Combining textual features with sentence embeddings

학위논문(박사) -- 서울대학교대학원 : 인문대학 언어학과, 2021.8. 박수지.이 논문의 목표는 한국어 기사 품질을 예측하기 위한 언어 모형을 개발하는 것이다. 기사 품질 예측 과제는 최근 가짜뉴스 등의 범람으로 그 필요성이 대두되면서도 자연언어처리의 최신 기법이 아직 적용되지 못하는 실정에 있다. 이 논문에서는 이러한 한계를 극복하기 위해 문장의 의미를 표상하는 SBERT 모형을 개발하고, 기사의 언어학적 자질을 활용하여 품질 분류의 성능을 높일 수 있는지를 검토하고자 한다. 그 결과 기사의 가독성, 응집성 등의 텍스트 자질을 사용한 기계학습 모형과 SBERT에서 자동으로 추출된 문맥 자질을 사용한 전이학습 모형이 모두 선행연구의 심층학습 결과보다 높은 성능을 보였고, 구체적으로는 SBERT 학습시 훈련 데이터를 확장하고 정제할 때, 그리고 텍스트 자질과 문맥 자질을 함께 사용할 때 성능이 더욱 향상되는 것을 관측하였다. 이를 통해 기사의 품질에서 언어학적 자질이 중요한 역할을 하며 자연언어처리의 최신 기법인 SBERT가 언어학적 자질을 추출하고 활용하는 데 실질적으로 기여할 수 있다는 결론을 내릴 수 있다.1 Introduction 1 2 Literature Review 5 2.1 Background 5 2.1.1 Text Classification 5 2.1.1.1 Initial Studies 5 2.1.1.2 News Classification 6 2.1.2 Text Quality Assessment 8 2.2 News Quality Prediction Task 9 2.2.1 News Data 9 2.2.1.1 Online vs. Offline 9 2.2.1.2 Expert-rated vs. User-rated 9 2.2.2 Prediction Methods 11 2.2.2.1 Manually Engineered Features v. Automatically Extracted Features 11 2.2.2.2 Machine Learning vs. Deep Learning 12 2.3 Instruments and Techniques 14 2.3.1 Sentence and Document Embeddings 14 2.3.1.1 Static Embeddings 14 2.3.1.2 Contextual Embeddings 16 2.3.2 Fusion Models 18 2.4 Summary 27 3 Methods 29 3.1 Data from Choi, Shin, and Kang (2021) 29 3.1.1 News Corpus 29 3.1.2 Quality Levels 29 3.1.3 Journalism Values 30 3.2 Linguistic Features 31 3.2.1 Justification of Using Linguistic Features Only 31 3.2.2 Two Types of Linguistic Features 32 3.2.2.1 Textual Features 32 3.2.2.2 Contextual Features 33 3.3 Summary 33 4 Ordinal Logistic Regression Models with Textual Features 35 4.1 Textual Features 35 4.1.1 Coh-Metrix 35 4.1.2 KOSAC Lexicon 36 4.1.3 K-LIWC 38 4.1.4 Others 38 4.2 Ordinal Logistic Regression 38 4.3 Results 39 4.3.1 Feature Selection 39 4.3.2 Impacts on Quality Evaluation 40 4.4 Discussion 40 4.4.1 Effect of Cosine Similarity by Issue 41 4.4.2 Effect of Quantitative Evidence 47 4.4.3 Effect of Sentiment 48 4.5 Summary 51 5 Deep Transfer Learning Models with Contextual Features 53 5.1 Contextual Features from SentenceBERT 53 5.1.1 Necessity of Sentence Embeddings 54 5.1.2 KR-SBERT 55 5.2 Deep Transfer Learning 56 5.3 Results 59 5.3.1 Measures of Multiclass Classification 59 5.3.2 Performances of news quality prediction models 60 5.4 Discussion 62 5.4.1 Effect of Data Size 62 5.4.2 Effect of Data Augmentation 62 5.4.3 Effect of Data Refinement 635.5 Summary 63 6 Fusion Models Combining Textual Features with Contextual Sentence Embeddings 65 6.1 Model Fusion 65 6.1.1 Feature-level Fusion: Concatenation 65 6.1.2 Logit-level Fusion: Interpolation 65 6.2 Results 68 6.2.1 Optimization of the Presentational Attribute Model 68 6.2.2 Performances of News Quality Prediction Models 68 6.3 Discussion 68 6.3.1 Effects of Fusion 70 6.3.2 Comparison with Choi et al. (2021) 71 6.4 Summary 71 7 Conclusion 73 References 75 A List of Words Used for Textual Feature Extraction 93 A.1 Coh-Metrix Features 93 A.2 Predicate Type Features 94 B Codes Used in Chapter 4 97 B.1 Python Code for Textual Feature Extraction 97 C Results of VIF test and Brant test 101 C.1 VIF Test in R 101 C.2 Brant Test in R 103 D Codes Used in Chapter 6 107 D.1 Python Code for Feature-Level Fusion 107 D.2 Python Code for Logit-Level Fusion 108박

