Activation-aware Quantization and Fine-tuning for Enhanced Efficiency and Quality of Large Models

이창훈 포항공과대학교 일반대학원 2026 국내박사

The increasing scale of deep neural networks (DNNs), particularly in convolutional neural networks (CNNs) and large language models (LLMs), has led to substantial improvements in performance across a wide range of tasks. However, this success comes at the cost of considerable memory and computational demands, creating practical barriers to deploying these models in resource-constrained environments. To amplify the advantages of large pre-trained models while mitigating their limitations, several lines of research have been actively explored. To further enhance the capabilities of pre-trained models, methods such as fine-tuning aim to adapt models to specific tasks, and context window extension techniques increase the input length capacity of LLMs. On the other hand, quantization has emerged as a key optimization strategy to reduce both memory consumption and computational cost by approximating high-precision values with lower-bit representations. Nevertheless, these techniques often suffer from quality degradation when not carefully designed. This dissertation highlights the overlooked importance of activation behavior in neural networks and proposes a set of activation-aware methods that improve the quality and efficiency of quantization, fine-tuning, and long-context retrieval. For quantization of CNNs, we introduce INSTA-BNN [1], a binary neural network that uses instance-specific activation statistics to dynamically determine binarization thresholds, improving the accuracy of 1-bit quantized models. For quantization of LLMs, we propose Outlier-Aware Weight Quantization (OWQ) [2], which enhances quantization quality by preserving weights corresponding to activation outliers in higher precision. This is extended by Weak Column Tuning (WCT), a fine-tuning method that updates only the preserved weight columns, significantly reducing trainable parameters while maintaining high adaptation quality. To further accelerate both inference and fine-tuning, we propose QEFT [3], which reorganizes weight structures using offline global reordering based on consistent activation outlier patterns across layers. QEFT consists of two main parts: the method design and the acceleration kernel implementation. We contributed to the method development and theoretical aspects of QEFT. As a result, QEFT achieves improvements across inference latency, training time, and adapted model accuracy. Finally, in the context of long-context retrieval, we introduce SEAL [4], which learns to scale attention components, leading to notable gains in retrieval quality across long-context scenarios. Through extensive verification, this dissertation demonstrates that leveraging activation can serve as a unifying principle for improving the quality and efficiency of deep models across both vision and language domains. The proposed methods pave the way for broader and more effective deployment of large-scale neural networks in real-world applications. 딥 뉴럴 네트워크 (deep neural network, DNN) 는 많은 모델 파라미터 및 깊은 층 (layer) 구조를 기반으로 이미지 인식, 음성인식 등 응용 분야에서 뛰어난 성능을 보여주고 있다. 합성곱 신경망 (convolutional neural network, CNN) 을 필두로 이미지 분야뿐만 아니라, 특히 최근의 초거대 언어모델 (large language model, LLM) 은 더욱 방대한 모델 크기 및 학습 데이터셋으로 챗봇이나 질의응답 등 언어적 영역을 포함하여 다양한 분야에서 전례없는 성능을 보여주고 있다. 모델 파라미터 수의 증가는 사전 학습 (pre-trained) 모델의 제로샷 성능만으로 이미 광범위한 분야에 괄목할만한 성능을 보인다는 장점을 가지지만, 동시에 메모리 및 연산 오버헤드의 주된 원인이 되어 모델의 학습 및 추론에 많은 자원을 필요로 한다는 중대한 단점 또한 가지게 된다. 더불어 해당 단점은 모바일 기기와 같은 제한된 자원을 가진 환경에서 모델의 구동을 어렵게 하여 모델 보급 및 대중화의 장벽이 된다. 앞서와 같은 장점은 더욱 부각시키고, 단점은 상쇄하기 위한 다양한 방법들이 제안되었다. 사전 학습 모델의 능력을 추가로 향상시키기 위한 방법으로는 정답 라벨이 주어진 데이터로 추가적으로 학습시키는 미세조정 (fine-tuning) 및 길이가 긴 학습 데이터들로 미세조정하여 입력으로 받을 수 있는 문장의 길이를 증가시키는 문맥길이 확장 (context window extension) 등이 있다. 모델 오버헤드의 단점을 해결하기 위한 대표적인 방법은 양자화 (quantization) 라는, 고정밀도 값을 저정밀도로 근사하여 표현하는 방법이다. 모델의 가중치 (weight) 혹은 뉴런의 활성도 (activation) 를 적은 bit 수로 표현함으로써 거대 모델의 메모리 소모 및 연산 오버헤드 둘 다를 효과적으로 줄일 수 있다. 하지만 제시한 방법들은 정교하게 설계되지 않을 경우 성능 하락 문제를 가지고 있다. 양자화의 경우 비용 오버헤드를 줄이는 대신, 정보 손실로 인한 양자화 오류의 발생이 모델의 품질 저하로 이어진다. 미세조정은 특히 양자화와 함께 사용될 경우, 목표하는 충분한 품질을 얻기 어렵다. 문맥길이 확장의 경우에도 확장된 문맥길이 안에서 입력의 길이가 길어질수록 정확도 하락이 발생함이 보고되어있다. 한편 모델 내부에서 활성도 (activation) 는 실질적으로 처리되고 있는 데이터일 뿐만 아니라 가중치 (weight) 와 더불어 연산에 주요하게 관여하는 값임에도 불구하고 많은 기존 연구들에서 활성도를 활용하는 것의 중요성이 간과되고 있다. 본 논문에서는 앞서 방법들에 대해 모델의 활성도를 고려하는 것의 중요성을 강조하고, 각 방법에 활성도 정보 혹은 활성도 그 자체를 적절히 활용하여 품질을 향상시킨 기법들이 제안되었다. 먼저 CNN의 1-bit (binary) 양자화의 품질을 높이기 위한 인스턴스 기반 임계값을 사용하는 이진 뉴럴 네트워크 (binary neural network, BNN) 를 제안하였다. 기존의 BNN 연구들은 고정된 임계값을 사용해 활성도를 +1 혹은 -1로 양자화했지만, 실제 모델의 입력 활성도를 살펴보면 인스턴스 별로 분포가 상이한 것을 볼 수 있다. 이 때 고정된 임계값은 인스턴스 간의 활성도 값의 민감한 차이를 잘 반영하지 못한다. 따라서 이 연구에서는 각 인스턴스의 활성도 통계 (activation statistics) 정보를 활용하여 동적으로 임계값을 만드는 방법을 제안함으로써 양자화로 인한 성능 하락을 완화하는 이진 양자화 방법을 제안하였다. 한편 LLM에서는 입력에 무관하게, 고정된 특정 위치의 채널에 값의 절댓값이 아주 큰 활성도 이상값 (activation outlier) 이 발생함이 알려져 있다. 이에 기반하여 다음으로 양자화를 LLM으로 확장하여 활성도 이상값을 가중치 양자화에 반영하는 Outlier-Aware Weight Quantization (OWQ) 를 제안하였다. 마찬가지로 활성도에 초점을 두어, 활성도 이상값에 대한 분석을 통해 이런 이상값들이 가중치만 양자화하는 경우에도 양자화의 민감도에 깊은 영향을 미침을 발견하였다. 따라서 활성도 이상값과 대응되는 가중치 채널들인 민감한 열 (weak column) 들을 양자화 없이 높은 정밀도로 유지하는 혼합 정밀도 양자화 (mixed-precision quantization) 를 제안하여 LLM의 양자화 품질을 기존 방법대비 크게 향상시킬 수 있었다. OWQ를 사용해 사전 학습된 모델의 양자화 오류를 크게 감소시킬 수 있고, 원하는 작업에 대해 부가적인 능력 향상을 위해 양자화된 언어모델을 미세조정할 수 있다. 이에 추가로 OWQ의 높은 정밀도를 가지는 민감한 열들만 미세조정 (weak column tuning, WCT) 하도록 확장하는 작업 맞춤형 적응 또한 제안되어, 기존 양자화 고려 미세조정 방법에 비해 더 적은 조정 파라미터로 좋은 적응 성능을 보여주었다. 이처럼 OWQ 및 WCT는 초거대 언어모델의 활성도 특징을 이용해 효율성과 품질 둘 다를 개선했다. 하지만, 활성도 이상값을 가진 채널들의 불규칙한 위치 패턴은 추론 및 미세조정 과정의 가속에 한계를 가져온다는 문제가 있다. 이를 해결하기 위해 LLM 내에서 각 층 (layer) 의 활성도 이상값 패턴을 추가로 분석하여 모델 전체에서 이상값이 발생하는 채널 위치가 거의 일정하게 유지됨을 확인했고, 이 정보를 활용하여 민감한 열들을 사전에 재정렬해두는 기법이 제안되었다. 이 기법에 기반한 QEFT 양자화 방법을 통해 추가로 추론 속도 및 미세조정 속도를 개선할 수 있었다. 미세조정과 더불어, 긴 입력을 활용하는 작업에 대한 관심 및 수요가 증가하며 문맥길이 확장 또한 주목받고 있다. LLM의 근간이 되는 트랜스포머 (Transformer) 구조의 경우 활성도 그 자체도 중요하지만, 기존 입력들에 대한 활성도 값과 현재 입력에 대한 활성도 값의 관계를 계산하는 셀프-어텐션 (self-attention) 이 핵심 요소로 동작하며, 이는 장문맥 검색에서도 필수적인 요소이다. 하지만 확장된 문맥 창 길이에도 불구하고 LLM의 입력 길이가 점점 길어질수록 장문맥 검색 정확도의 저하가 발생한다. 이를 개선하기 위해 셀프-어텐션의 헤드별 혹은 채널별 세기 (scale) 를 학습하는 SEAL이 제안되었다. 어텐션 요소들의 세기를 적절히 조절하는 SEAL을 통해 다양한 장문맥 검색 작업에서 원본 모델 대비 검색 정확도를 크게 개선했다. 본 학위논문에서 제안된 활성도를 고려한 양자화 및 미세조정 방법들을 통해, 모델의 품질을 유지하며 신경망의 효율성을 높일 뿐만 아니라 나아가 목표하는 세부 작업이나 긴 입력에 대한 모델의 품질을 더욱 증가시킬 수 있었다. 이를 통해 딥 뉴럴 네트워크 및 초거대 언어모델의 대중화에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

