파라미터 추정을 통한 불균일계 촉매 반응의 마이크로키네틱 모델링

학위논문(박사) -- 서울대학교대학원 : 공과대학 화학생물공학부, 2021.8. 이원보.최근에 계속해서 환경 오염 문제가 대두됨에 따라 이산화탄소를 줄이는 것에 대한 관심이 커지고 있다. 이에 따라 다양한 분야의 많은 연구자들과 산업에서도 이산화탄소의 배출을 줄이고자 노력하고 있다. 특히 화학공학자들은 온실 가스를 사용하여 유용한 케미컬을 생산할 수 있는 탄소 활용 반응 공정들을 개발해왔다. 이러한 반응들에 대해 이미 상용 공정들이 개발되어 있지만 이 반응들의 반응 메커니즘에 대해서는 여전히 논쟁이 진행 중이다. 컴퓨터 계산 성능의 발전과 더불어 반응 메커니즘 탐색에 대한 연구는 새로운 국면을 맞아 더욱 활발해지고 있다. 상당한 계산량을 요구하는 계산 화학은 반응 메커니즘 분석에 엄청난 도움이 되고 있다. 더욱이 키네틱 관점에서 메커니즘을 분석할 수 있는 마이크로키네틱 스터디는 계산 화학의 발전과 더불어 시너지 효과를 낼 수 있다. 화학 공학에서 전통적인 키네틱 모델은 주로 공정 개발에 사용되는 반면, 마이크로키네틱 모델은 이러한 장점에 더하여 근본적인 분석이 가능하다. 이러한 이유로 널리 알려진 반응들에 대해서도 마이크로키네틱을 통한 메커니즘 분석은 활발하게 이루어지고 있다. 본 학위 논문에서는 기존의 몇 가지 결점들을 개선할 수 있는 실용적인 마이크로키네틱 모델링 전략을 제안하였다. 메탄올 및 디메틸에테르(DME) 합성 관련 반응들에 대해서 밀도범함수 이론(DFT) 및 이 결과를 이용한 마이크로키네틱 모델링을 수행하고, 이를 통한 반응 메커니즘 분석 및 여러 케이스 스터디를 진행하였다. 파라미터 추정 기법을 이용하여 예측값과 실험값의 차이를 최소화 하는 방향으로 Pre-exponential 인자를 실험 데이터에 피팅하였다. 이러한 마이크로키네틱스에의 실용적인 모델링 접근법은 모델의 계산효율과 신뢰성을 개선할 수 있었다. 논문의 첫 번째 부분으로 Lumped 키네틱 모델과 마이크로키네틱 모델의 차이를 강조하기 위해, Cu/ZnO/Al2O3/ferrierite (CZA/FER) 하이브리드 촉매 하에서 합성가스로부터 디메틸에테르로의 직접 전환 반응에 대해 Lumped 키네틱 모델을 개발하였다. 키네틱 파라미터는 하이브리드 촉매에서의 실험 값에 피팅되도록 추정하였고, 이는 CZA 및 FER 촉매 각각에서 보고된 선행 연구에서의 값과 비교하였다. 하이브리드 촉매에서의 높은 활성화 에너지는 메탄올 합성 단계가 메탄올 탈수 단계보다 전체적인 반응 속도를 조절하는 인자라는 것을 보여주었다. 또한 개발된 키네틱 모델을 통해 200 ~ 220 ℃의 온도에서 운전하는 것이 효율적임을 알 수 있었으며, 최적의 운전 압력 및 공간 속도를 제시하였다. 두 번째 부분에서는 구리 기반 촉매 하에서 합성가스로부터 메탄올을 합성하는 반응에 대해서 마이크로키네틱 모델링을 하기 위한 실용적인 방법에 대해 묘사하였다. 일산화탄소 및 이산화탄소의 수소화 반응, Water-gas shift 반응에 대해 28개의 단일단계반응을 고려하였다. DFT와 반경험적인 방법론인 Unity bond index-quadratic exponential (UBI-QEP) 기법을 조합하여 흡착열 및 활성화 에너지를 도출하였다. DFT 계산을 통해 포름산염(HCOO**)이 이좌배위자(Bidentate) 형태로 흡착되는 것을 확인하였으며, UBI-QEP 계산을 위한 기상과 흡착된 중간 생성물들의 흡착에너지 및 엔탈피를 제공하였다. Pre-exponential 인자의 경우에는 전이상태이론의 Order-of-magnitude에 기반하여 초기 값을 설정하고, 실험 데이터에 피팅하였다. 덕분에 이를 위한 진동 주파수 및 분배 함수를 계산하지 않아 계산 로드를 줄일 수 있었다. 반응기 모델에서는 마이크로키네틱 모델의 경직성을 완화하기 위해 부분평형비를 계산하였다. 상대적으로 빠른 단일단계반응을 기반으로 우세한 반응 경로를 제안하였으며, Degree of rate control 계산을 통해 H3CO*와 H*의 표면 반응이 속도 결정 단계임을 제안하였다. 또한 운전 온도, 압력 및 Feed의 H2 분율이 메탄올 합성 속도에 미치는 영향을 알아보기 위해 개발된 모델을 사용하였다. 세 번째 부분에서는 계산 화학 및 마이크로키네틱 모델링을 통해, H-zeolite 촉매 하에서 메탄올 탈수 반응에 의한 디메틸에테르 합성에 대해서 반응 경로를 분석하였다. 반응 메커니즘으로는 Associative 및 Dissociative 경로에 대해서 9개의 단일단계반응을 포함하였다. 이러한 반응 시스템에서는 분산력의 영향이 있으므로 2차 묄러-플레셋 섭동 이론(MP2)에 기반하여 반응종들의 구조를 최적화하였다. 또한, 반응의 전이 상태를 도출하였으며 이와 최적 분자 구조의 에너지 및 활성화 에너지를 계산하였다. 이 결과에 기반하여 마이크로키네틱 모델을 개발하였고, Pre-exponential 인자는 마찬가지로 실험 데이터에 피팅하였다. 이러한 방법론은 개발된 마이크로키네틱 모델의 신뢰성을 강화하였다. 단일단계반응들의 상대적인 반응 속도를 비교하여 Dissociative 경로가 우세하게 작용함을 알 수 있었으며, 이 경로의 DME 생성 반응(CH3OH-CH3-Z → CH3OCH3-H-Z)을 속도 결정 단계로 제안하였다. 마찬가지로 이 모델을 통해 온도가 촉매 표면의 농도 분포에 미치는 영향을 분석하였다. 마지막으로, Water-gas shift 반응에 대한 마이크로키네틱 모델에 대하여 기계학습 기반의 대체 모델을 제시하였다. 마이크로키네틱 대체 모델은 마이크로키네틱스와 전산유체역학이나 공정 시뮬레이션과 같은 더 높은 차원의 반응 공학 모듈을 이어주는 다리 역할을 할 수 있다. ExtraTrees 알고리즘과 인공신경망을 이용하여 개발된 마이크로키네틱 모델로부터 얻은 데이터셋을 회귀하였다. 보간 기계학습 기법 중에서 인공신경망은 회귀 분석에서 높은 성능을 낼 수 있는 것으로 잘 알려져 있고, ExtraTrees 알고리즘은 특성 중요도를 계산 할 수 있다. 인공신경망 기반의 대체 모델은 평균 오차율 0.01%로 좋은 성능을 보여주었다. ExtraTrees 일고리즘은 특성 중요도를 측정할 수 있어, Water-gas shift 반응에서 중요한 단일단계반응과 중요한 촉매 표면의 중간생성물을 찾아낼 수 있었다.In recent years, as environmental issues continue to emerge, interest in carbon utilization where carbon dioxide is the primary species to be reduced is growing. Accordingly, many researchers and industries in various fields have tried to reduce carbon emissions into the atmosphere. In particular, chemical engineers have developed carbon utilizing reaction processes which produce a variety of useful chemicals by consuming the greenhouse gases. Although the commercial processes related to these reactions have already been developed, controversy over their reaction mechanisms is still ongoing. Along with advances in computational performance, researches on reaction mechanism exploration are becoming