단일층 및 다층 그래핀의 전기적 특성: 캐리어 농도 vs. 이동도

학위논문 (박사) -- 서울대학교 대학원 : 공과대학 재료공학부, 2021. 2. 김기범.그래핀(graphene)은 2차원(2D) 재료의 가장 주목할만한 물질이다. 뛰어난 전기적 광학적 및 기계적 특성으로 인해 많은 관심을 끌었습니다. 이 논문에서는 화학적기상증착(CVD)로 합성된 단일층 및 다층 그래핀의 전기적 특성을 연구하였다. CVD를 통해 성장한 그래핀은 본질적으로 다결정성을 보인다. 그 결과 구조적 결함으로 형성되는 결정립계에서의 산란으로 의해 전하의 수송이 방해받는다. 2장엣서는 이러한 그래핀의 결정립계를 산화구리 형성을 통해 구리위에서 직접시각화하는 매커니즘과 구리산화물 성장이 그래핀의 전기적 특성미치는 영향을 설명하였다. 그리고 3장에서는 그래핀을 액체구리 위에서 성장시킴으로써 구리표면의 거칠기가 그래핀의 결정립계 형성 및 전기적 특성에 미치는 영향을 연구하였다. 마지막으로 4장에서는 닻층 그래핀의 전기적 특성에 대한 그래핀간의 계면 및 표면 특성의 영향을 그래핀 층수에 따라 연구한 결과를 설명하였다. 1장은 연구의 배경 소개 섹션이다. 그래핀의 특성에 대한 개요를 제공한다. 또한 그래핀을 합성하는 다양한 방법에 대해 간략히 설명하였다. 그중 금속 촉매를 이용ㅎ한 CVD방법의 장점과 원리도 소개한다. CVD에 의해 합성된 그래핀은 고품질을 가지는 것으로 알려져 있지만, 다양한 논문에서 보고한 그래핀의 전기적 특성은 모두 단일층 으로 합성했음에도 불구하고 매우 다른데 이러한 이유는 그래 핀의 두께가 너무 얇아서 다양한 요인이 전기적 특성에 결정적인 영향을 미치기 때문이다. 그래핀의 전기적 특성에 영향을 미치는 요인을 표면도핑, 계면산란 및 결정립계 산란으로 나누어 요약 및 설명하였다. 2장에서는 그래핀 결정립계의 직접 시각화를 설명한다. 그래핀 결정립계에서의 구리산화를 통해 광학현미경을 통해 그래핀 결정립을 확인할 수 있다.. 그래핀 결정립계를 통한 산화구리 형성은 대기 환경에서 산화시간(10–360분)과 온도(180oC–240oC)를 변화시켜 산화구리의 표면 커버리지(Fox)를 평가하였다. 투과 전자 현미경 연구는 Cu2O 성장이 그래핀 결정립계를 통한 구리의 외부확산에 의해 좌우된다는 것을 밝혔다. 또한 산화구리형성이 그래핀 품질에 미치는 영향은 그래핀을 PET위로 전사 후 그래핀의 전기적 특성을 측정하여 조사 하였다. 모든 산화온도에서 산화시간의 함수로서 면저항의 변화는 Fox의 함수로서 하나의 곡선으로 변환되었다. 250 Ω/sq으로 측정된 산화전 그래핀의 면저항은 산화후에는 Fox = 15% 까지는 산화처리전 그래핀과 비슷했으며 그후에는 Fox의 증가화 함께 갑자기 증가했다 이러한 면저항의 증가는 전적으로 그래핀의 손상에 의해서 나타난 것임을 홀 이동성이 감소하는 것으로 확인하였다. 따라서 우리는 그래핀 결정립계을 통해 구리의 산화동력학을 체계적으로 개발하고 동시에 그래 핀의 전기적 특성 변화를 조사했다. 4장에서는 계면 및 표면특성이 다른 다층 그래핀의 전기적 특성을 연구한 결과를 설명한다. CVD로 구리위에 성장된 성장된 단일층 그래핀을 여러 번의 전사를 통하여 모든 종류의 다층 그래핀을 준비하였다. 먼저, 다층 그래핀에서 그래핀간의 계면 특성에 따라서 전기적 특성에 미치는 영향을 확인하고자 그래핀 층사이의 도펀트 유무에 따라 층수를 1 ~ 12층으로 변경하여 조사하였다. 두 경우 모두 층 수가 증가함에 따라 면저항은 감소했다. 되핑되지 않은 그래핀의 경우 면저항이 700에서 104 Ω/sq 으로, 층간 도핑 된 그래핀의 경우는 280에서 25 Ω/sq 으로 감소하였다. 각샘플의 홀측정을 통해서 두 경우의 면저항 감소원인이 다른 것을 확인했다. 층간 도핑되지 않은 그래핀에서는 층수가 증감하에 따라 캐리어 밀도가 낮고 캐리어 이동도가 높은 내부 층이 추가되어 이동도가 증가하여 면저항이 감소했다. 반면, 층간 도핑된 다층 그래핀은 캐리어 밀도 증가로 인해 감소했다. 두 경우 모두의 이동성과 캐리어 밀도 변화는 이종 접합에서의 홀효과의 모델을 적용하여 수식적으로도 확인하엿다. 또한 그래핀 층사이에 폴리머 잔류물이 있어도 도펀트처럼 작용하여 그래핀 층의 수가 증가할수록 이동도는 변하지 않고 캐리어 밀도가 증가한다는 것을 발견했다. 또한, 다층그래핀의 상부층의 표면도핑 및 부분 커버리지가 다른 이중 층 그래 핀의 형성에 의한 표면 특성 수정은 캐리어 밀도 및 이동도를 개별적으로 제어 할 수 있음을 확인하였다. 결론적으로 본연구에서는 단층 및 다층 그래핀의 전기적 특성을 연구하였다. 산화구리를 통한 그래핀 결정립 시각화는 그래핀 결정립계에서 구리 양이온의 확산에 의해 제어되어 그래핀 품질에 대한 손상을 최소화하므로, 구리 산화물 커버리지의 최대 15%까지 그래핀의 전기적 특성에 열화가 관찰되지 않았다. 고체 및 액체 구리에 대한 그래핀의 성장 거동을 비교함으로써 액채 구리의 극히 평평한 표면은 이종 핵형성을 극도로 감소시킴으로써 결정립 크기를 증가시키는 것이 제안된다. 따라서 액체 구리에서 합성된 그래핀의 캐리어 이동성이 향상된다. 마지막으로 도펀트와 고분자 잔류물의 위치를 달리하여 다층 그래핀의 계면 및 표면 특성에 따라 면저항 감소의 주요요인이 달라짐을 확인되었다. 전자소자 적용을 위한 다층 그래핀의 특성을 제어하기 위한 효과적인 접근방식을 제공한다.Graphene is the most notable example of two-dimensional (2D) material. It has attracted significant attention due to its remarkable electrical, optical, and mechanical properties. In this dissertation, the electrical properties of single and multilayer graphene synthesized by chemical vapor deposition (CVD) are investigated. The graphene that is grown via CVD is inherently polycrystalline. As a result, the charge transport is hindered by scattering at the grain boundaries. I described a mechanism of direct visualization of the graphene grain boundary on Cu through Cu oxidation and the effect of Cu oxide growth on the electrical properties of graphene (Chapter 2). Besides, the effect of graphene grain boundary on the electrical properties by growing graphene on liquid Cu is investigated (Chapter 3). Finally, in chapter 4, the effect of interface and surface properties on electrical properties in multilayer graphene is studied as a function of the number of graphene layers. Chapter 1 is the introductory section. It provides an overview of the properties of graphene. In addition, various methods of synthesizing graphene were briefly described. Among them, the advantages and principles of the CVD method using a metal catalyst are introduced. Although graphene synthesized by CVD is known to exhibit high quality, the electrical properties of single-layer graphene reported in papers show variations. The reason for this variation is that the thickness of graphene is so thin that various factors critically influence the electrical properties. The influencing factors are summarized as the effects of surface doping, interface scattering, and grain boundary scattering. In chapter 2, direct visualization of graphene grain boundaries are reported. The selective Cu oxidation through graphene grain boundary reveals that the graphene grains. The oxidation kinetics of Cu through graphene were evaluated from the surface coverage of Cu oxide (Fox) by varying the oxidation time (10–360 min) and temperature (180oC–240oC) under an air environment. Transmission electron microscopy studies revealed that Cu2O growth was governed by the out-diffusion of Cu through graphene grain boundaries. Further, the effect of Cu oxidation on graphene quality was investigated by measuring the electrical properties of graphene after transferring. The variation of the sheet resistance as a function of oxidation time at all oxidation temperature was converted into one curve as a function of Fox. The sheet resistance of 250 Ω/sq was constant, similar to that of as-grown graphene up to Fox = 15%, and then it abruptly increased with Fox. The sheet resistance is solely related to the decrease in the Hall mobility which clearly indicates damage of graphene. Therefore, we systematically developed the oxidation kinetics of Cu through graphene and simultaneously examined the changes in the electrical properties of graphene. In order to liquid Cu phase effect on growth behavior and electrical property of graphene, in chapter 3, I compared the graphene grown on solid and liquid Cu. The graphenes were grown above and below the copper (Cu) melting point (1083 oC) by only changing the growth