Activation-State PET Imaging of RIPK1 Phosphorylation in Necroptosis-Associated Disease Models

박선미 이화여자대학교 대학원 2026 국내박사

계획성세포괴사(necroptosis)는 다양한 퇴행성 및 염증성 질환의 병태생리에 중요한 역할을 하는 조절된 염증성 프로그램 세포사멸의 한 형태이다. Receptor-interacting protein kinase 1 (RIPK1)은 계획성세포괴사 신호전달 경로에서 핵심적인 상위 조절 인자로 기능한다. 그러나 RIPK1 표적 PET 방사성 추적자뿐만 아니라 광범위한 RIPK1 억제제에 있어서도, 이들이 전체 단백질 발현을 반영하는지 또는 인산화에 의한 활성 상태(pRIPK1)를 반영하는지에 대한 논쟁이 지속되고 있다. 이러한 개념적 모호성은 PET 영상을 이용한 생체 내 기능적 신호 상태의 정확한 해석과 평가를 제한해왔다. 이에 본 연구에서는 활성 상태 기반(activation-state–oriented) 영상화 전략을 제안하고, pRIPK1을 표적으로 하는 PET 방사성 추적자 [18F]RIPA56-3-F를 개발하였다. 본 접근법을 통해 계획성세포괴사의 활성화를 생체 내에서 비침습적으로 경로 수준(pathway level)에서 시각화할 수 있음을 입증하였다. [18F]RIPA56-3-F는 in vitro에서 우수한 활성을 나타내었으며(EC50 = 83 nM), copper-mediated radiofluorination을 통해 방사화학적 수율 37.7 ± 6.1% (n = 27, non–decay-corrected), 방사화학적 순도 99% 이상의 조건으로 합성하였다. 또한 약 4.5시간 동안 안정성을 유지하였다. 정상 마우스에서의 동적 PET 영상 분석 결과, 빠른 전신 분포와 간담도계 배설 양상을 보여 생물학적 평가에 적합한 약동학적 특성을 확인하였다. [18F]RIPA56-3-F의 생물학적 유용성을 검증하기 위해, 본 추적자는 건성 황반변성(dry age-related macular degeneration, dry AMD), 약물 유발 간손상(drug-induced liver injury, DILI) 및 골관절염(osteoarthritis, OA) 등 계획성세포괴사가 관여하는 다양한 전임상 질환 모델에 적용하였다. Sodium iodate로 유도된 건성 황반변성 모델에서, [18F]RIPA56-3-F의 안구 섭취는 대조군 대비 유의하게 증가된 섭취를 보였으며(3.38 ± 0.45 vs. 1.52 ± 0.21 %ID/g, P〈 0.0001), RIPK1 저해제 necrostatin-1s 처리시 섭취가 감소함을 확인함으로써 [18F]RIPA56-3-F의 특이적 결합 및 약리학적 반응성을 확인할 수 있었다. 또한 ARPE-19 세포 기반 in vitro 실험, pRIPK1 면역조직화학 분석, 적출 조직의 방사능 정량 분석을 포함한 ex vivo 결과에서도, 구조적 손상 이전 단계의 초기 pRIPK1 활성화와 [18F]RIPA56-3-F PET 결과가 일관되게 관찰되었다. DILI 연구에서는 대조군 대비 간손상 모델의 [18F]RIPA56-3-F 섭취는 약 2.3배 선택성을 보였으며(3.51 ± 0.73 vs. 1.54 ± 0.20 %ID/g), western blot 및 면역조직화학 분석을 통해 pRIPK1 발현 증가와의 일치성 또한 확인되었다. MIA (monosodium iodoacetate) 유도 OA 모델 역시 대조군 대비 OA 관절 부위의 섭취가 유의하게 증가하였으며(SUVmax = 2.65 ± 0.67 vs. 1.69 ± 0.35), 조직학적 분석 및 고해상도 CT 결과와도 일치하는 양상을 보였다. 이러한 결과를 바탕으로 [18F]RIPA56-3-F 섭취는 총 RIPK1 발현이 아닌 인산화 기반 활성화 상태, 즉 pRIPK1과 높은 상관성을 나타냄을 확인할 수 있었으며, 이를 통해 [18F]RIPA56-3-F가 생체 내 신호전달 경로의 활성화 동역학을 영상화 할 수 있음을 확인하였다. 결론적으로, 본 연구는 pRIPK1 기반 계획성세포괴사 활성화를 비침습적으로 영상화할 수 있는 최초의 PET 방사성 추적자로서 [18F]RIPA56-3-F의 가능성을 제시하고, 분자영상이 단백질 발현 수준을 넘어 신호전달 활성 상태를 반영하는 activation-state imaging이라는 새로운 개념적 틀을 제안한다. 이러한 접근은 질병의 구조적 변화 이전 단계에서 병태생리적 변화를 탐지할 수 있는 극초기 진단 및 치료 반응 모니터링을 위한 기반 기술로 활용될 수 있을 것으로 예상된다. Necroptosis is a regulated form of cell death that promotes inflammatory responses and contributes to the pathophysiology of various degenerative and inflammatory diseases. Receptor-interacting protein kinase 1 (RIPK1) functions as a key upstream regulator of the necroptosis signaling pathway. However, for both RIPK1-targeted PET radiotracers and a broad class of RIPK1 inhibitors, debate persists as to whether they should reflect total protein expression or phosphorylation-dependent activation (pRIPK1). This conceptual ambiguity has limited the accurate interpretation and evaluation of functional signaling states in vivo using PET imaging. Accordingly, in this study, we proposed an activation-state–oriented imaging strategy and developed [18F]RIPA56-3-F as a PET radiotracer targeting pRIPK1. Using this approach, we demonstrated that necroptosis activation can be noninvasively visualized at the pathway level in vivo. [18F]RIPA56-3-F exhibited potent in vitro activity (EC50 = 83 nM) and was synthesized via copper-mediated radiofluorination with a non–decay-corrected radiochemical yield of 37.7 ± 6.1% (n = 27) and radiochemical purity exceeding 99%. It also remained stable for up to 4.5 h. In vivo dynamic PET imaging in normal mice demonstrated rapid systemic distribution with predominant hepatobiliary clearance, supporting its suitability for biological evaluation. To validate its biological relevance, [18F]RIPA56-3-F was evaluated across multiple necroptosis-associated preclinical disease models, including dry age-related macular degeneration (dry AMD), drug-induced liver injury (DILI), and osteoarthritis (OA), representing distinct pathological contexts of necroptotic activation. In a sodium iodate–induced retinal degeneration model, ocular uptake of [18F]RIPA56-3-F was significantly increased compared with controls (3.38 ± 0.45 vs. 1.52 ± 0.21 %ID/g, P〈 0.0001), and was attenuated by necrostatin-1s, indicating RIPK1-specific and pharmacologically responsive binding. Complementary in vitro and ex vivo analyses—including ARPE-19 cell uptake studies, pRIPK1 immunohistochemistry, and gamma counting of excised tissues—consistently demonstrated that tracer accumulation is associated with early pRIPK1 activation rather than structural degeneration. In a DILI model, hepatic uptake increased approximately 2.3-fold relative to controls (3.51 ± 0.73 vs. 1.54 ± 0.20 %ID/g), in agreement with elevated pRIPK1 levels confirmed by western blotting and immunohistochemistry. Similarly, in an osteoarthritis model, joint uptake was significantly higher than controls (SUVmax = 2.65 ± 0.67 vs. 1.69 ± 0.35), supported by histological and high-resolution CT findings. Across all models, tracer uptake consistently correlated with phosphorylation-dependent activation of RIPK1 rather than total protein expression, demonstrating that [18F]RIPA56-3-F captures pathway activation dynamics in vivo. In conclusion, this study establishes [18F]RIPA56-3-F as a first-in-class PET radiotracer for imaging pRIPK1-mediated necroptosis and introduces activation-state imaging as a conceptual framework for molecular imaging. By enabling noninvasive visualization of signaling activity rather than protein abundance, this approach provides a foundation for ultra-early detection and therapeutic monitoring of necroptosis-associated diseases.

