타액선 발생과정에서 히알루론산의 역할과 조직공학에서의 생체모방적 응용

학위논문 (박사) -- 서울대학교 대학원 : 치의학대학원 치의과학과, 2021. 2. 박경표.구강건조증은 타액선의 기능이상으로 인해 타액량이 감소함으로써 발생한다. 정상적인 타액분비는 구강건강을 유지하는 데 필수요소로서 저작 및 연하를 돕는 윤활작용, 구강 내 pH 유지, 치아의 재광화, 향균, 및 조직재생 기능을 수행하고 있다. 따라서 구강건조증이 발생하면 구강 건강과 전신 건강까지도 위협받게 된다. 타액선의 손상은 크게 노화, 쇼그렌 증후군과 같은 자가면역질환, 그리고 두경부암의 방사선치료시 발생하는 방사선으로 인한 손상으로 나누어 볼 수 있다. 현재로서는 외부에서 배양한 타액선 조직의 이식과 타액선의 자연 재생을 도모하는 법이 가장 효과적인 해결책으로 제시되고 있다. 이에 다양한 세포지지체들이 타액선 조직공학에 활용되었으나 이 중 어떤 재료도 타액선의 복잡한 구조와 다양한 세포들의 정확한 배치를 재현해 내지 못하였다. 그러나 타액선의 발생과정에서는 이러한 세포들의 조직화와 구조화가 자연스럽게 일어나기 때문에 타액선의 재생과 조직공학적 접근에는 타액선 발생과정의 특징 중 하나인 “분지형태형성 (Branching morphogenesis)”에 관여하는 생체물질들과 그들의 물리화학적 특성을 이해하고 공학적으로 모방하는 것이 중요하다. 특히 히알루론산은 타 장기들의 발생과정에서 그 역할이 잘 알려져 있으나 타액선 발생과정에서의 히알루론산의 역할은 아직 밝혀져 있지 않았다. 제1장 에서는 배아 타액선의 체외 배양모델을 활용하여 타액선의 발생과정에서의 히알루론산의 분포와 역할, 그리고 이를 조직공학적으로 응용하는 연구내용을 논하고 있다. 먼저, 발생하는 타액선의 중간엽에는 다량의 히알루론산이 존재함을 확인하였고 이와 접하는 상피조직의c-Kit+ 전구세포들이 히알루론산의 수용체인 CD44를 발현함을 확인하였다. 히알루론산의 생산을 억제하거나 분해하면 타액선의 분지형태형성이 중단되었으며 c-Kit+ 전구세포의 양 또한 급격하게 감소하였다. 또한 히알루론산 생산 저해제나 분해효소 처리를 통해 중단된 분지형태형성이 고 분자량의 히알루론산을 배양액에 첨가할 시 일부 재개됨을 확인하였다. 저 분자량의 히알루론산은 회복효과가 없었기에 타액선의 발생과정에는 고 분자량의 히알루론산이 중요함을 알게 되었다. 배아 타액선을 세포 수준으로 분해하여 이를 다시 배양환경에 심어주면 분해된 세포들이 다시 모여 타액선 구조를 재구성하는데 이렇게 재구성되어 형성된 세포 덩어리를 “organ germ” 이라 지칭한다. Organ germ 을 손상된 타액선에 이식하여 타액선 기능을 온전히 회복시킨 연구사례들이 다수 출판되었지만 organ germ 을 체외에서 다량 배양하는 방법은 아직 미지수이다. 배아 타액선의 organ germ 형성과정에서 히알루론산의 역할을 실험한 결과 히알루론산의 생성이 억제되거나 분해효소에 의해 분해되면 organ germ 의 형성이 억제되고 organ germ 내의 c-Kit+ 전구세포의 양 또한 줄어듦을 확인하였다. 반대로 고 분자량의 히알루론산을 배양액에 첨가하면 organ germ 의 형성이 촉진되고 c-Kit+ 전구세포들의 양 또한 증가하였다. 마지막으로 히알루론산의 형태, 즉 자유롭게 용액 내에 부유하는 형태와 조직 내 존재하는 히알루론산과 같이 특정 표면에 고정된 형태의 히알루론산이 배아타액선 organ germ 에 미치는 영향을 알아보았다. 폴리도파민과 히알루론산을 배합한 용액 내에 배아타액선 배양에 쓰이는 폴리카보네이트 막을 담궈 히알루론산을 표면에 고정시켰다. 그 결과 같은 분자량의 히알루론산이라도 수용액 형태 보다 표면에 고정된 히알루론산이 배아타액선 organ germ 형성을 더욱 촉진시키는 것을 관찰하였다. 제2장에서는 챕터 1에서 발견한 사실들에 바탕하여 히알루론산을 더욱 효과적으로 다양한 표면에 고정시킬 수 있도록 NiCHE (Nature-inspired Catechol-conjugated Hyaluronic acid Environment) 라고 명명한 히알루론산 코팅 플랫폼을 개발하였다. 홍합접착단백질의 접착성분인 카테콜기를 히알루론산에 화학적으로 결합시켜 접착성이 있는 히알루론산-카테콜 을 만들었다. 배아타액선은 주변 환경의 물리적인 특성에 민감하기 때문에 딱딱한 표면에서는 제대로 자라지 못한다. 부드러운 표면이나 하이드로겔에서는 정상적으로 분지형태형성이 진행되지만 이러한 재료들은 강도가 약하기 때문에 생체 내에서 내구성이 떨어져 임상적인 적용이 어렵다. 따라서 나는 내구성과 생체적합성 두 가지 모두를 만족하는 재료를 찾기 보다는 기존에 존재하는 내구성이 좋은 생체재료들에 히알루론산-카테콜을 사용하여 표면을 코팅해 보았다. 폴리카보네이트, 고강도 알지네이트 하이드로겔, 그리고 폴리카프로락톤에 히알루론산을 충분히 두껍게 고정하는 데 성공하였고 히알루론산이 코팅된 표면에서는 재료의 물성과 상관없이 배아타액선의 분지형태형성이 성공적으로 진행되었다. 이러한 강화 효과는 표면 위에 고정된 히알루론산들이 배아타액선 내 혈관내피세포의 증식을 돕기 때문이었다. 히알루론산이 코팅된 표면 위에서 CD44를 발현하는 혈관내피세포들의 ERK의 인산화가 증가되었으며 혈관신생 또한 증가되었다. VEGF 억제제를 처리하자 히알루론산 코팅에 의한 강화효과가 사라짐을 관찰하였다. 이상의 연구결과는 타액선의 발생과정에서 히알루론산의 역할이 중요함을 밝히고 있으며 이를 조직공학적으로 응용한다면 타액선에 최적화된 히알루론산 기반의 조직재생 플랫폼을 개발할 수 있을 것으로 기대된다.Dry mouth, or xerostomia, caused by salivary gland dysfunction significantly impacts oral/systemic health and quality of life. Recently, there has been a growing interest in replacing severely damaged salivary glands with artificial salivary gland functional units created in vitro by tissue engineering approaches. Although various materials have been used as scaffolds for salivary gland tissue engineering, none of them is effective enough to closely recapitulate the branched structural complexity and heterogeneous cell population of native salivary glands. Therefore, understanding and recapitulating the roles of biomacromolecules in salivary gland organogenesis is needed to solve these problems. Hyaluronic acid (HA) is a macromolecule abundant during