spectrometry are the efficient method for brain tissue and may have broad applications for proteomic analyses of finding the mechanisms of neurological diseases and the aging process. Furthermore, it can readily be applies to screen for candidate biomarkers of neurological diseases. 이 연구에서는 쥐의 뇌 조직을 프로테오믹스 방법으로 분석하기 위해 이상적인 다중 구획 분리 전략을 LTQ 질량분석기를 사용하여 분석하였다. 뼈, 피부, 근육 등 몸의 모든 조직은 같은 종류의 세포를 가지고 있지만 뇌는 뉴런을 비롯한 여러 종류의 세포로 유지되고 있다. 이러한 뇌 조직의 복잡성은 프로테오믹스 분야에서 정확하게 보다 많은 단백질을 추출하기 위해 도전해야 할 가장 중요한 과제 중 하나이며, 이를 위해 단백질의 추출과 분석기술이 중요하다. 이러한 이유로 기존에 2-DE를 비롯한 여러 가지 프로테옴 분석방법과 조직 추출방법들이 이루어졌다. 이 연구에서는 J. klose에 의한 방법으로 마우스 뇌 조직 샘플을 더 많이 구획화하여 단백질 추출의 효율성을 높이고, SCX 분리 방법과 역상 컬럼을 이용한 LC-MS/MS 분석 또는 OFFGEL 분리 방법과 역상 컬럼을 이용한 LC-MS/MS 분석을 결합하여 더 많은 단백질을 분석하였다. 그 결과 OFFGEL 분리 방법과 SCX 분리 방법을 이용한 각각의 실험에서 1995개 434개의 단백질이 발견되었으며, gene ontology (GO) annotation tool로 분석하여 동정된 단백질 중 32%가 막 단백질인 것으로 발견되었다. 또한 알츠하이머 병과 헌팅턴 병, 파킨슨씨 병과 같은 뇌 질환 관련된 단백질들은 128개로 동정되었다. 이러한 LTQ 질량분석기를 이용한 MS/MS분석과 함께 수행되는 다중 구획 분리 전략은 복잡한 뇌 조직 분석을 위해 효과적인 방법이며, 또한 더 나아가 뇌 질환과 노화 과정에 대한 메커니즘을 찾거나 뇌 질환 관련 표지자를 찾기 위한 방법으로도 폭넓게 적용될 수 있다.