연속공정에 의한 고강도 활성탄소 필라멘트 섬유의 제조와 특성

윤준영 전북대학교 일반대학원 2018 국내박사

Activated carbons (ACs) are materials that develops micro-pores of molecular size through activation process using a carbon material as a raw material, widely used as an adsorbent material. They are used as a filter for purification of wastewater and exhaust gas from automobiles and factories, because they have excellent adsorption properties for fine particles and toxic gases. Therefore, they can be in the category of green materials that have the function of reducing environmental pollution sources and purifying polluted environments to solve environmental problems. The adsorption property of ACs originates from numerous pores, and the process of forming pores is called ‘activation’. The activation processes are largely divided into physical activation and chemical activation. The physical activation is to form pores in the carbon material using activation gases such as water vapor, carbon dioxide, and oxygen. The chemical activation is a method of forming pores by treating chemical activation agent such as potassium hydroxide (KOH), sodium hydroxide (NaOH), zinc chloride (ZnCl), and phosphoric acid (H3PO4). ACs are classified into powdered activated carbon (PAC), granular activated carbon (GAC), and fibrous activated carbon (FAC) depending on its form. The FAC is generally referred to as activated carbon fiber (ACF). The ACF is a fiber type activated carbon with micro-pores of 1∼2 mm diameter and is applied to various fields such as filters and energy storage devices. In addition, it is excellent in selective adsorption due to the uniform pore distribution and is easy to control the pore size. The manufacturing process of ACF combining the structures of carbon fibers and AC is very similar to that of carbon fibers except for the activation as the final step. The raw materials of ACF include cellulose, polyacrylonitrile (PAN), phenol, and pitch. Among them, The PAN is mainly used as a precursor in spite of the high price, because it can obtain a yield of more than twice as high as that of cellulose. However, ACF, which has various remarkable properties and excellent environmental purification performance, has drawbacks of high weight reduction rate, low density, low strength, and poor durability because it is produced in a staple fiber form which is advantageous in terms of production cost. In this study, the PAN based filament type ACFs with high strength and durability were fabricated by continuous process and their pore and physical properties were investigated. The paper is structured as follows: Chapter 1, the overall outline of AC such as the definition, characteristics, classification, etc. was introduced and its manufacturing method was explained. In addition, the advantages and disadvantages of currently used commercial ACFs were analyzed and the direction of our research was presented. Chapter 2 mainly provides a detailed review of previously published literature related to this research. Its major contents were the carbon fiber, PAN based carbon fiber, activated carbon, and activated carbon fiber. Chapter 3 describes experimental methods, results, and discussion for PAN based activated carbon fabrics with high strength and durability fabricated through continuous processes. PAN filament fibers having a strength of 8.0 g/d were prepared using a wet spinning method. The fabrics having a basic weight of 250 g/m2 and a width of 30 cm were used as a precursor of activated carbon fabrics. In addition, the furnaces designed for stabilization, carbonization and activation were used to establish optimal conditions for producing activated carbon fabrics. The activated carbon fabric fabricated with 20 ml/min of steam flow at 850 ℃ for 30 min using batch type furnace exhibited the highest specific surface area of 1,438 m2/g, however a very low activation yield of 7.03% was observed. We also investigated the yield and the specific surface area change with gas flow rate, activation temperature, and time using CO2 as the activation gas. The activated carbon fabric fabricated with 300 cc of CO2 flow at 900 ℃ for 5 hr showed the highest specific surface area of 1,263 m2/g and a activation yield of 28.36%. The activated carbon fabrics produced through continuous process using steam showed a specific surface area of 1,310 m2/g, a single fiber strength of 1.24 g/d, and a fabric strength of 280.7 kgf/cm2. Chapter 4 summarizes and concludes our research.