temperature from 1020 oC to 1100 oC at intervals of 40 oC. As the phase of the Cu catalyst changes from solid to liquid, the grain size of graphene increases by 2 orders of magnitude from 0.4 to 40 µm, while the nuclei density decreases by 4 orders of magnitude from 3.02 /µm2 to 0.0004 /µm2. The effect of the smooth surface of the liquid metal catalyst on graphene growth is remarkable even after considering the temperature difference. The reduction of defect density arising from the increase of the graphene grain size effect on carrier mobility which was increased from 180 to 760 cm2/Vs. It resulted in sheet resistance, which was reduced from 1764 to 484 Ω/sq. Simple melting of Cu catalyst provides an improvement of the graphene quality without further tuning of the growth parameters. The electrical properties of multilayer graphene with different interface and surface properties are investigated in chapter 4. All multilayer graphenes were prepared by the multiple transfers of CVD grown single-layer graphene with multiple Cu etching. First, the effect of interface properties with and without dopant between graphene layers on the electrical properties of multilayer graphene was investigated by varying the number of layers from 1 to 12. In both of the cases, the sheet resistance decreased with the increasing number of layers; from 700 to 104 Ω/sq for the interlayer-undoped graphene and from 280 to 25 Ω/sq for the interlayer-doped graphene. Further, Hall measurements revealed that the origins of the sheet resistance reduction in the two cases are different. In the interlayer-undoped graphene, the sheet resistance decreased due to the increase in mobility with the addition of inner layers, which has a low carrier density and high carrier mobility. On the other hand, it decreased due to the increase in sheet carrier density in the interlayer-doped multilayer graphene. The mobility and carrier density variations in both of the cases were confirmed by fitting with the model of the Hall effect in the heterojunction. Besides, we found that even if there are polymer residues between graphene layers, it behaves like a dopant, so as the number of graphene layers increases, the mobility does not change and the carrier density increases. Furthermore, surface property modification by the doping of the top layer and the formation of double-layer graphene with different partial coverages allow the separate control of carrier density and mobility. In conclusion, the electrical properties of single and multilayer graphene were studied. The graphene grain boundary visualization through Cu oxidation is governed by out-diffusion of Cu cation at graphene grain boundary which minimizes the damage to graphene quality, therefore no degradation is observed on the electrical property of graphene up to 15% of Cu oxide coverage. By comparing the growth behavior of graphene on solid and liquid Cu, it is suggested that the flat surface of liquid Cu extremely reduces the heterogeneous nucleation which increases grain size. Therefore, the carrier mobility of graphene enhanced which synthesized on liquid Cu. Finally, it was confirmed that the main factor (carrier density and mobility) of sheet resistance reduction depending on the interface and surface properties of multilayer graphene by varying the location of dopants and polymer residues. It provides an effective approach for controlling the properties of multilayer graphene for electronic applications.Abstract i Table of contents iv List of tables vi List of figures vii Chapter 1. Introduction 1 1.1. The fundamentals of graphene 2 1.1.1. Background 2 1.1.2. The band structure of graphene 9 1.1.3. Properties of graphene 13 1.2. Graphene synthesis methods 17 1.2.1. Chemical vapor deposition graphene 20 1.3. The factors affecting the electrical properties of graphene 24 1.3.1. Doping by surface adsorbed molecules 27 1.3.2. Interface (substrate) scattering 31 1.3.3. Grain boundary scattering 34 References 37 Chapter 2. Graphene grain boundary visualization by Cu oxidation 45 2.1. Introduction 46 2.2. Experimental details 49 2.2.1. Synthesis of graphene 49 2.2.2. Cu oxidation on graphene/Cu foil structure 49 2.2.3. Characterization of graphene and Cu oxide 49 2.3. Results and discussion 52 2.3.1. Characterization of as-grown graphene 52 2.3.2. Selective oxidation of Cu at graphene grain boundary 54 2.3.3. Cu oxidation mechanism 57 2.3.4. Cu oxide growth kinetics 61 2.3.5. Electrical properties of graphene based on Cu oxidation 65 2.4. Summary and conclusion 71 References 72 Chapter 3. Liquid Cu phase effect on graphene growth 77 3.1. Introduction 78 3.2. Experimental details 81 3.2.1. Synthesis of graphene 81 3.2.2. Transfer and Characterization 83 3.3. Results and discussion 84 3.3.1. Growth behavior of graphene 84 3.3.2. Comparison of electrical properties of graphene grown on solid and liquid copper by chemical vapor deposition 92 3.4. Summary and conclusion 94 References 95 Chapter 4. Electrical properties of interface-engineered multilayer graphene 100 4.1. Introduction 101 4.2. Experimental details 105 4.2.1. Synthesis of partial and full coverage single-layer graphene 105 4.2.2. Graphene transfer (layer-by-layer stacking) and chemical doping 106 4.2.3. Characterization 109 4.3. Results and discussion 110 4.3.1. Characterizations of inter-layer doped and undoped multilayer graphene 110 4.3.2. Electrical properties of interlayer doped and undoped multilayer graphene 117 4.3.3. Undoped multilayer graphene surface doping with dopant 122 4.3.4. Multilayer graphene with interlayer polymer residue 124 4.3.5. Double-layer graphene with different 2nd layer coverage 126 4.4. Summary and conclusion 128 References 129 Chapter 5. Summary and conclusions 136 Abstract (in Korean) 141 List of publications 143Docto