Mass Spectrometry-based Glycomic Studies for Gastric Cancer Biomarker Discovery

정승협 충남대학교 분석과학기술대학원 2022 국내박사

당쇄화 (glycosylation)는 가장 대표적인 번역 후 변형 (post-translational modification, PTM) 중 하나이며 단백질 기능 및 세포-세포 상호작용과 같은 다양한 생물학적 과정에서 중추적인 역할을 하고 있다. 또한 당쇄화의 결과물인 당사슬 (glycans) 은 생체 내 환경의 변화에 매우 민감하기 때문에 암 및 감염성 질환 등 다양한 질병에서 바이오마커의 원천으로써 큰 잠재력을 지니고 있다. 특히, 혈관신생, 세포-세포 유착, 종양 전이를 포함한 암의 진행은 다양한 암에서 글리코실화와 관련이 있는 것으로 알려져 있다. 질량분석은 단백질체학 (proteomics)에서 당쇄체학 (glycomics) 에 이르기까지 다양한 오믹스에서 사용되는 강력한 기술이다. 최근 당쇄화의 분석은 고감도 및 고분해능 질량분석기술을 기반으로 진행되고 있다. 액체크로마토그래피 (Liquid chromatography, LC) 와 결합된 질량분석기 (mass spectrometry, MS) 는 당사슬의 정성 및 정량, 구조의 규명을 가능하게 하므로 다양한 당쇄화의 분석에서 활발하게 활용되고 있다. 특히 당사슬 기반의 바이오마커 분야에서의 질량분석기술의 도입은 연구를 가속화 하였다. 현재 질량분석 기반의 질병 진단, 특히 암 바이오마커의 연구는 전 세계적으로 많은 연구팀과 대형 병원 등에서 활발하게 이루어지고 있다. 그러나 대용량의 임상 시료 전처리나 빠른 진단을 위한 신속한 분석 및 좀 더 쉬운 데이터 해석 등 실제 진단으로의 적용을 위해서는 아직 해결해야 할 부분이 많다. 본 연구에서는 대용량의 임상 시료 전처리 및 이를 기반으로 한 혈액 내 당사슬 및 당단백질 분석을 통한 암 바이오마커의 발굴과 함께 표적 당단백질의 당쇄화를 이용한 바이오마커 발굴 및 진단의 민감도와 특이도를 높이며 빠르고 쉬운 데이터 해석을 가능하게 할 수 있는 새로운 중간-상하향 접근법을 제시하고자 한다. 본 학위논문은 게재된 논문 3편을 포함하여 총 4개의 Chapter로 구성되었다. Chapter 1의 ‘Introduction to mass spectrometry-based gastric cancer biomarkers studies using glycosylation’는 연구 내용에 앞서 위암 진단 관련 기반 지식 제공 및 본 연구에 대한 필요성의 강조를 위하여 작성되었다. 현재 임상에서 사용되고 있는 위암 진단 방법인 위 내시경, upper gastrointestinal series에 대하여 소개하며, 혈액 내 농도 측정을 기반으로 하는 분자 바이오마커에 대하여 서술하였다. 또한 위암을 포함한 질량분석기반의 암 바이오마커 발굴에 대해서도 간략히 소개한다. Chapter 2 의 ‘Glycomic profiling of targeted serum haptoglobin for gastric cancer using nano LC/MS and LC/MS/MS’는 Molecular Biosystems, 2016, 12(12)과 “Direct analysis of aberrant glycosylation on haptoglobin in patients with gastric cancer”, Oncotarget, 2016, 10.18632/oncotarget.14362 에 게재된 논문의 내용을 기반으로 구성되어 있으며 혈액 내 당단백질인 합토글로빈의 N-당사슬을 질량분석을 이용하여 위암 진단으로의 활용 가능성을 확인하고 잠재적인 바이오마커를 발굴한 연구이다. 합토글로빈 단백질은 면역친화컬럼(immuno-affinity column)을 통하여 혈청시료에서 분리, 정제되었다. N-glycan을 기반으로 한 분석에서는 다양한 당사슬 중 tri-, tetra-antennary 구조를 가지는 fucose가 붙은 N-glycan들이 위암 환자에서 증가하였으며, 탄뎀 질량분석을 통한 이들의 구조 확인에서 주로 말단의 HexNAc에 fucose가 붙는sialyl-Lea 또는 sialyl-Lex구조임을 확인할 수 있었다. 온전한 당 단백질 분석 (intact haptoglobin) 에서는 합토글로빈은 당사슬 효소처리와 분리, 정제 과정 없이 단백질 변성만을 거친 후 질량분석이 진행되었다. 합토글로빈의 질량분석 피크를 기준으로 강도 (intensity)와 마커가 정의되었다. 강도 마커에서는 AUC > 0.8인 6개의 마커가 발견되었으며 가장 높은 효율의 마커는 0.93의 AUC를 나타내었다. Chapter 3의 ‘Detection of aberrant glycosylation of serum haptoglobin for gastric cancer diagnosis using middle-up-down glycoproteome platform’은 Journal of Personalized Medicine, 2021, 11(6), 575. 에 게재된 논문을 기반으로 구성되어 있으며 앞서 진행한 3종의 연구 결과를 바탕으로 실제 임상 진단에 보다 더 적합한 새로운 중간-상하향 분석 플랫폼을 제시한 논문이다. 합토글로빈 시료는 가장 많이 사용되는 단백질 분해효소인 트립신 (trypsin) 으로 처리되었으며 일반적으로 펩타이드 분석에 적용하는 탄뎀 질량분석 (tandem MS) 이 아닌 단순한 single MS 분석만이 진행되었다. 전처리과정의 간소화를 위하여 당펩타이드는 추가적인 분리정제 없이 LC상에서 C4 가드 컬럼으로 농축되었으며 디페닐컬럼을 연결한 액체크로마토그래피-질량분석기로 분석되었다. 정상인과 위암 환자를 합하여 총 80개의 임상 시료가 분석되었으며 트립신에 의해 생성된 3종의 당펩타이드에 대하여 바이오마커 발굴을 위한 비교를 진행하였다. 당펩타이드는 in-silico library에 의해 복잡한 탄뎀 질량분석 결과의 해석 없이 쉽고 빠르게 동정되었으며 AUC (0.783-0.901)를 나타내는 고감도 고특이성 당펩타이드 위암 바이오마커를 발굴할 수 있었으며 이들을 기반으로 도출한 결합 바이오마커 3종은 각각 0.950, 0.929, 0.977의 높은 AUC를 나타내었다. 본 접근법은 합토글로빈과 위암에 국한되지 않고 당단백질을 이용한 다양한 질병 진단에 적용 가능한 플랫폼으로 널리 활용 될 수 있으리라 기대된다. Chapter 4의 ‘Automated glycan sample preparation system for clinical biomarker discovery’는 임상 진단을 위한 대용량의 혈청 시료의 당사슬 분리 정제 전처리 과정을 자동화 하는 과정과 실험 재현성 (reproducibility) 도출을 통한 실제 진단에의 활용 가능성에 대하여 기술하였다. 정상인과 난소암 환자의 혈청 시료 및 상업적으로 구매 가능한 표준품 혈청을 포함하여 총 480개의 시료가 24개의 well, 20배치로 구성되어 liquid handling system을 이용하여 한번에 고체상 추출법을 통하여 전처리 되었으며 이후 MALDI-TOF질량분석기를 통하여 당사슬 프로파일링을 진행하였다. 동일한 표준품 시료의 결과를 바탕으로 동일 배치 내 CV 0.2이하, 시료 간 R=0.95-0.99의 높은 재현성을 나타냄을 확인할 수 있었다. 배치 간 재현성 또한 4개의 배치에서 당사슬이 존재하는 강도 영역대에서 좋은 직선성을 보였다. 96-well 시스템은 고체상 추출단계뿐만 아니라 단백질 변성과정까지 자동화 할 수 있었으며 시료의 수가 더 많아졌음에도 불구하고 상관계수 0.96 – 1의 높은 재현성을 나타내였다.

