분광법을 이용한 무정란의 부화 중 조기 검출과 저장 중 신선도 측정 기술 개발

학위논문 (박사)-- 서울대학교 대학원 농업생명과학대학 바이오시스템·소재학부, 2017. 8. 김용노.부화장에서 정상적인 부화 여부를 판별하기 위한 1차 검란은 일반적으로 5일∼7일 이후에 인력에 의해 수행되며, 무정란과 배아가 발생하지 않은 알들은 모두 폐기 처분된다. 미발생란을 보다 더 빠른 시간(3일 이내) 안에 자동 검출할 경우 부화에 소요되는 인력 및 에너지의 감소 효과와 무정란을 다른 용도로 활용할 수 있음을 기대할 수 있다. 본 연구는 기존의 과실을 비롯한 농산물 비파괴 품질판별에 적용되고 있는 분광분석법과 의료 진단에 사용되는 MRI 기술을 이용하여 무정란(배반의 미발생란 포함)의 조기 판별 기술을 개발하고 나아가서 분광분석법을 이용하여 무정란의 신선도 측정기술을 개발하는데 목적이 있으며 연구 결과를 요약하면 다음과 같다. 1. 부화 중인 계란을 대상으로 투과 스펙트럼을 측정하기 위해 청색 LED와 녹색 LED로 구성되는 가시광 대역 광원 장치와(광원A) 할로겐램프를 추가한 가시 및 근적외선 대역의 광원 장치(광원B)를 구성하고, 산란계인 하이라인 브라운종의 갈색란을 대상으로 측정한 투과 스펙트럼을 이용하여 유·무정란 판별을 위한 PLS-DA모델을 개발하였다. 개발된 PLS-DA 판별 모델에서 가시광 영역(440∼800nm)의 경우에는 부화 40시간부터, 가시/근적외선(440∼950nm) 영역의 경우에는 부화 22시간부터 유·무정란 판별율이 90%정도로 나타났으며 시간이 지날수록 판별율이 약간 증가하고 모델의 안정성이 향상되었다. 결과적으로 부화 56시간 정도에서 판별율이 92%이상 되는 것으로 판명되었다. 이와 같은 조기 판별 결과는 광원 장치에서 450nm 대역의 청색 광원을 강화하고, 본 연구에서 개발한 원시 스펙트럼을 이용한 정규화 전처리와 관계가 깊은 것으로 생각된다. 2. 1.0T MRI 장비를 이용하여 TR=14ms, TE=4ms, Flip angle=20°으로 설정하고 축 방향의 64개 슬라이스 영상을 측정하였다. 부화 중 노른자 형상의 변화를 정량화하기 위해 노른자의 윤곽선 추출 및 추출한 영상의 중심(centroid), 원형도, 장단축 비 등을 분석할 수 있는 영상 처리 알고리즘을 개발하였다. 계란 중앙 부위 슬라이스의 평균 영상 정보를 이용하여 노른자의 원형도와 장단축 비 등의 형상 지수를 구하고, 유·무정란을 판별한 결과 판별율은 부화 72시간에서 각각 98.3% 및 95%를 나타내었다. 3. MR 영상 분석에서 구한 노른자의 장단축 비와 가시/근적외선 영역에서 얻은 스펙트럼을 PLSR을 이용하여 예측한 결과 R와 SEP가 각각 0.46132, 0.11634이었다. MR 영상을 이용한 형상 지수 분석 결과와 연계하여 유·무정란 판별을 위한 PLSR 모델 개발에 있어 추가적인 연구는 모델의 성능 향상을 위해 필요할 것으로 판단된다. 4. 무정란의 신선도(호우유닛, HU)를 예측하기 위해 가시/근적외선 광원 장치를 구성하고, 갈색란과 백색란을 대상으로 투과 스펙트럼을 측정하여 PLSR 모델을 개발하였다. 갈색란에서 HU 예측 결과는 =0.72132, SEP=8.84, bias=0.11729, 오차 13.63%이었으며, 백색란의 경우 =0.92162, SEP=5.27, bias=0.26917, 오차=8.70%이였다.Ⅰ. 서론 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 1 Ⅱ. 연구사 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 4 2.1. 계란의 구조 및 생성 과정 ·‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 4 2.2. 유정란과 부화 과정 ·‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 7 2.3. 계란의 현행 선별 기술 ·‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 9 2.4. 가시/근적외선 분광법을 이용한 내부 판별 ‥‥‥‥‥ 10 2.4.1. 유정란·혈란 판별 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 10 2.4.2. 신선도 판별 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 10 2.5. 자기공명영상(MRI)기술을 이용한 내부 판별 ‥‥‥ 12 2.6. 기타 기술을 이용한 내부 판별 ·‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 14 Ⅲ. 가시/근적외선 분광법을 이용한 무정란 조기 검출 15 3.1. 서언 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 15 3.2. 이론적 배경 ·‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 17 3.2.1. 가시/근적외선의 흡수 원리 및 특징 ‥‥‥‥‥‥ 17 3.2.2. 가시/근적외선의 흡광도 측정 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 18 3.2.3. 스펙트럼의 전처리 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 19 3.2.4. 분광분석 예측 모델 개발과 성능 평가 ‥‥‥‥‥ 22 3.3. 재료 및 방법 ·‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 25 3.3.1. 광원의 선택 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 25 3.3.2. 공시 재료 및 실험 장치 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 30 3.3.3. 투과 스펙트럼 측정 및 분석 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 32 3.3.4. 유·무정란의 판별 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 34 3.4. 결과 및 고찰 ·‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 35 3.4.1. 부화 시간에 따른 스펙트럼의 변화 ‥‥‥‥‥‥ 35 3.4.2. 부화 시간에 따른 상관계수의 변화 ‥‥‥‥‥‥ 42 3.4.3. 유·무정란의 판별 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 46 3.5. 요약 및 결론 ·‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 52 Ⅳ. MR 영상 분석을 이용한 무정란의 조기 검출 및 분광분석법에 의한 형상 지수 예측 ‥‥‥‥‥‥‥ 54 4.1. 서언 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 54 4.2. 재료 및 방법 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 56 4.2.1. 공시 재료 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 56 4.2.2. MRI 장비 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 57 4.2.3. 트레이 및 홀더의 제작 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 58 4.2.4. 부화 과정 모니터링 및 MR 영상의 획득 ‥‥‥‥ 60 4.2.5. 형상 지수의 설정 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 67 4.2.6. 형상 지수 예측을 위한 투과 스펙트럼 측정 및 분석 68 4.3. 결과 및 고찰 ·‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 70 4.3.1. 부화 시간에 따른 MR 영상에서의 형상 변화 ‥‥ 70 4.3.2. 정상 부화 판별용 형상 지수 개발 ‥‥‥‥‥‥‥ 75 4.3.3. PLSR에 의한 노른자 장단축비의 변화 예측 ‥‥ 81 4.4. 요약 및 결론 ·‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 88 Ⅴ. 가시 근적외선 분광법을 이용한 저장 중 계란의 신선도 (Haugh Unit) 예측 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 90 5.1. 서언 ·‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 90 5.2. 이론적 배경 ·‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 92 5.3. 재료 및 방법 ·‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 95 5.3.1. 공시 재료 및 실험 장치 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 95 5.3.2. 실험 및 데이터 획득 방법 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 96 5.3.3. 스펙트럼 전처리 및 모델 개발 ‥‥‥‥‥‥‥‥ 97 5.4. 결과 및 고찰 ·‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 98 5.4.1. 스펙트럼 파형 및 Haugh Unit의 변화 ·‥‥‥‥ 98 5.4.2. 전처리 효과 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 100 5.4.3. 모델의 성능 평가 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 102 5.5. 요약 및 결론 ·‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 108 Ⅵ. 종합 결론 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 109 Ⅶ. 참고 문헌 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 111 부록 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 117 Abstract ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 143Docto