more active in a new phase. Computational chemistry, which requires high computational costs, is a great help for reaction mechanism analysis. Moreover, microkinetic study is a study that can analyze mechanisms from a kinetic perspective, creating synergies along with improvements in computational chemistry. While conventional kinetic models in chemical engineering have been mainly used in terms of process design, microkinetic models, in addition to these advantages, allow fundamental analysis. For these reasons, mechanism analysis through microkinetics is actively underway even for common reactions. In this thesis, practical microkinetic modeling strategies that could improve several previous drawbacks were proposed. For reactions related to methanol and dimethyl ether (DME) synthesis, density functional theory (DFT) calculations and microkinetic modeling using the DFT results were conducted, and the reaction mechanism analysis and the several case studies were suggested. By using parameter estimation techniques, pre-exponential factors were fitted to experimental data minimizing the differences between the predicted and the experimental values. This practical modeling approach to the microkinetics improved computational efficiency and reliability of the model. In the first part, a lumped kinetic model for the direct synthesis of dimethyl ether from syngas over Cu/ZnO/Al2O3/ferrierite (CZA/FER) catalyst was presented to highlight the difference from a microkinetic model. Kinetic parameters were estimated by fitting experimental data for the hybrid catalyst, and these were compared with the reported values of conventional catalysts, which were the respective CZA and FER catalysts. High activation energies for the hybrid catalyst showed that the methanol synthesis step may have more control over the rate than the methanol dehydration step. Using the developed kinetic model, a temperature between 200 and 220 °C was determined for thermal energy efficiency, and a further analysis provided the optimal range of the total pressure and space velocity. A practical strategy to develop a microkinetic model for methanol synthesis from syngas over a Cu-based catalyst is described in the second part. The comprehensive model consists of forward and backward reactions of 28 possible elementary-step reactions for CO and CO2 hydrogenation and the water–gas shift reaction. A combination of ab-initio DFT and semi-empirical unity bond index-quadratic exponential (UBI-QEP) methods was used to determine the heat of adsorption and activation energies. DFT calculations confirmed that formate (HCOO**) adsorbs in a bidentate fashion and provided the enthalpies and adsorption energies of gas and surface intermediates for subsequent UBI-QEP calculations. The pre-exponential factors were estimated from the order-of-magnitude of the transition state theory as the initial values and by fitting the experimental data, thus reducing the computational load by not calculating the vibrational frequencies and partition functions for translational, rotational, and vibrational motions. For the reactor model, partial equilibrium ratios were used to reduce the stiffness of the microkinetic model. The most plausible reaction pathways were suggested by considering relatively fast step-reactions, while the surface reaction of H3CO* and H* was found to be the rate-determining step by the degree of rate control. The developed model was also used to evaluate the effects of the temperature, pressure, and H2 fraction in the feed on the methanol synthesis rate to elucidate the suitable operating conditions. In the third part, the reaction pathways of DME synthesis by methanol dehydration over a H-zeolite catalyst were analyzed through both computational chemistry and microkinetic modeling methods. The