salivary gland organogenesis, but its role remains unknown. In chapter I, the roles of HA during salivary gland organogenesis and artificial organ germ formation in solubilized and substrate-immobilized forms have been elucidated by using ex-vivo organotypic culture model of developing salivary glands. Dense HA layers encapsulating proliferative c-Kit+ progenitor cells expressing CD44, an HA receptor, were found. The blockage of HA synthesis, or degradation of HA, impaired eSMG growth by ablating the c-Kit+ progenitor cell population. It has been also found that high-molecular-weight (HMW) HA has a significant role in eSMG growth. Based on these findings, it is discovered that HA is also crucial for in vitro formation of salivary gland organ germs, one of the most promising candidates for salivary gland tissue regeneration. Supplementation of HMW HA in solution significantly enhanced salivary gland organ germ formation, and this effect was further increased when the HMW HA was immobilized on the substrate by polydopamine/HA co-immobilization. These results suggest that the current use of HA in salivary gland tissue engineering can be further optimized. In chapter II, based on the findings in chapter I, I designed hyaluronic acid-catechol (HACA) conjugates to establish a versatile hyaluronic acid coating platform named “NiCHE (Nature-inspired catechol-conjugated hyaluronic acid environment)” for boosting the salivary gland tissue engineering efficacy of previously reported biomaterials. By mimicking hyaluronic acid-rich niche in mesenchyme of embryonic submandibular glands (eSMGs) with NiCHE coating on substrates including polycarbonate membrane, stiff agarose hydrogel, and polycaprolactone scaffold, cell adhesion, vascular endothelial and progenitor cell proliferation, and branching of in vitro-cultured eSMGs were significantly enhanced. High mechanical stiffness of substrate is known to inhibit eSMG growth, but NiCHE coating significantly reduced such stiffness-induced negative effects, leading to successful differentiation of progenitor cells to functional acinar and myoepithelial cells. These enhancement effects of NiCHE coating were due to the increased proliferation of vascular endothelial cells via interaction between CD44 and surface-immobilized HAs. As such, NiCHE coating platform renders any kind of material highly effective for salivary gland tissue culture by mimicking in vivo embryonic mesenchymal HA. Based on the results, it is expected that NiCHE coating will expand the range of biomaterial candidates for salivary glands and other branching epithelial organs.Abstract 1 Contents 4 List of Figures 6 List of Tables 9 Abbreviations 10 General Introduction 11 1. Salivary gland dysfunction 11 2. Development of tissue-engineered artificial salivary glands 11 3. Branching morphogenesis of embryonic salivary gland 12 4. Limitations of salivary gland tissue engineering biomaterials 14 5. Hyaluronic acid in development of epithelial organs 14 Chapter I Developmental Roles of Hyaluronic Acid During Organogenesis of Salivary Glands and Its Application in Salivary Gland Organ Germ Formation 17 1. Introduction 18 2. Materials and Methods 22 3. Results 31 4. Discussion 65 Chapter II Development of NiCHE Platform: Nature-inspired Catechol-conjugated Hyaluronic Acid Environment Platform for Salivary Gland Tissue Engineering 72 1. Introduction 73 2. Materials and Methods 81 3. Results and Discussion 89 Conclusion 115 References 120 Abstract in Korean 128Docto