Plans to Activate Electronic Commerce

지난 수 십년 동안, 월드와이드 웹의 급속한 확산과 더불어 온라인 거래의 눈부신 성장이 있었다. 전자상거래는 시공의 제약을 무너뜨리고, 용이하고 간편한 거래를 가능케 하는 디지털 시대의 가장 영향력 있는 시장이다. 세계 초 강대국들은 이제 막 개화한 전자상거래 시장의 주도권을 선점 하기 위하여, 정부 차원에서는 적합한 법과 규제를 정비하고, 기업 차원에서는 새로운 형태의 거래 방식을 적극적으로 받아들이고 활용하려는 노력을 기울여 왔다. 그러나 국내의 경우, 아직 인프라가 취약하고 국가적으로나 기업적으로나 경쟁력도 많이 뒤쳐져 있는 실정이다. 심지어 대부분의 기업은 효율적이고 이미 검증이 된 비즈니스 모델조차 정립해 놓지 못한 실정이다. 디지털 혁명은 전통적인 비즈니스 방식에 엄청난 변화를 가져왔다. 온라인 거래의 급속한 성장으로 인해 전자상거래에 참여하는 기업들은 고도의 기술과 건전한 기업구조를 갖추지 않고서는 급박한 경쟁 속에서 살아 남기 힘들것이다. 따라서 기업들은 전자상거래를 위한 최적의 환경을 마련함으로 그들의 입지를 강화시켜야만 한다. 닷컴기업의 도산과 수익성의 부재로 한 때 전자상거래에 대한 회의가 일기도 하였지만 이는 과도기적 현상일 뿐이며, 결국은 이러한 불안정성에서 전자상거래 시장은 발전을 거듭하게 될것이다. 따라서 한국의 기업들은 새로운 경제적 패러다임에 따른 국제적 정합성을 갖추고 빠르게 변화하는 기업환경에 적응 하는데 최선의 노력을 경주해야만 한다. 이러한 맥락에서 국내 기업들은 국제적 추세에 부합한 전략과 비즈니스 모델을 갖추고, 정부는 원활하고 건실한 전자 상거래를 위한 토양을 갖추기 위한 모든 노력을 경주해야만 할 것이다. 새로운 기업환경에서 성공의 열쇠는 구체적이고 포괄적인 비즈니스 모델, 좀 더 소비자 지향적인 거래 환경, 간소화된 거래 과정, 그리고 탄탄한 인프라에 기반한 안정된 거래 방식에 달려 있다. 이러한 요소들을 적극적으로 취하여 국내 기업들은 앞으로 전개될 디지털 시대에 대비하고, 국제 무대에서 그들의 경쟁력을 제고하는 기회로 삼을 수 있어야 하겠다. ;For the last few decades, we’ve seen a remarkable growth in online transaction with the first diffusion and wide use of the World Wide Web. Electronic commerce has become one of the most influential markets, where limitations of time and space have disappeared and easy and convenient ways of business are possible. Developed countries are continuing efforts to lead in this marketplace by establishing new rules sponsoring new forms of business transaction. The digital revolution has brought about tremendous changes to traditional way of doing business. Resulting from rapid growth in online transaction, companies doing electronic business had to be equipped with well-organized technology and sound business structure to survive the severe competition in the new market place. In the information era, firms doing electronic business should create optimum environment for electronic transaction to justify their existence in the economic value chain. As the rapid information technology enables consumer empowerment, companies promoting electronic business will increase their efforts to satisfy ever-changing need of consumers, to stay in the business. Although there have been concerns for electronic business due to bankruptcies and bust of dot.com companies, electronic commerce will eventually gain a strong foothold and constantly prosper in the upcoming digital revolution. However, domestic companies doing electronic business are fallen behind from this revolutionary change since it lacks sufficient infrastructure and strong competitiveness. Given this, domestic firms should try hard to apply measures to meet global trends while the government should build sound and robust infrastructure for active electronic transaction. Also, these firms should