지질 이중층 상 플라즈모닉 나노입자 기반 나노바이오 검지 및 컴퓨팅

학위논문 (박사)-- 서울대학교 대학원 : 자연과학대학 화학부, 2019. 2. 남좌민.Supported lipid bilayer is a two-dimensional lipid bilayer self-assembled on a hydrophilic substrate with two-dimensional fluidity. By introducing plasmonic nanoparticles with strong scattering signals into the supported lipid bilayer, it is possible to observe and track thousands of nanoparticles and their interactions at a single-nanoparticle level in real time. In this thesis, I expand the nanoparticle-lipid bilayer platform by engineering plasmonic nanoparticles to construct a complex nanoparticle network system and develop multiplexed bio-detection and bio-computing strategies. Chapter 1 describes a supported lipid bilayer platform incorporating plasmonic nanoparticles. Section 1 introduces the optical properties and biosensing application of plasmonic nanoparticles, and Section 2 introduces tethering technique, characteristics, and advantages for introducing nanoparticles into supported lipid bilayer platforms. In Chapter 2, I introduce a system that can distinguish nine types of nanoparticle assembly reactions occurring simultaneously by introducing optically encoded plasmonic nanoparticles that scatter red, blue, and green light into supported lipid bilayers. I performed multiplexed detection of nine types of microRNAs, which are important gene regulators and cancer cell biomarker. In Chapter 3, I develop a bio-computing platform that recognizes molecular inputs, performs logic circuits, and generates nanoparticle assembly/disassembly output signals. Complex logic circuits are designed and implemented by combining two strategies: (i) interfacial design that constructs a logic circuit through DNA functionalization of the interface of nanoparticles, and (ii) a network design that connects assembly/disassembly reactions. In Chapter 4, I develop a bio-computing calculator capable of performing arithmetic logic operations. I use the nanoparticle-lipid bilayer platform as the hardware that stores, processes, and outputs information, and constructs software that contains logic circuit functions through DNA solution. An information storage nanoparticle stores solution-phase molecular input signals on the surface of nanoparticles. The bio-computing lipid nanotablet recognizes an arithmetic logic circuit programmed with DNA information and generates outputs a result of a kinetic difference between nanoparticle assembly reaction according to the storage state of the input signal.지지형 지질 이중층은 친수성 기판 위에 조립된 2차원의 지질 이중층으로 2차원 상의 유동성을 가진다. 지지형 지질 이중층에 강한 산란 신호를 지니는 플라즈모닉 나노입자를 도입하면 수천 개의 나노입자와 그 상호작용을 단일 나노입자 수준으로 실시간 관찰이 가능하다. 본 학위논문에서는 나노입자-지질 이중층 플랫폼에서의 나노입자 종류 및 개질 방법을 확장하여 복잡한 나노입자 네트워크 시스템을 구성하고, 바이오 검지, 바이오 컴퓨팅 응용을 개발한다. 1장에서는 플라즈모닉 나노입자가 도입된 지지형 지질 이중층 플랫폼을 설명한다. 1절에서 플라즈모닉 나노입자의 광학적 특성과 산란신호를 이용한 바이오센싱 응용 연구를 소개하고 2절에서는 지지형 지질 이중층 플랫폼에 나노입자의 도입 방법, 특징, 장점, 분석방법 등을 소개한다. 2장에서는 빨강, 초록, 파랑 빛을 산란하는 플라즈모닉 나노입자를 합성하고, 지지형 지질 이중층에 도입하여 동시에 일어나는 9종류의 나노입자 결합 반응을 각각 구분할 수 있는 플랫폼을 개발한다. 이를 이용하여 세포 내 중요한 단백질 번역 조절물질이자 암 바이오마커인 마이크로RNA를 동시 다중 검지한다. 3장에서는 지지형 지질 이중층 상에 도입된 나노입자를 다종의 DNA로 기능화하여 특정 DNA 분자 입력 신호 인식, 논리회로 수행, 나노입자 결합/분리 출력 신호 생성하는 바이오 컴퓨팅 플랫폼을 개발한다. 나노입자의 계면을 DNA로 디자인하여 논리 회로를 구성하는 인터페이스 프로그래밍과 나노입자의 결합/분리 반응을 연결하여 네트워크를 디자인하여 논리 회로를 집적하는 네트워크 프로그래밍을 조합하여 복잡한 논리 회로를 설계하고 수행한다. 4장에서는 지지형 지질 이중층에 도입된 나노입자 표면에 용액 상 분자 입력신호를 저장하는 정보 저장 장치를 개발하고 모든 종류의 산술논리연산을 수행할 수 있는 생분자 계산기을 개발한다. 나노입자-지질 이중층 플랫폼을 정보저장, 수행, 출력하는 매체인 하드웨어로 이용하고, DNA 분자 조합 용액을 산술논리회로 기능을 담고있는 소프트웨어로 구성한다. 