Carboxymethyl 작용기를 가지는 비대칭 bis(sulfonyl)imide 음이온으로 구성된 새로운 이온성 액체 연구

학위논문(석사) -- 서울대학교대학원 : 공과대학 화학생물공학부, 2022.2. 김영규.Ionic liquids (ILs) are used in a wide range, and among them, they are spotlighted as next-generation electrolytes in lithium-ion batteries. Due to differentiated characteristics of ILs such as non-flammability, high ion conductivity, the possibility of various combinations, and stability in a wide voltage range, many new studies have been conducted to replace existing conventional electrolytes by using ILs. In this paper, pyridinium, imidazolium-based cation with large planarity, and asymmetric bis(sulfonyl)imide anion were selected to decrease viscosity and increase ionic conductivity, and six types of ILs were synthesized by using them. In the cation synthesis process, the reaction yield was higher than 95%, while it was 54% when the intermediate was formed in the anion synthesis process. And it was 90% or even more in all the remaining steps were obtained. The purity of the synthesized ILs was confirmed by 1H, 13C, 19F-NMR, and elemental analysis. Viscosity and ion conductivity were measured to investigate the performance of the synthesized ILs as an electrolyte. The viscosity of the pure synthesized ILs was high, and ion conductivity of 1-4 mS/cm was measured. And, to analyze the performance of the ILs as an electrolyte additive, a binary mixture mixed with a carbonate electrolyte (EC/DEC 1:2 mixture), which is widely used as an electrolyte, was prepared. As a result of measuring viscosity and ion conductivity by mixing ILs and carbonate electrolyte in various ratios, the viscosity became very low as the ratio of the ionic liquid decreased, and the ion conductivity tended to increase when the ratio of the ionic liquid decreased. Among the mixtures, the 20:80 binary mixture of C1A1-Ester and EMIMA1-Ester showed high ionic conductivity of 9.11 mS/cm and 9.03 mS/cm. The results of these studies have shown that the ILs synthesized in this paper have the potential to have a high effect when used as a battery electrolyte additive.현재 이온성 액체는 넓은 범위에서 사용되고 있고, 그 중에서 리튬 이온 배터리의 차세대 전해질로 각광받고 있다. 이온성 액체의 비인화성, 높은 이온전도도, 여러 조합의 가능성, 넓은 전압 범위에서의 안정성 등과 같은 차별화된 특성으로 기존의 전해질을 대체하기 위한 새로운 많은 연구들이 진행되고 있다. 본 논문에서는 평면성이 큰 피리디늄 계열과 이미다졸 계열 양이온, 비대칭 bis(sulfonyl)imide 계열의 음이온을 선택하여 점도를 낮추고 이온전도도를 높이고자 하였고, 이를 이용하여 6가지의 이온성 액체를 합성하였다. 양이온 합성 과정에서 반응의 수율이 95% 이상으로 높았으며, 음이온 합성 과정에서는 중간체를 형성할 때의 54%의 수율, 나머지 스텝에서는 모두 90% 이상의 수율을 얻었다. 합성한 이온성 액체는 1H, 13C, 19F-NMR 및 원소 분석 방법으로 순도를 확인하였다. 이렇게 합성한 이온성 액체의 전해질로서의 성능을 알아보기 위해 점도와 이온전도도를 측정하였다. 합성한 이온성 액체의 점도는 180 cP 이상으로 높았고, 1-4 mS/cm의 이온 전도도를 보여주었다. 또한, 이온성 액체가 첨가제로 사용되었을 때의 성능을 알아보기 위해 전해질로 많이 사용되는 카보네이트 전해질(EC/DEC 1:2 혼합물)에 합성한 이온성 액체를 여러 비율의 이원 혼합물로 제조하여 점도와 이온전도도를 측정하였다. 이온성 액체의 농도가 묽어짐에 따라, 점도 값이 44 cP 이하까지 감소하여, 유동성이 개선된 모습을 보여주었다. 또한, 대부분의 비율에서 이온 전도도 값이 증가하였고, 특정 농도에서는 약 3배가량 증가한 이온전도도 값을 보였다. 합성한 혼합물 중 C1A1-Ester, EMIMA1-Ester의 20:80 혼합물의 경우 각각 9.11mS/cm, 9.03mS/cm의 높은 이온전도도를 나타냈다. 이러한 연구 결과를 바탕으로 본 논문에서 합성한 이온성 액체가 배터리 전해질 첨가제로 이용되었을 때 높은 효과를 가질 수 있는 잠재력이 있다는 것을 보여주었다.Table of Contents Abstract ⅰ List of Figures ⅳ List of Tables ⅴ List of Abbreviations ⅵ 1. Introduction 1 1.1 Introduction of Ionic liquids 1 1.2 Application of Ionic liquids 4 1.2.1 Solvents in organic synthesis 4 1.2.2 Lubricants 8 1.2.3 Electrolyte or additive for electrochemical devices 9 2. Results and Discussion 12 2.1 Design of the target ILs 12 2.2 Synthesis of Cations 13 2.2.1 Synthesis of pyridinium-based cations 13 2.2.2 Synthesis of imidazole-based cation 15 2.2.3 Synthesis of the unsymmetrical bis(sulfonyl)-imide anion 16 2.2.4 Synthesis of the target ILs 18 2.3 Viscosity and ionic conductivity of synthesized ILs 20 2.4 Viscosity and ionic conductivity of a mixture of carbonate and ILs 24 3. Conclusion 29 References 31 Experimental Details 33 Appendices 45 Abstract in Korean 68석