clearly define their identity in doing the business and develop technologies, which perfectly fit their business identity. All in all, key success factors in the new business environment lie in concrete business models, consumer-oriented business surroundings, minimized workflows, and stable and safe transaction process together with well-organized infrastructure. In the upcoming era, one thing is quite for sure; the ultimate winner in the future business world will be the one who vigorously takes new challenges and constantly tries to seize the business opportunities.ABSTRACT = 5 TABLE OF CONTENTS = 7 Ⅰ.INTORDUCTION = 10 A. Purpose of the study. = 10 B. Scope and Method of the Study. = 10 Ⅰ. CHARACTERSTIC AND STRUCTURE OF ELECTRONIC COMMERCE = 12 A. Concept = 12 B. Electronic Data Interchange, Commerce At Lights Speed = 13 1. EDI(Electronic Data Interchange) = 14 2. CLAS(Commerce AT Lights Speed) = 14 C. Types of Electronic Commerce. = 14 D. Characteristic of Electronic Commerce = 16 E. Development of Electronic Commerce. = 17 Ⅱ. CURRENT STATUS OF ELECTRONIC COMMERCE FOCUSING ON EXAMPLES = 20 A. Cnrrent Status of Elecronic Commerce ＆ Use of the Internet. = 20 1. Increasing trend of the Internet and elecronic commerce, worldwide. = 20 2. Domestc Condition = 21 B. Current status of electronic commerce, abroad = 22 C. Case Analysis-Centering on concrete examples of corporations in the United States. = 24 1. Walmart-State of the Art Logistcs System. = 25 2. Charles Schwab-Innovative Cyber Trading = 27 3. Dell Computer Corporations-Individually Designed Products. = 28 D. Current Status of Electronic Commerce, South Korea. = 30 E. Case Analysis-Centering on concrete examples of domestic corporations = 33 1.Interpark-Convenient Malls of Malls = 33 2. Hansol CSN(Cyber Service Network) = 34 3. Lotte.com- Click ＆ Mortar = 35 Ⅳ. PROBLMS OF DOMESTIC ELCTRONIC COMMERCE. = 39 A. Policy direction of domestic electronic commerce. = 39 B. Problems of domestic electronic commerce. = 40 1. Technical Problems. = 40 2. Legal Problems = 42 3. Management difficulties. = 44 Ⅴ. IMPACT OF DOT.COM BUST ON ELECTRONIC COMMERCE = 46 A. Rise of dispute over dot.com crisis = 46 B. Impact of dot.com bust on electronic commerce. = 47 Ⅵ. PLANS TO ACTIVATE ELECTRONIC COMMERCE = 49 A. Technical Approach. = 49 1.Cost and beneft made by improvements in techniques. = 49 2. Build efficient logistics system. = 49 3. Establish efficient electronic payment system. = 50 B. Legal Approach = 51 1. Cost and benefit made by improvements in legal systems. = 51 2. Well-equipped rules and regulations = 52 3. Enhanced policy support = 52 C. Business approach = 53 1. Cost and beneft made by improvements in business approach = 53 2. Cooperation with other advanced companies. = 53 3. Train and educate experts. = 53 4. Effective marketing strategy. = 54 s. Profitable business model. = 54 D. Interrelation between each approach. = 55 Ⅵ. CONCLUSIONS = 57 REFERENCE = 59 ABSTRACT IN KOREAN = 6

(A) Study on the Instruction of Korean expository text through formal schemata activation