reaction mechanisms consisted of nine elementary-step reactions for both associative and dissociative pathways. Based on the second-order Møller–Plesset perturbation theory (MP2), to determine the effects of dispersion forces that were important in this reaction system, the structures of all related reaction species were optimized, and the transition states of the associative and dissociative pathways were elucidated. Also, the energies and activation barriers of the optimized structures and transition states were calculated. Then, a microkinetic model was developed using the energies and activation barriers obtained from the MP2 calculations. Meanwhile, the pre-exponential factors of the kinetic parameters were not calculated theoretically but estimated by fitting the experimental data, which enhanced the reliability of the microkinetic model. By comparing the relative elementary-step reaction rates calculated using the developed model, the dissociative pathway was suggested as a dominant pathway of DME synthesis, while the DME formation reaction of the dissociative pathway (CH3OH-CH3-Z → CH3OCH3-H-Z) was found to be the rate-determining step. The developed model was also used to evaluate the effects of temperature on the site fractions over the catalyst. Finally, machine learning-based surrogate models of the microkinetic model for the water-gas shift reaction were developed. The surrogate model can play a role in a bridge between the microkinetics and the higher-scale reaction engineering modules such as computational fluid dynamics or process simulations. The ExtraTrees algorithm and the artificial neural network (ANN) were used for regressing the datasets acquired from the developed microkinetic model. Among interpolative machine learning techniques, an ANN is well known for its high performance in regression, and the feature importance can be calculated with the ExtraTrees algorithm. As a result, the ANN showed the great performance with an average error of 0.01 %. ExtraTrees could measure the feature importance, so that the important elementary reactions and surface intermediates to the overall reaction of the water-gas shift reaction were figured out.Chapter 1 Introduction 16 1.1 Research Motivation 16 1.2 Outline of the Thesis 18 1.3 Associated Publications 18 Chapter 2 Background Theory 19 2.1 Microkinetics 19 2.2 Kinetic Parameter 22 2.2.1 Computational Chemistry 24 2.2.2 Transition State Theory 25 2.2.3 UBI-QEP 28 Chapter 3 Lumped kinetic modeling for direct synthesis of DME from syngas 30 3.1 Background 30 3.2 Methods 34 3.2.1 Experimentals 34 3.2.2 Kinetic Model 37 3.3 Application Results and Discussion 42 Chapter 4 Microkietic modeling of methanol synthesis from syngas 53 4.1 Background 53 4.2 Reaction Mechanism 59 4.3 Methods 63 4.3.1 Activation Energy 63 4.3.2 Microkinetic Model 67 4.4 Application Results and Discussion 74 4.4.1 DFT Calculations 74 4.4.2 Microkinetic Model 78 4.4.3 Rate-Determining Step 88 4.4.4 Effects of Operating Conditions 89 Chapter 5 Microkinetic modeling of DME synthesis from methanol over H-zeolite catalyst 92 5.1 Background 92 5.2 Reaction mechanism 97 5.3 Methods 102 5.3.1 Computational Chemistry 102 5.3.2 Microkinetic Model 106 5.4 Application results and discussion 109 5.4.1 MP2 Calculations 109 5.4.2 Microkinetic Model 126 Chapter 6 Machine Learning-based Surrogate Model of Microkinetics for the Water-Gas Shift Reaction 136 6.1 Background 136 6.2 Reaction Mechanism 138 6.3 Methods 140 6.3.1 Microkinetic Model 140 6.3.2 Surrogate Model 143 6.4 Application Results and Discussion 148 6.4.1 Microkinetic Model 148 6.4.2 Surrogate Model 151 Chapter 7 Concluding Remarks 157 7.1 Summary of Contributions 157 7.2 Future Work 160 Appendix 162 Supporting Information 162 Bibliography 165 Abstract in Korean (국문초록) 177박