Profiling of Milk Oligosaccharides by High Resolution Mass Spectrometry

김수희 충남대학교 분석과학기술대학원 2014 국내석사

포유동물에서 우유 당사슬은 다양한 생물학적 기능을 가지고 있으며 주요한 구성성분이다. 예를들어 우유 당사슬은 프리바이오틱으로서 장내에서 이로운 박테리아의 성장과 뇌의 발달을 돕는다.그리고 그들은 면역체계에서 신생아의 발달에 중요한 역할을 한다. 특히 모유 당사슬은 가장 복잡한 당사슬 혼합물이다. 모유 당사슬은 전형적으로 3개에서 10개의 단당류로 구성되어져 있고 O-glycan의 뮤신과 비슷한 구조를 가지고 있다. 모유 당사슬의 다양성과 복잡성 때문에 우유 당사슬의 분석방법의 개발에 있어 모유 당사슬은 가장 좋은 샘플이라고 할 수 있을 것이다. 먼저 우리는 세개의 다른 질량분석기(MALDI-TOF MS, nano-LC/Chip Q-TOF MS and UHPLC-QqQ MS )를 사용하여 모유 당사슬을 분석하였고 이 세개의 다른 질량분석기를 사용함으로써 데이터를 서로 비교해 보았다. 질량분석기내의 mass analyzer의 종류와 이온화되는 방법에 따라 다양한 질량분석학연구가 개발 되어지고 있다. 그들의 특별한 분석적 장점 때문에 실험 목적에 따라 선택하고 분석방법에 이용되어지고 있다. 우유 당사슬의 전반적인 프로파일링을 빠르게 보고자 MALDI-TOF MS를 사용하였고 nano-LC/Chip Q-TOF MS는 MALDI-TOF MS에선 볼 수 없었던 이성질체들을 보는 목적으로 사용되었다. UHPLC-QqQ MS는 nano-LC/Chip Q-TOF MS와 비교하여 샘플 분석을 빠르게 분석하며 정량분석까지도 할 수 있다는 장점이 있지만 질량의 정확도와 해상도가 낮다는 단점도 가지고 있다. 적절한 질량분석기의 사용은 복잡한 당사슬의 효율적인 분석과 데이터 비교를 위해서도 매우 중요하다. MALDI-TOF MS를 통하여 빠르게 확인한 모유 당사슬은 positive mode 50개, negative mode에서 20개를 찾을 수 있었으며 nano-LC/Chip Q-TOF MS를 이용한 프로파일링에서는 아이소모를 포함하여 약 250개 정도의 모유 당사슬을 확인할 수 있었다. UHPLC-QqQ MS는 낮은 해상도를 가지고 있기 때문에 nano-LC/Chip Q-TOF MS을 사용하여 얻어진 상위90%의 모유 당사슬을 Extract Ion Chromatogram (EIC) mode의 프로그램을 통하여 확인 할 수 있었다. 이와 더불어 우리는 백색돈과 흑색돈의 상관관계에 관하여 연구하고자 0일, 7일차, 14일차의 돼지우유의 총 30개의 샘플을 분석하였다. 일반적으로 흑색돈의 고기 질이 좋고 새끼 돼지가 태어나면 더 건강하게 잘 자란다고 한다. 이에 우리는 백색돈과 흑색돈의 차이가 이들의 우유 당사슬에 있다는 결론을 내렸고 본 실험을 진행하였다. nano-LC/Chip Q-TOF MS를 통하여 백색과 흑색돈의 당사슬을 프로파일 하였으며 이들 관계에 있어 종돈의 상관관계가 아니라 0일, 7일차, 14일차에 따른 우유 당사슬의 양과 구조가 달라진다는 결론을 가지게 되었다. 먼저 종돈과 상관없이 0일차의 당사슬의 개수가 다른 7일차와 14일차보다 많이 존재하였으며 이는 백색돈과 흑색돈 모두에서 나타나고 있었고 백색돈은 대략 15개의 당사슬을 흑색돈은 15~22개의 당사슬을 함유하고 있었다. 백색돈과 흑색돈을 비교해 보자면 Sialylated glycan의 함량이 달랐는데 0일부터 14일까지 백색돈은 30%였고 흑색돈은 40%~50%정도로 백색돈과 Sialylated glycan 함유량이 10~20%차이나는 것을 알 수 있었다.