읽기는 텍스트의 수사 구조와 독자의 스키마가 상호 작용하면서 의미를 재구성해 나가는 과정이다. 그러므로 읽기 교육에 있어서 교사는 텍스트의 수사 구조 요인과 독자의 스키마 요인을 모두 고려하여야 한다. 본 논문에서는 특히 설명적 텍스트를 그 대상으로 한정하여 설명적 텍스트의 특성을 자세히 살피고, 스키마 요인 중에서 특히 설명적 텍스트의 이해에 효과적인 형식 스키마의 활성화 전략을 주된 연구의 대상으로 삼았다. 본 연구의 목적은 형식 스키마의 활성화 전략을 통해 설명적 텍스트의 효과적인 교수 방안을 마련하는 데 있다. Ⅰ장에서는 연구의 목적과 범위 및 연구 방법에 대하여 서술하고 선행 연구를 검토하였다. Ⅱ장에서는 읽기 과정의 두 요인인 텍스트 요인과 독자의 스키마 요인에 대하여 살펴보았다. 특히 설명적 텍스트의 수사 구조의 특성 및 형식 스키마의 기능에 대하여 자세히 살펴보았다. Ⅲ장에서는 이론적 배경을 바탕으로 외국어로서의 한국어 교재의 읽기 텍스트를 분석하였다. 먼저 설명적 텍스트의 제시 비율과 설명적 텍스트의 네 가지 수사 구조가 골고루 제시되고 있는지를 분석하였다. 또한 교재가 설명적 텍스트에 대해 어떠한 학습 활동들을 제시하고 있는지, 그리고 형식 스키마를 활성화하는 학습 전략들을 충분히 제시하고 있는지를 살펴보았다. 분석의 결과 한국어 교재들은 설명적 텍스트 및 그 수사 구조를 다양하게 다루고 있지 못할 뿐만 아니라, 설명적 텍스트에 효과적으로 접근할 수 있는 학습 활동 및 전략들도 충분히 제시하지 못하고 있음을 알 수 있었다. Ⅳ장에서는 Ⅲ장의 분석을 바탕으로 형식 스키마를 활성화시킬 수 있는 전략인 텍스트 구조 파악하기, 구조 표지어 찾기, 도해 조직자 구성하기, 요약하기 전략의 한계적 적용 방안을 먼저 모색하고, 이를 도입한 설명적 텍스트의 교수 모형을 제시하였다. Ⅴ장에서는 연구 내용을 요약·정리하였다. 한국어 교재는 앞으로 보다 더 다양한 텍스트의 유형을 다루되 특히 설명적 텍스트를 비중 있게 다루어야 하며, 또한 설명적 텍스트의 네 가지 수사구조를 골고루 제시하여야 한다. 뿐만 아니라 설명적 텍스트를 효과적으로 학습시킬 수 있는 다양한 학습 활동 및 형식 스키마를 활성화시킬 수 있는 전략들을 제공하여야 한다. 또한 한국어 교사는 읽기 활동에 앞서 학습자들에게 설명적 텍스트의 수사 구조에 대한 명시적인 지도를 제공해야 할 것이며, 학습자들이 읽기 과정 중에 형식 스키마를 충분히 형성 및 활성화할 수 있도록 도와야 할 것이다.;Reading might be a reconstructed process of meaning through interaction between text structure and the reader's schemata. Therefore these two factors of reading process should be considered in reading instruction. The subject of this study is expository text, so rhetorical organization of expository text and formal schemata which affect reading are mainly studied. The purpose of this study is to represent effective instruction method on expository text through activation of formal schemata. The first chapter is composed of necessity and the objective of this research and to give precedent research and consideration. The second chapter investigates two factors of reading process, it especially focuses on rhetorical organization of expository text and formal schemata activation. The third chapter analyzes the reading texts in Korean textbooks. First, the proportion of expository text and its four rhetorical organizations are examined. In addition, it checks whether textbooks present proper activities and strategies that can activate formal schemata. As a result, expository text and its rhetorical organization are not fully presented and activities and strategies which affect reading are also not presented properly. The fourth chapter, on the basis of the third chapter, proposes gradual strategies that can activate formal schemata, such as understanding the 4 rhetorical organizations, checking structure markers, making graphic organizer and summarizing. For the last thing, the reading instruction model on expository text with these strategies is presented. The chapter Ⅴ makes a brief summary of research materials. In conclusion, Korean textbooks should present more various text types including expository text and its rhetorical organizations. In addition, diverse activities and strategies on expository text are also needed. Korean language teachers have to provide explicit instruction to students on rhetorical organizations and help them to form and activate formal schemata properly when they read expository text.