(The) activation mechanisms of ANO6/TMEM16F Ca2+-activated chloride channel

림해월 서울대학교 대학원 2019 국내박사

Anoctamin 6 (ANO6/TMEM16F) is a membrane protein having dual functions; calcium-activated chloride channel (CaCC) and phospholipid scramblase. Unlike other CaCCs, the activation of ANO6 requires pathological high Ca2+ in the cytosol ([Ca2+]i > several M) with very slow kinetics, and there has been controversy over the physiological implication of ANO6 as CaCC. Here I propose to hypotheses on the slow kinetics of ANO6 activation; 1) inhibitory influence of actin filament cytoskeleton that requires ATP, 2) putative temperature dependence of ANO6. Whole-cell patch clamp recording of ANO6 current (IANO6) was conducted with ANO6 variant 1 (V1) overexpressed HEK293T cells. In comparison with ATP-free pipette solution containing 10 M [Ca2+]i, the inclusion of 3 mM ATP dramatically slowed the activation of IANO6. Also, disruption of the actin cytoskeleton with cytochalasin-D (cytoD) significantly accelerated the activation of IANO6 even with ATP, while the actin filament stabilizers (phalloidin and jasplakinolide) inhibited IANO6. The excision of membrane patch, i.e. inside-out recording mode, IANO6 showed immediate activation when exposed to 10 M [Ca2+]i. These results suggest that the robustness of actin cytoskeleton might hamper the Ca2+-dependent activation of IANO6. To investigate the influence of temperature, I examined the three types of ANO6 splicing variants (V1, V2 and V5; V3 did not show plasma membrane expression). IANO6 of V1, V2 and V5 commonly showed low Ca2+-sensitivity and highly delayed activation in room temperature. Interestingly, at physiological temperature (37C), the Ca2+ sensitivity of IANO6 was largely increased even with 1 mM ATP; started to be activated by 1 M (V1) or by 300 nM [Ca2+]i (V2 and V5). Further increase of temperature to 42C revealed the IANO6 activation by 100 nM [Ca2+]i in all the three variants. The activation kinetics was also accelerated by the temperature increase; the delay time for full activation of IANO6 was significantly shortened at 37C. Notably, the temperature-dependent Ca2+-sensitization of ANO6 became insignificant under inside-out patch clamp condition. Unlike the channel activity, physiological temperature did not induce the scramblase function of ANO6 with submicromolar [Ca2+]i (300 nM), irrespective of variant types. Taken together, the results offered negative cytosolic modulators actin cytoskeleton and ATP for IANO6, and suggested that all functional isoforms of ANO6 can be activated by physiological ranges of temperature. This study revealed the physiologically meaningful anion conducting property of ANO6 might precede the scramblase activity. Anoctamin 6 (ANO6, TMEM16F)은 칼슘 의존성 염소이온통로 (CaCC) 와 phospholipid scramblase 기능을 함께 갖고 있는 세포막 단백질이다. ANO6은 다른 CaCC (예: ANO1)와 비교할 때, 매우 높은 세포 내 칼슘 증가 상태에서도 훨씬 느리게 활성화되기 때문에 생리적으로 이온통로 기능이 유의미한지에 대한 논란이 많다. 이처럼 느린 활성화에 대해 1) 세포내 ATP의존적인 액틴섬유 세포골격의 변화, 2) 온도 조건 (실온 또는 체온)의 차이가 원인일 수 있다는 가설로 설정하고, 이를 팻취클램프 기법으로 증명하고자 했다. ANO6 접합변이형 중 제1형 (V1) 과발현 세포에서 whole-cell 팻취클램프로 전류를 기록했다. 세포내용액에 ATP가 포함되면 ANO6 전류 활성화가 더 억제됐다. 액틴섬유 저해제인 cytochalasin D를 처리 후 전류를 기록하면, ANO6 전류 활성화가 빨라졌고, 액틴섬유 강화제인 phalloidin과 jasplakinolide 처리하면 ANO6 전류는 훨씬 느리게 활성화됐다. 세포골격단백이 파괴될 것으로 예상되는 inside-out 팻취클램프 조건에서, ANO6은 세포막 안쪽 칼슘 증가에 따라 즉각 활성화됐다. 이러한 결과는 세포의 액틴섬유의 유지 정도가 ANO6의 이온통로 활성화를 억제할 수 있음을 시사한다. ANO6의 네 가지 접합변이형들 (V1, V2, V3 와 V5) 중 V3는 세포막에 발현되지 않았고, 나머지 변이형들은 모두 낮은 칼슘 민감성과 느린 활성화를 보였다. 실험 용액 온도를 실온 (25도)에서 37도로 올리면, 모든 접합변이형들의 칼슘 민감도가 증가하고, 전류 활성화가 빨라졌다. 하지만 ANO6의 다른 기능인 scramblase 활성은 37도 조건에서도 여전히 칼슘 민감도가 낮았다. 흥미롭게도, inside-out patch clamp 조건에서는 온도를 올리더라도 ANO6 전류 활성화의 칼슘민감도는 유의한 변화가 없었다. 종합해보면, 체온 수준 또는 그 이상의 온도 조건 및 액틴섬유의 중합이 저해되는 조건에서 ANO6는 기존 보고들보다 낮은 생리적 범위의 칼슘농도에서도 활성화되면서, 이온통로로서 생리학적 기능을 할 것으로 추정된다.