파지 응용 생물방제의 향상을 위한 세균-박테리오파지 상호작용의 분자 수준 분석

학위논문 (박사)-- 서울대학교 대학원 : 농생명공학부, 2013. 8. 유상렬.박테리오파지 (파지)는 숙주 세균을 특이적으로 감염하여 죽이는 세균 바이러스이다. 최근 항생제 내성균들의 만연으로 인하여 박테리오파지를 대안적인 생물방제제 (biocontrol agent)로 사용하고자 하는 가능성이 재고되고 있다. 이에 다양한 닭의 분변 및 내장기관 샘플들로부터 살모넬라 또는 대장균 종에 특이적인 9종류의 파지를 분리하였다. 이들 중, SPC35라 명명한 독성 파지 (virulent phage)는 살모넬라 티피뮤리움과 대장균을 모두 감염시킬 수 있는 독특한 특성을 보여 심층적인 연구를 수행하였다. 투과전자현미경을 이용한 형태학적 분석과 118,351-bp로 이루이진 유전체 분석 결과 SPC35는 시포비리대 과 (family Siphoviridae)에 속하는 T5-유사 파지로 밝혀졌으며, 비타민 B12 수용 외막 단백질인 BtuB가 SPC35의 숙주 수용체 (host receptor)로 밝혀졌다. 흥미롭게도, SPC35를 대장균과 살모넬라 티피뮤리움 배양액에 감염시켰을 때 예상보다 빠르게 파지 저항성 돌연변이체 (phage resistant mutant)가 나타났다. btuB 유전자를 살펴본 결과, 대부분의 파지 저항성 대장균 돌연변이체들은 삽입서열 2 (insertion sequence 2IS2)에 의해 btuB 유전자가 망가져있었다. 이와는 대조적으로 파지 저항성 살모넬라 티피뮤리움 돌연변이체들은 btuB 돌연변이를 가지고 있지 않았으며 SPC35가 없을 때 쉽게 SPC35-감수성 (SPC35-susceptibility)을 회복하여, 이들은 상 변이적인 (phase variable) 파지 저항성을 가지고 있음을 추측케하였다. 비록 BtuB의 파손과 같이 숙주 수용체를 변화시켜 파지의 흡착을 완전히 막는 방법이 파지의 감염에 저항하는 가장 일반적인 방어기작이기는 하지만, 이는 해당 세균에게 잠재적인 적합 대가(fitness cost)를 치르게 한다. 이러한 점에서, 본 연구에서는 살모넬라 티피뮤리움이 O-항원의 상 변이적인 개조를 통해 적합 대가가 없는 일시적인 SPC35-저항성을 나타낼 수 있음을 밝혔다. 일반적으로 파지 SPC35는 숙주 수용체로써 BtuB를 필요로하지만 살모넬라 티피뮤리움을 성공적으로 감염시키기 위해 살모넬라의 O12-항원 또한 흡착-도움 기구 (adsorption-assisting apparatus)로써 사용함을 알아내었다. 살모넬라는 LT2gtrABC1이라 명명한 O-항원 글루코실화 유전자를 상 변이적으로 발현하여, O12-항원의 갈락토오스 잔기를 α-1,4 결합으로 글루코실화시킴으로써 O12-항원의 흡착 도움 작용을 막으며, 이로써 btuB 유전자의 어떠한 돌연변이도 없이 일시적으로 SPC35-저항성을 나타내게 된다. 항원 변이 (antigenic variation)는 병원균의 병원성에 있어서도 이점이 되므로, 위와 같은 상 변이적 항원 개조를 통한 일시적인 파지 흡착의 중단은 아마도 다양한 그람 음성 병원균-파지 관계에 널리 퍼져있을 것이라 생각한다. 이러한 결과들은 성공적인 생물방제를 위해 단일 파지보다 병원균의 서로 다른 수용체를 인지하는 다양한 파지들로 구성된 혼합물 (cocktail)이 더욱 효과적으로 작용할 것임을 말해준다. 온건성 파지 (temperate phage)에 의한 용원성 감염 (lysogenic infection)은 숙주의 SOS-반응에 감응하여 용균성 (lytic) 양식으로 바뀌게 된다. 이러한 변화를 관장하는 궁극적 요소는 파지의 억제자 (repressor)로, 이는 대부분의 온건성 파지들에서 숙주 RecA 단백질에 의존적인 자동-벽개성 (autocleavable) 단백질로 알려져 있다. 살모넬라에 특이적인 포도비리대 과 (Podoviridae family)의 온건성 파지 SPC32H와 SPC32N은 용균반(plaque)의 형태가 서로 매우 다른 표현형적 차이가 있었지만, 이들의 전체 유전체에서는 오직 두 군데에서만 단일 뉴클레오티드 다형성 (single nucleotide polymorphismSNP)이 존재했다. 이 단일 뉴클레오티드 다형성이 표현형적 차이를 초래하는 이유를 연구하는 과정에서, 파지 용균성 생활환 전환 기작에 관여하는 새로운 클래스의 항-억제자 (anti-repressor)를 발견하였다. SPC32H의 억제자 (repressorRep)는 SOS 반응에 의해 잘리지 않았으며, 대신 숙주 LexA 단백질에 의해 그 발현이 음성적으로 조절되는 작은 항-억제자 단백질 (Ant)에 의해 불활성화 되었다. ant 프로모터는 LexA-결합 부위(LexA-binding site) 와 겹쳐져 있었는데, SPC32N의 경우, 이 LexA-결합 부위의 보존적 서열 (consensus sequence)에 단일 뉴클레오티드 돌연변이가 위치하고 있었다. 이에 따라 LexA 결합에 의한 ant 발현의 억제가 불가능하여 Ant가 지속적으로 합성되기 때문에, 파지 SPC32N는 용균성 생활환으로만 편향되어 결과적으로 더 투명한 용균반을 형성함을 알 수 있었다. 아미노산 서열 분석 결과 Ant는 이전에 보고되었던 다른 시포비리대 (Siphoviridae) 및 미오비리대 (Myoviridae) 파지의 항-억제자와 구조적으로 차이가 있었으며, 데이터베이스에서 다수의 Ant 동족체 (homologue)들을 다양한 포도비리대 파지 및 추정 프로파지들 (putative prophages)에서 발견할 수 있었다. 따라서, 보다 신중한 프로파지 유도를 위하여 이러한 항-억제자를 매개로하는 항-억제 시스템이 온건성 파지들 사이에서 널리 퍼져있을 것이라 생각한다. 한편, 본 연구 과정에서 만든 용균성 생활환으로 편향된 돌연변이 온건성 파지들과 여기에 사용된 유전자 조작 기법들은 항생제 대체제 개발 분야에서 다양하게 응용될 수 있을 것이다. 결론적으로, 본 연구에서 분리한 독성 및 온건성 파지들은 살모넬라를 제어하기 위한 새로운 생물방제제로써 실질적으로 사용할 수 있을 것이라 기대된다. 또한, 본 연구를 통해 새롭게 밝힌 세균-파지 상호작용 기작들, 즉 숙주 세균에서 파지 저항성이 나타나는 기작 및 프로파지의 용균성 생활환 전환 기작은 파지를 이용해 병원균을 제어하기 위한 전략을 개발함에 있어서 보다 효과적이고 개선된 방향을 제시하는 데에 기초 자료로 활용될 수 있을 것이다.Bacteriophages (phages) are bacterial viruses that specifically infect and kill the host bacteria. Recently, the widespread emergence of antibiotic-resistant bacteria has led the reconsideration of phages potential as an alternative biocontrol agent. I isolated nine phages specific for Salmonella ssp. or Escherichia coli from various chicken fecal and intestinal organ samples to investigate their potentials as alternative agents to antibiotics. Among them, a virulent phage SPC35, which infect both S. Typhimurium and E. coli, was further studied. Morphological analysis by transmission electron microscopy and analysis of its 118,351-bp genome revealed that SPC35 is