목차 = ⅰ 논문개요 = ⅴ Ⅰ. 서론 = 1 A. 연구의 목적 및 범위 = 1 B. 선행 연구 검토 = 3 Ⅱ. 읽기 과정의 요인 = 8 A. 텍스트 요인 = 8 1. 텍스트 유형과 설명적 텍스트 = 8 2. 설명적 텍스트의 수사 구조 = 11 B. 스키마 요인 = 16 1. 스키마 이론과 형식 스키마 = 16 2. 형식 스키마의 기능 = 21 Ⅲ. 교재 분석 = 24 A. 텍스트 요인의 분석 = 25 1. 설명적 텍스트의 비중 = 25 2. 설명적 텍스트 수사구조의 다양성 = 35 B. 스키마 요인의 분석 = 38 1. 설명적 텍스트에 대한 학습 활동 = 38 2. 형식 스키마를 활성화하는 학습 전략 = 48 Ⅳ. 설명적 텍스트의 교수 방안 = 54 A. 형식 스키마 활성화 전략의 단계적 적용 = 54 1. 텍스트 구조 파악하기 = 54 2. 구조 표지어 찾기 = 56 3. 도해 조직자 구성하기 = 59 4. 요약하기 = 65 B. 형식 스키마 활성화 전략을 도입한 교수 모형 = 67 Ⅴ. 결론 = 75 참고문헌 = 78 ABSTRACT = 8

트위터 게시물간 발화 연쇄·담화 분절 탐지 및 질의어 비포함 트윗 검색에의 활용

학위논문 (석사)-- 서울대학교 대학원 : 언어학과, 2014. 8. 신효필.This thesis describes a phenomenon where multiple tweets constitute a single discourse segment, and builds two rule-based models to detect whether two consecutive tweets under the same authorship convey a single message. Given the length limit of 140 characters, a tweet should be interpreted as an element of a larger unit rather than an individual document. Considering such a larger unit as a discourse segment and a tweet as an utterance, this study makes the following assumptions based on Centering Theory: (a) A tweet has at most one topic. (b) In non-initial tweets of a discourse segment, a topic word is realized as an anaphora, in particular a zero form in Korean. (c) Coherence between two tweets written by the same author is considered only if there is no tweet between them. (d) In two consecutive tweets, a topic is preferred to be continued. To predict tweet serialization and discourse segmentation, two criteria were used: temporal proximity and discourse markers. Temporal proximity shows whether the time interval between two tweets is less than a threshold level, which can be a constant or user-specific value. Discourse markers are classified into continuation markers and shift markers. Continuation markers include web-specific ones such as `>>', `(continued)', and numbers, and linguistic ones such as conjunctions and referring expressions. Shift markers include web-specific ones such as `RT' and URLS, and linguistic ones such as interjections and temporal adverbs. These factors are treated differently in two different models. The Strict Serialization (SS) model regards two tweets as serialized only if their interval is extremely short or they have a continuation marker. On the contrary, the Serialization Plus Discourse Segmentation (SPDS) model, following the assumption (d) that continuation is preferred to shifting, considers two tweets as serialized if their interval is not too long, and terminates a discourse segment only if the current tweet has a shift marker. To verify whether the proposed models are useful, an information retrieval task is implemented. It is predicted by the assumption (b) and observed in the data that topic words were implicit in some tweets