Study on the Mechanical property and Thermal property of Carbon Nanotube sheets-Aluminium composites

강대영 충남대학교 분석과학기술대학원 2025 국내석사

알루미늄은 우수한 열 확산율 및 내식성을 가지고 있고 강철에 비해 3배 가벼운 장점을 가지고 있어 첨단 기계 부품 분야 등에서 다양하게 응용되고 있다. 이러한 장점에도 불구하고, 알루미늄은 높은 열팽창 계수로 인해 온도 변화가 큰 환경에서 변형이 발생한다. 이는 산업에 사용되기 어려우므로 문제 해결을 위해 개질, 합금화, 혹은 강화재를 첨가하는 방법들이 시도되었다. 탄소나노튜브는 강철과 비교하여 약 100배 정도 강하다고 알려져 있으며, 강도 대비 경량의 이점을 가지고 있다. 또한 전기전도도는 100 MS/m, 열 전도도는 최대 6,000 W/mK으로 우수한 장점을 가지고 있다. 본 연구에서는 알루미늄에 탄소나노튜브 시트(CNT sheet)를 강화재로 사용하여 기계적, 열적 특성을 향상시키는 연구를 진행하였다. 복합재를 제조하는 공정 방법으로 Spark Plasma Sintering(SPS)을 이용하였다. SPS는 몰드에 분말을 충진하고 통전 시켜 소결을 진행하는 방법으로 치밀화가 높고, 공정시간이 짧으며, 다른 공정에 비해 낮은 온도에서 소결을 진행한다는 장점을 가지고 있다. 이러한 방법을 이용하여 소결 온도에 따라 미세구조 및 열전도도의 분포를 측정하고 가장 우수한 특성을 가지는 온도 조건에서 알루미늄-CNT sheet 복합재의 공정을 진행하였다. 복합재는 알루미늄 분말 사이에 CNT sheet를 강화재로 사용하여 CNT sheet가 적층되어 있는 층상구조의 소결체를 제작하였다. 이러한 구조를 통해 알루미늄-CNT sheet 복합재는 방향에 따라 다른 열전도도를 가지게 되는 이점을 가지게 된다. 탄소나노튜브가 가지고 있는 특성 중 하나는 소수성이다. 이는 알루미늄과 복합재를 형성하기에 계면에서 결합력을 크게 저하한다. 이러한 문제를 해결하고자 Oxygen plasma 처리를 진행하여 소수성을 친수성으로 바꾸었다. 이를 통해 알루미늄과 복합재를 형성할 때 결합력이 증가하는 것을 확인하였다. 본 연구에서는 공정을 통해 형성된 알루미늄-탄소나노튜브 복합재의 여러 특성을 분석하고 이를 미세구조와 상관관계를 규명하는 연구를 진행하였다. 인장강도 측정을 통해 기계적 특성을 분석하여 복합재가 기존의 알루미늄에 비해 기계적 강도가 증가하는 것을 확인하였다. 이는 알루미늄 기지 내의 탄소나노튜브가 link 역할을 하기 때문으로 잘 알려져 있다. 열 전도도의 분석은 Laser Flash Analysis를 통해 열 확산율을 분석하고 이를 열 전도도로 환산하였다. 열전도도 분석결과 목표했던 이방성의 특징을 갖는 복합재 구조를 형성하였다. 이러한 특성을 가지는 원인을 규명하기 위해 다양한 전자현미경학적 분석을 진행하였다. 주사전자현미경 분석, 집속이온빔, 에너지분산 X-선 분광법, 후방산란전자의 회절패턴 분석, 고분해능 투과전자현미경 분석, 푸리에 변환, 주사투과전자현미경 등을 통해 데이터를 확보하였고 앞선 복합재의 특성과 상관관계를 규명하였다.