무선전력전송시스템을 구현하기 위한 실질적인 문제에 관한 연구

학위논문 (박사)-- 서울대학교 대학원 : 전기·컴퓨터공학부, 2014. 8. 남상욱.본 논문에서는 무선전력전송시스템을 구현할 때 고려해야 하는 실질적인 문제들의 해결책들을 제시하였다. 고효율의 무선전력전송시스템을 구현하기 위해서는 아직 해결되지 않은 문제들이 많이 남아있다. 적응형 정합 및 다수의 충전 문제들을 해결하기 위해서 새로운 방법들을 제안하였다. 또한 특성모드 방식을 이용하여 주변환경이 무선전력전송시스템에 미치는 영향을 분석하였다. 우선, 근접장 영역에서 무선전력전송시스템을 위한 적응형 정합방법들이 연구되었다. 거리의 변화에 따른 근접장을 이용한 무선전력전송시스템의 임피던스와 공진주파수의 특성에 대하여 분석하였다. 근접장의 영역에서 고효율의 무선전력전송을 위해서는 적응형 정합방법이 필수적이다. 이 논문에서는 동시 공핵정합 및 주파수 추적방식을 포함한 다양한 방식의 전력전송효율을 비교하였다. 분열된 공진주파수를 추적하는 방법을 이용하면 효율적인 적응형 정합이 가능한 사실을 발견하였다. 또한, 고효율의 무선전력전송이 가능한 거리를 확장시키는 개선된 주파수 추적방식을 제안하였다. 이론적인 결과들을 실험결과와 비교하여 검증하였다. 두 번째로, 효율적인 무선전력전송시스템을 위한 최적의 조건을 제시하였다. 그리고 수신기의 위치에 따라 송신기의 입력저항이 변할 때 무선전력전송시스템의 전력원으로 D급 전력증폭기를 사용하는 것이 유리하다. 실험을 통해서 이 논문에서 제안된 무선전력전송시스템을 증명하였다. 세 번째로, 무선전력전송시스템에서 다수의 수신기를 충전하는 방법을 제안하였다. 우선 근접장 영역에서 다수의 수신기가 가지는 주파수 특성을 분석하였다. 그 결과를 이용하여 시간분할방식의 무선전력전송시스템을 제안하였다. 제안한 방식을 이용하면 다수의 수신기에 고효율의 균등한 전력전송이 가능하다. 다수의 수신기를 충전할 경우 제안된 방식의 시스템의 유리하다는 결과를 확인하였다. 마지막으로 무선전력전송시스템의 주변환경에 대한 연구를 진행하였다. 주변환경의 영향을 분석하기 위해 특성모드 방식을 제안하였다. 전기적으로 작은 물체의 경우 그 물체의 전자기적인 반응은 소수의 특성모드만으로도 표현이 가능하다. 금속판과 작은 루프안테나의 시뮬레이션 결과와 제안된 이론을 통한 분석결과를 비교하여 검증하였다.This thesis presents solutions of the practical issues for implementation of wireless power transfer system (WPTS). There are many unresolved issues that remain in the implementation of highly efficient WPTS. To solve the adaptive matching and multiple charging problems, new methods are proposed. Also, to analyze the effect of surroundings of a WPTS, characteristic mode method was suggested. First, adaptive matching methods for a WPTS in the near-field region are investigated. The impedance and resonant frequency characteristic of a near-field power transfer system are analyzed according to coupling distance. In the near-field region, adaptive matching is necessary to achieve an effective power transfer. We compare the power transfer efficiencies of several schemes including simultaneous conjugate matching and frequency tracking. It is found that effective adaptive matching can be easily achieved by tracking the split resonant frequency. In addition, a modified frequency tracking method is proposed to extend the range over which the power is transmitted with high efficiency. The experimental results are in agreement with the theoretical results. Secondly, we found the optimal conditions for an efficient WPTS. Additionally, we found that a class-D PA has an advantage as a source when the input resistance changes with the position of the receiving antenna. The proposed WPTS was verified through the experimental results. Thirdly, a multiple charging method for a wireless power transfer system in the near-field region is proposed. We analyzed the frequency characteristics of multiple receivers in the near-field region. The results suggested that the time division WPTS can achieve efficient and equal power transmission at multiple receivers. We conclude that this system has an advantage for charging multiple receivers. Finally, the effect of the surroundings for a WPTS was investigated. The characteristic mode method was suggested to analyze the effect of the surroundings. For electrically small and intermediate size bodies, only a few characteristic modes are needed to characterize the electromagnetic behavior of the body. The theory is verified by a simulation with small loops and a metal plate.Abstract i Contents iii List of Figures vi List of Tables x 1. Introduction 1 1.1 WPT Scenario 4 1.2 Characteristics of WPT 6 2. Investigation of Adaptive Matching Methods for Near-Field WPT 11 2.1 Introduction 11 2.2 Impedance Characteristic of Coupled Antennas 14 2.3 Frequency Characteristic of Coupled Antennas 19 2.4 The Effect of Port Impedance 22 2.5 Measurements 26 2.6 Summary 31 3. Simple Efficient Resonant coupling WPTS Operation at Varying Distance between Antennas 34 3.1 Introduction 34 3.2 Characteristic of the Two coupled Antennas 36 3.3 Comparison of Source Types 45 3.4 Sinulation and Measurement 47 3.5 Summary 53 4. Analysis of WPT Characteristics for Multiple Receivers by Time Sharing Technique 56 4.1 Introduction 56 4.2 Frequency Characteristics of Multiple Receivers 58 4.3 Characteristics of the Time Division WPTS 61 4.4 Summary 64 5. Investigatoin of the Effect of Surroundings using Characteristic Mode Method for WPT 67 5.1 Introduction 67 5.2 Characteristic Currents 69 5.3 Modal solutions 72 5.4 Modified Z-matrix 75 5.5 Example 79 5.6 Summary 89 6. Conclusion 91 A. Appendix 94 A.1 Computaion of Generalized Eigenvalue Equation 94Docto