바이오 컴퓨팅 칩은 DNA 정보로 프로그래밍된 산술논리회로를 인식하여 입력신호의 저장 상태에 따라 나노입자 결합 반응에 반응속도에 차이를 일으키고 결과를 출력한다.Chapter 1. Introduction: Plasmonic Nanoparticle-Tethered Supported Lipid Bilayer Platform 1 1.1. Plasmonic Nanoparticles and Their Bio-Applications 2 1.1.1. Introduction 4 1.1.2. Fundamentals of Plasmonic Nanoparticles 8 1.1.3. Plasmonic Nanoparticle Engineering for Biological Application 11 1.1.4. Plasmonic Nanoparticles for Rayleigh Scattering-Based Biosensing 16 1.1.5. References 21 1. 2. Supported Lipid Bilayer as a Dynamic Platform 24 1.2.1. Introduction 26 1.2.2. Basic Setups and Strategies 29 1.2.3. Nanoparticle-Tethering Techniques 33 1.2.4. Real-Time Imaging and Tracking of Single Nanoparticles on SLB 39 1.2.5. Observation of Interactions between Single Nanoparticles 44 1.2.6. References 50 Chapter 2. Multiplexed Biomolecular Detection Strategy 53 2.1. Introduction 55 2.2. Experimental Section 60 2.3. Results and Discussion 66 2.4. Conclusion 77 2.5. Supporting Information 79 2.6. References 83 Chapter 3. Nano-Bio Computing on Lipid Bilayer 84 3.1. Introduction 85 3.2. Experimental Section 88 3.3. Results and Discussion 98 3.4. Conclusion 120 3.5. Supporting Information 124 3.6. References 161 Chapter 4. Development of Nanoparticle Architecture for Biomolecular Arithmetic Logic Operation 163 4.1. Introduction 165 4.2. Experimental Section 167 4.3. Results and Discussion 171 4.4. Conclusion 177 4.5. References 179 Abstract in Korean 180Docto

Structural Equation Modeling of Self-Management in Hospitalized Older Adults in Long-term Care Hospitals based on Self-Regulation Model

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메시지 유형과 학습자 특성에 따른 기후변화 인식 및 태도 연구

학위논문 (석사)-- 서울대학교 대학원 : 사회교육과(지리전공), 2013. 8. 류재명.지구온난화로 발생하는 기후변화는 인류의 생존을 좌우하는 중요한 사회문제로 부각되고 있다. IPCC는 4차 종합보고서에서 인위적인 온난화는 기후변화의 속도와 규모에 따라 지구에 돌발적인 영향을 끼치거나 복구 불가능한 상태를 초래할 수도 있다고 밝히고 있다. 이제 기후변화의 심각성을 알리고 기후변화를 막기 위한 실천을 할 수 있도록 다양한 교육 프로그램이 필요하다. 그 동안에도 지적 영역과 정의적 영역에서 책임 있는 환경행동을 기르는 다양한 연구가 이루어져 왔다. 그러나 기후변화에 대한 다양한 교육적 시도에도 불구하고 실제로 학습자에게서 기후변화에 대한 인식과 태도 변화가 충분히 나타나고 있지 않다. 최근 기존의 설명식 서술양식에 대한 대안으로 좀 더 친근하게 다가갈 수 있는 내러티브 서술양식에 대한 관심이 커지고 있다. 이야기 즉 내러티브 메시지 및 그 설득적 효과에 대한 연구가 문학, 역사학, 마케팅 및 브랜딩, 교육학 등 다양한 분야에서 이루어지고 있다. 이에 본 연구는 기후변화를 주제로 하여 학습자 특성 즉 인지욕구와 사전지식의 관점에서 기후변화에 대한 인식과 태도함양에 더 효과적인 메시지 유형이 존재할 것이라고 생각하고 이에 대한 논의를 하고자 하였다. 이를 위해 지구온난화의 원인 및 영향, 기후정의, 기후변화에 따른 대응행동을 촉구하는 내용으로 비 내러티브 메시지와 내러티브 메시지의 효과 및 학습자의 인지욕구와 사전지식에 따른 조절효과에 대하여 알아보았다. 본 실험에서는 기후변화를 내용으로 하는 텍스트를 두 가지 유형의 실험물로 제작하여 학습자에게 제시하였다. 하나는 이야기 구조가 없는 비 내러티브 메시지이고 다른 하나는 이야기 구조가 있는 내러티브 메시지이다. 학습자의 인지욕구와 사전지식에 따라 각각의 메시지에서 나타난 기후 변화 인식 및 태도를 비교하여 학습자 특성에 따라 더 효과적인 메시지 유형이 있는지 살펴보았다. 내러티브 메시지는 비 내러티브 메시지와 정보 수준을 동일하게 유지하였고 서울 시내 고1 재학생들을 대상으로 조작된 텍스트를 제시하고 실험을 2회 실시하였다. 메시지 유형과 학습자 특성에 따른 기후변화 인식 및 태도 연구결과, 인지욕구와 사전지식이 모두 높은 집단에서는 메시지 유형에 따른 기후변화 인식 및 태도에 유의미한 차이가 없었다. 그러나 내러티브 메시지의 평균점이 더 높은 방향성은 확인할 수 있었다. 인지욕구와 사전지식 중 하나의 요소가 높은 집단에서는 내러티브 메시지가 비 내러티브 메시지보다 기후변화 인식 및 태도 함양에 더 효과적이었다. 인지욕구와 사전지식이 모두 낮은 집단에서는 1차 실험에서는 메시지 유형에 따른 유의미한 차이가 없었고, 2차 실험에서는 내러티브 메시지가 더 효과적인 것으로 나타났다. 이와 같은 결과를 통해 이야기 구조를 도입한 내러티브 메시지 유형은 학습자의 인지욕구와 사전지식에 따라 그 효과가 조절됨을 확인할 수 있었다. 따라서 기후변화 인식 및 태도 교육에서 비 내러티브 메시지와 내러티브 메시지를 학습자의 특성에 따라 선별적으로 제작, 활용할 필요가 있을 것이다. 