Identification of Spinel Iron Oxide Nanoparticles by Zero-field NMR

강현욱 충남대학교 분석과학기술대학원 2012 국내석사

스피넬 철 산화물 나노구조체는 화학적·물리적 특성에 의해 자기저장매체, 촉매, 센서, 자기공명영상 조영제 등의 분야 등의 많은 연구들이 이루고 지고 있다. 스피넬 철 산화물은 FeO와 FeO의 두 가지 상이 있으며 이들은 결정 구조적으로 매우 유사하여 이를 구분하는 것은 쉽지 않다. 하지만 FeO와 FeO의 결정구조는 분명히 다르며 이에 따라 응용분야에서 중요하게 생각하는 자기 모멘트 값의 차이를 가지고 있다. 따라서 이를 분석하는 연구는 분명히 의미있는 일이며 이는 앞으로의 다양한 연구 분야를 위해서도 선행되어야 하는 부분이라고 할 수 있다. 따라서 이 연구를 통하여 스피넬 철 산화물 나노 구조체를 구분하고자 이를 합성하고 이를 핵자기공명 분광기를 통하여 분석하고자 하였다. 먼저 알콜을 이용한 합성법에 의하여 나노입자를 합성하였고 온도 조절을 통하여 크기가 다른 두개의 스피넬 철 산화물 나노입자를 얻을 수 있었다. 핵자기 공명 분석에 앞서 나노구조체의 특성을 분석하기 위하여 투과전자현미경, X선 회절기를 이용하여 모양과 형태 그리고 거시적인 결정구조를 확인하였다. 또한 다른 분석방법과의 차이점을 제시하기 위하여 X선 광전자 분석을 대조군으로 제시해 보았다. 스피넬 구조 산화물들은 전자스핀의 강한 상호작용을 가지고 있어 다양한 스핀 구조 및 상태의 정보를 제시한다. 이는 앞서 제시한 핵자기 공명 분석으로 정보를 알아낼 수 있으며 이중에서도 외부 자기장이 없는 핵자기공명 분석법을 이용하여 전자 스핀 구조를 분석함으로써 구조해석에 접근하고자 하였다. 따라서 이 분석법을 이용하여 실험을 진행하였다. 먼저 상용화 된 magnetite와 maghemite 기준 시료를 통한 실험을 통하여 기준 스펙트럼을 얻고자 하였다. 나노입자에서 나타는 초상자성 성질에 의해 상온이 아닌 저온 실험(4.2 K)으로 진행하였으며 기준시료와 나노입자의 4개의 스펙트럼을 얻을 수 있었다. 이를 기준으로 하여 두개의 스피넬 철 산화물 나노구조체를 분석한 결과 순수한 상이 아니라 두 가지 상이 혼재되어 있음을 관찰 할 수 있었고 계산을 통하여 첫 번째 나노입자(7.1 nm)에는 약 FeO: 36% FeO: 64%, 두 번째 나노입자(6.5 nm)에는 FeO: 64% FeO: 36% 로 정량적으로도 산출할 수 있었다. 마지막으로 자화 곡선 측정을 통하여 나노입자의 자기 모멘트를 확인하였으며 측정값이 FeO와 FeO의 이론적인 값과 같은 경향을 나타내는 것을 확인할 수 있었다.