in discourse segments consisting of multiple tweets. The current search system cannot retrieve such tweets and thus fails to satisfy users' information need to find diverse opinions in Twitter. When finding discourse segments compiled by the proposed models, the system can retrieve tweets that belong to the same discourse segment as some explicitly relevant one, without retrieving too many irrelevant tweets. Consequently, the proposed models achieve higher means of precision rates than those of the Query Matching model and TF-IDF Weighting model. Furthermore, since the SPDS model outperforms the SS model, the principle of unmarkedness of topic continuation seems to be also valid for social media. Lastly, this thesis also discovers that linguistic markers such as interjections, which have been typically treated as stopwords in information retrieval, are useful for discourse segment detection.List of Tables vii List of Figures viii 1 Introduction 1 1.1 Subject 1 1.2 Purposes 2 1.2.1 Detection of discourse segments in Twitter data 2 1.2.2 Retrieval of tweets without an explicit query term 3 1.3 Structure 4 2 Previous Work 5 2.1 General NLP studies 5 2.1.1 On social media data 5 2.1.2 Using discourse knowledge 6 2.2 Task-specific studies 6 2.2.1 Finding a proper unit for unstructured short texts 6 2.2.2 Discourse markers in Twitter data 7 2.2.3 Classification of tweets without an overt topic word 8 2.2.4 Summary 9 3 Centering Theory 11 3.1 Overview 11 3.2 Major concepts used in this thesis 13 3.2.1 Uniqueness of the backward-looking center 13 3.2.2 Highest rank of zero pronouns as centers 14 3.2.3 Locality of coherence 15 3.2.4 Preference of center continuation 15 3.3 Summary 16 4 Tweet Serialization and Discourse Segmentation 17 4.1 Tweet Serialization 17 4.1.1 Phenomenon 17 4.1.2 Constraints 21 4.2 Discourse segmentation of serialized tweets 24 4.2.1 Two strategies for discourse segments detection 24 4.2.2 Discourse markers in tweets 28 4.2.3 Algorithm of the SDPS model 36 5 Retrieval of Implicitly Relevant Tweets 39 5.1 Overview: Current search system in Twitter 39 5.2 Data 41 5.2.1 Description 41 5.3 Baselines 43 5.3.1 Query matching model 43 5.3.2 Tf-idf Weighting model 44 5.4 Proposed models 46 5.4.1 Strict serialization Model 46 5.4.2 Serialization Plus Discourse Segmentation Model 47 5.5 Evaluation 49 5.5.1 Measures 49 5.5.2 Results 51 5.6 Discussion 57 5.6.1 Proper formalization of temporal proximity 57 5.6.2 Effects of discourse markers 59 6 Conclusion 61 Bibliography 63 초록 73Maste

Lactic acid bacteria(LAB)세포에 의한 진세노사이드의 전환 연구

학위논문 (석사)-- 서울대학교 대학원 : 식품영양학과, 2012. 2. 지근억.인삼의 성분 중 의학적 및 생물학적 활성을 나타내는 것은 ginsenoside 라고 불리는 인삼 특유의 사포닌이다. 이 연구의 목적은 ginsenoside 를 식품미생물의 효소와 반응시켜 특이적인 deglycosylated ginsenoside 를 생산하고 그 특징을 규명하는 것이었다. 대표적인 식품미생물인 Leuconostoc 과 Lactobacilli 세포의 효소와 반응시켜 major ginsenoside 를 minor ginsenoside 로의 전환을 시도하였으며, 전환 과정 중의 최적의 전환조건을 확인하고자 하였다. 이 중, Leuconostoc mesenteroides KFRI 690, Leuconostoc paramesenteroides KFRI 159, 그리고 Lactobacillus delbruckii KCCM 35486 균주가 생물전환을 통해 compound K를 생산하는 활성을 가지고 있음을 확인하였다. 