a T5-like phage belonging to the family Siphoviridae. BtuB, the outer membrane protein for vitamin B12 uptake, was turned out to be a host receptor for SPC35. Interestingly, resistant mutants of both E. coli and S. Typhimurium were developed faster than my expectation when the cultures were infected with SPC35. Investigation of the btuB gene revealed that an insertion sequence 2 (IS2) element disrupted the btuB of the most of resistant E. coli mutants. In contrast, the resistant S. Typhimurium mutants contain no btuB mutations, and they regained SPC35-susceptibility easily in the absence of SPC35, suggesting a phase variable phage resistance. Although the alteration of host receptors, such as the disruption of BtuB, is one of the most common bacterial defense mechanism against phage infection by completely blocking phage attachment, it comes at a potential fitness cost to the bacteria. In this respect, I elucidated that S. Typhimurium can develop the cost-free, transient SPC35-resistance through a phase variable modification of the O-antigen. Phage SPC35 typically requires BtuB as a host receptor but also uses the Salmonella O12-antigen as an adsorption-assisting apparatus for the successful infection of S. Typhimurium. The α-1,4-glucosylation of galactose residues in the O12-antigen by phase variably expressed O-antigen glucosylating genes, designated the LT2gtrABC1 cluster, blocks the adsorption-assisting function of the O12-antigen. Consequently, it confers transient SPC35-resistance to Salmonella without any mutations in the btuB gene. This temporal switch-off of phage adsorption through phase variable antigenic modification might be widespread among several Gram-negative pathogen-phage systems, because the antigenic variations also known to confer advantages in pathogenic virulence. These results suggest that a cocktail of phages which target different receptors of the pathogen would be more effective than a sole phage for successful biocontrol. Lysogenic infections developed by temperate phages are switched to lytic mode in response to the host SOS response. The ultimate factor that governs this switch is a phage repressor, which has been generally identified as a host RecA-dependent autocleavable protein. In an effort to reveal the mechanism underlying the phenotypic differences between the podoviral Salmonella temperate phages SPC32H and SPC32N, which has a single nucleotide polymorphism (SNP) in only two locations in the whole genome, I identified a new class of anti-repressor of the phage lytic switch. The SPC32H repressor (Rep) was not cleaved by the SOS response but, instead, was inactivated by a small anti-repressor protein (Ant), the expression of which is negatively controlled by host LexA. A single-nucleotide mutation in the consensus sequence of LexA-binding site that overlap with the ant promoter results in constitutive Ant synthesis and consequently, inclines SPC32N to enter the lytic cycle. The amino acid sequence analysis indicated that Ant might structurally distinct from the previously reported Sipho- and Myoviridae phage anti-repressors, and numerous Ant homologues were observed in a variety of putative prophages and temperate Podoviridae phages in the database, demonstrating that the induction mediated by anti-repressor may be widespread among temperate phages in the order Caudovirales for prudent prophage induction. The engineering methods used in this study as well as the engineered mutant temperate phages that biased to the lytic cycle could be applied to the fields of alternative antibiotics. In conclusion, the virulent phages as well as the temperate phages isolated in this study can be practically used as the novel biocontrol agents for Salmonella control. In addition, the elucidated mechanisms of bacteria-phage interactions, including the