Elucidating the Downstream Position and Functional Role of SFK Activation After CagA Phosphorylation in Helicobacter pylori Infection

Ramanayake Mudiyanselage Ashansa Pamodhi Ramanayak 연세대학교 일반대학원 2025 국내박사

Helicobacter pylori is a gastric pathogen closely associated with various gastric diseases. Its key virulence factor, the oncoprotein CagA, is delivered into gastric epithelial cells via a type IV secretion system, where it undergoes tyrosine phosphorylation and triggers signaling pathways that induce cell elongation ("hummingbird phenotype"). While Src family kinases (SFKs) have been identified as the main kinases mediating CagA phosphorylation, this study re-evaluates their role by examining the interplay between CagA phosphorylation, SFK activation, and downstream cellular effects. The Helicobacter pylori strain G27, as well as AGS and MKN28 gastric cancer cell lines were used to conduct the study. Our findings revealed that SFK activation was entirely inhibited at 0.5 μM PP2 without significantly affecting CagA phosphorylation, cell elongation, or IL-8 induction, indicating that SFK is not essential for these processes. At higher PP2 concentrations, both CagA phosphorylation and cell elongation were reduced in a dose-dependent manner. Immunofluorescence and FACS analyses revealed that PP2 treatment decreased H. pylori binding to AGS cells, potentially accounting for the observed effects. Infections with ∆cagA and phosphorylation-resistant cagA-EPISA strains failed to activate SFK, suggesting that SFK activation occurs downstream of CagA phosphorylation. We demonstrated that H. pylori-mediated SFK activation is regulated via the Shp2-Raf-Mek-Erk pathway by employing specific siRNA and inhibitors. SFK inhibition did not impact ERK activation and IL-8 induction. However, wound healing and transwell invasion assays demonstrated that SFK inhibition significantly impairs H. pylori-induced wound healing and cell invasion, underscoring a specific role for SFK in modulating host cell motility during infection. Our study propose that SFK activation occurs downstream of CagA phosphorylation, potentially via ERK pathway activation. This suggests that alternative kinases may be responsible for CagA phosphorylation, offering new insights into the molecular mechanisms of Helicobacter pylori pathogenesis. Although SFK was dispensable for CagA phosphorylation, cell elongation, ERK activation, and IL-8 induction, it governed the migratory and invasive responses induced by H. pylori. These findings highlight a previously under-recognized but essential function of SFK in regulating host cell motility during infection. Helicobacter pylori 는 위암과 소화성 궤양의 발생과 밀접하게 관련된 위장 병원균이다. 이 균의 주요 병원성 인자 중 하나인 종양단백질 CagA 는 제 4 형 분비 체계을 통해 위 상피세포 내로 주입되며, 세포 내에서 티로신 인산화 과정을 거쳐 다양한 세포 신호 전달 경로를 활성화시키고 세포신장 (Humminbird phenotype) 을 유도한다. CagA 인산화에 관여하는 주요 인산화효소로 Src 계열 인산화효소(SFK)가 알려져 있으나, 본 연구에서는 CagA 인산화, SFK 활성화, 그리고 이로 인한 세포 반응 간의 연관성을 재평가하였다. SFK 가 CagA 인산화 및 H. pylori-매개 세포 신장에 어떤 역할을 하는지를 분석하기 위해 SFK 억제제인 PP2 를 이용하였다. SFK 활성화 및 CagA 인산화 여부는 immunoblotting 을 통해 분석하였고, 세포 신장 여부는 현미경 관찰을 통해 평가하였다. 또한, H. pylori 의 AGS 세포 부착 능력은 Immunofluorescence assay 과 FACS 분석을 통해 측정하였다. SFK 활성화와 CagA 인산화 간의 관계를 명확히 하기 위해, cagA 유전자 결손 균주(∆cagA) 및 인산화 저항성 cagA 돌연변이 균주(cagA-EPISA) 감염도 함께 수행하였다. 연구 결과, 0.5 μM 농도의 PP2 처리 시 SFK 활성화는 완전히 억제되었으나, CagA 인산화, 세포 신장, IL-8 생성에는 큰 영향을 미치지 않았다. 이는 SFK 가 이러한 과정에 필수적이지 않음을 시사한다. 그러나 PP2 농도가 증가함에 따라 CagA 인산화 및 세포 신장은 농도 의존적으로 감소하였다. Immunofluorescence assay 및 FACS 분석 결과, PP2 처리로 인해 H. pylori 의 AGS 세포 부착 능력이 감소한 것으로 나타났다. ∆cagA 및 cagA-EPISA 균주에 의한 감염은 SFK 를 활성화하지 못하였으며, 이는 SFK 활성화가 CagA 인산화 이후 단계에서 발생함을 시사한다. 추가로, 특정 siRNA 와 억제제를 사용한 실험을 통해, H. pylori-매개 SFK 활성화가 Shp2–Raf–Mek–Erk 신호 경로를 통해 조절됨을 확인하였다. 또한, SFK 억제는 ERK 활성화 및 IL-8 생성에는 영향을 미치지 않았지만, wound healing assay 와 transwell invasion assay 에서는 H. pylori 감염에 따른 세포 이동성과 침습성이 크게 감소하였다. 이는 감염 과정에서 SFK 가 숙주 세포 이동성 조절에 중요한 역할을 한다는 점을 보여준다. 본 연구는 CagA 인산화를 매개하는 주된 키나아제가 SFK 라는 기존 관점을 재고하게 한다. 오히려 SFK 는 CagA 인산화 이후 ERK 경로를 통해 활성화될 수 있으며, CagA 인산화는 다른 키나아제에 의해 매개될 가능성을 제시한다. SFK 는 CagA 인산화, ERK 활성화, 세포 신장, IL-8 생성에는 필수적이지 않았지만, H. pylori 감염에 따른 세포 이동 및 침습에는 결정적인 역할을 수행하였다. 이 연구는 감염 과정에서 SFK 가 숙주 세포 이동성을 조절하는 데 있어 필수적이며, 지금까지 간과되었던 그 역할을 새롭게 평가한 것이다.