새로운 바이오 프로브와 표적 단백질 동정 방법의 개발 그리고 생리활성 저분자 화합물들의 발굴에의 응용

학위논문 (박사)-- 서울대학교 대학원 : 화학과, 2012. 8. 박승범.기존의 표적기반 신약 개발을 통해 개발된 약물들이 예측하지 못했던 부작용때문에 최근 시장에서 퇴출되는 예가 생기고 있다. 이에 최근 새로운 접근 방식을 통해 신약을 개발하려는 연구가 활발히 진행되고 있다. 또한 최근 기존의 약물에 저항성을 가지는 질병이나, 재생의학, 난치병등을 치료하는데 있어서 기존의 신약 타겟이 아닌 비전통적인 신약타겟을 조절하는 새로운 저분자 물질을 찾아내는 것이 주목 받고 있다. 따라서 본 연구에서는 새로운 신약 개발 접근방식을 개발하기 위한 플랫폼의 개발에 촛점을 맞추고 있다. 생명현상을 모니터링 하기 위한 새로운 바이오프로브(Bioprobe)의 개발, 새로운 생리활성 저분자 물질의 스크리닝, 그리고 발굴된 새로운 생리활성 저분자 물질의 작용기전을 밝히기 위한 표적 단백질 동정법 개발이 본 연구에서 다루고 있는 핵심 내용이다. Part I 에서는 글루코스 바이오프로브 (Chapter 1-4), 불소 프로브 (Chapter 5), 그리고 Zidovudine 프로브 (Chapter 6) 의 개발에 대해서 다루고 있다. 처음으로 개발된 글루코스 바이오 프로브는 Cy3-Glc-α로 명명되었으며 기존의 글루코스 바이오 프로브인 2-NBDG 에 비해서 월등은 물성을 보였다. 이 연구를 기반으로 암세포내의 글루코스 흡수 정도를 Cy3-Glc-α를 이용하여 측정하고 항암제를 스크리닝 할 수 있는 시스템을 구축하였다. (Chapter 1) Cy3-Glc-α의 성공을 바탕으로 Chapter 2 에서는 새로운 글루코스 바이오프로브의 유사체들의 합성에 대해 다루었다. 그중에서 기존의 2-NBDG 는 물론 첫번째 글루코스 바이오프로브인 Cy3-Glc-α에 비해서도 더 좋은 물성을 가지는 GB2- Cy3 로 명명된 새로운 바이오프로브를 발굴 해내었다. GB2-Cy3 는 암세포 뿐만 아니라 대사질환에 중요한 연구 모델인 C2C12 근육 세포에서도 글루코스를 잘 모니터링 할 수 있었다. (Chapter 2) 이렇게 개발된 GB2-Cy3 는 대사질환에 중요한 역할을 하는 AMPK 를 조절하는 저분자 화합물의 작용기전을 연구하는데 이용되었다. (Chapter 3) 일광자 글루코스 바이오프로브의 성공은 조직 이미징이 가능한 이광자 글루코스 바이오프로브의 개발을 가능하게 하였다. GB2-Cy3 의 구조를 기반으로 하여 개발된 이광자 글루코스 바이오프로브는 AG2 로 명명 되었으며 암세포에서 뿐만아니라 대장암 조직에서의 글루코스 모니터링을 가능하게 하였다. (Chapter 4) 글루코스 바이오프로브 이외에도 본 연구에서는 세계 최초로 세포에 사용가능한 새로운 불소 프로브인 TBPCA 의 개발에 성공하였다. TBPCA 를 이용하여 폐암세포인 A549 세포 안의 불소를 이미징하고 그 농도를 측정 가능하였다. (Chapter 5) Chapter 6 에서는 AIDS 치료제인 zidovudine (ZDV) 을 모니터링 할수 있는 프로브에 관한 내용을 다루고 있다. ZDV 는 AIDS 치료제로 널리 사용되고 있으므로 그 부작용에 관한 연구가 매우 중요하다고 할수 있다. 따라서 본 연구에서는 ZDV 에 존재하는 azide 작용기가 Bioorthogonal 한 반응인 Click Chemistry 가 가능하다는 점을 이용하여 ZDV 를 모니터링 할 수 있는 새로운 방법을 개발하였다. Part II 에서는 생리활성 저분자 물질의 스크리닝 (Chapter 1) 과 표적 단백질을 동정하는 새로운 방법의 개발 (Chapter 2)에 관한 내용을 다루고 있다. Part I 에서의 바이오프로브 개발경험을 바탕으로 본 연구에서는 비스테로이드 계열의 안드로젠 수용체 길항제를 스크리닝 하였다. 벤조파이란 구조를 기반으로 한 새로운 안드로젠 수용체 길항제 6 f는 전립선 암을 효과적으로 억제하는 것으로 밝혀졌다. 또한 기존의 치료제에 저항성을 가지는 전립선 암의 경우도 성공적으로 억제가 가능한 것으로 밝혀졌다. 이러한 새로운 전립선암 치료제 후보 물질 6 f 는 추후 효과적인 전립선 치료를 위한 새로운 방향을 제시할 것으로 기대하고 있다. (Chapter 1) 위와 같은 방식으로 발굴된 새로운 생리활성 저분자 물질의 작용기전을 연구하기 위하여 본 연구에서는 새로운 표적 단백질 동정방법인 FITGE 를 개발하였다. FITGE 방법은 손상을 주지 않은 살아있는 세포 상태에서 표적 단백질의 동정이 가능하다. 이러한 점은 기존의 방법으로는 성공하지 못했던 표적 단백질 동정이 FITGE 방법에 의해서만 성공 할수있었다. FITGE방법은기존의표적단백질동정방법의한계를극복할수 있는 새로운 방법으로 제시 되었으며 살아있는 세포상에서의 표적 단백질 동정의 효과적인 수단이 될 것으로 기대하고 있다. (Chapter 2)Development of novel approaches in drug discovery has got attention because of the recent withdrawal of marketed drugs developed by conventional target based medicinal chemistry. In addition, the identification of small molecules that control nonconventional drug targets has become increasingly important for curing diseases that are resistant to existing drugs, developing regenerative medicine, and treating incurable diseases. Therefore, we have focused on development of novel bioprobes to monitor biological system, screening systems to discover bioactive small molecules, and a new target identification method to reveal the mechanism of action of the bioactive small molecules. In Part Ι, development of glucose bioprobe (Chapter 1- 4), a fluoride probe (Chapter 5), and a zidovudine probe (Chapter 6) are described. We designed and completed the asymmetric synthesis of novel fluorescent glucose analogues. The first chiral bioprobe of our choice, namely Cy3-Glc-α, showed superior properties as a glucose-uptake tracer compared to the previously reported 2-NBDG. We also developed a novel system for the screening of anticancer agents through the detection of metabolic perturbation by measuring glucose uptake in cancer cells with our bioprobe Cy3-Glc- α. (Chapter 1) Based on the success of Cy3-Glc-α, we synthesized a series of fluorescent glucose analogues by adding Cy3 fluorophore to the α-anomeric position of D-glucose with various linkers. The resulting seven Cy3-labeled glucose analogues (GBs-Cy3) were evaluated by flow cytometry for their GLUT-specific translocation and competitiveness with D-glucose in the medium, along with image-based analysis using fluorescence microscopy. Systematic and quantitative evaluation of these GBs- Cy3 led to the identification of GB2-Cy3 as a GLUT-specific fluorescent glucose bioprobe. GB2-Cy3 was ten times more sensitive than 2-NBDG, a leading fluorescent glucose bioprobe, as was confirmed by flow cytometry and fluorescence microscopy analyses. GB2-Cy3 was successfully utilized in three different systems to quantitatively monitor changes of glucose uptake in metabolically active C2C12 myocytes under various treatment conditions. (Chapter 2) GB2-Cy3 was used to evaluate a small molecule activator of AMPK, Ampkinone (AKN). AMPK is an important energy sensor in mammalian cells and an attractive target molecule for the treatment of metabolic disorders, including obesity and type 2 diabetes. It has been well established that activation of AMPK stimulates glucose uptake by increasing GLUT4 translocation to the cell surface. Therefore, we