phage-resistance mechanisms in host bacteria and the lytic switch mechanism of prophage, would be the basis for the development of advanced strategies using bacteriophages to combat with the life-threatening pathogens.Abstract I Contents V List of Figures IX List of Tables XIII Chapter I. Introduction 1 I-1. Bacteriophage 2 I-2. Phage therapy and phage biocontrol 7 A historical perspective 7 Practical phage applications 9 Problems to overcome 13 I-3. Salmonella, a problematic foodborne pathogen 17 I-4. Purpose of this study 20 Chapter II. Characterization of a T5-Like Coliphage SPC35 and Differential Development of Resistance to SPC35 in Salmonella enterica serovar Typhimurium and Escherichia coli 23 II-1. Introduction 24 II-2. Materials and Methods 27 Bacterial strains and growth conditions 27 Plasmid construction 27 Bacteriophage isolation 31 Spotting assay and overlay assay 32 Propagation of SPC35 32 Morphological analysis by TEM 33 Sequencing of SPC35 genomic DNA and genome analysis 34 Phage adsorption assay 34 Bacterial challenge assay 35 Isolation and sub-culturing of SPC35-resistant mutants 35 Amplification and DNA sequencing of btuB 36 II-3. Results 38 Isolation of SPC35 and host range determination 38 SPC35 morphology 38 Sequencing and organization of the SPC35 genome 40 BtuB act as a receptor for SPC35 54 Differential responses of S. Typhimurium and E. coli to SPC35 infection 56 SPC35 resistance is heritable in E. coli mutants but not in S. Typhimurium mutants 58 Disruption of the btuB gene by insertion sequence 2 results in heritable resistance to SPC35 in E. coli 60 II-4. Discussion 65 Chapter III. Spontaneous and Transient Defense against Bacteriophage by Phase-Variable Glucosylation of O-Antigen in Salmonella enterica serovar Typhimurium 70 III-1. Introduction 71 III-2. Materials and Methods 75 Bacterial strains, bacteriophages, plasmids and growth conditions 75 Construction of Salmonella strains 81 Plasmid construction 87 Phage spotting assay 87 Bacterial challenge assay 88 Isolation of SPC35-resistant S. Typhimurium mutants 88 Phage adsorption assay 89 Phage adsorption to LPS 90 LPS extraction and analysis 90 β-Galactosidase assay 92 III-3. Results 94 Transient SPC35-resistance associated with S. Typhimurium O-antigens 94 Salmonella O-antigens play an assisting role in phage adsorption 98 α-1,4-glucosylation of O-antigens confers SPC35-resistance to S. Typhimurium by preventing phage adsorption 105 Phase variable α-1,4-glucosylation of O-antigens is responsible for transient SPC35-resistance in S. Typhimurium 111 III-4. Discussion 117 Chapter IV. Conversion of Temperate Phage to Virulent by Constitutive Expression of Novel Anti-Repressor 127 IV-1. Introduction 128 IV-2. Materials and Methods 132 Bacterial strains and growth conditions 132 Bacteriophages 138 Bacteriophage genome sequencing and analysis 138 Construction of Salmonella mutant strains 139 Construction of phage mutants 150 Plasmids construction 154 Bioluminescence reporter assay 158 Western blot analysis 159 Bacterial two-hybrid assay 160 Purification of proteins, rTEV protease treatment and analytical size-exclusion chromatography 161 Electrophoretic mobility shift assay (EMSA) 162 IV-3. Results 164 Phenotypic differences between SPC32H and SPC32N 164 Two SNPs between SPC32H and SPC32N genome 169 m1 in tsp gene is not responsible for the phenotypic differences 171 Repressor complements the lysogenic development of lytic cycle-biased SPC32N 176 Novel anti-repressor encoded by SPC32H_020 governs the lytic switch 181 m2 in the SOS box causes constitutive expression of anti-repressor from SPC32N 189 The anti-repressor Ant interacts directly with the repressor Rep 197 Introduction of m2 to SPC32H generates the lytic cycle-biased clear plaque mutants 203 IV-4. Discussion 206 References 215 국문 초록 240Docto

