유전체 이완 분광법을 이용한 나노 공간에 갇힌 물의 유전 상수에 대한 NaCl 효과와 그 메커니즘 연구

학위논문(박사) -- 서울대학교대학원 : 자연과학대학 물리·천문학부(물리학전공), 2021.8. 박혜윤.In this study, we suggest the first experimental evidence that NaCl enhances the dielectric constant of nanoconfined water in phospholipid multilamellar vesicles (MLVs) using GHz dielectric relaxation spectroscopy (DRS). Such phenomenon was not observed in the bulk environments (Bulk NaCl solution or phospholipid micelle/NaCl solution), in which monotonic reduction of the dielectric constant with increasing salt concentration was revealed. NaCl induces non-linear change of the static permittivity of water confined in MLVs, namely an anomalous increase near the physiological salt concentration (0 < c < 0.3 M) and a decrease at high concentration (0.3 < c < 1 M). Comparing with previous simulations’ results, this non-linear behavior is interpreted as a result of competition between the increase of the perpendicular dielectric component (⊥) and the decrease of the parallel dielectric component (∥) on the membrane surface induced by NaCl. In addition, the molecular mechanism of the abnormal NaCl effect is also investigated. NaCl enhances the dielectric constant of two water regions in MLVs, i.e., membrane-surface bound water and water beyond it, in a different way. Accelerated collective reorientation motion of surface-bound water was observed, which implies an increase of rotational freedom. For water beyond the hydration layer, however, slower collective motion and an increase in dielectric constant were simultaneously observed, suggesting a novel mechanism by which NaCl enhances the intermolecular orientation correlation (or Kirkwood correlation factor, gK) rather than rotational freedom of individual water molecules.본 연구에서 우리는 GHz 유전체 이완 분광법 (DRS)을 사용하여 NaCl이 인지질 다층 구조 (MLV) 내부의 나노공간에 갇힌 물의 유전 상수를 향상 시킨다는 첫 번째 실험 증거를 제시하였다. 이러한 현상은 벌크 환경 (벌크 NaCl 용액 및 인지질 미셀 / NaCl 용액)에서는 관찰되지 않았으며, 단지 이온 농도가 증가함에 따라 유전 상수의 단조 감소가 나타났다. NaCl은 MLV에 갇힌 물의 유전 상수의 비선형 변화, 즉 생리적 이온 농도 근처에서 이례적인 증가 (0 < c < 0.3 M) 및 고농도에서의 감소 (0.3 < c < 1 M)를 유도하였다. 이전 시뮬레이션 연구들의 결과와 비교할 때, 이 비선형 유전 거동은 NaCl에 의해 유도 된 세포막 표면에 수직한 유전 성분 ( ⊥ )의 증가와 평행한 유전 성분 ( ∥ )의 감소 사이의 경쟁의 결과로 해석된다. . 또한 이례적인 NaCl 효과의 분자 메커니즘도 조사되었다. NaCl은 MLV 내에서 두 물의 영역, 즉 세포막 표면에 결합한 물과 그 너머의 물의 유전 상수를 다른 방식으로 향상시킨다. 표면 결합 물의 가속된 집합적 재배향 운동이 관찰되었으며, 이는 회전 자유도의 증가를 의미한다. 그러나 세포막 수화 층을 넘어서는 물의 경우 더 느린 집단 운동과 유전 상수의 증가가 동시에 관찰되었고, 이는 NaCl이 개별 물 분자의 회전 자유도 보다 분자간 배향 상관 관계 (또는 Kirkwood 상관 계수, gK)를 향상시킨다는 것을 시사한다.Chapter 1. Introduction 1 1.1 Research Background . 1 1.2 Questions that are covered in This Thesis . 3 Bibliography . 4 Chapter 2. Theoretical Background . 5 2.1 Fundamental Equations . 5 2.1.1 Maxwell Equations . 5 2.1.2 Dielectric Constant with Free Charge . 6 2.2 Dielectric Relaxation Model . 8 2.2.1 Dielectric Response 8 2.2.2 Debye Relaxation Model 9 2.3 Dipole-Dipole Oreintational Correlation 13 2.3.1 Kirkwood-Frohlich Model 13 2.3.2 Kivelson-Madden Model 15 2.4 Effective Medium Theory . 17 2.4.1 Overview. 17 2.4.2 Bruggeman Mxture Model 17 Bibliography . 19 Chapter 3. Methods and Materials 20 3.1 Dielectric Relaxation Spectroscopy (DRS) . 20 3.1.1 Overview. 20 3.1.2 Open-Ended Coaxial Probe Method . 22 3.1.3 Bilinear Model 24 3.1.4 Experimental Setup . 27 3.2 Small Angle X-ray Scattering . 29 3.2.1 Principle 29 3.2.2 Experimental Setup . 31 3.3 Conductivity of NaCl/lipid Aqueous Solution 33 3.4.1 Principle 33 3.4.2 Experimental Setup . 34 3.4 Sample . 35 3.5.1 Lipids 35 3.5.2 Self-Assembly Structures . 37 3.5.3 Sample Preperation . 39 Bibliography . 40 Chapter 4. Observation of Nano Space insde Lipid Multilmaellar Vesicle (MLV) 41 4.1 MLV Repeat Distance of DMPC/NaCl Solution 41 Bibliography . 44 Chapter 5. Observation of Anomalous NaCl Effect on the Dielectric Constant of Nanoconfined Water in MLVs . 45 5.1 Obtaing Process of Dielectric Constant of All Samples 45 5.2 Anomalous Increase of Dielectric Constant in DMPC/NaCl Solution (Raw Data) 51 5.3 Effective Medium Approximation 57 5.4 Anomalrous Increase of Dielectric Constant of Nanoconfined NaCl Solution (in DMPC MLV) . 61 5.5 Interpretation . 64 Bibliography . 66 Chapter 6. Molecular Mehcanism of NaCl Effect on Dielectric Constant of Confined Water in MLVs 67 6.1 For Membrane-Surface Bound Water . 67 6.2 For Water Beyond Membrane Hydation Layer . 71 Bibliography . 75 Chapter 7. Conclusion 76 국문초록 . 77박