observed glucose uptake perturbation by AKN with our own glucose bioprobe, GB2-Cy3. The detailed mechanism of AKN action was also studied with GB2-Cy3. (Chapter 3) The great success of one photon glucose bioprobe made us to extend our research area to two photon microscopy for tissue imaging. Based on the GB2-Cy3 structure, we have developed a new TP tracer, AG2, that can be easily taken up by cancer cells and tissues through glucose-specific translocation. It can monitor glucose uptake in normal and colon-cancer tissues from human patients and can visualize the efficacy of anticancer agents in cancer cells and colon-cancer tissues. (Chapter 4) Besides glucose bioprobes, we have successfully developed TBPCA as a fluoride ion probe for fluorescence cell bioimaging. We also demonstrated fluorescence cell bioimaging using TBPCA for the detection of NaF in A549 human epithelial lung cancer cells under physiological conditions. Moreover, TBPCA can be utilized for the quantification of fluoride ions in living systems. (Chapter 5) In Chapter 6, development of a zidovudine (ZDV) probe (ZP) is described. ZDV has been used for AIDS treatment worldwide. Therefore, researches about ZDV side effects are very important. In order to provide the quantitative measurement tool for the side effect studies of ZDV therapy, we accomplished the bio-orthogonal tracing of ZDV- incorporated DNA in the in-gel fluorescence imaging system as well as cellular imaging of ZDV-incorporated mammalian chromosomes. Most importantly, unlike other existing methods such as autoradiography or immunostaining, we were able to quantify the incorporation efficiency of ZDV by different kinds of DNA-synthesizing enzymes on the basis of our unique observation of band shifts induced by specific labeling of cationic Cy3-labeled ZP. In Part II, screening bioactive small molecules (Chapter 1) and development of a new target identification method (Chapter 2) are described. Based on our research of bioprobe development, we discovered a novel nonsteroidal androgen receptor(AR) antagonist using a cell-based reporter gene assay, along with our small-molecule library constructed using a diversity-oriented synthetic pathway. A novel benzopyran- fused tetracyclic core imbeded compound 6 f was identified as having an excellent antagonistic activity confirmed by western blot analysis, RT-PCR, and in vitro cellular proliferation assay. We also demonstrated that compound 6 f is active against not only WT AR but also mutant AR, such as T877A or W741L (bicalutamide-resistant AR mutant). This new molecular framework might provide valuable insight for the development of therapeutics able to treat advanced prostate cancer. (Chapter 1) To understand the mechanism of action of the bioactive small molecules, we have developed a new target identification method, FITGE, which aims to observe interactions between proteins and small molecules in an intact cellular environment. After a series of failures using conventional target identification methods, we successfully identified the protein target of anti-proliferative compound with FITGE only in live cells, and observed the environment-dependent binding events of a functional small molecule by direct comparison between live cells and cell lysates. The FITGE method can address the current limitations of conventional target identification methods and can significantly enhance the possibility of target identification through the combination of the covalent capturing of target proteins in an intact cellular environment and the efficient exclusion of nonspecific protein labeling using two-color 2DGE. We believe our FITGE method provides a unique means of target identification in live cells.Part Ι. Development of Novel Bioprobes and Its Applications in Biological Systems Chapter 1. Development of a Cy3-Labeled Glucose Bioprobe and Its Application in Bioimaging and Screening for Anticancer Agents 2 Chapter 2. Development of a New Series of Fluorescent Glucose Bioprobes and Their Application on Real-Time and Quantitative Monitoring of Glucose Uptake in Living Cells 26 Chapter 3. Discovery and Evaluation of a Novel Small Molecule Activator of AMP-Activated Protein Kinase 54 Chapter 4. Development of a Two-Photon Tracer for Glucose Uptake and its application in live tissues 78 Chapter 5. Fluorescent Probe for Detection of Fluoride in Water and Bioimaging in A549 Human Lung Carcinoma Cells 103 Chapter 6. Ratiometric Analysis of Zidovudine (ZDV) Incorporation by Reverse Transcriptases or Polymerases via Bio-orthogonal Click Chemistry 134 Part ΙΙ. Screening and Target Identification of Bioactive Small molecules Chapter 1. Screening of a Benzopyran-Containing Androgen Receptor Antagonist to Treat Antiandrogen-Resistant Prostate Cancer 153 Chapter 2. Discovery and Target Identification of an Antiproliferative Agent in Live Cells Using Fluorescence Difference in Two-Dimensional Gel Electrophoresis 195 Abstract (In Korean) 239 AppendixDocto