Tobin Tax에 대한 硏究

학위논문(석사)--서울대학교 대학원 :경제학부 경제학전공,1998.Maste

1-benzhydryl 3-tert-butyl 2-fluoromalonate의 입체 선택적 상전이 촉매 알킬화 반응

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학위논문(석사)--서울대학교 대학원 :생명과학부,2002.Maste

Transmission capacity improvement of MMF- and SMF-based short-reach transmission systems for next-generation datacenter networks

학위논문(박사) - 한국과학기술원 : 전기및전자공학부, 2022.2,[v, 96 p. :]최근 데이터센터 트래픽이 빠르게 증가하고 있다. 이에 따라 급증하고 있는 데이터센터 트래픽을 향후에도 적절히 수용하기 위한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 기존 데이터센터 네트워크에서는 (특히 데이터센터 내부 네트워크의 경우) 대부분 전송거리가 500 m 이하인 다중모드 광섬유 기반 근거리 광전송 시스템이 사용되어 왔다. 그러나 데이터센터 네트워크가 지속적으로 고속화/대형화됨에 따라 최근 데이터센터 네트워크에서도 단일모드 광섬유가 널리 사용되기 시작하고 있다. 본 논문에서는 기존 다중모드 광섬유 기반 데이터센터 네트워크 및 차세대 단일모드 광섬유 기반 데이터센터 네트워크의 전송용량을 증가시킬 수 있는 실용적 방안들에 대하여 연구하였다. 특히, 다중모드 광섬유의 전송속도를 단일모드 광섬유 수준으로 증가시키기 위하여 개발된 모드 필드 정합 기술을 PAM4와 같은 멀티레벨 변조 방식을 이용할 수 있도록 개선하였다. 또한, 단일모드 광섬유 기반의 차세대 데이터센터 네트워크에서 기존과 같이 VCSEL을 광원으로 사용하는 경우 광커넥터 등에서 발생하는 반사로 인하여 멀티레벨 변조 방식으로 변조된 광신호의 전송성능에 심각한 영향을 미칠 수 있음을 확인하였다. 뿐만 아니라, 최근 단일모드 광섬유를 통해 채널당 200-Gb/s급 이상의 초고속 신호를 전송하기 위한 방안으로 제안된 바 있는 2채널 시분할 다중화 방식 광전송 시스템에서 사인파로 변조된 입력 광신호의 소광비를 개선하여 전송용량을 증가시키기 위한 새로운 방안을 제시하고 이를 이용하여 300-Gb/s급 근거리 광전송 시스템을 시연하였다. 이러한 시분할 다중화 방식 광전송 시스템의 전송용량을 더욱 증가시키기 위해서는 다중화 채널의 개수를 증가시켜야 한다. 이를 위하여 먼저 직접 변조 레이저를 활용하여 사인파로 변조된 입력 광신호를 생성한 뒤 이를 사인파로 구동되는 외부 변조기에 다시 인가하여 펄스 폭이 대폭 감소된 입력 광신호를 생성하고, 이렇게 펄스 폭이 대폭 감소된 입력 광신호를 이용하여 4채널 시분할 다중화 방식 광전송 시스템을 실험적으로 구현하였다.한국과학기술원 :전기및전자공학부

50-Gb/s Optical transmission systems based on directly modulated Lasers for Short-Reach Network