특히, Leu. mesenteroides KFRI 690 균주의 경우 비배당체 형태의 compound K로의 전환활성이 가장 높음을 확인하였으며, 전환조건의 최적화 실험을 통해 2% sucrose를 첨가하여 배양시킨 후의 효소를 사용하여 반응과정동안 pH 7.0, 37℃의 최적조건에서 전환시켰을 경우 compound K의 생산효율이 가장 높음을 확인하였다. 이 연구는 처음으로 유산균의 파쇄하지 않은 효소액을 이용하여 생물전환 시킨 것에 의미가 있으며, 식품산업에서 잠재적 경제적 가치를 지니고 있다고 보여진다.Various strains of Lactobacillus and Leuconostoc species were evaluated to select the most promising strain to carry out transforming major ginsenosides into minor ginsenosides. Among the experimental lactic acid bacteria(LAB), Leuconostoc mesenteroides KFRI 690, Leuconostoc paramesenteroides KFRI 159, and Lactobacillus delbrueckii KCCM 35486 produced compound K from major ginsenoside precursors (Rb1, Rc, Rd and F2). KFRI 690 showed the best transforming activity among them. Furthermore, these LABs could biotransform ginsenosides without disrupting the cell to release enzyme activity. The production yield of compound K using KFRI 690 has been enhanced by adding 2% sucrose into the culture medium and incubating at pH 7.0 and 37℃ for 96 h during the transformation reaction. This is the first report on the production of compound K using whole cells of Leuconostoc mesenteroides, Leuconostoc paramesenteroides, and Lactobacillus delbrueckii, which are food grade lactic acid bacteria.Maste

X-ray Imaging of wetting ridge on a soft solid

1

Interface Dynamics of Soft Systems Studied by X-ray Imaging

DoctorA “soft system” is a system that consists of “soft materials” which are intermediate between crystalline solids and pure liquids. The soft materials are ubiquitous in our daily life as well as industries, in which a number of biological materials like cells, blood and soft tissues and a wide range of industrial products such as polymer gels, foam, and granular materials are involved. Because the “soft” materials are “mechanically weak” or “easily deformed”, their mechanical responses against various external and internal stimuli have been focused on by many scientists and engineers. In particular, at an “interface” in the soft system, distinctive static and dynamic behaviors, which cannot be understood by classical physics for general solids and liquids, have been observed or expected. However, interface phenomena, especially, interface dynamics, are not fully understood in many soft systems, mostly due to experimental restrictions in observation with conventional optical imaging techniques. In this thesis, the interface dynamics in two soft systems is studied: a droplet on a soft solid and cells in a multicellular organ. X-ray imaging is adapted to directly visualize the interfaces among soft solids, liquid, and vapor and plant cells in static and dynamic situation. In Chapter I, motivation of this thesis and current issues in interface dynamics research, particularly, for soft material systems. To comprehend various interface dynamics, direct visualization of the very interface region is necessary. Besides, the limitation of conventional techniques and the advantage of x-ray imaging techniques are