Production of Fashion Photographs Using Photo Story

오늘날, 문화를 지배하고 있는 것은 순수 예술이 아니라 대중 매체이다. 현대의 대중 사회의 원활한 작동을 위해서, 그리고 개인들의 원만한 삶의 영위를 위해서 없어서는 안되는 존재인 것이다. 대중 매체는 새로운 문화를 창조하고 발전시키는 장을 제공한다. 그것은 사람들에게 새로운 규범, 새로운 전통, 새로운 예술, 새로운 유행, 새로운 생활 양식 등을 만들어 내고 전파하는 수단으로 작용한다. 오늘날 대중 매체는 새로운 정서를 낳고 확산시키는 데 가장 결정적인 역할을 수행한다. 현대 사회에서 음악과 노래는 가장 일상적이고 보편적인 만큼 어느 문화보다도 강하고 심대한 영향을 우리의 삶에 미친다. 이러한 음악과 노래는 현대인들에게 TV, 라디오, 음반, 녹음 테이프 등과 같은 대중 매체에 의해 전달되어 진다. 본 논문에서는 디지탈 사진을 이용한 시각적 커뮤니케이션의 방법으로 Compact Disc 표지를 제작하였다. 보다 전문적이고 설득력 있는 Compact Disc 표지 제작을 위해 컴퓨터 그래픽스를 이용하여 보완하였고 음악 분야를 연주곡과 대중가요로 나누어 연구하였다. 먼저 표지 제작에 필요한 이론적 배경을 조사하고, 그 내용을 토대로 두가지 주제를 각각 시각화시켜 촬영한 후 이를 실제로 응용하여 Compact Disc 표지를 제작하였다. Compact Disc는 가장 적극적인 수용층을 위한 시장이므로 대중의 다양한 취향에 부응하여 더욱 신선하고 독창적인 표현이 요구된다.;Today's culture is defined and dominated by mass media., not by pure art anymore. Mass media has become an integral part of our lives, for it works not only as a medium of transmitting information to the complex society, but also as a tool of diversifying one's lifestlye. Mass media provides the grounds for developing and even creating a new generation of culture. It provides the means of disseminating new rules, new traditions, new forms of art, and new trends opening another chapter for new lifestyles. Culture, formed by mass medial, has various shapes. Among those, music is the genre in which we can access most easily. Music is enjoyed through listening. People nowadays, however, can also connect with music visually through the covers of LPs, cassettes, and compact disks. In this thesis, I studied the designing of covers of compact disk titles through the methods of visual communication using digital photography. First, I catagorized music into two groups: instrumental and vocal. Second, I researched the theoretical backgrounds of each type of music, and from that I visualized them into photographs. Finally, I applied computer graphic techniques into those digital images in order to bring out the particular theme in which the music is carrying. Compact disks are for those who enjoy music seriously. Thys, the designing of its title covers should not only reflect auditory content, but is should also satisfy visual appetites of those who purchase the goods.목차 = ⅲ 논문개요 = ⅵ 제1장. 서론 = 1 Ⅰ. 연구의 목적 = 1 Ⅱ. 연구 범위 및 방법 = 2 제2장. 본론 = 3 Ⅰ. 레코드 재킷 디자인 = 3 A. 레코드 재킷 디자인의 배경 = 3 B. 레코드 재킷 디자인의 개념 = 4 Ⅱ. 디지탈을 이용한 사진 표현 = 5 A. 제작 과정 = 6 B. 디지탈 화상의 표현 방법 = 8 Ⅲ. 표지 디자인 = 11 A. 레이 아웃 = 12 B. 타이포 그래피 = 14 C. 포토 그래피 = 16 Ⅳ. 작품 제작 및 분석 = 19 A. 작품 제작의도 및 방법 = 19 B. 작품 분석 = 20 a. 연주곡 표지 사진 = 20 b. 대중 가요 표지 사진 = 22 제3장. 결론 = 45 참고문헌 = 47 사진참고 = 49 ABSTRACT = 5

정적 및 동적 응답 사이의 가중치 최적화를 통한 유한요소 모델 개선

학위논문 (석사)-- 서울대학교 대학원 : 건설환경공학부, 2016. 2. 고현무.This study performs a finite element model update using the natural frequency and lateral distribution factor acquired from an ambient vibration test on bridge in service. The more exact finite element model update was developed by optimizing the weighting factors of the static and dynamic responses. In this study, when updating the finite element model, the error in the lateral distribution factor is newly defined using a modal assurance criterion equation. Especially, it is important to optimize the weighting factor of static response, because static response is related to an evaluation of structure, load rating factor. The weighting factors of the lateral distribution factor and natural frequency can be optimized using a genetic algorithm which is known as finding the global solution well. The validity of the proposed method is verified by using illustrative examples whose solutions are known. Also, the load rating factor is computed when the proposed method is applied to an existing bridge. The results show that the FE model update using both static and dynamic responses yields more exact solutions than the FE model update using either static or dynamic responses alone. Also, a finite element model update with optimized weighting factors can be performed more exactly by the proposed method.1 Introduction 1 1.1 Backgrounds and Literature Survey 1 1.2 Research Objectives 5 1.3 Overview of Dissertation 6 2 Finite Element Model Update by Using ActualBridge Responses 7 2.1 Responses Used to Finite Element Model Update 7 2.1.1 Static Responses 7 2.1.2 Dynamic Responses 8 2.2 Constructions of Objective Functions for Optimization 8 2.2.1 Definitions of Response Errors 9 2.2.2 General Meanings of Weighting Factors 10 2.3 Alternative Response for Static Response 11 2.3.1 Definition of Lateral Distribution Factor(LDF) Error 11 2.3.2 Verification of Lateral Distribution Factor AssuranceCriterion(LDFAC) 12 2.4 Optimization Method Used to Finite Element Model Update 14 2.4.1 Sequential Quadratic Programming 15 2.5 Assessment of Structural Condition 16 2.5.1 Load Rating Factor Evaluation 16 3 Optimization of Weighting Factors for FiniteElement Model Update 18 3.1 Formulation of the Objective Function for Finite Element Model Update 18 3.2 Sensitivity Check of Static and Dynamic Response Error of the Objective Function 19 3.3 Optimization of Weighting Factors using GeneticAlgorithm 21 3.4 Overall Framework of Finite Element Model Update with Optimization of Weighting Factors 22 4 Examples for Verification of Method 24 4.1 Descriptions of Illustrative Examples 24 4.1.1 Common Features of Examples 25 4.1.2 Case Study 1: Single Span Bridge with 2-girders 27 4.1.3 Case Study 2: Single Span Bridge with 5-girders 29 4.1.4 Case Study 3: Two Spans Bridge with 5-girders 31 4.2 Results of Illustrative Examples 33 4.2.1 The Results of Case Study 1 34 4.2.2 The Results of Case Study 2 37 4.2.3 The Results of Case Study 3 40 4.3 Summary of Illustrative Examples 44 4.4 Numerical Example : Yeondae Bridge 45 4.4.1 Description of Application Example : Yeondae Bridge 45 4.4.2 Finite Element Model Update by Using Optimization of Weighting Factor 46 4.4.3 Evaluation of Load Rating Factor : Yeondae Bridge 47 5 Conclusion 49 References 52 초록 54Maste