학위논문(석사) - 한국과학기술원 : 전기및전자공학부, 2017.2,[v, 57 :]데이터 센터의 증설과 클라우드 서비스 등의 출현으로 인하여 단일 채널당 50 Gb/s 급 초고속 신호를 수용하고자 하는 노력이 활발하다. 이러한 초고속 광전송 시스템은 통상 전계 흡수 변조된 레이저(EML)를 이용하여 구현된다. 그러나 근거리 통신망에서는 가격 경쟁력이 중요하기 때문에 비용 효율적인 측면에서 직접 변조 레이저를 사용하는 것이 보다 바람직하다. 또한, 직접 변조 레이저는 전계 흡수 변조된 레이저보다 출력 전력이 더 크며 소비 전력도 더 적다는 장점이 있다. 하지만 직접 변조 레이저의 주파수 처프(frequency chirp)와 광섬유의 색분산에 의한 신호 왜곡으로 인하여 전송 거리가 심각하게 제한된다는 문제점이 있다. 따라서 직접 변조 레이저를 활용한 초고속 광전송 시스템은 분산에 의한 영향이 적은 1.3 μm 파장 대역을 주로 사용해왔다. 그러나 1.3/1.55 μm 두 대역을 활용한 전이중(full-duplex) 양방향 통신 및 전송 용량을 2배로 증가시키기 위해서는 1.55 μm 파장 대역을 활용하는 것이 필요하다. 특히 1.3 μm 파장 대역에서 동작하는 시스템과의 호환성을 유지하기 위하여 이러한 시스템을 광학적 분산 보상 없이 구현하는 것이 중요하다. 본 논문에서는 1.55 μm 파장의 직접 변조 레이저를 이용하여 56 Gb/s 속도의 PAM-4(4-ary pulse amplitude modulation) 신호를 이용하여 단일 모드 광섬유 20 km를 전송하였다. 이를 위하여 신호의 소광비를 최적화 하였고, 레이저의 주파수 처프와 광섬유의 색분산에 의해서 야기되는 신호 왜곡은 수신부의 FFE(feed-forward equalizer)로 보상하였다. 시연된 시스템의 전기 등화기는 연속 시간 선형 등화기(continuous-time linear equalizer)로 구현 가능하므로 고가의 고속 아날로그-디지털 변환기 없이도 비용 효율적으로 구현될 수 있을 것으로 기대된다. 한편, 데이터 센터 내부의 통신망은 주로 다중 모드 광섬유를 이용하여 구축되어 있다. 이는 다중 모드 광섬유의 경우 코어의 직경이 크기 때문에 butt-coupling과 같이 경제적인 커플링 방법을 사용할 수 있어 관련 소자의 제작비용을 절감할 수 있기 때문이다. 그러나 다중 모드 광섬유를 사용하여 초고속 신호를 전송하는 경우 모드간 분산으로 전송거리가 심각하게 제한되게 된다. 최근 이러한 문제를 해결하기 위하여 mode-field matched center-launching 기술이 제안된 바 있다. 이러한 기술을 적용하여 데이터 센터 내부에서 사용되는 통신망과 같이 필요한 최대 전송거리가 2 km 이하인 경우에는 본 연구실에서 기존에 개발한 mode-field matched center-launching 기술을 이용하여 50-Gb/s급 PAM-4 신호를 다중 모드 광섬유를 이용하여 전송할 수 있음을 처음으로 확인하였다.한국과학기술원 :전기및전자공학부

Anatomic difference of the descending palatine artery and pterygoid plate in relation to maxillary growth pattern in Koreans