A study on entropy as a measure of brain activation

Byeonggi Yu DGIST 2022 국내박사

뇌 활성화는 인지 작업 또는 신체 작업과 관련된 뇌 수준 이벤트를 이해하는 데 사용되고 있다. 우리는 뇌 활성화를 위한 정량적 척도로 신호 진폭과 베타 값 대신에 엔트로피를 제안하였다. 현재 신호 진폭과 베타 값은 널리 사용되고 있지만 한계들과 단점들로 인하여 때때로 정량적 척도로써 적절한지 비판을 받고 있다. 우리 제안의 관련성을 조사하기 위해 우리는 외골격 로봇을 사용하여 기계적 임피던스에 제한된 팔꿈치 신전-굴곡 능동 동작을 통해 22 명의 피험자에게 물리적 자극을 제공하고 엔트로피, 신호 진폭 및 베타 값 측면에서 뇌 활성화를 측정하였으며 엔트로피를 다른 둘과 비교하였다. 엔트로피의 변화가 제한적이고 잘 정립된 운동 영역에서 나타나는 반면 신호 진폭과 베타 값의 변화가 모듈성 이론과 모순되는 광범위한 방식으로 나타난다는 점에서 엔트로피의 우수함을 확인하였다. 자극이 휴식 상태에서 작업 상태로 변화할 때 엔트로피는 다른 두 지표와 유사한 증가된 경향을 보였다. 엔트로피는 작업 기간에 따른 뇌 활성화의 증가를 예측할 수 있지만 다른 두 가지는 예측할 수 없었다. 자세하게 확인하면 작업 지속시간의 단위 크기가 증가함에 따라 780 및 830 nm 파장 데이터에서 엔트로피가 1.09%, 1.19% 증가하였다. 비록 엔트로피는 작업 강도에 의해 유도되는 뇌 활성화 현상의 일부분만을 보여주었지만 나머지 두 지표가 보여주지 않은 뇌 활성화의 감소를 보여 우월성을 보여주었다. 자세하게 확인하면 작업 강도를 정의하는 고유 주파수의 단위 크기가 증가할수록 805 및 830 nm 파장 데이터에서 엔트로피가 3.37%, 2.80% 감소하였다. 게다가 엔트로피는 생리적으로 중요한 위치를 식별할 수 있었다. Brain activation has been used to understand brain-level events associated with cognitive tasks or physical tasks. As a quantitative measure for brain activation, we propose entropy in place of signal amplitude and beta value, which are widely used, but sometimes criticized for their limitations and shortcomings as such measures. To investigate the relevance of our proposition, we provided 22 subjects with physical stimuli through mechanical impedance-restrained elbow extension-flexion active motion by using our exoskeleton robot, measured brain activation in terms of entropy, signal amplitude, and beta value; and compared entropy with the other two. The results show that entropy is superior, in that its change appeared in limited, well-established, motor areas, while the signal amplitude and beta value changes appeared in a widespread fashion, contradicting the modularity theory. When stimuli shifted from the rest state to the task state, entropy exhibited a similar increase as the other two did. Entropy can predict an increase in brain activation with task duration, while the other two cannot. In detail, as the unit size of task duration increased, entropy increased by 1.09% and 1.19% at 780 and 830 nm wavelength data. Although entropy showed only a part of the phenomenon induced by task strength, it showed superiority by showing a decrease in brain activation that the other two did not show. In detail, as the unit size of the natural frequency defining the strength of the task increased, the entropy decreased by 3.37% and 2.80% at 805 and 830 nm wavelength data. Moreover, entropy was capable of identifying the physiologically important location.

Engineered Metal Coordination Environments for Catalytic Persulfate Activation in Water Treatment: Accelerating and Modulating Radical and Non-Radical Reaction Pathways

Jaemin Choi 고려대학교 대학원 2026 국내박사

Persulfate-based advanced oxidation processes (PS-AOPs) have emerged as promising technologies for the degradation of recalcitrant organic contaminants in water treatment. Despite their potential, the mechanistic understanding of PS activation, particularly regarding how coordination environments at transition metal active sites modulate the formation and selectivity of reactive oxygen species (ROS), remains incomplete. This dissertation systematically explores the role of coordination engineering in governing PS activation pathways by employing ligand-coordinated complexes, spatially segregated dual-metal composites, and single-atom catalysts (SACs) supported on graphitic carbon nitride (g-C3N4). The first part of this work demonstrates that nitrite ligands stabilize Co(III) complexes and significantly enhance peroxymonosulfate (PMS) activation through accelerated Co(III)/Co(II) cycling, facilitating selective generation of sulfate radicals (SO4•−) even under neutral conditions. The second part introduces a dual-active-site catalyst system composed of Pd and Co nanoparticles encapsulated in nitrogen-doped carbon matrices. This composite exhibited persulfate-type-dependent switching between radical and non-radical pathways: Co facilitated PMS activation via radical mechanisms, while Pd promoted non-radical activation of both PMS and PDS through electron mediated transfer. In the final part, single-atom transition metal catalysts were synthesized via an acetylacetone-assisted strategy. Excess acetylacetone not only promoted the formation of diketone-derived coordination defects that stabilized atomically dispersed metal centers, but also modulated the local coordination environment, favoring non-radical pathways. This mechanistic shift was particularly pronounced in five transition metal (Co2+, Cu2+, Mn2+, Ni2+ and Fe3+)-based SACs, as demonstrated by selective oxidation studies using 4-chlorophenol (4-CP), acetaminophen (AAP), benzoic acid (BA), and carbamazepine (CBZ) revealed that acac selectively enhanced non-radical pathways. PMSO-to-PMSO2 conversion, alcohol, DMSO, and Cr2O72− quenching effects, and XANES analyses showed that acac suppressed high-valent metal-oxo formation for Ni and Fe, while maintaining oxo-mediated routes for Co and Mn. Under PDS activation, acac significantly strengthened electron-transfer pathways in Ni and Cu by enhancing persulfate binding affinity and electrical conductivity. Overall, this dissertation establishes that atomic-level coordination engineering, achieved through the design of ligands, defect structures, and spatially isolated active sites, enables precise control over ROS selectivity and non-radical oxidation pathways in PS-AOPs, providing a foundational framework for rational catalyst design in water treatment applications. 과황산(Persulfate, PS)을 기반으로 한 고급산화공정(Advanced Oxidation Processes, AOPs)은 난분해성 유기오염물질의 분해를 위한 차세대 수처리 기술로 주목받고 있다. 본 박사학위 논문은 전이금속 활성점 주변의 코디네이션 환경 제어를 통해 PS 활성화 경로 및 활성산소종(ROS)의 선택성을 조절하는 메커니즘을 규명하고자 하였다. 이를 위해 리간드-금속 착물, 이중 금속 복합촉매, 그리고 graphitic carbon nitride(g-C3N4) 기반 단일 원자 촉매(Single-Atom Catalysts, SACs)를 이용한 다양한 촉매 시스템을 설계하고 비교 분석하였다. 첫 번째로, 아질산염(NO2−) 리간드가 Co(III) 착물을 수용액 중에서 안정화시키고 Co(III)/Co(II) 전환 속도를 가속화함으로써, 중성 조건에서 황산 라디칼(SO4•−) 생성 효율을 크게 향상시키는 것으로 나타났다. 두 번째로는, 질소로 도핑된 탄소 기질에 Pd와 Co가 각각 분리된 활성점으로 존재하는 복합촉매를 합성하여, 과황산 종류(PMS, PDS)에 따라 라디칼 및 비라디칼 산화 경로가 전환되는 현상을 규명하였다. 특히 Pd는 비라디칼 경로(전자 전달 매개체)를 유도하고, Co는 라디칼 경로(PMS 활성화)를 촉진하였다. 마지막 연구에서는 아세틸아세톤(acac)을 이용해 Co2+, Cu2+, Mn2+, Ni2+, Fe3+ 단일원자 사이트를 안정화한 M1-C3N4 촉매를 합성하였다. Acac은 금속 응집을 억제하는 동시에 디케톤 유래 결함을 도입하여 배위환경과 전자구조를 조절하였다. 4-CP, AAP, BA, CBZ를 이용한 선택적 산화 실험과 PMSO에서PMSO2로의 전환, 알코올류, DMSO, Cr2O72−의 감쇄효과, 및 XANES 결과는 PMS 활성화 시 acac이 Ni과·Fe에서는 metal-oxo 경로를 억제하고, Co와 ·Mn에서는 유지하며, Cu와 Ni에서는 PDS 기반 전자전달 경로를 강화함을 보여주었다. 종합적으로, 본 연구는 배위환경의 원자 수준 제어가 PS-AOPs의 산화종 선택성과 반응경로를 정밀하게 조절할 수 있는 핵심 설계 전략임을 제시하며, 향후 수처리 촉매 개발의 기초적 방향성을 제공한다.