깊은 신경망 기반 일상 행동에 대한 평생 학습: 듀얼 메모리 아키텍쳐와 점진적 모멘트 매칭

학위논문 (박사)-- 서울대학교 대학원 : 공과대학 전기·컴퓨터공학부, 2018. 8. 장병탁.Learning from human behaviors in the real world is imperative for building human-aware intelligent systems. We attempt to train a personalized context recognizer continuously in a wearable device by rapidly adapting deep neural networks from sensor data streams of user behaviors. However, training deep neural networks from the data stream is challenging because learning new data through neural networks often results in loss of previously acquired information, referred to as catastrophic forgetting. This catastrophic forgetting problem has been studied for nearly three decades but has not been solved yet because the mechanism of deep learning has been not understood enough. We introduce two methods to deal with the catastrophic forgetting problem in deep neural networks. The first method is motivated by the concept of complementary learning systems (CLS) theory - contending that effective learning of the data stream in a lifetime requires complementary systems that comprise the neocortex and hippocampus in the human brain. We propose a dual memory architecture (DMA), which trains two learning structures: one gradually acquires structured knowledge representations, and the other rapidly learns the specifics of individual experiences. The ability of online learning is achieved by new techniques, such as weight transfer for the new deep module and hypernetworks for fast adaptation. The second method is incremental moment matching (IMM) algorithm. IMM incrementally matches the moment of the posterior distribution of neural networks, which is trained for the previous and the current task, respectively. To make the search space of posterior parameter smooth, the IMM procedure is complemented by various transfer learning techniques including weight transfer, L2-norm of the old and the new parameter, and a variant of dropout with the old parameter. To provide an insight into the success of two proposed lifelong learning methods, we introduce an insight by introducing two online learning methods of sum-product network, which is a kind of deep probabilistic graphical model. We discuss online learning approaches which are valid in probabilistic models and explain how these approaches can be extended to the lifelong learning algorithms of deep neural networks. We evaluate proposed DMA and IMM on two types of datasets: the various artificial benchmarks devised for evaluating the performance of lifelong learning and the lifelog dataset collected through the Google Glass for 46 days. The experimental results show that our methods outperform comparative models in various experimental settings and that our trials for overcoming catastrophic forgetting are valuable and promising.1 Introduction 1 1.1 Wearable Devices and Lifelog Dataset . . . . . . . . . . . . . . . 1 1.2 Lifelong Learning and Catastrophic Forgetting . . . . . . . . . . 2 1.3 Approach and Contribution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1.4 Organization of the Dissertation . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 2 Related Works 8 2.1 Lifelong Learning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 2.2 Application-driven Lifelong Learning . . . . . . . . . . . . . . . . 9 2.3 Classical Approach for Preventing Catastrophic Forgetting . . . . 9 2.4 Learning Parameter Distribution for for Preventing Catastrophic Forgetting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 2.4.1 Sequential Bayesian . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 2.4.2 Approach to Simulating Parameter Distribution . . . . . 14 2.5 Learning Data Distribution for Preventing Catstrophic Forgetting 15 3 Preliminary Study: Online Learning of Sum-Product Networks 17 3.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 3.2 Sum-Product Networks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 3.2.1 Representation of Sum-Product Networks . . . . . . . . . 19 3.2.2 Structure Learning of Sum-Product Networks . . . . . . . 22 3.3 Online Incremental Structure Learning of Sum-Product Networks 23 3.3.1 Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 3.3.2 Experiments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 3.4 Non-Parametric Bayesian Sum-Product Networks . . . . . . . . . 29 3.4.1 Model 1: A Prior Distribution for SPN Trees . . . . . . . 29 3.4.2 Model 2: A Prior Distribution for a Class of dag-SPNs . . 34 3.5 Discussion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 3.5.1 History of Online Learning of Sum-Product Networks . . 38 3.5.2 Toward Lifelong Learning of Deep Neural Networks . . . 38 3.6 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 4 Structure Learning for Lifelong Learning: Dual Memory Architecture 42 4.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 4.2 Complementary Learning Systems Theory . . . . . . . . . . . . . 44 4.3 Dual Memory Architectures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 4.4 Online Learning of Multiplicative-Gaussian Hypernetworks . . . 50 4.4.1 Multiplicative-Gaussian Hypernetworks . . . . . . . . . . 50 4.4.2 Evolutionary Structure Learning . . . . . . . . . . . . . . 52 4.4.3 Online Learning on Incremental Features . . . . . . . . . 53 4.5 Experiments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 4.5.1 Non-stationary Image Data Stream . . . . . . . . . . . . . 56 4.5.2 Lifelog Dataset . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 4.6 Discussion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 4.6.1 Parameter-Decomposability in Deep Learning . . . . . . . 65 4.6.2 Online Bayesian Optimization . . . . . . . . . . . . . . . . 65 4.7 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 5 Sequential Bayesian for Lifelong Learning: Incremental Moment Matching 68 5.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 5.2 Incremental Moment Matching . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69 5.2.1 Mean-based Incremental Moment Matching (mean-IMM) 70 5.2.2 Mode-based Incremental Moment Matching (mode-IMM) 71 5.3 Transfer Techniques for Incremental Moment Matching . . . . . . 74 5.3.1 Weight-Transfer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74 5.3.2 L2-transfer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 5.3.3 Drop-transfer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 5.3.4 IMM Procedure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79 5.4 Experimental Results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79 5.4.1 Disjoint MNIST Experiment . . . . . . . . . . . . . . . . 80 5.4.2 Shuffled MNIST Experiment . . . . . . . . . . . . . . . . 83 5.4.3 ImageNet to CUB Dataset . . . . . . . . . . . . . . . . . 85 5.4.4 Lifelog Dataset . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88 5.5 Discussion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89 5.5.1 A Shift of Optimal Hyperparameter via Space Smoothing 89 5.5.2 Bayesian Approach on lifelong learning. . . . . . . . . . . 90 5.5.3 Balancing the Information of an Old and a New Task. . . 90 5.6 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91 6 Concluding Remarks 92 6.1 Summary of Methods and Contributions . . . . . . . . . . . . . . 92 6.2 Suggestions for Future Research . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93 초록 109Docto