본 연구에서는 기후변화의 인식 및 태도 교육에 적합한 텍스트의 메시지 유형을 학습자의 인지욕구와 사전지식의 관점에서 다루고 있지만 그 외의 다른 매체나 학습자의 다른 특성에 따른 기후변화 교육 자료 개발에 도움을 줄 수 있을 것이다.Climate change resulting from global warming has emerged as a critical social issue. IPCC announced that artificial global warming may cause accidental effects or even irreparable damages on the Earth depending on the pace and scale of it. Therefore, a wide range of educational programs are required to let people know the seriousness of climate change and make them act responsibly. Researchers have been interested in the topics of how to facilitate students responsible environment-friendly behaviors in cognition and affection. However, changes in learners awareness and attitude have not been enhanced sufficiently, despite diverse educational attempts. Recently, educators have noted the effectiveness of narratives in education. A variety of research areas including literature, history, marketing, and education has witnessed the increase in the use of story-telling, or narrative message, and further has emphasized its persuasive effects. In this respect, this study assumed that a more effective message type would exist for enhancing students awareness and attitude towards climate change, in relation to learner characteristics such as the need for cognition and prior knowledge. This research examined the different effects of narrative and non-narrative texts on students opinions about climate change according to the level of the need for cognition and prior knowledge. Except the type of message, the two texts included the same contents regarding the cause and effects of climate change, climate justice, and acts for climate. In the experiment, the developed two types of texts were presented to participants. The level of content and information was equivalent for the two texts. Then, the research investigated which text was more effective in promoting the participants awareness and attitude towards climate change. High school students in Seoul participated in the experiment. This study included two experiments using the same format, only the experimental materials changed. As a result, no statistically significant difference existed for the participants who scored high both for the need for cognition and prior knowledge. For the participants who achieved high scores only for one variable, that is, high for the need for cognition or high for prior knowledge, the narrative text was more effective. Finally, for the participants who had low scores for both variables, the result was not consistent. In the first experiment, no difference was detected, but the narrative text was more effective in the second experiment. The findings of this study indicate that the effects of narrative type texts varied depending on the level of the need for cognition and prior knowledge. Hence, educators instructing climate change should choose texts carefully, considering students characteristics. Future research needs to explore the influences of other variables such as different learner characteristics which were not examined in this study and different types of materials.Ⅰ. 서론 1 1. 연구 배경 1 2. 연구 목적 2 Ⅱ. 이론적 배경 4 1. 내러티브 이론과 정교화 가능성 모델 4 1) 내러티브 개념 4 2) 내러티브에 대한 선행연구 7 3) 내러티브의 설득효과 9 4) 정교화 가능성 모델과 관여도 이론 11 2. 기후변화와 친환경 행동 15 1) 기후변화의 개념 15 2) 기후변화에 대한 선행연구 16 3) 친환경행동과 환경행동모형 17 Ⅲ. 연구의 설계 22 1. 가설의 설정 22 2. 연구방법 및 절차 24 1) 연구단원의 선정 및 연구절차 24 2) 실험도구 개발 및 실험 실시 25 3) 조사대상 및 실험 절차 27 3. 변인의 조작 및 측정 28 1) 독립변인 28 2) 종속변인 32 3) 연구모형 33 4. 측정도구의 타당도 및 신뢰도 분석 34 Ⅳ. 연구의 결과 및 해석 35 1. 응답자의 일반적 특성 35 2. 조작 점검 36 1) 메시지 유형 36 2) 정보의 유용성 37 3) 정보의 이해도 39 3. 가설의 검정 41 1) 의 결과 및 논의 41 2) 의 결과 및 논의 44 3) 의 결과 및 논의 47 4) 1차 실험과 2차 실험 비교 49 Ⅴ. 요약 및 결론 51 1. 연구 결과의 요약 및 논의 51 2. 연구의 의의, 한계점 및 향후 연구방향 54 참고문헌 56 부록 1 62 부록 2 66 Abstract 76Maste