석탄계 및 석유계 피치를 이용한 슈퍼커패시터 전극재용 고밀도 활성탄 제조

최푸름 명지대학교 대학원 2017 국내석사

전기이중층 커패시터(EDLC)는 이차전지보다 빠른 충·방전 속도, 높은 출력밀도, 긴 수명 사이클을 가지고 있는 에너지 저장장치이다. EDLC의 성능에 큰 영향을 미치는 요소는 전극소재로 쓰이는 활성탄인데, 일반적으로 활성탄의 비표면적이 높을수록 정전용량이 우수하다. 정전용량은 일반적으로 단위 질량당 용량(F/g)을 쓰게 되는데, EDLC의 소형화를 위해서는 단위 질량당 용량(F/g)보다 단위 부피당 용량(F/cc)이 더 중요한 의미를 갖는다. 높은 비표면적을 가진 활성탄을 전극소재로 사용하면 단위 질량당 용량(F/g)은 높은 값을 가지지만, 낮은 전극밀도로 인해 낮은 단위 부피당 용량(F/cc)을 갖게 된다. 이러한 점을 보완하기 위해 전극의 밀도를 높여 높은 단위 부피당 용량(F/cc)을 가지는 EDLC 전극소재를 제조하는 연구를 진행하였다. EDLC용 고밀도 활성탄을 만들기 위해 석탄계 피치를 원료로 마일드한 활성화제인 K2CO3를 이용하여 최적의 활성화 조건을 알아보기 위해 활성화제의 비율과 활성화 온도 및 시간을 변화하여 실험을 진행하였다. 석탄계 피치는 공기 분위기에서 300℃의 온도로 2 시간 동안 안정화 과정을 거친 피치를 사용했고, 피치와 활성화제의 비율을 1:1∼1:6까지 변화시키고, 800∼1000℃ 범위에서 1∼7 시간 동안 활성화를 진행했다. 피치와 K2CO3의 비율이 1:2일 때 가장 높은 정전용량을 가졌으며, 그 이상이 되면 오히려 감소하는 모습을 보였다. 활성화 온도와 시간이 증가할수록 정전용량이 상승하는 모습을 보였고, 활성화 시간보다 온도에 더 민감했다. 1000℃에서 3 시간동안 활성화 과정을 거쳐 제조된 활성탄이 1489 m2/g으로 가장 높은 비표면적과 21.8 F/g 및 17.4 F/cc의 가장 높은 정전용량을 달성했다. 상업용 활성탄(MSP-20)의 비표면적이 2277 m2/g이고, 정전용량이 25.0 F/g 및 18.5 F/cc 인 것을 감안했을 때, 비교적 낮은 비표면적으로 상업용 활성탄과 거의 비슷한 단위 부피당 용량을 구현하였다. 또한, 1000℃에서 제조된 활성탄을 KOH를 활성화제로 이용한 활성탄과 비교했을 때, 비표면적은 1489 m2/g과 3004 m2/g으로 2배에 가까운 차이가 나고 단위 질량당 용량은 21.8 F/g과 30.4 F/g으로 차이가 컸지만, 단위 부피당 용량은 17.4 F/cc와 19.1 F/cc로 91% 정도 수준의 정전용량을 구현하였다. 탄화과정을 통한 고밀도 활성탄 제조를 위해, 질소 분위기에서 500∼1000℃의 온도로 1 시간 동안 탄화과정을 거친 석탄계 피치와 석유계 피치를 원료로 KOH와 1:4의 비율로 활성화를 진행해 EDLC의 전극소재로 사용해 보았다. 탄화온도가 높아질수록 비표면적과 기공부피, 단위 질량당 용량 등은 감소했으며 결정화도와 수율 등은 상승하는 모습을 확인해 탄화온도를 변화시킴으로서 제조되는 활성탄의 결정구조와 비표면적, 기공 구조 등을 제어할 수 있음을 확인하였다. 또한, 열처리 온도가 높아질수록 전극밀도가 증가하여 단위 부피당 용량은 석탄계 피치의 경우 탄화온도 800℃에서 23.1 F/cc, 석유계 피치는 700℃에서 28.4 F/cc로 가장 높은 값을 가져 각각 상업용 활성탄(MSP-20)의 140%, 150% 수준을 구현하였다. 전체적으로 비표면적과 기공 부피는 석유계 피치가 더 높은 값을 나타냈는데, 이는 석유계 피치가 석탄계 피치에 비해 지방족 함량이 많고, 분자량 분포가 넓어 활성화의 영향을 많이 받기 때문인 것으로 판단되었다. 탄화피치의 종방향 결정크기는 800℃의 탄화온도에서 가장 낮았고, 그 이후 서서히 증가하는 모습을 보였다. 횡방향 결정크기 역시 800℃까지는 큰 차이가 없다가 그 이후부터 큰 폭으로 증가하였다. 활성탄의 결정크기는 탄화온도에 따라 커지는 경향을 보였고, 층간거리는 줄어드는 경향을 보였다. 또한, 석탄계와 석유계 피치를 700℃이상의 고온으로 탄화한 후 활성탄을 제조했을 때 전기화학적 활성화 과정이 관측되었다. 이 과정이 낮은 비표면적에도 불구하고 비교적 높은 정전용량을 구현하는데 큰 영향을 끼치는 것으로 분석되었고, EDLC의 충전 전압이 높아질수록 더 큰 영향을 미치는 것으로 분석되었다. Electric double layer capacitors (EDLCs) are energy storage devices that have fast charge-discharge rates, high power density and longer life cycles than secondary batteries. The most important factor affecting the performance of EDLC is activated carbon used as an electrode material. Generally, the higher the specific surface area of activated carbon, the higher the capacitance. Volumetric capacitance (F/cc) is more important than gravimetric capacitance (F/g) in order to reduce the size of EDLCs. When activated carbon having high specific surface area is used as the electrode material, the gravimetric capacitance is high, but the volumetric capacitance is low due to the low electrode density. In order to overcome this problem, we have studied the fabrication of EDLC electrode material having high volumetric capacitance by increasing electrode density. In order to make high density activated carbon for EDLC, coal tar pitch (CTP) was used as raw material and K2CO3, a mild activation agent, was used for activation. Experiments were carried out by changing the ratio of activation agent, and the activation temperature and time to investigate the optimal activation conditions. The coal tar pitch was stabilized at a temperature of 300℃ in air atmosphere for 2 hours. The ratios of CTP to activation agent were varied from 1:1 to 1:6, the activation temperatures were varied from 800 to 1000℃, and the activation times varied from 1 to 7 hours. The highest capacitance was obtained when the ratio of CTP to K2CO3 was 1:2, and decreased when the ratio was more than 1:2. As the activation temperature and time increased, the capacitance increased. The activation temperature was more sensitive than the activation time. The K2CO3 activated CTP at 1000℃ for 3 hours had the highest specific surface area (1489 m2/g), highest gravimetric (21.8 F/g), and volumetric capacitance (17.4 F/cc). The specific surface area of commercial activated carbon (MSP-20) was 2277 m2/g, and it’s gravimetric and volumetric capacitances were 25.0 F/g and 18.5 F/cc, respectively. In spite of much the lower specific surface area, the volumetric capacitance of the K2CO3 activated CTP was comparable to that of MSP-20. The specific surface area of the K2CO3 activated CTP was lower than half of the KOH activated CTP and it’s gravimetric capacitance was also lower showing 72% of the KOH activated CTP. However, it’s volumetric capacitance was about 91% of the KOH activated CTP. The CTP and petroleum pitch (PP) carbonized for 1 hour at 500∼1000℃ in nitrogen atmosphere were used as the electrode material of EDLC after KOH activation. As the carbonization temperature increased, specific surface area, pore volume and gravimetric capacitance decreased, but crystallinity and yield increased. Therefore, it was possible to control the crystalline structure, specific surface area and pore structure of activated carbon by changing the pre-carbonization temperature. Since the electrode density also increased with increasing the pre-carbonization temperature, the highest volumetric capacitances of 23.1 F/cc for CTP was obtained at 800℃ and of 28.4 F/cc for PP was obtained at 700℃, respectively, exhibiting 140% and 150% of commercial activated carbon (MSP-20). The specific surface area and pore volume of PP showed higher values than CTP, which is expected to be due to the higher aliphatic content and the narrower molecular weight distribution of PP. The electrochemical activation was observed from the electrodes for which CTP and PP were pre-carbonized at high temperatures above 700℃ and then activated by KOH. This process was found to have a significant effect on the high capacitance in spite of the low specific surface area, and it was analyzed that the higher charging voltage of EDLC, the greater the effect by electrochemical activation.