그 의미와 타당성을 중심으로

학위논문(석사) -- 서울대학교대학원 : 사범대학 과학교육과(물리전공), 2023. 2. 조정효.우리 교육이 그간 수많은 비판을 받아온 것은 분명한 사실이나, 이러한 사실만으로 교육계의 교육학자 및 교육자들이 노력한 바가 없다고 흔히 오해하는 실태 또한 비판 받아야 마땅한 것이다. 우리의 교육계는 명백히 우리 교육의 개선을 위하여 많은 노력을 해왔다. 유행으로 흔히 평가절하되는 근래의 키워드 중심의 노력들도 분명, 급변하는 새로운 시대를 살아가야 할 아이들에게 도움을 주기 위한 새 교육을 치열하게 모색한 것이다. 그렇기에, 그 수많은 노력에도, 우리 교육이 학생들에게 닿지 않는다는 비판이 여전히 제기된다는 것은 더욱 뼈아픈 일이다. 이 사태는 진정 우리가 그간 새 교육의 방안을 적절히 모색하지 못한 것을 의미하는가? 결국 우리는 또다른 새 교육을 모색해야 하는 것인가? 이 연구는, AI를 새로운 키워드로 하는 교육의 변화가 불가피해 보이는 지금의 흐름 속에서, 시대적 배경에 맞는 새 교육이 어때야 하는 지가 아니라, 자신에게 와 닿지 않는 수업을 들어야 하는 학생의 고통과 학생에게 닿지 못하는 수업을 해야 하는 교사의 고통이라는 우리 교육의 본질적인 문제를 배경으로, 물리 교육이 어때야 하는 지를 고민한 결과이다. 교육은 분명 교과 교육이며, 교사는 명백히 자신의 교과에 매료되어, 그 교과가 우리 아이들의 마음에도 닿기를 간절히 소망하는 사람이다. 교사에게 진정으로 필요한 것은, 새 교육의 방침과 테크닉이 아니라, 학생의 마음에 닿을 수 있는, 교과 교육다운 교과 교육의 가능성을 접하고 그 교육의 실천에 필요한 그것의 의미와 타당성을 확인하는 일이다. 학생에게 필요한 것은, 굳이 학교에 가지 않아도 얻을 수 있는 즉흥적인 재미 또는 서술적인 정보가 아니라, 반드시 학교에 가야만 경험할 수 있는, 교과 교육다운 교과 교육이다. 이와 같은 맥락에서, 우리의 물리 교육계 또한 물리 교육다운 물리 교육을 위해 수많은 연구와 시도를 행해 왔다. 본 연구자는 그 중에서도 특히, 위대한 물리학자인 아인슈타인의 식견을 빌려 물리 교육다운 물리 교육을 모색하는 시도에서 분명한 가능성을 보았다. 하지만, 동시에 연구자는, 교육의 현장을 직접 경험하며 얻은 교훈을 바탕으로, 교육의 실천에는 교사가 그 교육에 교육적 확신을 가질 만한 타당한 토대가 반드시 요구된다고 믿는다. 이때 교육적 확신의 토대가 되는 것은 명백하게도 교육 이론 및 교육관이므로, 앞서 언급한 바와 종합하자면, 정말로 본 연구자에게 절실했던 것은, AI시대에 걸맞는 새 교육의 방안이 아니라, 연구자 자신에게 물리 교육다운 물리 교육의 가능성을 보여주었던 아인슈타인식 물리 교육의 토대가 되는 교육관을 탐색하며 그 교육의 의미와 타당성을 확인하는 작업이었다는 것이다. 이에 본 연구의 가장 기초적인 과제는, 아인슈타인식 물리 교육의 의미를 보다 분명하게 하면서, 관련 선행연구들을 검토하여 그 교육의 토대가 되는 교육관을 탐색하는 것이었다. 그 결과 아인슈타인식 물리 교육은 물리학을 지식 체계가 아닌, 그 지식의 배후가 되는 실천 활동의 총체, 즉 실천전통으로 간주한 채 내러티브의 방식으로 그 내용을 풀어나가는 물리 교육임을 확인하였고, 그 교육이 실천전통 교육관과 맞닿아 있음을 확인하였다. 이어서, 교육에서의 실천전통을 상세히 다루었던 홍은숙의 연구를 검토하여, 실천전통 교육관이 명제적 지식 전수와 그 응용에 주력했던 지식 교육의 대안을 모색하는 여러 교육학적 논의를 기반으로 타당하게 도출된 교육 이론임을 확인하였다. 이에 더해, 아인슈타인식 물리 교육의 배경과 주요 특징을 살피며, 그 교육이 실천전통 교육관을 전반적인 토대로 삼는 교육임을 보이는 것으로, 그 교육의 전반적 의미를 드러내며 그 타당성을 피력하였다. 한편, 실천전통 교육관에 대한 검토의 과정에서, 그 교육관은 특히 기존의 교육에서 상대적으로 지식에 비해 분명 경시되어 왔던 정서의 교육적 중요성을 특히 강조함을 확인할 수 있었다. 이에 본 연구에서는 교육에서의 정서에 대한 심화 논의가 향후 교육에 중요한 시사점을 가질 것으로 보아, 교육에서의 정서의 성격과 그것의 획득을 위한 경험을 깊게 고민한 듀이에 주목하여, 교육에서의 정서의 의미와 성격을 집중적으로 살펴보았다. 