suggested. In Chapter II, general contrast mechanisms in x-ray imaging, i.e. absorption- and phase contrast-based imaging, are explained and then, 3D tomography technique and reconstruction principle is presented. Chapter III and IV contain main results of this thesis about wetting on soft viscoelastic solids are presented. In this research, the heart of issues has been an accurate geometry of a microscopic protrusion formed by vertical component of liquid surface tension at the three-phase contact line, i.e., a “wetting ridge”, over a half of a century. Herein, for the first time, direct visualization of the wetting ridge is successfully achieved using transmission x-ray microscope. In Chapter III, based on the accurate measurement of the geometry of a ridge-tip, universal wetting principle is revealed, which can be applicable to describe general static wetting phenomena on various materials in a wide range of elasticity. Furthermore, in Chapter IV, with high temporal resolution of transmission x-ray microscopy, wetting ridge dynamics in three spreading behaviors is investigated as a pioneering work. In this study, the existence of two ridge growth stages is revealed and then, from real time movies recorded during spreading, pinning enhancement mechanism depending on the ridge geometry and the growth stages is investigated. In Chapter V, as a promising application of x-ray imaging technique to biological fields, a possible quantitative analysis of plant cell growth in multicellular organ is suggested using a 3D fast x-ray tomography technique. In particular, the expansion of individual cells in different cell layers of the root is clearly demonstrated. Interestingly, the individual cells show different anisotropic growth patterns that may generate internal tissue tensions or control the growth pattern of the organ. Finally, in Chapter VI, the total contents of this thesis is summarized.고분자, 유체, 생체 연조직 등을 포함하는 연체 시스템은 그 기계적 강도가 고체와 액체의 중간 정도로 무르기 때문에 다양한 형태로 변형이 가능하다는 특성을 지닌다. 특히 그 계면에서 나타나는 다양한 역동적인 현상들에 대한 이해는 각종 물리적 해석과 그 응용에 있어 중요한 비중을 차지하고 있으나, 기존의 가시광선을 이용한 실험적 접근은 계면의 특성상 나타나는 굴절과 반사 등의 각종 광학 현상으로 인해 직접적인 관찰이 매우 어려웠기 때문에 계면에서 나타나는 현상들에 대한 정확한 이해가 부족하였다. 반면, 굴절률이 매우 작은 엑스선은, 계면에서 나타나는 특유의 작은 굴절을 이용하여 위상 대비를 얻어 계면 영상화에 매우 유리하다. 본 학위 논문에서는 가시광선의 한계를 극복할 수 있는 엑스선 영상 기법을 연체 시스템에 적용함으로써 역동적인 계면 현상에 대한 이해를 높이고자 하였다. 먼저, 연체 상에서 일어나는 젖음 현상에 대한 연구를 수행하였다. 연체의 젖음 현상은 단단한 고체나 액체에 적용 가능한 영의 법칙이나 뉴만의 법칙을 그대로 적용하여 이해할 수 없다. 무른 표면이 액체의 계면 장력에 의해 접촉선이 융기하면서 젖음 주름 (wetting ridge)이라는 독특한 미세 구조물을 형성하기 때문이다. 본 학위 논문에서는 엑스선 영상을 이용하여 최초로 직접 영상화된 젖음 주름을 통해 연체의 정적 젖음 현상의 기본 원리를 밝히고, 나아가 연체 상에서의 독특한 퍼짐 현상에 대한 실시간 관찰을 기반으로 세 가지 퍼짐 현상의 근본 메커니즘을 설명하였다. 두 번째로, 다세포 식물 기관 내에서의 식물 세포의 3차원 성장을 영상화를 목표로 진행하였다. 식물 기관은 여러 세포의 집합으로 각 세포의 성장은 기관의 성장 및 움직임을 조절한다. 특히, 3차원적으로 발생하는 식물의 거동을 올바로 이해하기 위해서는 세포 단위의 3차원 성장 패턴 이해가 필요하다. 하지만 가시광선은 전체 기관을 영상화 하기에 투과성이 낮고 성장하는 기관을 실시간 관찰하기에 시간 해상도가 떨어지기 때문에 식물 기관의 성장을 세포 성장 단위에서 이해하는데 한계가 있었다. 본 학위 논문에서는 애기 장대 뿌리의 성장을 실시간 3차원 영상화 하였으며, 뿌리 내부 각 세포층에 존재하는 개별 세포의 성장을 정량 분석함으로써 세포의 부피팽창 패턴 연구 가능성과 그 중요성을 확인하였다