2차원 유한체적 수치모형을 이용한 대구획 논의 용배수 특성 해석

학위논문(석사)--서울대학교 대학원 :농공학과 농업토목전공,2000.Maste

N형 고분자 반도체 기반 유기 트랜지스터 제조 및 신축성 광센서에서의 응용

학위논문(석사) -- 서울대학교대학원 : 공과대학 화학생물공학부, 2021.8. 박종민.Regio-regularity can affect electrical, mechanical, and optoelectrical properties by changing the microstructure of polymer semiconductors. In this study, PCDT-TIC (PC) and PIDT-TIC (PI), as novel n-type polymer semiconductors, were synthesized, and the impact of regio-regularity on various properties was analyzed. In the case of electrical properties, regio-regular (RR) polymers exhibited superior electrical mobility than regio-random (RA) polymers because charge transfer is advantageous due to their relatively high crystallinity (5.9 x 10-2, 8.6 x 10-2 cm2 V-1 s-1 for PC-RR and PC-RA, respectively, and 1.2 x 10-2, 1.0 x 10-2 cm2 V-1 s-1 for PI-RR and PI-RA, respectively). In the case of mechanical properties, the elastic moduli of RA polymers were significantly lower than those of RR polymers, and diamond-shaped microvoids were generated at stetching of 100% for PC-RR, whereas it was observed at stetching of 150% for PC-RA. Furthermore, as a result of evaluating electrical properties by fabricating an organic field-effect transistor with a 100% stretched polymer film, PC-RR and PC-RA showed 90% and 33% electron mobility retention, respectively. Also, in the case of optoelectrical properties, PC-RR showed higher R, EQE, and D* than PC-RA. Also, PC-RR showed higher R, EQE, and D* than PC-RA. In particular, the PC-RR polymer-based phototransistors were able to maintain optoelectronic properties even at stretched conditions even at NIR wavelengths.입체 규칙성은 고분자의 미세구조를 변화시킴으로써 전기적, 기계적, 광학적 특성에 영향을 줄 수 있다. 이 연구에서는, 신규 N-type 고분자 반도체인 PCDT-TIC와 PIDT-TIC를 합성하였으며, 입체규칙성이 물질의 다양한 특성에 미치는 영향을 분석했다. 전기적 특성의 경우, regio-regular (RR) 고분자들의 상대적으로 높은 결정화도로 인해 전하 이동이 유리하기 때문에 regio-random (RA) 고분자들보다 우수한 전기 이동도를 보였다(PC-RR과 PC-RA에서 각각 5.9 x 10-2, 8.6 x 10-2 cm2 V-1 s-1, 그리고 PI-RR과 PI-RA에서 각각 1.2 x 10-2, 1.0 x 10-2 cm2 V-1 s-1). 기계적 특성의 경우 RA 고분자들이 RR 고분자들보다 탄성 모듈러스가 확연히 낮게 나왔으며, PC-RR은 100%에서 다이아몬드 형태의 미세 구멍이 생긴 반면에 PC-RA는 150%에서 발생하는 것을 확인하였다. 더 나아가 100% 늘린 고분자 필름으로 유기 전계 효과 트랜지스터를 제작하여 전기적 특성을 평가결과, PC-RR과 PC-RA는 각각 90%, 33%의 전자 이동도 유지율을 보였다. 또한 광학적 특성에서는 PC-RR이 PC-RA보다 높은 R, EQE, D*를 보여줬다. 특히, PC-RR 고분자 기반 photo-transistor는 NIR 파장에 대한 높은 광응답성을 보이며 신축 상태에서도 광특성을 유지할 수 있었다.Chapter 1. Introduction 1 1.1 Organic Field-Effect Transistors 1 1.2 Organic Photo-transistors 2 1.3 Stretchable Electronic Materials 4 1.4 Research Objectives 5 Chapter 2. Electrical Characteristics of Stretchable Organic Field-Effect Transistors under Mechanical Strain 10 2.1 Introduction 10 2.2 Experimental Section 11 2.3 Results and Discussion 13 2.4 Conclusion 16 Chapter 3. Optoelectrical Characteristics of Stretchable Organic Phototransistors 26 3.1 Introduction 26 3.2 Experimental Section 26 3.3 Results and Discussion 27 3.4 Conclusion 29 References 36 Abstract in Korean 45 Acknowledgements 46석

P2P 파일 공유를 위한 신뢰 기반의 인센티브 메커니즘

학위논문(석사)--서울대학교 대학원 :전기·컴퓨터공학부,2004.Maste

Development of GIS based farmland flooding damage simulation system

학위논문(박사)--서울대학교 대학원 :농공학과 농업토목전공,2003.Docto