이때, 본 연구에서는 듀이에 대해 위협적인 비판을 가한 이홍우의 견해에도, 듀이를 재조명하는 것이 타당하다는 것을 피력하며, 듀이의 교육관의 타당성을 확보하였다. 이후 듀이의 교육관의 이해에 가장 중요한 연구로 간주되는 그의 예술 철학을 검토하며, 물리 교육에서의 정서가 아인슈타인이 자신의 저서에서 물리학을 설명하며 피력했던 물리학에서의 정서와 동일해야 한다는 것을 확인하는 것으로, 아인슈타인식 물리 교육의 세부 요소인 정서의 의미와 타당성을 드러내었다. 이에 더해, 듀이의 교육관을 바탕으로 그 교육의 또다른 핵심적인 세부 요소인 내러티브의 의미와 타당성을 드러내며, 두 요소를 핵심 구성요소로 하는 아인슈타인식 물리 교육의 교육적 토대에 듀이의 교육관이 심화 확장적 측면 또는 국지적 측면에서 세부적으로 포함될 수 있음을 보였다.Einsteinian Physics Education (EPE) is a new approach for physics education, inspired by Einstein's book, The Evolution of Physics. The book emphasizes the holistic understanding of how the human mind attempts to figure out connections between physics and nature, not individual theories and their applications. Although EPE stems from the great physicist, its educational meaning and validity as an effective physics education have not been fully explored. EPE has been investigated as the practices viewpoint of education that notices practice activities behind knowledge, not knowledge itself. In this study, I confirmed that the practices viewpoint can provide a pedagogical basis for EPE. Then, I found that it is important to further explore the meaning of emotion in EPE. Thus, I revisited Dewey's view on emotion in education. Dewey emphasized that aesthetic emotion is the most important part in his view of education. Indeed, Einstein is famous for emphasizing the beauty of internal harmony of nature captured by physics. Therefore, it is natural that the emotion in EPE must be the aesthetic emotion in Dewey's view of education. In conclusion, EPE has sufficient pedagogical foundations of the practices and emotion in education.Ⅰ. 서론 1 1. 연구의 배경 및 목적 1 2. 연구 과제 7 Ⅱ. 아인슈타인식 물리 교육 9 1. 아인슈타인식 물리 교육 개괄 및 반성적 논의 9 2. 본질적-총체적 관점과 실천전통 20 Ⅲ. 아인슈타인식 물리 교육의 전반적 기반 25 1. 교육의 자유교육적 성격, 교육에서의 지식 25 2. 지식 교육의 문제와 대안 29 3. 실천전통으로의 입문으로서의 교육의 타당성 검토 38 4. 아인슈타인식 물리 교육의 전반적 의미와 타당성 54 Ⅳ. 아인슈타인식 물리 교육의 세부적 기반 60 1. 교육에서의 정서 및 경험, 듀이의 교육 이론 60 2. 듀이의 경험 이론에 대한 비판과 교육인식론적 관점 69 3. 듀이의 예술 철학 81 4. 아인슈타인식 물리 교육의 세부적 의미와 타당성 96 Ⅴ. 결론 및 논의 114 1. 요약 및 결론 114 2. 논의 및 제언 117 참고문헌 120 Abstract 125석