대사공학기반 효모의 발효저해제 다중 내성 증대

학위논문 (박사)-- 서울대학교 대학원 : 농생명공학부(식품생명공학전공), 2015. 8. 서진호.Fermentation inhibitors present in lignocellulose hydrolysates are inevitable obstacles for achieving economic production of biofuels and biochemicals by various microorganisms. In this thesis, it was shown that spermidine (SPD) functions as a chemical elicitor for enhanced tolerance of Saccharomyces cerevisiae against fermentation inhibitors. In addition, the feasibility of constructing an engineered S. cerevisiae strain capable of tolerating toxic levels of the major inhibitors without exogenous addition of SPD was explored. Specifically, expression levels of the genes in the SPD biosynthetic pathway were altered. Also, OAZ1 coding for ornithine decarboxylase (ODC) antizyme and TPO1 coding for a polyamine transport protein were disrupted to increase an intracellular SPD level through alleviation of feedback inhibition on ODC and prevention of SPD excretion, respectively. Especially, the strain with combination of OAZ1 and TPO1 double disruption and SPE3 overexpression not only contained a spermidine content of 1.1 mg SPD/g cell, which was 171% higher than that for the control strain, but also exhibited 60% and 33% shorter lag-phase periods than that of the control strain under the medium containing furan derivatives and acetic acid, respectively. While it was observed that a positive correlation between intracellular SPD contents and tolerance phenotypes among the engineered strains accumulating different amounts of intracellular SPD, too much SPD accumulation is likely to cause metabolic burden. Therefore, genetic perturbations for intracellular SPD levels should be optimized in terms of metabolic burden and SPD contents to construct inhibitor tolerant yeast strains. It was also found that the genes involved in purine biosynthesis and cell wall and chromatin stability were related to the enhanced tolerance phenotypes to furfural. In addition, the potential applicability of the S. cerevisiae strains with high SPD contents was examined by extending its application to repeated-batch fermentation and xylose utilization in the presence of fermentation inhibitors. In one application, during the sixteen times of repeated-batch fermentations using glucose as a sole carbon source, the S. cerevisiae strains with high SPD contents maintained higher cell viability and ethanol productivity than those of the control strain. As another application, XYL1, XYL2, and XYL3 genes constituting the xylose-assimilating pathway were introduced to the engineered strains with high SPD contents. These xylose-fermenting engineered S. cerevisiae strains with high SPD contents exhibited 38 ~ 46% higher ethanol productivity than that of the control strain in the synthetic hydrolysates. Interestingly, the engineered strain also showed improved xylose fermentation in the absence of fermentation inhibitors. The robust strains constructed in this study can be applied to producing chemicals and advanced biofuels from cellulosic hydrolysates. SPD has been used to combat skin ageing, stimulate human hair growth, treat type 2 diabetes, and increase fruit shelf life. Therefore, construction of a SPD production system using S. cerevisiae has a potential for economic uses. In order to facilitate the enhanced production of SPD, the endogenous SPE1, SPE2, and SPE3 genes involved in the polyamine biosynthetic pathway were overexpressed to