Facile and cost-effective methodology to fabricate MoS2 counter electrode for efficient dye-sensitized solar cells

Interests in the development of economical and high-efficiency counter electrodes (CEs) of dye-sensitized solar cell (DSSC) to replace the excessively cost and scarce platinum (Pt) CEs have been increased. In this report, we demonstrate a facile chemical bath deposition (CBD) route to prepare layered MoS2/fluorine-doped tin oxide (FTO) films that directly act as the CEs of DSSCs. A DSSC containing the CBD-synthesized MoS2/FTO CE (prepared at 0.03 M Mo source concentration, 90 degrees C bath temperature and 30 min deposition time) exhibits high power conversion efficiency (PCE) of 7.14%, which is approaching that of DSSC with Pt/FTO CE (8.73%). The electrocatalytic activity of the MoS2/FTO and Pt/FTO CEs are discussed in detail with their cyclic voltammetry (CV), Tafel polarization curves, and electrochemical impedance spectra (EIS). The observed results indicate that our low-cost CE has a high electrocatalytic activity for the reduction of triiodide to iodide and a low charge transfer resistance at the electrolyte-electrode interface with a comparable state to that of a Pt/FTO CE.This work was supported by the Ministry of Trade, Industry and Energy (MOTIE, 10051565) and Korea Display Research Corporation (KDRC) support program for the development of future devices technology for display industry. This work was partially supported by the GRRC program of Gyeonggi province [GRRC AJOU 2016803, Photonics-Medical Convergence Technology Research Center]. Part of this work was supported by the Ministry of Trade, Industry and Energy under Sensor Industrial Technology Innovation Program (Project No. 10063682)