무격자 기법 기반의 공력-구조 연계 해석을 위한 무격자 기법 구조 해석 프로그램 개발

학위논문 (석사)-- 서울대학교 대학원 : 공과대학 기계항공공학부, 2018. 8. 김규홍.본 연구에서는 무격자 기법을 이용하여 구조해석 프로그램을 개발 하였다. 무격자 기법은 격자나 요소의 정보 없이 질점의 연결 정보만으로 도메인을 해석하는 방법이다. 질점의 연결정보만을 가지고 해석을 수행하기 때문에 복잡한 형상에 대해서 격자를 생성하는 것 보다 비교적 자유롭고 손쉽게 질점을 생성할 수 있다. 또한, 움직이는 물체를 해석 할 때 격자계 시스템의 경우 격자를 재생성하는 많은 시간이 소요되지만, 질점 정보만을 사용하게 되면 격자의 재성성 없이 움직이는 물체에 대해서 해석을 수행 할 수 있다. 구조 지배방정식으로는 Cauchys Momentum Equation을 사용 하였으며, constitutive equation 으로 Hooks Law를 사용 하였고, strain-displacement 식으로 Green-Langrange tensor를 사용 하였다. 간단한 구조 문제를 해석하고 이론 식과 비교하여 검증을 수행하였다. 본 연구를 통해 개발된 무격자 구조 해석 프로그램은 연구실의 유동해석 코드와 결합하여 복잡한 형상, 대변형 등이 일어나는 공력-구조 연계가 필요한 문제들을 수월하게 해석 할 것으로 기대 된다.1. 서론 1 1.1 연구배경 1 1.2 공력-구조 연계 해석 2 2. 무격자 해석 기법 5 2.1 Element Free Galerkin Method 5 2.2 MLS Approximants 5 2.3 Weight Function 10 2.5 Discretiziation of the governing equation 14 2.6 Gauss-quadrature 18 3. 수치해석 결과 19 3.1 1D Bar Problem 19 3.2 2D Beam Problem 23 4. 결 론 및 향후 계획 27 참 고 문 헌 28Maste