increase polyamine contents. Also, the gene involved in feedback inhibition (OAZ1) was disrupted to increase SPD titer further. To export intracellular SPD into culture medium, TPO1 encoding polyamine transporter protein was overexpressed using a multi-copy vector. It was observed that SPD production yield from xylose (4.0 mg SPD/g xylose) was 3.1-fold higher than that from glucose. In a glucose limited fed-batch fermentation, the SR8 OS123/pTPO1 strain consumed 37.4 g/L xylose and produced 224 mg/L spermidine with a yield of 2.2 mg SPD/g sugars.CONTENTS 1. Literature review 1 1.1. Introduction 2 1.2. Construction of inhibitor tolerant Saccharomyces cerevisiae strains 7 1.3. Spermidine 16 1.4. Biosynthesis of spermidine in S. cerevisiae 19 1.5. Objectives of the dissertation 22 2. Effects of spermidine on tolerance of Saccharomyces cerevisiae 32 2.1. Summary 33 2.2. Introduction 34 2.3. Materials and methods 36 2.4. Results 40 2.4.1. Effects of polyamines on tolerance of S. cerevisiae against furan derivatives 40 2.4.2. Effects of spermidine on tolerance of S. cerevisiae to acetic acid and lignocellulose hydrolysates 43 2.5. Discussion 45 3. Construction of engineered strains with improved tolerance against multiple inhibitors and ethanol 56 3.1. Summary 57 3.2. Introduction 59 3.3. Materials and methods 61 3.4. Results 66 3.4.1. Construction of engineered Saccharomyces cerevisiae stains with high spermidine contents 66 3.4.2. Effects of disruption of TPO1 coding for polyamine excretion protein on tolerance of S. cerevisiae 69 3.4.3. Identification of genes involved in tolerance against furan derivatives 71 3.5. Discussion 76 4. Application of engineered Saccharomyces cerevisiae strains with high spermidine contents to enhancing ethanol fermentation performance 105 4.1. Summary 106 4.2. Introduction 108 4.3. Materials and methods 111 4.4. Results and discussion 116 4.4.1. Effects of high spermidine content on repeated-batch fermentation 116 4.4.2. Introduction of xylose assimilation pathway to the engineered strains with high spermidine contents 119 4.4.3. Fermentation of xylose-fermenting S. cerevisiae strains with high spermidine contents in simulated hydrolysates containing furfural, HMF, and acetic acid 122 4.4.4. Fermentation of xylose-fermenting S. cerevisiae strains with high spermidine contents in corn stover hydrolysate 124 4.4.5. Improved xylose fermentation of S. cerevisiae by high spermidine contents in the absence of fermentation inhibitors 125 5. Production of spermidine in engineered Saccharomyces cerevisiae 138 5.1. Summary 139 5.2. Introduction 140 5.3. Materials and methods 142 5.4. Results 147 5.4.1. Construction of engineered S. cerevisiae producing spermidine 147 5.4.2. Optimization of fermentation conditions for improving spermidine production 148 5.4.3. Spermidine production from xylose by the SR8 strain with the spermidine overproduction pathway 151 5.5. Discussion 153 6. Conclusions 168 References 171 Appendix 1. The data from the heat maps presented in Fig. 3.14 198 1.1. D452-2 VS SPD 199 1.2. D452-2 VS DT 203 1.3. DT VS SPD 204 2. Simple amino acid tags improve both expression and secretion of Candida antarctica lipase B in recombinant Escherichia coli 206 3. Application of repeated aspartate tags to improving extracellular production of Escherichia coli L-asparaginase isozyme II 267 국문 초록 303Docto

하나의 Best effort 계층과 두 개의 Guaranteed performance 계층을 가진 망에서의 효과적인 대역폭 할당

학위논문(석사)--서울대학교 대학원 :산업공학과,2001.Maste