in vivo investigation in normal rabbit model through intraarterial administration

Thesis(master`s)--서울대학교 대학원 :의학과 방사선과학전공,2006.Maste

자기 공명 영상을 이용한 가토 모델에서의 VX2 종양의 평가 : 1.0 M Gadobutrol과 0.5 M Gadopentetate Dimeglumine의 비교 연구

Thesis(doctors) --서울대학교 대학원 :의학과(영상의학 전공),2009.2.Docto

Broadband dielectric spectroscopic study on polyethylene glycol aqueous solution

학위논문 (석사)-- 서울대학교 대학원 : 물리·천문학부, 2016. 2. 박건식.본 연구에서는 Vector Network Analyzer (VNA)와 THz Time-Domain Attenuated Total Reflection (THz TD-ATR) spectroscopy를 이용하여 다양한 농도의 30℃ polyethylene glycol 20000 수용액의 유전상수를 0.5GHz∼1.2THz 주파수 영역에서 측정하였다. 이를 triple Debye relaxation model로 fitting하여 bulk water와 hydration water의 relaxation time을 추출하고 hydration number를 계산하였다. 이를 통해 생체와 비슷한 농도의 PEG가 물의 환경에 어떤 영향을 미치는지 확인하였다.1. 서 론 1 2. 이론적 배경 2 제 1 절 유전상수 2 제 2 절 분자 회전운동 이론: Debye relaxation model 3 3. 실험장치 구성 및 sample 7 제 1 절 Vector Network Analyzer 7 제 1-1 절 Open-ended coaxial probe 방법 9 제 2 절 THz Time-Domain Attenuated Total Reflection spectroscopy 14 제 3 절 Data 분석 방법 18 제 3-1 절 Bilinear Analysis Model 18 제 3-2 절 THz TD-ATR Spectroscopy 분석 22 제 4 절 Sample: Polyethylene glycol 20000 수용액 27 4. 실험결과 및 분석 28 제 1 절 PEG 수용액의 유전상수 측정값 28 제 2 절 Fitting 분석 30 제 3 절 Bulk relaxation mode 분석 33 제 4 절 PEG의 hydration relaxation mode 분석 35 5. 결 론 39 참고문헌 40 Abstract 43Maste

Seismic Behavior Characteristics of Spherical Storage Tanks Supported by Inelastic Members and Performance-Based Seismic Design Based on Reliability

석유화학 플랜트에는 여러 설비 및 구조물이 서로 연계되어 운전성을 확보한다. 석유화학 플랜트의 생산활동은 국가 경제에 큰 영향을 미치므로, 구조적인 안전성뿐만 아니라 시설의 운전성을 유지하는 것이 매우 중요하다. 그러나 현행 내진설계 기준은 주로 붕괴방지를 목표로 시설의 설계요건을 제시하고 있으며, 시설의 운전성을 확보하는 요건을 제시하지 못하고 있다. 시설의 거동특성에 따라, 붕괴방지수준 이외의 내진성능수준에 의해서도 시설의 운전성이 확보될 수 있으므로, 다양한 내진성능수준을 적용할 수 있는 내진설계 방법의 제시가 필요하다. 구형(볼) 저장탱크는 여러 개의 기둥과 브레이스로 지지되어 브레이스와 기둥의 좌굴 및 항복 등으로 지진 시 복잡한 비선형거동을 보인다. 이 연구에서는 비선형거동 특성을 통계적으로 분석하여 신뢰도 기반의 성능기반 내진설계 방법을 새롭게 제시하였다. In a petrochemical plant, various mechanical equipments and structures are interconnected to ensure operability. Since the production activities of petrochemical plants have a great impact on the national economy, it is very important to maintain not only structural safety but also the operability of the facilities. However, the current seismic design standards present the design requirements of facilities mainly aimed at preventing collapse, and do not provide the requirements for securing operability of facilities. Depending on the behavioral characteristics of the facility, operability of the facility can be secured by seismic performance levels other than the collapse prevention level, so it is necessary to present seismic design methods that can apply various seismic performance levels. Spherical (ball) storage tanks are supported by columns and braces and exhibit complex nonlinear behavior because of buckling and yielding of support members. In this study, nonlinear seismic behavior characteristics were statistically analyzed and a new performance-based seismic design method was proposed based on them

A two-phase flow in a closed natural convection loop

학위논문(석사) - 한국과학기술원 : 기계공학과, 1996.8, [ vi, 50 p. ; ]한국과학기술원 : 기계공학과