Immediately transcripted genes in various hepatic ischemia models

PURPOSE: To elucidate the characteristic gene transcription profiles among various hepatic ischemia conditions, immediately transcribed genes and the degree of ischemic injury were compared among total ischemia (TI), intermittent clamping (IC), and ischemic preconditioning (IPC). METHODS: Sprague-Dawley rats were equally divided into control (C, sham-operated), TI (ischemia for 90 minutes), IC (ischemia for 15 minutes and reperfusion for 5 minutes, repeated six times), and IPC (ischemia for 15 minutes, reperfusion for 5 minutes, and ischemia again for 90 minutes) groups. A cDNA microarray analysis was performed using hepatic tissues obtained by partial hepatectomy after occluding hepatic inflow. RESULTS: THE CDNA MICROARRAY REVEALED THE FOLLOWING: interleukin (IL)-1β expression was 2-fold greater in the TI group than in the C group. In the IC group, IL-1α/β expression increased by 2.5-fold, and Na+/K+ ATPase β1 expression decreased by 2.4-fold. In the IPC group, interferon regulatory factor-1, osteoprotegerin, and retinoblastoma-1 expression increased by approximately 2-fold compared to that in the C group, but the expression of Na+/K+ ATPase β1 decreased 3-fold. CONCLUSION: The current findings revealed characteristic gene expression profiles under various ischemic conditions. However, additional studies are needed to clarify the mechanism of protection against IPC.ope

Fabrication of a nitric oxide gas sensor using microwires and basic research for its application

Purpose: Although nitric oxide (NO) is considered one of the initial signals that promote postsurgery liver regeneration, NO’s exact role in the liver regeneration mechanism is still not clear. Therefore, developing a practical gas sensor and testing it in a clinical setting through basic research will lay the groundwork for advanced clinical research on the action mechanism of NO. Methods: A thin nano wire NO sensor was made by wrapping a pair of parlyene-coated gold wires around a needle. The NO blood concentration determined by measuring the potential difference across the oscilloscope using electrical conductivity. In order to measure changes in NO level before and after the surgery, the NO sensor was inserted in the hepatic portal vein and a 75 percent partial hepatectomy was performed. The NO blood concentration was measured regularly with both the NO kit and the sensor. Results: One significant challenge was separation of the wire upon insertion into the hepatic portal vein. Despite separation, the constant measurements of the wire-type sensor were similar to those measured by the NO measurement kit. Conclusion: The development of a needle-type sensor allowed for easier insertion. In the future, using difference in electric potential, as used in the NO sensor, may be a more effective method of measuring blood ion concentration.ope

Retinoic Acid-induced Differentiation of Rat Mesenchymal Stem Cells into β-Cell Lineage

Backgrounds: Type I diabetes mellitus (T1DM), an autoimmune disease, is associated with insulin deficiency due to the death of β-cells. Bone marrow-derived mesenchymal stem cells (BM-MSCs) are capable of tissue repair and thus are a promising source of β-cell surrogates. Methods: In this study, the therapeutic potential of BM-MSCs as β-cell replacements was analyzed both in vitro and in vivo. First, we used retinoic acid (RA) to induce rat BM-MSCs to differentiate into cells of endodermal/pancreatic lineage. Then, differentiated rat BM-MSCs were syngeneically injected under the renal capsule of rats. Results: Analysis of gene expression revealed that rat BM-MSCs showed signs of early pancreatic development, and differentiated cells were qualitatively and quantitatively confirmed to produce insulin in vitro. In vivo study was performed for short-term (3 weeks) and long-term (8 weeks) period of time. Rats that were injected with differentiated MSCs exhibited a reduction in blood glucose levels throughout 8 weeks, and grafted cells survived in vivo for at least 3 weeks. Conclusions: These findings show that RA can induce differentiation of MSCs into the β-cell lineage and demonstrate the potential of BM-MSCs to serve as therapeutic tools for T1DM.ope

경정 경주용 모터보트 생산공정 개선을 위한 시뮬레이션 접근법

학위논문(석사)--서울대학교 대학원 :조선해양공학과,2006.Maste