Hydrogen doping modification of nanodiamond at low temperature : non-radical persulfate activation by high-performance sp3-hybridized nanocarbon

김건두 Graduate School, Korea University 2021 국내석사

Nanodiamond annealed at high temperature under Ar atmosphere (> 1000℃, A-ND) with graphitized surface has been studied as catalyst for persulfate activation. It has been reported that graphitized nanodiamond with sp2 structure can improve catalysis of persulfate activation. Alternatively, this study suggests that persulfate can be activated more efficiently by the nanodiamond modified at low temperature (600℃) under hydrogen atmosphere (H-ND-600) which has sp3 structure. It has been studied that H-ND induces electron accumulation on the surface and has excellent electrical conductivity. Based on these electrical properties of the H-ND, we predicted that it may exhibit excellent catalytic performance even in persulfate activation according to the reports that persulfate activation by NDs follows the electron transfer reaction mechanism. As a result, as the annealing time in the hydrogen atmosphere at 600℃ increases, the sp2/sp3 ratio in H-ND decreases and reached nearly zero at 10 h, confirming that the structure was almost 100% sp3. We discovered that the catalytic performance of H-ND improves with annealing time, which affects the hydrogen doping content, and H-ND has better catalytic performance of decomposing organic matters through persulfate activation than A-ND. In addition, H-ND consumed the lower amount of peroxydisulfate (PDS) than A-ND. For example, when comparing the performance about 4-chlorophenol (4-CP) degradation efficiency of H-ND manufactured at 600℃ (H-ND-600) and A-ND manufactured at 800℃ (A-ND-800), the PDS activation capability of H-ND-600 was 2.2 to 2.9 times higher than that of A-ND-800, regardless of the applied PDS dose. On the other hand, H-ND-600, which was confirmed to be catalytically superior to A-ND-800, consumed twice as little PDS in most cases. Also, we demonstrated that persulfate is activated by H-ND through a non-radical reaction pathway by EPR and quenching test. Through these results, we found that there are advantages of H-ND in that organic pollutants can be decomposed more efficiently with lower energy and lower oxidizing agent consumption through persulfate activation by H-ND.

PDGFRβ Activation Induced the Bovine Zygotic Genome Activation via Enhanced NFYA Nuclear Localization

페레라 루파싱헤 아라치치게 찰라니 딜샤니 경상국립대학교 대학원 2023 국내석사

Zygotic genome activation (ZGA) is a critical step during embryonic development. Several transcription factors have been identified that play major roles in initiating ZGA; however, this gradual and complex mechanism still needs to be explored. In this study, we investigated the role of nuclear transcription factor Y subunit A (NFYA) in bovine ZGA and bovine embryonic development and its relationship with the platelet-derived growth factor receptor-β (PDGFRβ). Activation and inhibition of PDGFRβ using a specific activator (PDGF-BB) and inhibitor (CP-673451) revealed that NFYA expression is significantly (p < 0.05) affected by the PDGFRβ. Downregulation of NFYA following inhibition significantly reduced (p < 0.05) the expression of critical ZGA-related genes and significantly (p < 0.05) reduced bovine embryo development rate and implantation potential. Moreover, the expression of pluripotency-related markers (OCT4, SOX2, and NANOG) necessary for inner cell mass development was also significantly (p < 0.05) affected by the downregulation of NFYA while interrupting trophoblast cell (CDX2) differentiation. In conclusion, PDGFRβ significantly (p < 0.05) alters the NFYA expression critical for bovine zygotic genome activation. 접합체 게놈 활성화 (ZGA)는 배아 발달 동안 중요한 단계입니다. ZGA 개시에 중요한 역할을 하는 여러 전사 인자가 확인되었습니다. 그러나 이 점진적이고 복잡한 메커니즘은 여전히 탐구되어야합니다. 이 연구에서 우리는 소 ZGA 및 소 배아 발달에서 NFYA (nuclear transcription factor Y subunit A)의 역할과 혈소판 유래 성장 인자 수용체-β (PDGFRβ)와의 관계를 조사했습니다. 특정 활성제 (PDGF-BB) 및 억제제 (CP-673451)를 사용한 PDGFRβ의 활성화 및 억제는 NFYA 발현이 PDGFRβ에 의해 유의하게 (p < 0.05) 영향을 받는 것으로 나타났다. 억제 후 NFYA의 하향 조절은 중요한 ZGA 관련 유전자의 발현을 유의하게 감소시켰고 (p < 0.05) 소의 배아 발생률과 착상 가능성을 유의하게 감소시켰습니다 (p < 0.05). 또한 내부 세포 덩어리 발달에 필요한 다능성 관련 마커 (OCT4, SOX2 및 NANOG)의 발현도 영양막 세포 (CDX2) 분화를 방해하면서 NFYA의 하향 조절에 의해 영향을 크게 (p < 0.05) 받았습니다. 결론적으로, PDGFRβ는 소 접합체 게놈 활성화에 중요한 NFYA 발현을 상당히 (p < 0.05) 변경합니다.