치아-안면 기형을 가진 환자의 악교정 수술에서 르포트 Ⅰ형 골절단술(Le Fort Ⅰ osteotomy)은 가장 일반적으로 사용되는 상악골 술식이다. 이러한 르포트 Ⅰ형 골절단술시 계획된 위치로 상악골을 위치시키기 위해서는 익돌상악접합부위 및 구개골 상악돌기의 올바른 분리가 필요하며 이 과정에서 발생하는 합병증으로 상악 후방 구조물의 손상이 생길 수 있다. 익돌판의 비정상적인 절골로 하행구개동맥이나 익돌정맥총이 손상되어 다량의 출혈이 발생할 수 있고 외측 비 골절단술(lateral nasal osteotomy)을 과도하게 시행할 경우에 하행구개동맥의 손상 가능성이 있다. 따라서 르포트 Ⅰ형 골절단술을 동반한 악교정 수술 전에 미리 하행구개동맥의 위치와 익돌판의 구조적 차이에 대한 이해를 높일 수 있다면 이는 르포트 Ⅰ형 골절단술시에 발생할 수 있는 다량의 출혈 및 신경 손상과 같은 합병증을 줄이는 것뿐만 아니라 상악골의 오골절(malfracture)을 줄여 원활한 수술의 진행에 도움이 될 것이다. 이에 본 연구에서는 악교정 수술을 위해 컴퓨터 단층 촬영을 시행한 총 92명 (남성 47명, 여성 45명)을 1) 상악골의 전후방적 위치가 후퇴되어 있는 그룹 (n= 21) 2) 상악골의 전후방적 위치가 정상인 그룹 (n= 17) 3) 상악골의 전후방적 위치가 돌출되어 있는 그룹 (n= 29) 4) 상악골의 캔팅이 있는 비대칭 그룹 (n= 25) 으로 나누었으며 이상구연(piriform rim)과 하행구개동맥까지의 거리, 르포트 Ⅰ형 골절단 평면에서 익돌상악접합부의 두께와 폭 그리고 상악결절, 익돌상악접합부, 상악 후방부의 높이를 측정하여 그룹간 비교하여 다음과 같은 결과를 얻었다. 1. 이상구연에서 하행구개동맥까지의 거리, 익돌상악접합부의 폭 그리고 익돌상악접합부의 높이에서 남성이 여성보다 통계학적으로 유의미하게 크게 나타났다. 특히 이상구연에서 하행구개동맥까지 거리가 남성(평균 35.4±2.8mm)이 여성(평균 33.4±2.4mm)보다 대략 2mm 정도 긴 것으로 나타났다(p=0.002). 2. 남성에서 이상구연과 하행구개동맥까지의 거리는 상악골이 돌출되어 있는 그룹이 상악골이 후퇴되어 있는 그룹보다 약 2.3mm 정도 길었다(p=0.039). 3. 여성에서 이상구연과 하행구개동맥까지의 거리는 상악골이 돌출되어 있는 그룹이 상악골이 후퇴되어 있는 그룹보다 약 2.3mm 정도 길었다(p=0.039). 4. 상악골 비대칭 그룹에서 상악골의 좌우 길이 차이인 캔팅 양에 따른 계측치의 상관관계를 분석하였고 모두 양의 상관관계를 가졌으며 하행구개동맥까지의 양측 길이 차이, 익돌상악접합부의 캔팅 양, 상악결절의 높이 차이 그리고 상악 후방부의 높이 차이에서 통계적으로 유의미한 차이가 있었다. 위와 같이 상악골의 전후방 성장 양상에 따른 이상구연과 하행구개동맥까지의 거리 및 상악골의 양측 수직적 차등 성장에 따른 양측 하행구개동맥까지의 거리 차이 그리고 익돌상악접합부의 위치에 차이를 보였으며 이는 임상가들에게 르포트 Ⅰ형 골절단술 시 유익한 정보를 제공하는 것으로 기대할 수 있다. Le Fort I osteotomy is the most used maxillary bone osteotomy procedure in orthognathic surgery for patients with dentofacial deformity. To position the maxilla in the planned position during Le Fort I osteotomy, the correct separation between pterygomaxillary junction and maxillary process of the palatine bone is required. As one of complications in this process, damage to the posterior structure of the maxilla may occur. Due to malfracture of the pterygoid plate or excessive lateral nasal osteotomy, the descending palatine artery or pterygoid venous plexus may be damaged resulting in massive bleeding. Therefore, if it is possible to improve the understanding of the location of the descending palatine artery and anatomic difference of the pterygoid plate before orthognathic surgery accompanied by Le Fort I osteotomy, this could decrease complications such as massive bleeding or nerve injury due to osteotomy procedure and it will help to reduce the possibility of malfracture of the maxilla leading to smooth operation. 92 patients (47 males and 45 females) who underwent computed tomography for orthognathic surgery were divided into 4 groups. 1) A group in which A-P position of the maxilla is retruded (n= 21) 2) A group in which A-P position of the maxilla is normal (n= 17) 3) A group in which A-P position of the maxilla is protruded (n= 29) 4) A group of asymmetries with canting of maxilla (n=25) The distance between the piriform rim and the descending palatine artery, the thickness and width of the pterygomaxillary junction on the plane of Le Fort I osteotomy and the height of the maxillary tuberosity, pterygomaxillary junction and posterior maxilla were measured. 1. The distance from the piriform rim to the descending palatine artery, the width of the pterygomaxillary junction and the height of the pterygomaxillary junction were statistically significantly greater in males than in females. In particular, the distance from the piriform rim to the descending palatine artery was approximately 2 mm longer in male (average 35.4±2.8 mm) than in female (average 33.4±2.4 mm). 2. In male there was a statistically significant difference between the groups in the distance between the piriform rim and the descending palatine artery(p=0.039). The distance was about 2.3 mm longer in the group with maxillary protrusion than the group with maxillary retrusion. 3. In female there was a statistically significant difference between the groups in the distance between the piriform rim and the descending palatine artery(p=0.039). The distance was about 2.3 mm longer in the group with maxillary protrusion than the group with maxillary retrusion. 4. In the group of asymmetries, the correlation of the measured values according to the amount of canting of the maxilla was analyzed, and all of them had positive correlations. There were statistically significant differences in distance from the piriform rim to the descending palatine artery, the canting of the pterygomaxillary junction, the difference in the height of the maxillary tuberosity, and the height of the posterior maxilla. As mentioned above, there were statistically significant results for the distance from the piriform rim to the descending palatine artery in relation to maxillary A-P growth pattern and the difference of distance to both descending palatine artery and of the position of the pterygomaxillary junction in relation to vertical differential growth of the maxilla. It could be expected to provide useful information to clinicians in Le Fort I osteotomy.open석

CIGS absorber layer fabrication method and solar cell including CIGS absorber layer

본 발명은 CIGS 광흡수층 제조방법 및 CIGS 광흡수층을 포함하는 태양전지에 관한 것으로 구리인듐(CuIn), 구리갈륨(CuGa) 및 셀레나이드 화합물을 기판의 상부에 증착하여 전구체를 형성하는 단계를 포함하고, 상기 전구체를 열처리하는 단계를 포함한다. 본 발명에 의하면 2개의 금속 합금 타겟과 1개의 셀레나이드 화합물 타켓을 동시에 스퍼터링하거나 순차적으로 적층하여 복합 전구체를 형성한 후, 이를 유독성 기체인 셀렌화수소(H2Se)를 사용하지 않고 셀레늄 분위기에서 열처리하여 CIGS 박막을 제조한다

Substrate for analyzing liquid biopsy derived biomaterial, method for preparing the same, and analysis method using the same

본 발명은 액체생검 유래 생체물질 분석용 기판, 이의 제조방법 및 이를 이용한 분석방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 액체생검 시료의 주입을 위해 우물 모양 패턴이 배열된 소수성 패럴린(Parylene)이 표면에 증착된 기판은 나노리터 수준의 극미량 혈장 및 소변과 같은 액체생검 시료를 매우 효과적이고 안정하게 분석 기판 표면에 주입하여 분석 정확성을 향상시켰으며, 상기 기판 표면의 수십~수백 개의 우물 배열을 통하여 다수의 극미량 시료를 한번에 분석하여 분석 시간 및 효율성을 증가시킬 수 있음이 확인됨에 따라, 상기 우물 모양 패턴이 배열된 소수성 패럴린(Parylene)이 표면에 증착된 기판은 극미량의 액체생검 유래 생체물질 분석용 기판으로 제공될 수 있으며, 상기 분석용 기판은 극미량 액체생검 시료의 고속 대량 분석방법에 적용될 수 있다