Determination of lithium diffusion coefficient and reaction mechanism into ultra-small nanocrystalline SnO2 particles

High-performance electrode materials for lithium-ion batteries (LIBs) are urgently required to meet the re- quirement of the widespread use of energy storage devices from small-to large-scale applications. In this regard, ultra-small nanocrystalline SnO2 particles with a size of ∼3 nm are synthesized using a simple hydrothermal method and investigated as a high capacity anode material for LIBs. The SnO2 anode shows a high reversible capacity of 1026 mAh g−1 at a current density of 150mAg−1. The kinetic study of the anode material is conducted and compared using cyclic voltammetry, electrochemical impedance spectroscopy and galvanostatic intermittent titration techniques and the lithium diffusion coefficient at open circuit potential is calculated to be 3.71978 × 10−13, 1.818 × 10−14, and ∼1.82 × 10−16 cm2 s−1, respectively. The reaction mechanism of highly reversible SnO2 nanoparticles is investigated using ex-situ XRD, XPS, in-situ X-ray absorption near edge spec- troscopy, and TEM and the results reveal the formation of lithium-tin alloy in the lithiated electrode and re- versible formation of SnO2 upon delithiation.This research was supported by the Technology Development Program to Solve Climate Changes of the National Research Foundation funded by the Ministry of Science & ICT (grant number: 2017M1A2A2044482) and the R&D Convergence Program of National Research Council of Science & Technology of Republic of Korea

고체 아르곤 내에서 벤젠(할로벤젠)과 알칼리 금속간의 상호 작용 : 적외선 분광법적 연구

Thesis (doctoral)--서울대학교 대학원 :화학과 물리화학전공,1995.Docto

Development of a WS2/MoTe2 heterostructure as a counter electrode for the improved performance in dye-sensitized solar cells

A facile large-area synthesis of a WS2/MoTe2 heterostructure via a sputtering-CVD approach on conductive glass substrates was demonstrated and, for the first time, it was used as a counter electrode (CE) for dye-sensitized solar cells (DSSCs). Cyclic voltammetry (CV), electrochemical impedance spectroscopy (EIS), and Tafel curves verified that the unique structure is beneficial for improving the catalytic activity for the reduction of triiodide to iodide and a low charge transfer resistance at the electrode/electrolyte interface. The thicknesses of the top and bottom layers of WS2/MoTe2 were varied to achieve high DSSC performance. Consequently, DSSCs assembled with the optimized WS2/MoTe2 CE reached a high power conversion efficiency (PCE) of 7.99%, which is comparable to the conventional Pt CE (8.50%) and their pristine WS2 and MoTe2 CEs (6.3% and 7.25%, respectively). Our findings create a way to prepare DSSCs with efficient performance.This research was supported by the Basic Science Research Program through the National Research Foundation of Korea (NRF), funded by the Ministry of Education (2010-0020207, 2017R1C1B5076952, and 2012R1A6A1029029), by the MOTIE (10052928) and the KSRC (Korea Semiconductor Research Consortium) support programs for the development of future semiconductor devices. This research was also supported by the Korea Institute of Energy Technology Evaluation and Planning (KETEP) and the Ministry of Trade, Industry, and Energy (MOTIE) of the Republic of Korea (20172010106080)

Mutated N-carbamoylase with Improved Acid-Stability

본 발명은 N-카바모일라아제 변이효소를 암호화하는 유전자, 전기 유전자로부터 발현되는 N-카바모일라아제 변이효소, 전기 유전자를 포함하는 재조합 플라스미드, 전기 재조합 플라스미드로 형질전환된 미생물, 전기 미생물을 배양하여, N-카바모일라아제 변이효소를 생산하는 방법, 전기 N-카바모일라아제 변이효소를 이용하여 비천연 D-아미노산을 제조하는 방법 및 전기 N-카바모일라아제 변이효소의 활성여부를 분석하는 활성 착색방법에 관한 것이다. 본 발명의 N-카바모일라아제 변이효소는 야생형의 효소보다 산화적 안정성이 증대되었기 때문에, 이를 이용하여 DTT를 첨가할 필요없이 보다 효율적이고 경제적으로 비천연 D-아미노산을 제조할 수 있다. N-카바모일라아제, 산화적 안정성, 활성 착색방법, D-아미노